De ruimtevaartorganisatie ESA (European Space Agency) wil zonne-energie opwekken in de ruimte en als microgolven doorsturen naar locaties op aarde. Dat kan met bestaande technieken. Deze moeten alleen binnen het SOLARIS-initiatief verbeterd worden om dit ruimteproject mogelijk te maken. Het voorstel is vandaag (23 november) gepresenteerd tijdens de ESA-ministerraad.
Het zonne-energiesysteem in de ruimte bestaat uit meerdere satellieten die 24 uur per dag zonlicht oogsten en omzetten in energie. Via microgolven wordt dit vervolgens naar stations op de grond gestraald en weer omgezet in energie. Hiermee hoopt de ESA een flinke bijdrage te leveren aan het beperken van de gevolgen van klimaatverandering.
De technologieën om dit ruimte-systeem mogelijk te maken, bestaan al. Ze kunnen alleen nog niet op zo’n grote schaal worden ingezet als nodig is om het systeem te realiseren. Het SOLARIS-initiatief is een voorstel om deze technologieën dusdanig verder te ontwikkelen dat dit wel mogelijk is. Het programma begint in 2023. De onderzoekers denken deze techniek in 2025 zover te hebben doorontwikkeld dat het project van start kan gaan.
Het SOLARIS-initiatief is eigenlijk een aanvullend voorstel op al bestaande plannen, volgens Sanjay Vijendran. Hij werkt bij de ESA als teamleider aan de strategie voor toekomstige marsmissies. Sinds twee jaar houdt hij zich ook bezig met de plannen rondom het opwekken van zonne-energie in de ruimte.
“Een aantal mensen bij de ESA heeft onderzocht wat de ruimtevaart nog meer zou kunnen doen om de gevolgen van klimaatverandering te beperken. Dit is een soort aanvullend initiatief dat we zijn gestart om het onderwerp meer onder de aandacht te brengen en financiering te zoeken voor onderzoek en ontwikkeling naar zonne-energie uit de ruimte.”
Financiële haalbaarheid
De ESA beschikt al over de kennis om zonlicht om te zetten in microgolven die op aarde weer omgezet kunnen worden in energie. “De uitdaging is de grote schaal van het zonne-energiesysteem. We hebben veel meer energievermogen nodig. We moeten de installaties ook in de ruimte monteren. Alleen dan kunnen we ze groot genoeg bouwen om voldoende zonlicht op te vangen. Het is een enorme technische opgave.”
De ESA heeft vijftien jaar geleden al onderzoek gedaan naar zonne-energie uit de ruimte, maar dit bleek toen financieel niet haalbaar. Dit kwam door de dure hardware. Lanceringen waren toen ook nog een stuk duurder. Het afgelopen decennium is dat veranderd. Er zijn herbruikbare rakketen ontwikkeld en satellieten kunnen op industriële schaal gebouwd worden. Vijendran: “We denken daarom dat het nú de tijd is om opnieuw te kijken of dit zonne-energiesysteem gerealiseerd kan worden. Het liefst in de volgende vijftien tot twintig jaar, zodat het de energietransitie kan bevorderen. Ik heb altijd geloofd dat we dit kunnen doen, zolang we maar investeren in de benodigde technologieën.”
De ESA heeft daarom begin 2022 twee kosten-batenanalyses laten uitvoeren door twee onafhankelijke adviesbureaus om te kijken of het project financieel haalbaar is. Vijendran: “Hieruit bleek dat je de kosten aanzienlijk kan verlagen in vergelijking met eerdere studies naar zonne-energie uit de ruimte. Dat is mogelijk als je een installatie ontwerpt dat uit veel dezelfde onderdelen bestaat. Zo kun je het op industriële schaal produceren en het vervolgens met herbruikbare raketten in een baan om de aarde brengen om het daar te monteren.” Volgens de analyses zou zonne-energie uit de ruimte al in 2040 met een concurrerende energieprijs geleverd kunnen worden aan Europese huishoudens en bedrijven.
Innoveren
Voordat het ruimte-project überhaupt financieel haalbaar is, moet er nog volop geïnnoveerd worden. “We moeten het vooral economisch haalbaar maken door de technologie te verbeteren”, vertelt Vijendran. “We willen vooral proberen de energie die we op de grond krijgen te maximaliseren, want dat is waar je uiteindelijk geld aan gaat verdienen. Theoretisch gezien denken we dat het aanzienlijk kan worden verhoogd. We moeten nu investeren om te laten zien dat het daadwerkelijk kan. Dat is het SOLARIS-initiatief.”
Een van deze technologieën is het omzetten van elektriciteit in radiofrequentiestraling. “Eigenlijk doen we dit al meer dan zestig jaar met telecommunicatiesatellieten, maar wij willen het gebruiken voor energiestralen”, vertelt Vijendran. “De solid-state-power-electrifier kan dat, maar het heeft een hele lage efficiëntie. Zo’n 50 procent als je kijkt naar de energie die erin komt en er weer uit gaat. Wij denken dat we dit kunnen opvoeren naar 75 tot 80 procent.”
Bij andere technologieën is de grootste uitdaging juist om de kosten te drukken. Neem bijvoorbeeld de zonnecellen die wij in de ruimte gebruiken. Die zijn veel efficiënter dan de variant hier op aarde. “Onze zonnecellen converteren heel efficiënt energie. Dit komt omdat ze erg duur zijn en ontwikkeld zijn om de beste prestaties te leveren. We proberen grote structuren te bouwen met veel zonnepanelen, dus hier moeten we meer focussen op het drukken van de kosten dan het verhogen van de efficiëntie. Hoewel het nuttig zou zijn als we beide kunnen doen.”
Demonstratie
Een van de benodigde technologieën voor het zonne-energiesysteem werd onlangs gepresenteerd op een congres van Airbus. Middels microgolven werd groene energie ‘verzonden’ van punt A naar punt B, die respectievelijk de aarde en ruimte moesten voorstellen. Tussen de twee punten zat 36 meter. Met de ontvangen energie werd een koelkast van stroom voorzien. Zo is het eerste (alcoholvrije) biertje gekoeld met draadloze energie. Daarnaast werd het licht van een modelstad aangezet en werd er groene waterstof gemaakt door waterdeeltjes te splijten.
“De demonstratie was vooral bedoeld om decision makers te laten zien dat we over deze belangrijke technologie beschikken om zonne-energie uit de ruimte werkelijkheid te maken. We wilden laten zien dat het geen sciencefiction meer was, maar dat zonne-energie uit de ruimte in de komende twintig jaar mogelijk is.”
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
