Izvanzemaljske solarne elektrane: Zemljani love na beskonačnu svemirsku energiju

Energija i podaci najveće su blago današnjeg svijeta. Posljednjih desetak ili malo više godina podaci su se počeli slati i primati bežično, odnosno, kako to lijepo znamo reći i na hrvatskome – wireless. To bežično putovanje pomoglo je demokratizirati pristup informacijama, a profesor elektrotehnike na Kalifornijskom institutu za tehnologiju Ali Hajimiri se pita može li se isto napraviti i s energijom. Kad bi se i energija mogla slati koliko, kada i kako hoćemo, a sve bez žica, mogućnosti bi bile neograničene.

Hajimiri se to ne pita bez razloga. On i njegov tim iz inženjerskog laboratorija Caltecha u Pasadeni prvi su put uspjeli s testnim satelitom za solarnu energiju otkriti malu količinu solarne energije koja je bežično poslana iz svemira natrag na Zemlju. Bez obzira na to što je ta količina energije nedostatna i za napajanje malene žarulje, bio je to dokaz sve većoj zajednici zagovornika svemirske solarne energije da je tehnički moguće opskrbiti planet gladan energije energijom iz svemira.

– Sunce je nešto najbliže beskonačnom izvoru energije. Mogli biste stvoriti globalnu energetsku mrežu koja bi potencijalno mogla opskrbljivati energijom bilo gdje na Zemlji. Svemirska solarna energija mogla bi učiniti za energiju ono što je GPS učinio za navigaciju – kaže Paul Jaffe, inženjer elektronike u Američkom mornaričkom istraživačkom laboratoriju koji je šesnaest godina proučavao svemirsku solarnu energiju.

Stara ideja, novi pokušaji

Tu vrstu energije prvi je spomenuo pisac znanstvene fantastike Isaac Asimov u svojoj kratkoj priči ‘Razlog‘ iz 1941. godine. Međutim, ta ideja je dugo bila odbacivana kao preskupa i tehnološki veoma zahtjevna da bi komercijalno bila održiva. Ali kako osjećaj hitnosti zbog prijetnje klimatskih promjena raste i ekonomija svemira se razvija, vlade diljem svijeta ponovno preispituju potencijal beskonačne svemirske energije. Svi istraživači u Kini, SAD-u, Velikoj Britaniji, Japanu i Europi proučavaju njegovu izvedivost radi mogućeg lansiranja eksperimenata u svemir prije kraja desetljeća.

Kineski program ‘ZhuRi‘, u prijevodu ‘Juriti za Suncem‘, planira u orbitu staviti pokusnu elektranu koja će generirati dvadeset megavata energije do 2035. U Ujedinjenom Kraljevstvu skupina poduzetnika iza startupa Space Solar, koji podupire vlada, još je ambiciozniji. Cilj im je sagraditi elektranu u svemiru od gigavata energije do istoga datuma. Planiraju flotu postrojenja koja će isporučivati 30 gigavata u energetsku mrežu do 2040. godine.

Bolje od nuklearne fuzije

Mnogi zagovornici svemirski temeljene solarne energije vjeruju da ta tehnologija ima veći potencijal od nuklearne fuzije da pomogne svijetu da ispuni svoje ciljeve neto nule do zacrtanih godina.

– Sva fizika Sunčeve energije bazirane u svemiru je demonstrirana, testirana i verificirana - kaže John Mankins, bivši Nasin fizičar kojemu je dugogodišnji rad na ovoj temi priskrbio nadimak ‘kum solarne svemirske energije‘.

Iako su američki znanstvenici prošle godine tvrdili da su postigli neto povećanje energije u fuzijskoj reakciji, proces je još godinama udaljen od toga da generira više energije negoli se u njega ulaže, kaže kum i dodaje kako bi svemirska solarna energija mogla biti dostupna čak i prije fuzije.

Kako radi

Žetva Sunčeve energije postiže se pričvršćivanjem solarnih panela na satelit koji leti tisućama milja iznad Zemljine površine stalno hvatajući Sunčevu svjetlost. Ta se energija zatim pretvara u mikrovalove koji se emitiraju kroz atmosferu do priamne antene, gdje se ponovno pretvaraju u električnu energiju koja se distribuira kroz mrežu. Jedan satelit mogao bi isporučiti čak dva gifavata energije bez ugljika, dovoljno za opskrbu grada od dva milijuna ljudi, 24 sata na dan, sedam dana u tjednu.

Francusko-talijanska tvrtka za svemirsku infrastrukturu​ Thales Alenia Space (TAS) proučava potencijalne uštede emisija koje bi se mogle postići korištenjem svemirske solarne energije. S radnim vijekom od 25 do 30 godina po solarnoj elektrani uštede u emisiji ugljika mogle bi se brojiti u ‘stotinama milijuna tona‘, kaže zamjenik izvršnog direktora TAS-a Massimo Comparini.

Ovo nije prvi put da nacije gledaju u nebo kako bi riješile energetske situacije na Zemlji. Godine 1976., nakon naglog porasta troškova energije i nakon naftnog embarga, Ministarstvo energetike SAD-a pokrenulo je četverogodišnju studiju svemirske solarne energije. Zaključak je tada bio, kao i nekoliko desetljeća poslije, da bi dobivanje energije iz svemira bilo pretjerano skupo.

Musku, spašavaj!

U prošlom desetljeću, napominje kum Mankins, dogodila se ipak revolucija u ekonomiji satelitske solarne energije. Zahvaljujući SpaceX-ovoj višekratnoj raketi Falcon, navodi, ‘smanjeni su troškovi lansiranja od 90 do 95 posto‘.

– To su ključni dijelovi slagalice zašto svemirska solarna energija sada može napredovati. Prije deset godina ta ideja još nije bila ekonomski izvediva – kaže Mankins.

Vlada Ujedinjenoga Kraljevstva naručila je 2020. studiju o ekonomskoj i tehnološkoj izvedivosti svemirske solarne energije. U njoj je zaključeno da bi ukupan trošak razvoja i postavljanja prve svemirske solarne elektrane od dva gigvata iznosio otprilike 16 milijardi funti, što je znatno manje od najnovije procjene od 33 milijarde funta za najnoviju britansku nuklearnu elektranu u Hinkley Pointu, koja bi trebala proizvoditi 3,2 GW. Nakon što prva solarna stanica bude pokrenuta, sljedeći sateliti za proizvodnju energije stajat će manje od četiri milijarde funta svaki, procjenjuje se u studiji.

Tvrtka Space Solar sa sjedištem u Oxfordshireu procjenjuje da bi solarni satelit za proizvodnju energije proizvodio energiju po cijeni od samo 34 USD po megavatsatu do 2040. godine.

– Kako bi se pokrio tijekom svoga vijeka, u usporedbi s 43 USD po megavatsatu za veliku zemaljsku solarnu farmu, 53 USD po megavatsatu za pučinsku vjetroelektranu, a 125 dolara po megavatsatu za nuklearnu. Ekonomija funkcionira jako dobro i to bi doista moglo biti transformativno – kaže Martin Soltau, koji je vodio britansku studiju koju su proveli konzultanti Frazer-Nash prije nego što je osnovao i postao direktor tvrtke Space Solar.

Veliki izazovi, širok vidokrug

Ali ima mnogo onih koji vjeruju da svemirska solarna energija još pripada području znanstvene fantastike. Osnivač SpaceX-a Elon Musk jednom je koncept nazvao ‘najglupljom idejom u povijesti‘. Njegov je argument bio da je zbog velikih gubitaka energije tijekom pretvorbe Sunčeve svjetlosti u električnu energiju svemirska solarna energija mnogo manje učinkovita i nekonkurentna solarnim farmama na Zemlji. Harry Atwater, jedan od trojice profesora na Caltechu koji vode Sveučilišni projekt solarne energije i stručnjak za fotonapon, ne slaže se s Muskom te tvrdi kako je količina Sunčeve svjetlosti u svemiru u 24 sata ‘osam je puta veća nego na Zemlji‘, pa je i ekonomika jasna.

Druga velika prednost svemirske solarne energije jest ta što se mikrovalna zraka može usmjeriti na više lokacija – bilo kamo s pomoću odgovarajuće prijamne antene.

– Iz svemira imamo širok vidokrug – kaže Hajimiri iz Caltecha.

Nepresušni izvor

Solarna energija iz svemira također je dostupna kontinuirano, a zemaljski obnovljivi izvori kao što su vjetar ili solarna energija ne mogu generirati energiju kad nema vjetra ili sunca. Ti sustavi zahtijevaju pohranu za opskrbu energijom u vremenima zastoja te dodatne kapacitete za dopunu pohrane i zadovoljenje potražnje korisnika kada to uvjeti dopuštaju, što povećava troškove. I dok zagovornici svemirske solarne energije vjeruju da je tehnologija na rubu dokazivanja svoje korisnosti, još postoje velike zapreke da se Asimovljeva vizija pretvori u stvarnost.

Razmjer sustava ostaje velik izazov, kako u svemiru tako i na Zemlji. Svaki satelit mora biti golem, a to znači oko kilometar i pol u promjeru, ako želi točno prenositi energiju na određenu lokaciju. Prijamna antena, tj. mreža prijamnika, trebala bi biti i dvostruko veća, nekoliko kilometara u promjeru, kako bi uhvatila difuzne mikrovalove dok padaju na Zemlju. To je samo po sebi velik problem jer strukture takvih razmjera još nikad nisu lansirane u svemir.

Do sada je najveća struktura iznad naših glava Međunarodna svemirska postaja, duga nešto više od 100 metara. Također, treba računati i na gradnju prijamne antene, što je u svakom slučaju lakši dio zadatka jer je izgraditi satelit prilično teže, ali golem prostor koji bi zahtijevale takve antene mogla bi zabrinuti ‘zelene‘, kao i zračenja koja se emitiraju iz antena. Ipak, stručnjaci za solarnu svemirsku energiju kažu da bi se ta zabrinutost mogla ublažiti te inzistiraju na tome da se prijenos energije može obaviti sigurno, s pomoću niske frekvencije i veće valne duljine. Mankins kaže kako bi valna duljina bila oko 12 centimetara i da zato ‘nije sposobna razbiti veze između atoma koji tvore DNK, stoga ne može biti kancerogena‘. Čak i na najkoncentriranijem području prijamne antene intenzitet mikrovalova bio bi ‘oko četvrtine punoga ljetnog Sunca‘, što je mnogo manji intenzitet od Sunčeve svjetlosti‘.

U svakom slučaju, bit će izazov uvjeriti javnost da su svemirske solarne elektrane ‘dobar posao‘, baš kao što je bio i s nuklearnim elektranama.

Strah iz svemira

Neki idu i dalje u budućoj panici pa kažu da ‘postavljanje tako masivnih generatora struje u svemir postavlja pitanja o ranjivosti na napad‘.

– Želimo li doista postaviti svoju energetsku mrežu izravno u  ratnu zonu ako se veliki sukob prelije u svemir? Postoje veliki politički i sigurnosni izazovi o kojima nitko ne govori – kaže Bleddyn Bowen, autor knjige ‘Original Sin: Power, Technology and War in Outer Space‘ i izvanredni profesor međunarodnih odnosa na Sveučilištu Leicester.

Svemirska solarna energija za sada je još rezervirana za istraživače. Neki pak nvestitori sramežljivo, ali ozbiljnije počinju shvaćati tehnologiju. Vlada Ujedinjenoga Kraljevstva pregovara sa Saudijskom Arabijom o ulaganju u svemirsku solarnu energiju suradnjom sa tvrtkom Space Solar, koja prikuplja novac, ali puno toga još treba dokazati s tehničke strane cijele ideje.

Također, energetske tvrtke trebale bi se uključiti u cijeli proces jer bi one na kraju distribuirale tu solarnu svemirsku energiju krajnjim korisnicima, ali one zasad još šute i čekaju da vlade naprave prve korake. Tu su i skriveni troškovi, na koje istraživači već računaju. Kažu da takvi troškovi postoje kad su posrijedi obnovljivi izvori energije i dodatno skladištenje. Iako je lijepo razmišljati unaprijed, možda bismo se najprije trebali fokusirati na bit zadatka, a tek onda na moguće buduće troškove.