Energi
Fremgang i solteknologi gør rum-baserede løsninger troværdige
I lang tid har der været omfattende forskning i måder at fange og udnytte rum-baseret solenergi på. Videnskabsmænd og teknologi-eksperter mener, at rum-baseret solenergi kunne være en effektiv tilføjelse til den nuværende samling af bæredygtige energikilder.
Funktionelt ville opsætningen have energiindsamling og -høstningspaneler på orbitalt niveau, som ville sende solenergi tilbage til deres modtagende modstykker placeret på Jorden. Og da det involverer rummet, Jorden og transmissionsruten mellem disse to punkter, skal det bestå af avancerede teknologiløsninger.
Løftende har fremgangen i solteknologi verden over gjort produktionen af rum-baseret solenergi troværdig. Men før vi dykker dybere ind i dem, lad os kaste et hurtigt blik på, hvad rum-baseret solenergi-løsninger betyder, og hvad deres fordele er.
Rum-baseret solenergi og dens fordele
Ifølge data præsenteret af det amerikanske energidepartement modtager vi hver time på Jorden mere solenergi, end vi kan bruge på et år. Næsten 30% af denne energi går ubrugt tilbage til rummet via atmosfæren. Denne energi kan fanges og bruges effektivt, hvis vi får robuste rum-baserede solenergi-mekanismer på plads.
I dette system kan satellit-baserede solpaneler fange og transmittere mere energi end det, der fanges af solpaneler placeret på Jordens overflade. De fungerer bedre på grund af fordelene ved at være i rummet. Ifølge DEA’s beskrivelse har de:
“Solpanel-udstyrede, energi-transmitterende satellitter indsamler højintensiv, uafbrudt solstråling.”
Forsyningen er uafbrudt, fordi der ikke er skyer og ingen nat i rummet.
Teknologien indebærer udrulning af kæmpestore spejle, der reflekterer enorme mængder solstråler på mindre solsamlinger, så de kan wirelessly blive transmitteret til Jorden på en sikker og kontrolleret måde som enten en mikrobølge eller laserstråle.
Da dette proces indebærer avanceret teknologi, tiltrækker det innovative løsninger fra hele verden. NASA har nu udgivet en rapport om rum-baseret solenergi for at udstyre sig selv med ‘den information, det behøver for at bestemme, hvordan det kan støtte udviklingen af dette forskningsfelt.’
Rapporten forsøger at vurdere parametrene, der vil have en afgørende rol at spille i at gøre rum-baseret solenergi til en konkurrencedygtig mulighed, hvor det endelige mål vil være at opnå netto-nul drivhusgasemissioner.
Nogle tekniske flaskehalsninger, som NASA har identificeret for forskere og teknologer, der er aktive i dette felt, at arbejde med, er følgende:
- De ville have at finde måder at samle og vedligeholde store systemer i kredsløb.
- Forskning ville være nødvendig for at gøre disse systemer til at fungere autonomt og have effektiv energioverførsel for at bringe den indsamlede energi til Jorden.
- NASA-rapporten fremhæver også, at før rum-baseret solenergi-systemer kommer i brug, er det vigtigt at tackle omkostningerne ved at lancere og bygge dem. Dette er, fordi afsendelse af al det materiale til rummet ville kræve mange kontinuerlige missioner for at transportere infrastrukturen til kredsløb.
NASA-rapporten mener, at rum-baseret solenergi-systemer kan blive fuldt produktive og operative i 2050. Gennem rapporten er nogle af de milepæle, der er opnået i dette felt, kommet til syne. For eksempel har det mindet os om, at JAXA-forskere beviste, at det var muligt at wirelessly transmittere energi nøjagtigt som mikrobølger over en betydelig afstand for at omdanne den til brugbar elektricitet.
Caltech-forskere fortsatte med dette opnåede resultat og kom i marts 2023 med Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1) som det første rumfartøj til at wirelessly transmittere solenergi indsamlet i rummet til Jorden.
NASA har også tilbudt nogle estimater om den økonomiske gennemførlighed af rum-baseret solenergi. Nogle af eksperterne, der er tæt knyttet til dette område i lang tid, har udfordret disse estimater. Men der har næsten ikke været nogen benægtelse af fordelene, som dette energiproduktionssystem lover at levere. Det kunne hjælpe med katastrofehjælp, strømforsyning til fjerntliggende sensorer og fjernelse af de eksisterende flaskehalsninger i vores traditionelle energiproduktionssystem og dets forsyningskæde.
Nationalregeringer i alle udviklede lande har begyndt at investere i det. Store virksomheder med ressourcer til at investere, som Airbus og Northrop Grumman, har også arbejdet på det uden ophør.
Vi vil nu se på nogle af deres præstationer i de følgende afsnit. Men man skal huske, at det er et udviklende område, og mange af disse forsøg er stadig på prototype-stadiet.
#1. Airbus Power Beaming
En af de største virksomheder, der arbejder på at fremme solteknologi for at gøre rum-baserede løsninger mulige, er Airbus. Dets Power Beaming-teknologi, udviklet af virksomhedens Central Research & Technology og Blue Sky-afdelinger, har gjort troværdige demonstrationer af, hvordan dette kunne være en game-changer i rum-baseret solteknologi-scenen.
Ifølge Jean-Dominique Coste, der er ansvarlig for udviklingen af Power Beaming sammen med Yoann Thueux og deres kolleger:
“Potentialet for teknologien er at fange sollys og derefter transmittere det wirelessly.”
Disse videnskabsmænd mener, at denne energiløsning kunne være i stand til at forsyne byer, fabrikker, husholdninger og fly med elektricitet.
Airbus-teknologiens udviklere demonstrerede først Power Beaming på virksomhedens X-Works Innovation Factory den 27. september 2022. Selv om det blev udført på en mindre skala, kunne demonstrationen tilstrækkeligt forklare, hvad det tog at gøre Power Beaming til at fungere.
Coste, Thueux og deres kolleger brugte mikrobølge-transmission til at transmittere grøn energi mellem to punkter, der repræsenterede ‘Rum’ og ‘Jorden’. Afstanden mellem disse to punkter var 36 meter. Demonstrationen producerede også grøn hydrogen til at drive en modelby.
Efter demonstrationen var slut, sagde Yoann Thueux:
“Nu, hvor vi har testet de vigtigste byggesten i et fremtidigt rum-baseret solenergisystem på en lille skala for første gang, er vi nu klar til at tage Power Beaming til næste niveau.”
Airbus forventer, at denne teknologi vil blive en realitet snart. Det mener, at de første operative Power Beaming-prototyper vil være tilgængelige for brug i begyndelsen af 2030’erne.
I sin ultimative anvendte form vil teknologien have et solpanel placeret i geostationær orbit, ca. 36.000 km over Jorden. Dette solpanel vil være parret med et solpanel af samme størrelse på Jorden.
Den indsamlede energi i rummet vil blive transmitteret ned over et område, der vil have mange antenner spredt ud over det. Disse antenner vil fange strålerne for energi til at blive genassembleret til at producere elektricitet.
Når dette system når et bestemt niveau, vil det koste det samme at producere energi med det, som det koster i store energiprojekter på Jorden, der afhænger af atomkraft, olie eller andre fornybare energikilder.
Ifølge estimater vil en geostationær solfarm producere så meget som to gigawatt elektricitet.
Den 15. februar 2024 offentliggjorde Airbus sine årsresultater for 2023, med en årlig omsætning på 65,4 milliarder euro og en justeret EBIT på 5,8 milliarder euro.
#2. Northrop Grumman
En anden stor global enhed, der har gennemført nødvendige tests, der validerer dens sol-rum-tekniske evner, er Northrop Grumman. Virksomheden demonstrerede med held sin evne til at transmittere radiofrekvens-energi mod forskellige antenner ved at styre strålen. Det er sikker på at komme med sin prototype i 2025.
Denne prototype vil demonstrere virksomhedens evne til at transmittere RF-energi ned til planeten. Teknologien er udviklet af Northrop Grummans Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research (SSPIDR).
Ifølge Tara Theret, programdirektøren for SSPIDR:
“Nu er det bare at bygge, teste og integrere resten af hardwaren på en udfordrende tidsplan.”
Yderligere arbejde, der skal udføres i denne proces, omfatter at mindske elektroniske komponenter og skala op antallet af ‘sandwich-tile’. Sandwich-tile er intet andet end fotovoltaiske cellepaneler, der indsamler solenergi og transmitterer kraft til næste lag, der har komponenter, der muliggør sol-til-RF-omdannelse og hjælper med at danne strålerne.
Virksomheden er også i gang med at producere det nødvendige fly-hardware til at samle systemet og lancere det på virksomhedens ESPAStar-platform. ESPAStar-platformen er en satellitbus, der giver payloads med nødvendig propel, kraft, holdningskontrol og kommunikation.
I en validering af det arbejde, det har udført, opmuntrede det amerikanske luftvåbens forskningslaboratorium Northrop Grummans bestræbelser med en kontrakt på 100 millioner dollars i 2018, hvorved det ville udvikle en payload til at demonstrere nøglekomponenter i prototype-rum-baseret solenergisystem.
Luftvåben-myndighederne havde til formål at katalysere udviklingsindsatsen, der kræves for at bygge en prototype-rum-baseret system, der kunne forsyne det amerikanske militærs baser med solenergi.
Samlet set, når det kommer til at pege på potentialet, som rum-baserede løsninger i solteknologi har for fremtiden, sagde Tara Theret:
“Rum-solenergi-transmission har potentialet til at give energi hvor som helst på Jorden når som helst. Denne teknologi kunne gøre det muligt at give strøm til fjerntliggende områder, der har brug for medicinsk og kommunikationsudstyr.”
(NOC )
Northrop Grumman registrerede en samlet omsætning på 36,6 milliarder dollars i året, der sluttede den 31. december 2022. Omsætningen fra Space Systems-strømmen var på næsten 12,3 milliarder dollars, en betydelig stigning fra det foregående års 10,6 milliarder dollars. Af de 12,3 milliarder dollars i omsætning, der blev opnået i 2022, kom 94% fra den amerikanske regering, mens resten af 3%, 2% og 1% kom fra internationale salg, salg til andre kunder og intersegment-salg, respectively.
#3. CESI
CESI, der er baseret i Milano, Italien, har tre årtiers erfaring med at udføre forskning, udvikle og producere solceller, der er meget effektive til rum-anvendelser. Endnu vigtigere er det en af de mest efterspurgte globale leverandører af multi-junction-celler, der bruger Gallium Arsenide og Indium Gallium Phosphide.
CESI har en række triple-junction-rum-celler. Disse celler, ud over Gallium Arsenide og Indium Gallium Phosphide, inkluderer også Germanium. Disse celler er effektive til Lav Jord Orbit og Geostationary Orbit-satellitter. Disse produkter er også i overensstemmelse med de nødvendige ECSS E ST20-08C-standarder. CESI er nu på vej til at udgive fire-junction-celler, der vil have højere niveauer af effektivitet end tre-junction-celler.
I fremtiden har CESI til hensigt at tilbyde et stort udvalg af rum-solcelle-produkter, der kan opfylde enhver rum-program-krav. Indtil nu har CESI’s bestræbelser resulteret i over 200.000 solceller, der forsyner over 70 civile satellitter for kunder i 25 lande.
CESI har sin egen teknologi til at producere solceller i Milano. Gennem årene har det bygget et tæt og dybt netværk med mange internationale rum-agenturer og -aktører.
Ligesom Northrop Grumman arbejder CESI også med den italienske nationalregering og har modtaget finansiering fra den italienske nationale rumagentur (ASI) og den europæiske rumagentur (ESA). Det har produceret avancerede solceller til at opfylde det europæiske rumprograms behov og mange interplanetary-missioner.
Ifølge den seneste tilgængelige finansielle afsløring opnåede virksomheden en omsætning på over 87 millioner tjekkiske kroner i det finansielle år, der sluttede den 31. december 2022.
Fremgang i rum-solteknologi: Vejen fremad
Rum-solteknologi har fundet sin plads ved at bevise sin værdi for det globale samfund, hvilket har fået nationalregeringer verden over til at begynde at investere i det med stor entusiasme. I USA oversætter dette sig til handling, da den amerikanske flådes forskningslaboratorium udførte et eksperiment i 2020 for at fange sollys og omdanne det til direkte strøm. Det brugte luftvåbnets X-37B-rumfartøj til dette formål.
Imens er internationale bestræbelser også i gang med at få momentum. De kinesiske myndigheder har sat ambitiøse mål med deres 2028-plan for en rum-baseret demonstration, der er ledet af China Academy of Space Technology. I Europa står Solaris frem som et vel-finansieret tre-årigt forskningsprogram, der har fået grønt lys fra den europæiske rumagentur. Storbritannien er også med i løbet, da det har tilbudt subsidier til studier om at udnytte solenergi i rummet.
Det er tydeligt, at innovative virksomheder, store og ressourcerige globale organisationer og regeringer over hele verden arbejder sammen for at fange og udnytte den energi, som rummet har at tilbyde os. Med så meget uafbrudt, ubrugt solenergi, der venter på at blive fanget og udnyttet til planetens fordel, ser fremtiden virkelig lovende ud.
