De wereldwijde vraag naar energie neemt toe. Het is een grote uitdaging om aan deze vraag te voldoen door middel van schone energiebronnen. Zonne-energie uit de ruimte kan van doorslaggevend belang zijn om deze uitdaging aan te gaan. Bij de European Space Agency (ESA) en de TU Delft wordt hard gewerkt om zonne-energie uit de ruimte werkelijkheid te laten worden. “De technologie kan van groot belang zijn in de klimaatcrisis. Daarom willen we deze zo snel mogelijk ontwikkelen”, zegt Sanjay Vijendran van ESA.
- ESA en de TU Delft willen zonne-energie uit de ruimte werkelijkheid laten worden.
- De technologie kan een puzzelstuk zijn om de klimaatcrisis op te lossen.
Naarmate de wereldbevolking blijft groeien, neemt ook de vraag naar energie toe. De onmiskenbare impact daarvan op onze planeet wordt steeds duidelijker. De vraag rijst of we genoeg groene energie kunnen produceren om tegen 2050 tien miljard mensen van energie te voorzien.
SOLARIS
ESA gaat deze uitdaging aan met SOLARIS, een ambitieus project dat de mogelijkheden onderzoekt van een baanbrekende methode voor energieopwekking: het benutten van zonne-energie in de ruimte. Het systeem bestaat uit verschillende zonne-energiecentrales in de ruimte die continu zonlicht opvangen en omzetten in elektriciteit. Dit wordt vervolgens via microgolven naar grondstations gestraald, waar het weer wordt omgezet in bruikbare energie.
“Dit is niet zomaar een nice-to-have technologie,” benadrukt Sanjay Vijendran, hoofd van SOLARIS bij ESA. “Na gesprekken met veel mensen in de energiesector zijn we tot de conclusie gekomen dat er enorme uitdagingen zijn omtrent de huidige middelen. Elke technologie heeft zijn eigen beperkingen, zoals problemen met kernafval of betrouwbaarheid. Het verkennen van nieuwe middelen, zoals zonne-energie uit de ruimte, is dus verstandig.”
Voordelen
Zonne-energie uit de ruimte heeft talloze voordelen. In tegenstelling tot olie, gas, ethanol en kolencentrales stoot het geen broeikasgassen uit. Omdat er in de ruimte geen wolken, atmosfeer en nacht zijn, zouden zonnepanelen op satellieten bovendien aanzienlijk meer energie kunnen opvangen dan zonnepanelen op aarde. Ook nemen ‘zonneparken in de ruimte’ geen kostbare grond op aarde in beslag. En wat de technologie bijzonder maakt, is dat op den duur de energie uit de ruimte naar verschillende regio’s op aarde gestraald kan worden, waardoor er geen kabels meer nodig zijn.
Uitdagingen, en nog eens uitdagingen
De technologie is welbekend. Het is te vergelijken met communicatiesatellieten, die al zes decennia lang in gebruik zijn. De basiscomponenten zijn dus makkelijk te verkrijgen. Wel moet de technologie verder ontwikkeld worden, om zo prestaties te verbeteren en kosten te verlagen.
Een van de uitdagingen is de massaproductie van ruimtehardware. “Miljoenen componenten moeten tegen lage kosten worden gemaakt. Maar er is bewijs dat dit haalbaar is, gezien de duizenden satellieten die tegenwoordig gelanceerd worden.” Bovendien is de assemblage van deze onderdelen in de ruimte, uitgevoerd door robots, cruciaal om ruimteprojecten betaalbaarder te maken in vergelijking met handmatige assemblage door astronauten. “We moeten dus de vraag beantwoorden of een vloot van autonome robots in de ruimte kan samenwerken zoals arbeiders op een bouwplaats op aarde.”
Misschien wel het belangrijkste aandachtspunt van SOLARIS is het opzetten van draadloze transmissie, waardoor de overdracht van elektriciteit van de ruimte naar de grond met minimaal verlies mogelijk wordt. “We moeten demonstreren dat langere afstanden haalbaar zijn, met behulp van grotere antennes dan we nu gebruiken.”
What’s next
Onlangs rondde ESA onderzoek af, gericht op de installaties op commerciële schaal. Momenteel worden er voorbereidingen getroffen voor verder onderzoek dat gaat over een demonstratiemissie in een baan om de aarde. Tegelijkertijd worden er bij ESA activiteiten gestart op het gebied van technologische ontwikkeling en wetenschappelijk onderzoek om de risico’s van zonne-energie uit de ruimte verder te verkleinen en de sociaaleconomische implicaties ervan te begrijpen. Ten slotte werkt ESA ook aan een beter begrip van de regelgevingsaspecten van zonne-energie uit de ruimte en aan bewustmaking van de energiesector en nationale overheden.
Een demonstratie
De TU Delft werkt samen met ESA en andere partners (Sirin Orbital Systems AG en de Universiteit van Strathclyde) aan een demonstratiemodel voor zonne-energie uit de ruimte. “Dit project omvat kleine satellieten (CubeSats), van tien bij tien bij tien centimeter,” zegt Angelo Cervone, universitair hoofddocent aan de TU Delft en betrokken bij het project. “Als alles soepel verloopt, gaan we naar de ruimte voor een demonstratie. Er zijn twee mogelijke manieren om dit tot stand te laten komen: met lasers of met radiofrequente antennes. In dit project ligt de nadruk op het laatste. Maar beide opties zouden kunnen.”
Stefano Speretta is ook betrokken bij het project. Hij richt zich op satellietcoördinatie. “Stel je voor dat je twee stenen in het water werpt. De golfpatronen moeten samenkomen om een grotere golf te maken; ze mogen elkaar niet opheffen”, legt hij uit. “Deze analogie is van toepassing op ons project. Coördinatie is cruciaal, om ervoor te zorgen dat de energie de ontvanger effectief bereikt. Daarom moet de relatieve locatie tussen twee satellieten bekend zijn, tot op een halve centimeter nauwkeurig, terwijl de satellieten met een snelheid van zeven kilometer per seconde door de ruimte reizen.” Een enorme uitdaging dus.
Dit is slechts een van de onderzoeksvragen die in het project aan bod komen. Technologische uitdagingen, veiligheidsoverwegingen, financiering – alles moet samenkomen om de missie te laten slagen. Het is dan ook geen verrassing dat ruimtemissies vaak veel tijd in beslag nemen. Komend decennium moeten de mini-satellieten in gebruik worden genomen.
Hoe eerder, hoe beter
De overgang naar een duurzame toekomst is momenteel in volle gang. De tijdige ontwikkeling van zonne-energie vanuit de ruimte is daarom cruciaal. “We willen de technologie zo snel mogelijk implementeren,” zegt Vijendran. “We werken toe naar een werkende, commerciële pilot in 2035.”
