Energi
Rombaserte energiløsninger for fremtidens rene energi
Legg til Securities.io blant dine foretrukne kilder på Google
Fremme fornybar energi
Avkarbonisering og elektrifisering av energisystemet bygger i stor grad på fornybar energi, særlig vind og sol. Geotermisk energi og kjernekraft kan også bidra.
Hver energikilde har likevel begrensninger:
- Geotermisk kraft er etablert i områder med gode ressurser, men videre utbygging avhenger av lokale forhold, boring og kostnader. Nye dype og forbedrede geotermiske systemer er mindre modne.
- Kjernekraft krever ofte store investeringer, langsiktige byggeprosjekter og håndtering av radioaktivt avfall. Nye fjerdegenerasjons kjernekraftsystemer kan potensielt redusere enkelte utfordringer, men løser dem ikke automatisk.
- Vind- og solkraft varierer med været. Kraftsystemer med høy andel av disse kildene trenger fleksibilitet, blant annet batterier og andre former for energilagring, nettutbygging, regulerbar produksjon og tilpasning av forbruket.
Solkraft produserer ikke om natten, og skyer kan redusere produksjonen betydelig. Snø og støv kan også påvirke ytelsen. Den faktiske produksjonen varierer med sted, årstid og systemutforming.
Kunne solkraftverk i verdensrommet unngå noen av disse begrensningene? Hvordan skulle energien overføres til jorden, og finnes det andre rombaserte energikonsepter?
Rombasert solenergi
Kraftsatellitter kan plasseres i baner med nesten kontinuerlig sollys. Geostasjonære satellitter passerer likevel gjennom jordens skygge i korte perioder rundt jevndøgn. Derfor er verken uavbrutt produksjon eller fullstendig bortfall av lagringsbehov garantert.
Fravær av skyer og de fleste sesongvariasjonene på bakken kan gi jevnere produksjon. Leveransen avhenger fortsatt av bane, formørkelser, driftssikkerhet og overføringssystemet.
Atmosfæren absorberer og sprer en del av sollyset. På bakken påvirkes innstrålingen også av solens høyde over horisonten, breddegrad, årstid og panelets retning.
Paneler i rommet unngår atmosfæriske tap og kan få flere soltimer. Enkelte presentasjoner hevder at de under bestemte forutsetninger kan produsere langt mer enn paneler på bakken. Et tall som 40 ganger er ikke en generell fysisk regel og avhenger av sammenligningen.
Hvordan fungerer det?
Solceller brukes allerede på mange satellitter og på Den internasjonale romstasjonen. Et kraftverk for jorden ville kreve langt større anlegg, montering i bane og effektiv, kontrollert energioverføring til bakken.
Kilde: Solar.com
Et sentralt konsept er å overføre energien som mikrobølger, for eksempel ved 2,45 GHz. Skyer demper slike bølger langt mindre enn synlig lys. På bakken kan en likeretterantenne, en såkalt rectenna, omdanne mottatt mikrobølgeenergi til elektrisitet. Effektivitet, strålestyring og sikkerhet er fortsatt viktige utfordringer.
Laserstråler er et alternativ, men stiller andre krav til sikting og sikkerhet og påvirkes sterkere av skyer og atmosfæren.
Kilde: ESA – European Space Agency
En energistråle må utformes med kontrollerbar effekttetthet, presis sikting, sikker avstenging og vurdering av mennesker, luftfart og miljø. En bred mikrobølgestråle kan gjøres langt mindre intens enn en konsentrert laser, men sikkerheten følger ikke automatisk av konseptet.
Solcellene produserer likestrøm. Denne må omdannes til radiofrekvent energi før overføring, og mottakeren omdanner energien tilbake til likestrøm. Vekselrettere på bakken kan deretter tilpasse strømmen til nettet.
Hvorfor nå?
Kostnader for solenergi
Ideen om solkraft fra bane er gammel. Lavere oppskytingskostnader og bedre teknologi har gitt den fornyet oppmerksomhet, men kommersiell lønnsomhet er fortsatt uavklart.
Én viktig utvikling er høyere virkningsgrad og lavere pris på solceller. Økende effektivitet, ikke økende ineffektivitet, har også gjort solkraft på bakken mer konkurransedyktig.
Kilde: News Channel 3
Rundt 2024 hadde vanlige solcellepaneler på bakken ofte virkningsgrader på omtrent 20–23 %. Dyrere flerlagsceller for rombruk kunne nå rundt 30 % eller mer. Høy ytelse per areal og masse kan oppveie noe av merkostnaden i rommet.
“Nåværende paneler som brukes i rommet oppnår effektivitet på rundt 30 % i konvertering av sollys til elektrisitet, og i løpet av de neste 20 årene forventer vi at de når 40 %”
Kostnader for oppskyting
Lavere kostnader ved å nå bane er en annen viktig faktor. SpaceX (SPCX ) har bidratt gjennom gjenbrukbare bæreraketter. Hvor stor reduksjonen er, avhenger av hvilken rakett, nyttelast og bane man sammenligner. Ytterligere store besparelser fra Starship var fortsatt et mål, ikke en oppnådd kommersiell pris i 2024.
Kilde: Ark Invest
Et illustrativt regnestykke i omtalen sammenlignet en oppskytingskostnad på 7.716 pund per kilo med omtrent 154 pund per watt for et bestemt satellittdesign, mot rundt 1,5–2 pund per watt på bakken. Slike tall avhenger av masse per watt og øvrige kostnader. Elon Musks langsiktige mål om rundt 100 dollar per kilo var en ambisjon for full gjenbruk av Starship, ikke en tilgjengelig pris.
Begrensninger for rombasert solenergi
Pris og oppskytingskostnader
Økonomisk konkurranseevne krever store forbedringer i flere kostnadsposter, særlig oppskyting, produksjon og montering. Tidspunktet for en eventuell ny tidobling av kostnadsreduksjonen er usikkert.
Dette kan forsinke utbyggingen betydelig. Eldre planer omtalte prototyper omkring megawattskala i perioden 2025–2030 som mulige utviklingstrinn, ikke sikre leveranser. Gigawattanlegg ville være omtrent tusen ganger større i effekt enn et anlegg på én megawatt.
Romsøppel og kollisjonsfare
Stråling, temperaturvariasjoner og andre forhold i rommet bryter ned solceller og elektronikk over tid. Levetid, reparerbarhet og reservekapasitet blir derfor viktige designspørsmål.
Samtidig øker mengden satellitter og romsøppel, særlig i enkelte lave jordbaner. Kollisjonsrisikoen avhenger av den konkrete banen og tettheten av objekter der.
Store kraftsatellitter kan ha flere kvadratkilometer overflate. De må tåle små nedslag og redusere risikoen for skader fra romsøppel og mikrometeoroider.
Kollisjoner kan skape nye fragmenter som igjen øker risikoen for flere kollisjoner. Denne selvforsterkende utviklingen er kjent som Kessler-syndromet. Den kan gjøre bestemte baneområder vanskeligere å bruke over tid; det betyr ikke at alle satellitter i alle baner ødelegges samtidig.
En omfattende kollisjonsutvikling kan ramme kommunikasjon, jordobservasjon, forskning og andre viktige satellittjenester.
Dersom energiforsyningen i tillegg blir avhengig av store kraftsatellitter, vil robusthet mot slike hendelser få enda større betydning.
Holdbarhet og resirkulering
Banefall på grunn av luftmotstand er viktigst i lave baner og varierer sterkt med høyde og solaktivitet. Geostasjonær bane gir andre fordeler og utfordringer, blant annet langt høyere oppskytingsenergi, men er ikke valgt bare fordi alle lave baner raskt faller ned.
Materialbruk og resirkulering må også vurderes. Solceller, ledninger og elektronikk kan kreve metaller og andre ressurser som er kostbare å utvinne og transportere.
Et stort system trenger en plan for vedlikehold og avslutning av driften, inkludert reparasjon, gjenvinning eller sikker flytting av utrangert utstyr. Å etterlate det ukontrollert i bane er ingen bærekraftig løsning.
Oppskyting krever også energi og gir utslipp. En full livsløpsanalyse må undersøke om anlegget produserer tilstrekkelig energi til å oppveie produksjon, oppskyting, drift og avvikling.
Energitap
Paneler i rommet kan motta mer sollys over tid, men strømmen må gjennom flere omformingstrinn før den når nettet:
- På bakken: sollys -> likestrøm -> vekselstrøm -> strømnett.
- I rommet: sollys -> likestrøm -> mikrobølger -> mottatt likestrøm -> vekselstrøm -> strømnett.
Hvert ekstra omformingstrinn gir tap. Solcellenes virkningsgrad er derfor ikke det samme som systemets samlede virkningsgrad fra sollys til strøm i nettet.
«Systemet vi brukte i demonstrasjonen, hadde en samlet virkningsgrad på omtrent 5 %. Det ville ikke vært praktisk lønnsomt, selv om sollyset er gratis. For at et rombasert solkraftverk skal gi mening, må virkningsgraden være omkring minst 20 %.»
Stabile baner og strålingstrykk
Et annet spørsmål er hvordan kraftverkets orientering og bane skal kontrolleres.
Solcelleflatene må orienteres for å motta sollys, mens sendeantennene må styre energien mot rett mottakerområde på jorden. Dette krever presis kontroll, men ikke nødvendigvis mekanisk bevegelse av hele anlegget hele tiden.
Store, lette flater påvirkes av sollysets strålingstrykk. Det er fotonenes bevegelsesmengde som utnyttes i solseil, ikke «solvinger» eller bare solvinden. Solvinden er en egen strøm av ladede partikler.
Slike krefter må tas med i styringen av et kraftverk som skal holde stabil orientering og levere energi til en bestemt mottaker.
Generelle utsikter for rombasert fotovoltaikk
Utviklingen av rombasert solkraft avhenger av flere forhold i romindustrien:
- Vekst i industrien gjør det mulig å oppnå skala og innovasjon som reduserer oppskytingskostnadene til nødvendige nivåer.
- Utvikling av industri i jordbane og eventuelt i området mellom jorden og månen, blant annet for vedlikehold og resirkulering av kraftsatellitter.
- Ansvarlig håndtering av romsøppel og internasjonalt samarbeid om sikker og fredelig bruk av baneområdene.
Alternativ til fotovoltaisk romsol
Konsentrert solenergi og orbitalspeil
Omformingen fra sollys til elektrisitet, videre til mikrobølger og tilbake til elektrisitet gir tap som delvis motvirker fordelen ved mer sollys i rommet.
Dette er en sentral innvending mot konseptet. Elon Musk uttrykte sterk skepsis allerede i 2012:
«La meg nevne noe som irriterer meg: rombasert solkraft. Det er noe av det dummeste som finnes.»
«Hvis noen skulle like rombasert solkraft, burde det vært meg. Jeg har både et rakettselskap og et solselskap. Jeg burde virkelig ha støttet det.»
Mye har endret seg siden 2012, blant annet prisene på solceller og oppskyting. Likevel krever muligheten for jevn, utslippsfattig kraft en oppdatert teknisk og økonomisk vurdering.
Et alternativ er å reflektere sollys direkte mot bakken, i stedet for å produsere elektrisitet i bane. Dette kan i prinsippet gjøres med store speil på satellitter.
Tynne reflekterende membraner kan være lettere og enklere enn tilsvarende areal med solceller og sendeelektronikk. Satellittene trenger likevel struktur, styring, kommunikasjon og kontroll av orienteringen.
Ideen undersøkes blant annet av Ben Nowack, grunnlegger av Reflect Orbital, Universitetet i Glasgows prosjekt SOLSPACE med et stipend på 2,5 millioner euro fra Det europeiske forskningsrådet, og Engies forskningsmiljø Laborelec.
Målet er å rette reflektert sollys mot eksisterende solkraftverk når det er mørkt på bakken, men satellitten fortsatt er solbelyst. Forretningsideen er dermed å selge ekstra sollys til kraftprodusentene.
Skyer vil fortsatt blokkere mye av lyset. Tørre områder kan derfor være mer aktuelle, men belysningstid, lysstyrke, astronomiske observasjoner og miljøvirkninger må undersøkes.
Speil kan også vurderes som konsentratorer for solceller i bane. Økt innstråling krever imidlertid kontroll av temperatur og belastning på mottakeren.
I 2018 ble det omtalt kinesiske planer om speil i rommet som skulle erstatte gatebelysning innen 2022. Planene ble ikke realisert som beskrevet. Ideen viser en mulig bruk av reflektert sollys, men dokumenterer ikke økonomisk eller miljømessig gjennomførbarhet.
Romfabrikker
Oppskyting av hundrevis eller tusenvis av tonn er en stor kostnad. En langsiktig mulighet er å produsere deler av solcelleanleggene eller speilene i rommet med lokale råvarer.
Det kunne redusere mengden ferdig utstyr som må skytes opp fra jorden. Til gjengjeld måtte man bygge og drive anlegg for utvinning, raffinering og produksjon, samt transportere maskiner og eventuelle manglende materialer dit.
Én foreslått tilnærming er å utvinne råvarer fra asteroider og bruke dem til produksjon i rommet. Fangst og flytting av hele asteroider ville i tillegg kreve store tekniske og sikkerhetsmessige vurderinger.
Dette var svært spekulativt i 2024. Prøver var hentet tilbake fra asteroider, men kommersiell gruvedrift og industriproduksjon fra asteroider var ikke etablert.
Månebase
Selv med produksjon i rommet ville kraftsatellitter fortsatt møte utfordringer knyttet til strålingstrykk, romsøppel, vedlikehold og resirkulering.
Et alternativt konsept er solkraftverk på månen som sender energi direkte eller via reléstasjoner til jorden. Retningsstyrte antenner eller reflektorer måtte utformes for den lange avstanden; vanlige optiske speil er ikke uten videre et ferdig mikrobølgeoverføringssystem.
Kilde: Arizona State University
Sammenlignet med solkraftsatellitter i lave eller geostasjonære baner kan månebaserte systemer ha enkelte fordeler:
- Tyngdekraft: Månens tyngdekraft er omtrent en sjettedel av jordens. Det kan gjøre noen produksjonsprosesser enklere enn i mikrogravitasjon, selv om de fortsatt må tilpasses måneforhold.
- Sollys uten atmosfære: Månen har ikke skyer eller vanlig vær, men har lange netter, ekstreme temperaturforskjeller, stråling og problematisk støv. Produksjonen er derfor ikke automatisk kontinuerlig eller problemfri.
- Vedlikehold: Fremtidige bemannede månebaser kan i prinsippet støtte vedlikehold, men var ikke en etablert lokal arbeidsstyrke i 2024. Både måneanlegg og satellitter vil trolig være sterkt avhengige av roboter.
- Ressurser: Månen inneholder blant annet silisium, aluminium og jern. At råstoffene finnes der, betyr likevel ikke at utvinning og produksjon er økonomisk eller teknisk løst.
Silisium, aluminium og jern kan i prinsippet utvinnes kjemisk fra månejord til produksjon av solceller. Små mengder nødvendige tilsetningsstoffer kan transporteres fra jorden.
I David Criswells konseptstudie ble det anslått at ett kilo utstyr levert fra jorden til månen kunne muliggjøre langt mer energileveranse enn ett kilo satellittutstyr. Påstanden om en faktor på 200 bygger på studiens forutsetninger og er ikke et demonstrert resultat.
Konseptet har imidlertid viktige begrensninger.
Månens sol-døgn varer omtrent 29,5 jorddøgn. De fleste steder har derfor rundt to uker med natt. Kontinuerlig kraft ville kreve lagring, geografisk spredte anlegg eller andre løsninger; polarområder har egne belysningsforhold.
Helium‑3, fusjon og månekraftverk
Helium-3 i månejorden diskuteres også som en mulig fremtidig energikilde. Denne isotopen av helium er sjelden på jorden og kan teoretisk brukes i bestemte fusjonsreaksjoner. Det er ikke en egen grunnstofftype, og reaksjonene stiller særlig krevende krav til plasmaforhold.
Dette kunne i teorien knytte romgruvedrift til energiforsyning. I praksis var verken kommersielle helium-3-kraftverk eller utvinning av helium-3 på månen etablert i 2024.
Utvinning av isotoper fra gasskjempene Jupiter og Saturn er enda mer langsiktig og spekulativt, med svært store utfordringer knyttet til avstand, tyngdekraft og transport.
Månen er også foreslått som sted for kjernekraftverk som leverer energi til jorden. Kostnader ved bygging, drift og overføring over den store avstanden må imidlertid veies mot alternativer på bakken. Avstand alene løser ikke alle risikoer.
Selskaper innen romsolenergi
1. Space Solar
Britiske Space Solar utvikler konseptet CASSIOPeiA, et planlagt rombasert solkraftsystem på gigawattskala. En versjon på 2 GW ville kreve en svært stor struktur; den var ikke bygget i 2024.
Kilde: Space Solar
En omtalt konseptversjon omfattet rundt 60.000 solcellemoduler, omtrent 2.000 tonn masse og plassering ved geosynkron banehøyde. Dette var designanslag som kunne endres under utviklingen.
Fasekontrollerte antenner skal styre energistrålen elektronisk. En omtalt mottaker på bakken var omtrent fem kilometer i diameter. Space Solar demonstrerte HARRIER, et system for 360° trådløs kraftoverføring uten mekanisk dreining, på bakken. Det dokumenterte en viktig delfunksjon, ikke et ferdig 30 kW kraftverk fra bane.
Konseptet bruker to solreflektorer som leder sollys mot den sentrale energiinnsamlingsdelen.
Kilde: Space Solar
Omtalte kostnadsanslag var rundt 17 milliarder pund for første system og 3,6 milliarder pund for senere systemer. Dette var fremtidige konseptestimater. En påstand om en fjerdedel av kostnaden for kjernekraft kan ikke vurderes bare ved å sammenligne nominell effekt; levetid, finansiering, kapasitet, drift og alle systemkostnader må tas med.
2. Reflect Orbital
Reflect Orbital planlegger å selge sollys etter mørkets frembrudd ved å reflektere det mot solkraftverk på bakken, snarere enn å produsere strøm i bane.
Kraftpriser kan være høye etter solnedgang når solproduksjonen faller. Reflektert sollys kunne gi verdi i slike perioder, men muligheten avhenger av solbelysning i satellittens bane, vær, mottakerområde og hvor lenge lyset kan leveres.
Konseptet unngår flere elektriske omformingstrinn i bane. Til gjengjeld må det vise at tilstrekkelig lys kan leveres til en konkurransedyktig pris uten uakseptable virkninger på nattemiljø og astronomi.
I 2024 utviklet selskapet satellittkonseptet og hentet finansiering. En demonstrasjon med speil under en ballong i omtrent tre kilometers høyde viste prinsippet, men var ikke en demonstrasjon av lønnsom energileveranse fra bane.
Kilde: Reflect Orbital
Selskapet omtalte i 2024 et mål om prototypetesting i 2025. Et foreslått design hadde omtrent 16 kilos masse og et utfoldbart mylarspeil på rundt 10 ganger 10 meter. Dette var planer, ikke bekreftede satellitter i kommersiell drift.
Speilkonseptet bruker flere kjente teknologier og kan være enklere enn et komplett kraftverk med mikrobølgesending. Likevel gjenstår betydelige spørsmål om størrelse, presisjon, lysstyrke, økonomi og miljøvirkninger.
