בקרוב אנו יכולים לקבל אנרגיה מאנרגיה סולארית שנקטפה בחלל | Envirotec

מאת מתאו צ'ריוטי, מרצה בכיר להנדסת מערכות חלל, אוניברסיטת גלזגו, כותב ב שיחה.

הרעיון של אנרגיה סולארית מבוססת חלל (SBSP) - שימוש בלוויינים כדי לאסוף אנרגיה מהשמש ו"להקרין" אותה לנקודות איסוף על פני כדור הארץ - קיים לפחות מסוף שנות ה-1960. למרות הפוטנציאל העצום שלו, הקונספט לא צבר אחיזה מספקת בגלל עלות ומכשולים טכנולוגיים.

האם ניתן לפתור חלק מהבעיות הללו כעת? אם כן, SBSP עשוי להפוך לחלק חיוני במעבר העולם הרחק מדלקים מאובנים לאנרגיה ירוקה.

אנחנו כבר קוצרים אנרגיה מהשמש. זה נאסף ישירות דרך מה שאנו מכנים בדרך כלל אנרגיה סולארית. זה כולל טכנולוגיות שונות כגון פוטו וולטאי (PV) ואנרגיה סולארית-תרמית. אנרגיית השמש נאספת גם בעקיפין: אנרגיית הרוח היא דוגמה לכך, מכיוון שבריזות נוצרות מחימום לא אחיד של האטמוספירה על ידי השמש.

אבל לצורות הירוקות האלה של ייצור חשמל יש מגבלות. הם תופסים הרבה מקום ביבשה ומוגבלים על ידי זמינות האור והרוח. למשל, חוות סולאריות אינן אוספות אנרגיה בלילה ואוספות פחות ממנה בחורף ובימים מעוננים.

PV במסלול לא יוגבל על ידי תחילת הלילה. לוויין במסלול גיאוסטציונרי (GEO) - מסלול מעגלי בסביבות 36,000 ק"מ מעל כדור הארץ - נחשף לשמש במשך יותר מ-99% מהזמן במהלך שנה שלמה. זה מאפשר לה לייצר אנרגיה ירוקה 24/7.

GEO הוא אידיאלי כאשר אנרגיה צריכה להישלח מהחללית לאספן אנרגיה, או לתחנת קרקע, מכיוון שלוויינים כאן נייחים ביחס לכדור הארץ. נהוג לחשוב שיש פי 100 יותר אנרגיה סולארית זמינה מ-GEO, מאשר הדרישות העולמיות המשוערות של האנושות עד 2050.

העברת אנרגיה שנאספת בחלל לקרקע דורשת העברת חשמל אלחוטית. שימוש במיקרוגלים לשם כך ממזער את האנרגיה שאבדה באטמוספירה, אפילו דרך שמיים מעוננים. אלומת המיקרוגל שישלח הלוויין תתמקד לכיוון תחנת הקרקע, שם אנטנות ממירות את הגלים האלקטרומגנטיים בחזרה לחשמל. התחנה הקרקעית תצטרך להיות בקוטר של 5 ק"מ, או יותר בקווי רוחב גבוהים. עם זאת, זה עדיין קטן יותר משטחי הקרקע הדרושים להפקת אותה כמות חשמל באמצעות שמש או רוח.

מושגים מתפתחים
עיצובים רבים הוצעו מאז הרעיון הראשון של פיטר גלזר ב-1968.

ב-SBSP האנרגיה מומרת מספר פעמים (אור לחשמל למיקרוגלים לחשמל), וחלק ממנה הולך לאיבוד כחום. על מנת להזרים 2 ג'יגה וואט (GW) של הספק לרשת, יהיה צורך לאסוף כ-10 GW של כוח על ידי הלוויין.

קונספט עדכני בשם CASSIOPeiA מורכב משני מחזירי אור ברוחב 2 ק"מ. אלה משקפים את אור השמש למערך של פאנלים סולאריים. משדרי כוח אלו, בקוטר של כ-1,700 מטר, ניתנים לכיוון תחנת הקרקע. ההערכה היא שהמסה של הלוויין עשויה להיות 2,000 טון.

ארכיטקטורה אחרת, SPS-ALPHA, שונה מ-CASSIOPeiA בכך שקולט השמש הוא מבנה גדול שנוצר על ידי מספר עצום של מחזירי אור מודולריים קטנים הנקראים הליוסטטים, שכל אחד מהם ניתן להזזה באופן עצמאי. הם מיוצרים בייצור המוני כדי להפחית את העלות.

בשנת 2023, מדענים ב-Caltech שיגרו את MAPLE, ניסוי לוויין בקנה מידה קטן שהקרין כמות זעירה של כוח בחזרה ל-Caltech. מייפל הוכיחה שניתן להשתמש בטכנולוגיה כדי לספק כוח לכדור הארץ.

עניין לאומי ובינלאומי
SBSP יכול למלא תפקיד מכריע כדי לעמוד ביעד האפס הנטו של בריטניה עד 2050 - אך האסטרטגיה הנוכחית של הממשלה אינה כוללת זאת. מחקר בלתי תלוי מצא ש-SBSP יכול לייצר עד 10GW של חשמל עד 2050, רבע מהביקוש הנוכחי של בריטניה. SBSP מספק אספקת אנרגיה מאובטחת ויציבה.

זה גם ייצור תעשייה של מיליארדי פאונד, עם 143,000 מקומות עבודה ברחבי הארץ. סוכנות החלל האירופית בוחנת כעת את הכדאיות של SBSP עם יוזמת SOLARIS שלה. לאחר מכן עשויה להיות תוכנית פיתוח מלאה של הטכנולוגיה עד 2025.

מדינות אחרות הכריזו לאחרונה על הכוונה להקרין כוח לכדור הארץ עד 2025, לעבור למערכות גדולות יותר במהלך שני העשורים הבאים.

לוויין ענק
אם הטכנולוגיה מוכנה, מדוע לא נעשה שימוש ב-SBSP? המגבלה העיקרית היא כמות המסה העצומה שצריך לשגר לחלל, ועלותה לקילוגרם. חברות כמו SpaceX ו-Blue Origin מפתחות רכבי שיגור להרמה כבדה, תוך התמקדות בשימוש חוזר בחלקים מכלי רכב אלה לאחר שהם טסו. זה יכול להוריד את עלות המיזם ב-90%.

אפילו באמצעות רכב ה-Starship של SpaceX, שיכול לשגר 150 טונות של מטען למסלול נמוך של כדור הארץ, הלוויין SBSP ידרוש מאות שיגורים. חלק מהרכיבים, כגון מסבכים מבניים ארוכים - אלמנטים מבניים המיועדים למרחקים ארוכים - יכולים להיות מודפסים בתלת מימד בחלל.

אתגרים וסיכונים
משימת SBSP תהיה מאתגרת - ועדיין יש להעריך את הסיכונים במלואם. בעוד שהחשמל המיוצר ירוק במלואו, קשה לחזות את השפעת הזיהום ממאות שיגורי מטען כבד.

בנוסף, שליטה במבנה כה גדול בחלל תדרוש כמויות דלק ניכרות, מה שמצריך מהנדסים שעובדים עם כימיקלים רעילים מאוד. הפאנלים הסולאריים הפוטו-וולטאיים יושפעו מהשפלה, ויפחיתו את היעילות לאורך זמן מ-1% ל-10% בשנה. עם זאת, ניתן להשתמש בשירות ובתדלוק כדי להאריך את חיי הלוויין כמעט ללא הגבלת זמן.

אלומת מיקרוגלים חזקה מספיק כדי להגיע לקרקע עלולה גם להזיק לכל דבר שיפריע. למען הבטיחות, אם כן, יהיה צורך להגביל את צפיפות ההספק של האלומה.

האתגר של בניית פלטפורמות כאלה בחלל אולי נראה מרתיע, אבל אנרגיה סולארית מבוססת חלל היא ריאלית מבחינה טכנולוגית. כדי להיות כדאית כלכלית, זה דורש הנדסה בקנה מידה גדול, ולכן מחויבות ארוכת טווח והחלטית מצד ממשלות וסוכנויות חלל.

אבל עם כל זה, SBSP יכול לתרום תרומה בסיסית לאספקת אפס נטו עד 2050 עם אנרגיה בת קיימא ונקייה מהחלל.

מאמר זה הופיע במקור ב שיחה.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. רכב / רכבים חשמליים, פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• ChartPrime. הרם את משחק המסחר שלך עם ChartPrime. גישה כאן.
• BlockOffsets. מודרניזציה של בעלות על קיזוז סביבתי. גישה כאן.
• מקור: https://envirotecmagazine.com/2023/08/15/we-could-soon-be-getting-energy-from-solar-power-harvested-in-space/