Nieuwe pagina 1
Nieuwe pagina 1
Nieuwe pagina 1 advertentie Vliegend Museum Seppe Brussels Air Museum nederlandstransportmuseum.nl aerospacefacts.com tigerformation Stampe

Nieuwe kansen voor zonne-energie vanuit de ruimte
2015-01-07 / Arno Landewers

De Tsjechisch/Amerikaanse wetenschapper Peter Glaser beschreef al in 1968 voor het eerst een systeem om zonne-energie vanuit de ruimte naar de aarde te reflecteren. Via zonnepanelen op een geostationaire satelliet (een satelliet die stilstaat ten opzichte van de aarde, en dus een omlooptijd heeft van een dag) zou de opgevangen zonne-energie worden omgezet naar elektriciteit. Deze elektriciteit zou in de vorm van radiogolven naar een ontvangststation worden gezonden, om daar, na omzetting naar electriciteit aan het energienet te worden gevoed. Een voordeel ten opzichte van zonnepanelen op aarde is dat de opbrengst in de ruimte veel groter is; door afwezigheid van de atmosfeer is de intensiteit van het zonlicht ruim 140% van die op aarde, bovendien kan in de ruimte bijna 100% van de tijd zonne-energie worden omgezet, terwijl dat op aarde ongeveer 30% is.

Tijd om de plannen uit te werken was er op dat moment nog niet; Glaser was betrokken bij de ontwikkeling van de Lunar Ranging Retroreflector Array, een instrument dat tijdens de Apollo 11 missie op de maan werd geplaatst. In 1973 kreeg Glaser een patent op zijn idee. Overigens had science fiction schrijver Isaac Asimov in 1941 al eens geschreven over het verzenden van zonne-energie vanuit een ruimtestation.

Aantrekkelijk alternatief
Het grote nadeel van het door Glaser beschreven idee waren de enorme kosten die vooral met de lancering gemoeid zouden zijn. Er zou moeten worden gewerkt met enorme constructies, met afmetingen in de orde van kilometers, waarvoor diverse raketlanceringen noodzakelijk zouden zijn. Maar met het uitbreken van de oliecrisis leek het toepassen van de Solar Power Satellite, zoals Glaser zijn uitvinding noemde, toch een aantrekkelijk alternatief. Met schaarste en toenemende prijzen van olie speelden de kosten nu een minder prominente rol.

In 1975 lanceerde Boeing plannen voor de bouw van enorme ruimte-energiecentrales, gestoeld op het principe van Glaser met het verschil dat er niet gebruik zou worden gemaakt van zonne-collectoren, maar van reflectie panelen. De warmteontwikkeling die zou ontstaan bij bundeling van het gereflecteerde zonlicht zou dan middels "warmtemachines" in elektriciteit worden omgezet. Die warmtemachines werkten op basis van thermische expansie. De centrale zou 13500 megawatt aan energie kunnen leveren, maar daar was een constructie voor nodig met een totaal gewicht van 71000 ton, en reflectoren met een totaal oppervlak van 50 vierkante kilometer! Boeing verwachtte dat rond 1993 raketten voldoende capaciteit zouden hebben om de constructie in een aanvaardbaar aantal delen in de ruimte te plaatsen. De totale kosten zouden rond 60 miljard USD uitkomen, twee keer zoveel als het Apollo-project, waarbij dan acht energiecentrales in een baan om de aarde zouden worden gebracht.

In 1977 kreeg Lockheed de opdracht van de NASA voor de ontwikkeling van basiscomponenten (buiselementen en koppelstukken) voor de opbouw van grote constructies in de ruimte. Uiteindelijk zouden die elementen zelfs in de ruimte gebouwd moeten worden. Het project stond onder leiding van de legendarische Robert R. Johnson, die als toepassing voor de componenten ook de opbouw van energiecentrales zag.

Raketten ontwikkelden zich niet in de richting die Boeing had voorzien: ze werden vooral veel efficienter, terwijl de capaciteit zeker niet toenam. Het zal dus geen verwondering wekken dat de plannen voor de ruimte energiecentrales op de tekentafels bleven, al heeft de NASA in 1986 en eind jaren '90 nog studies verricht naar de stand van zaken rond de benodigde technologie en de kosten.

Diverse nieuwe initiatieven
Peter Glaser overleed op 29 mei van afgelopen jaar, juist op het moment dat de Solar Power Satellite weer aan belangstelling won, nu vooral gedreven door de toenemende behoefte aan energie.

Afgelopen jaar startte David Hyland, een hoogleraar aan de Texas A&M universiteit, de procedure voor het verkrijgen van een patent op wat hij de Power Star noemt; eigenlijk een kruising tussen het idee van Glaser en de Echo satelliet uit begin jaren '60. De Echo satelliet bestond uit een reflecterende opblaasbare ballon, welke in een baan om de aarde werd gebracht om communicatiesignalen te reflecteren. De Power Star bestaat uit een dergelijke ballon, waarbij het omhulsel is voorzien van opgedrukte fotovoltaische cellen. De tot radiostralen getransformeerde energie (waarvoor het instrumentarium zich in de ballon bevindt) wordt eerst binnen de ballon naar het oppervlak verzonden, en daarna, via transmitters die ook op het ballonoppervlak zijn aangebracht, verzonden naar het grondstation. Volgens Hyland zou een ballon met een doorsnede van 1 km, gebaseerd op een efficiency van omzet- en verzendproces van 2%, 3 tot 4 megawatt vermogen kunnen leveren (hetgeen ongeveer gelijk is aan het maximale vermogen van een moderne windmolen). Met toenemen van zowel efficiency als verbetering van de opgedrukte fotovoltaische cellen kan dit in de toekomst tot 50 megawatt oplopen.

In zowel China als Japan wordt meer uitgebreid gewerkt aan Solar Power Satellites. De Japanse ruimtevaartorganisatie JAXA heeft het in de ruimte brengen van energiecentrales als een van de doelstellingen voor de komende decennia. JAXA heeft bepaald dat voor het in een geostationaire baan brengen van een centrale van 10000 ton, welke 1 gigawatt aan energie kan leveren, de energiekosten ongeveer 1.12 USD/kWh zullen zijn. Hierbij zijn de lanceerkosten 10000 USD per kg, voor transport naar een lage baan om de aarde (na samenstelling van de centrale in de ruimte zal de constructie relatief goedkoop naar een hogere baan kunnen worden gebracht). Met deze lanceerkosten zullen Solar Power Satellites nooit kunnen concurreren met op aarde opgewekte energie. Maar, met de introductie van vooral commerciële raketten, zoals de SpaceX Falcon 9, zullen lanceerkosten sterk reduceren. SpaceX stelt dat deze naar 1000 USD/kg kunnen gaan, de energieprijs van een Solar Power Satellite zou dan 0,18 USD/kWh worden, en dat is gelijk aan de huidige prijs van "aardse" elektriciteit.

Een interessant idee dat ervoor zou kunnen zorgen dat Solar Power Satellites daadwerkelijk van de grond komen is geopperd door het Amerikaanse Atemis Innovations, een bureau van voormalig NASA wetenschapper John Mankins. Zijn SPS-Alpha is gebaseerd op een modulaire opbouw, dat kleinschalig begint. In eerste instantie wordt de gegenereerde energie niet naar de aarde verzonden, maar naar telecommunicatie satellieten die daardoor veel hogere prestaties kunnen leveren. Met een relatief kleine Solar Power Satellite zouden op deze manier onmiddellijk de kosten worden gedrukt en wordt waardevolle ervaring met de technologie opgedaan.

Bronnen

- Frank Morring - Waiting Market - Aviation Week and Space Technology, 21 april 2014
- Frank Morring - Sun Power - Aviation Week and Space Technology, 9 juni 2014
- Mark Williamson - A modern take on an old idea - Aerospace America november 2014
- Avia - maandblad voor luchtvaart en ruimtevaart: september 1975, december 1977, mei 1978