Ne-ar rezolva nevoile de energie peste noapte. Dar cu provocari tehnologice si financiare uriase, poate energia solara bazata pe spatiu sa decoleze vreodata?

„Ex-om de stiinta din NASA cauta miliardar vizionar pentru a ajuta la schimbarea lumii. Risc ridicat. Returnarea nu este garantata. GSOH un plus. ”

John Mankins, omul de stiinta in cauza, nu a ajuns inca la punctul de a plasa un anunt clasificat, dar in curand ar putea fi o optiune. Veteranul de 25 de ani al agentiei spatiale americane este omul din spatele unui proiect numit SPS-Alpha, care isi propune sa ridice zeci de mii de module gonflabile usoare in spatiu. Odata ajunsi acolo, vor fi asamblati intr-o structura imensa in forma de clopot, care va folosi oglinzi pentru a concentra energia de la soare pe panourile solare. Energia colectata va fi apoi transmisa catre statiile terestre de pe Pamant folosind microunde, oferind energie nelimitata, curata si reducand peste noapte dependenta noastra de combustibili fosili poluanti. Carligul? Este o tehnologie nedovedita si estimeaza ca va fi nevoie de cel putin 15 miliarde dolari – 20 miliarde dolari pentru ca proiectul sau sa fie lansat.

Mankins a avut initial finantare pentru cercetare de la o ramura de concepte avansate la NASA, dar acei bani s-au uscat in septembrie 2012; de aici continua cautarea sa pentru un binefacator.

„Nu ma pot gandi la o solutie mai buna decat sa gasesc pe cineva foarte bogat, foarte vizionar si dispus sa faca acest lucru sa se intample”, spune el.

Dar nu toata lumea impartaseste optimismul lui Mankins. Energia solara bazata pe spatiu (SBSP) este un subiect care imparte lumea stiintifica in extreme. Pe de o parte, sunt oameni ca Mankins, care cred ca este singura solutie la cererea noastra de energie din ce in ce mai mare, in timp ce pe de alta parte este o parte importanta a comunitatii stiintifice care considera ca orice ban pus in energia solara ar trebui sa ramana ferm pe pamant.

Timpuri inalte

SBSP isi are radacinile in nuvela Reason din 1941, de Isaac Asimov, care descrie o statie spatiala – condusa de roboti – care colecteaza energie de la soare pentru a o distribui pe Pamant si alte planete. Nu s-a mai gandit la aceasta idee pana la sfarsitul anilor 1960, cand inginerul aerospatial Peter Glaser a inceput sa investigheze potentialul acesteia. In deceniile urmatoare, au fost prezentate diverse concepte, dar niciunul nu a decolat. In acelasi timp, NASA si Departamentul de Energie al SUA s-au implicat si ele, finantand fragmente de cercetare si punand in aplicare rapoarte in fezabilitatea sa. Majoritatea au ajuns la concluzia ca SBSP era prea „riscant” si prea costisitor.

Dar in ultimii ani, SBSP a inceput din nou sa atraga atentia cu proiecte care apar in SUA, Rusia, China, India si Japonia, printre altele. Toate sunt determinate de cresterea cererii de energie, cresterea preturilor petrolului si gazelor, dorinta de a gasi alternative curate la combustibilii fosili si de o industrie spatiala comerciala in plina expansiune, care promite sa reduca costul intrarii in spatiu si sa stimuleze o serie de noi industrii.

„SBSP este sursa suprema de energie pentru lume si, in cele din urma, va inlocui aproape orice altceva”, spune Ralph Nansen, de la grupul de advocacy Solar High din SUA, cu unele dintre hiperbolele caracteristice care definesc ambele parti ale dezbaterii SBSP. „Nu cred ca exista nicio indoiala ca in secolul urmator vom obtine majoritatea puterii noastre din spatiu. Este doar o intrebare de cand ”.

Nansen solicita guvernului SUA sa investeasca de urgenta in cercetarea si dezvoltarea SBSP. 

„Anglia a dominat economia mondiala in timpul revolutiei industriale din cauza carbunelui. Statele Unite au dominat economia mondiala dupa descoperirea petrolului in Brownsville, Texas, in 1901. Sunt increzator ca oricine dezvolta SBSP va avea o pozitie dominanta similara in economia mondiala ”, spune el.

Nansen, la fel ca alti sustinatori ai SBSP, sustine ca, in loc sa construiasca ferme solare uriase pe suprafata Pamantului, care sunt la mila conditiilor meteorologice fluctuante si a ciclului de zi si noapte, omenirea ar trebui sa zboare putin mai aproape de soare. Mai exact, acestia pledeaza pentru construirea fermelor solare pe orbita geostationara la 35.800 km (22.000 mile) deasupra suprafetei Pamantului. Acolo, lumina soarelui are o intensitate de 1.347 de wati pe metru patrat – cu aproximativ 30% mai intens decat la suprafata Pamantului, ceea ce inseamna o productie mai mare de energie electrica. Si in functie de pozitia sa orbitala, un sistem SBSP ar putea folosi lumina directa a soarelui aproape pe tot parcursul anului, spre deosebire de fermele solare terestre.

Desigur, este bine si bine sa colectati energia solara in spatiu, dar trebuie totusi sa o readuceti pe Pamant. Si intrucat conectarea unui cablu foarte, foarte lung pana la o ferma solara cu o lungime de 5 km (3,1 mile) in spatiu nu este practic, majoritatea proiectelor au in vedere transferarea fara fir a energiei inapoi printr-un cuptor cu microunde concentrat sau cu un fascicul laser catre o antena imensa de receptie (sau „Rectenna”) raspandita pe mai multi kilometri pe Pamant.

„Omoara-l”

Toate acestea suna simplu. Insa doua probleme importante trebuie abordate pentru ca SBSP sa devina vreodata realitate – ingrijorarile cu privire la eficienta transmisiei de energie fara fir (WPT) si costul total al unor astfel de proiecte.

Chiar si cea mai „analiza superficiala” a SBSP arata ca avantajele obtinute prin mutarea matricei solare in spatiu „nici macar nu sunt aproape comparabile” cu costul suplimentar al functionarii in spatiu si al transmiterii energiei catre Pamant, spune radiologul William A. Coles of Jacobs School of Engineering din UCSD.

„Niciun sistem de alimentare bazat pe spatiu nu ar supravietui unei analize cost-beneficiu”, spune el.

Dar cresterea industriei spatiale comerciale a dat sustinatorilor SBSP o noua speranta pentru schimbarea ecuatiei economice. Un raport din 2011 al Academiei Internationale de Astronautica (IAA) a constatat ca SBSP ar putea fi viabil din punct de vedere comercial in termen de 30 de ani, determinat partial de cresterea companiilor spatiale private.

Doua nume au aparut cu regularitate in discutiile despre SBSP si spatiul comercial: Planetary Resources – compania miniera de asteroid wannabe lansata la inceputul acestui an – si SpaceX, prima firma spatiala comerciala care a trimis o marfa catre ISS, fondata de miliardarul tehnologic sud-african Elon Mosc. Daca doar una dintre aceste firme – care au aratat deja ca vad rentabilitatea potentiala a asumarii proiectelor cu risc ridicat in spatiu – poate fi convinsa sa isi concentreze atentia asupra SBSP, tehnologia are sanse de lupta, spun avocatii. 

Ele indica scaderea costurilor pentru lansarea lucrurilor in spatiu. In prezent, costa in jur de 20.000 USD / kg (10.000 USD / lb) pentru a lansa orice lucru pe orbita. Pentru a trimite o platforma care ar putea avea cativa kilometri si sa cantareasca cateva mii de tone, este stabilit un pret incepand de la miliarde de dolari. Si asta inainte de a fi trebuit sa asamblati panourile solare, o operatiune care ar avea probabil cel putin la fel de multa abilitate ca si asamblarea Statiei Spatiale Internationale – un proiect care are un pret de aproximativ 100 miliarde de dolari.

Dar Musk a vorbit deschis despre modul in care compania sa intentioneaza sa construiasca vehicule de lansare reutilizabile si sa reduca costul lansarii in spatiu la 1.100 USD / kg (500 USD / lb) sau chiar mai mic, facand perspectiva construirii unor structuri gigantice in spatiu sa para o notiune mai putin fantezista . Cu toate acestea, orice firma SBSP care spera ca antreprenorul sa-si puna la dispozitie muschiul financiar – precum si sistemele sale de rachete – poate fi un soc. Musk a fost anterior ostil fata de ideea SBSP, spunand odata „injunghie acel lucru sangeros in inima” pentru a sugera ca ideea ar trebui ucisa definitiv. SpaceX a refuzat solicitarea noastra de interviu.

Antreprenorii in curs de dezvoltare pot gasi mai mult entuziasm de la cofondatorul Planetary Resources Eric Anderson, care isi vede potentialul, dar nu are planuri imediate de a investi in cercetare sau dezvoltare SBSP. 

„Singura modalitate de a obtine energie solara cu adevarat abundenta, fiabila si disponibila de oriunde este prin SBSP, dar costurile de instalare sunt exorbitante”, spune el. Cu toate acestea, SBSP finantat comercial ar putea decola daca este utilizat initial pentru a furniza energie pietelor si locatiilor „insensibile la pret”, cum ar fi pozitiile militare, scenele de dezastru si operatiunile de cautare si salvare, adauga el.

„Puteti plati o taxa exorbitanta in raport cu ceea ce ati plati din retea, dar in mijlocul unui dezastru natural, de exemplu, nu va pasa de preturi. Asa va incepe SBSP ”, spune el.

Apoi, odata ce conceptul este dovedit, fortele pietei vor prelua, prezice el.

„Odata ce vor aparea avantajele inerente ale spatiului, SBSP va fi omniprezent, in ceea ce priveste faptul ca Pamantul isi obtine energia din spatiu. Dar va dura probabil decenii ”, spune Anderson, desi cu o conditie importanta:„ Daca japonezii, rusii sau SUA vor afla cum sa valorifice energia [nucleara] de fuziune, cred ca acest lucru ar fi cu siguranta la fel, daca nu chiar mai mult , atractiv. ”

Beam-ma … in jos

Energia de fuziune a fost intotdeauna „la 50 de ani distanta”, deoarece fiecare experiment lanseaza noi provocari tehnologice. Dar este probabil o veste mai buna pentru SBSP – cel putin pe hartie.

O serie de rapoarte din ultimele decenii ale unor agentii precum NASA si Oficiul Spatial al Securitatii Nationale (NSSO) au ajuns in mare parte la concluzia ca – desi costisitor – nu exista o bariera tehnologica majora pentru a scoate SBSP de pe teren. De exemplu, celulele solare sunt acum o tehnologie bine inteleasa, care devine din ce in ce mai ieftina si mai capabila, crescand eficienta de la 10 la 40% in ultimele patru decenii. Au fost dezvoltate noi materiale usoare – inclusiv grafen si polimeri avansati. Si, in timp ce multi considera ca ISS este o vaca in numerar care inglobeaza milioane de dolari din banii contribuabililor, cu siguranta ne-a invatat un lucru sau doua despre lucrul in spatiu si, in mod crucial, asamblarea unor structuri mari acolo. In plus, robotica – cruciala pentru intretinere si, probabil, asamblarea acestor centrale solare – a venit la pasi mari,

Cu toate acestea, exista inca o parte cruciala a sistemului care necesita atentie: transmisia fara fir a energiei. Desi pare o tehnologie fantezista, transferul de energie fara fir are o istorie lunga. A fost demonstrat pentru prima data in 1893 de inventatorul Nikola Tesla cand a reusit sa ilumineze fara fir tuburile de vid prin exploatarea unui fenomen cunoscut sub numele de rezonanta electrica. Tesla a reusit sa aprinda si sa opreasca luminile de la distanta, ajustand frecventa undelor electromagnetice din vecinatatea lor. De atunci au avut loc diferite demonstratii la scara redusa de transfer de energie fara fir pentru orice, de la aplicatii militare la alimentarea televizoarelor.

In teorie, orice unda electromagnetica poate fi utilizata pentru transferul de energie fara fir. Transmisiile radio functioneaza pe principii similare si implica tehnologii bine dezvoltate. 

Dar ceea ce functioneaza pe suprafata pamantului nu va functiona neaparat la fel de eficient din spatiu. Pentru inceput, distantele implicate sunt mai mari. Mai mult, aceste ferme solare gigantice, care orbiteaza, trebuie sa-si genereze propriile lor raze laser puternice sau microunde in spatiu si le directioneaza cu precizie catre suprafata pamantului – un proces complicat care consuma o parte din energia solara creata de sistem.

Orice fascicul de energie care se indreapta spre pamant de la spatiu are, de asemenea, mica problema a calatoriei prin atmosfera planetei noastre.

Intrucat atmosfera Pamantului este opaca la majoritatea frecventelor din spectrul electromagnetic, oamenii de stiinta au nevoie de modalitati de a transmite energie prin ceata de picaturi de gaz si apa, fara a fi disipata prea multa energie in acest proces. 

Frecventele de lumina vizibile ofera o singura oportunitate. Microundele ofera altul.

Dintre cele doua, microundele sunt alegerea preferata, deoarece functioneaza mai eficient pe distante mari decat alternativele bazate pe laser. Laserele pot fi blocate de vreme nefavorabila, iar proiectele actuale pentru dispozitivele utilizate pentru a genera si colecta lumina laserului sunt, in general, considerate a fi considerabil mai putin eficiente decat omologii lor pe baza de microunde. 

Microundele sunt deja utilizate in mod obisnuit pe suprafata Pamantului de catre firmele de telecomunicatii si au o istorie stabilita in spatiu, unde sunt utilizate pentru relee prin satelit si comunicatii radio in spatiu profund cu misiuni interplanetare, cum ar fi Curiosity Rover pe Marte. 

Sistemele WPT cu microunde sunt, de asemenea, considerate a fi mai sigure pentru animale salbatice si pentru oameni decat WPT bazat pe laser, despre care raportul IAA 2011 privind SBSP a mentionat ca are potentialul de a fi armat. Raportul IAA estimeaza ca nivelurile de energie chiar in centrul antenei de receptie a fasciculului de microunde de pe pamant ar fi intre 200-250 W / m2 – sau aproximativ 20-25% din intensitatea soarelui de la mijlocul zilei la ecuator.

Cel mai ambitios experiment de pana acum a avut loc in mai 2008, cand Mankins – impreuna cu cercetatorii japonezi – au demonstrat un fascicul de microunde, similar cu unul care ar putea fi utilizat pentru a transmite energie pe Pamant, intre doua insule hawaieneiene la distanta de 150 km (100 mile). Distanta a fost aleasa, deoarece este echivalenta cu grosimea atmosferei pe care ar trebui sa o patrunda un fascicul de microunde din spatiu. 

Dar experimentul a adus rezultate mixte. „A fost un bun test end-to-end al tehnologiilor cheie la distanta scurta si acea portiune a fost destul de reusita. A fost, de asemenea, prima utilizare a energiei solare pentru a conduce un astfel de experiment, astfel incat toate aspectele majore ale tehnologiilor SPS au fost testate impreuna ”, explica Mankins.  

„Cu toate acestea, nivelurile de putere erau mult prea mici pentru a transmite efectiv puterea pe toata distanta. De asemenea, avand in vedere timpul scurt, sistemul de control al fasciculului nu a functionat asa cum am dorit. ” 

‘Sarcina descurajanta

Oamenii de stiinta precum Tom Murphy, profesor asociat de fizica la Universitatea din California, San Diego, considera ca oricine doreste sa cheltuiasca 1 milion de dolari pe care l-a costat pentru finantarea experimentului, ar fi mai bine sa-si economiseasca banii.

„Problema cu transmisia de energie fara fir este difractia energiei prin atmosfera. Nu asta o sa inseli. Fizica face ca transmisia sa fie greoaie si asta va fi intotdeauna cazul oricarui sistem SBSP ”, spune el.

Chiar si un cer fara nori contine vapori de apa. Fiecare picatura isi pierde valoarea, imprastiind radiatia in fasciculul de microunde provocand pierderi semnificative de energie intre ferma solara in orbita si suprafata terestra, spune Murphy, care estimeaza ca intre generarea de energie a microundelor in spatiu, transmiterea acesteia la sol si convertirea inapoi in din nou, se poate astepta ca intregul proces sa functioneze cu o eficienta de aproximativ 50%.

Murphy sustine ca, chiar si cu noile tehnologii si sisteme de lansare mai ieftine, SBSP nu va deveni viabil.

“Scara de timp, cheltuielile si gradul de complexitate de a face ceva din spatiu o fac atat de descurajanta, incat, daca reusesti sa obtii acelasi rezultat stiintific de la sol, este o cale superioara”, spune el.

Este o opinie sustinuta de Agentia Internationala pentru Energie (AIE), care este pozitiva in ceea ce priveste perspectivele de producere a energiei solare terestre, dar exclude in mod explicit SBSP pe termen lung, deoarece cheltuiala, „in principal datorita costurilor de punere elementele necesare in orbita ar fi cu cateva ordine de marime mai mari decat costurile de generare a energiei electrice pe Pamant “.

Un alt factor care cantareste un viitor stralucit pentru SBSP este reaparitia productiei de petrol si in special gaz in Statele Unite, care ar putea vedea ca tara devine 95% independenta din punct de vedere energetic pana in 2035, potrivit IEA.

Omule de bani

Insa, in ciuda criticilor – si aparent contrar sanselor – proiectele continua sa avanseze. Cel putin pe hartie.

In septembrie 2012 a existat o multime de anunturi care au coincis cu Simpozionul Space Power organizat la Napoli, Italia. O divizie a Agentiei Spatiale Federale Ruse (Roscosmos) a dezvaluit ca are in dezvoltare un prototip functional al unui sistem SBSP de 100kW; desi nu a fost anuntata nicio data de lansare. Iar Asociatia Chineza pentru Stiinta si Tehnologie (Distributie) a dezvaluit mai multe detalii despre o demonstratie SBSP de 100kW, pe care intentioneaza sa o plaseze pe orbita terestra joasa, este asteptata pana in 2025, urmata de un sistem SBSP complet operational pe orbita geostacionara pana in 2050.

Daca acestea scapa vreodata de la sol este o alta problema. Conceptele SBSP au obiceiul de a lansa cu mare fanfara, dar care ofera foarte putin. De exemplu, in 2009, autoritatile de reglementare californiene au aprobat un contract de 15 ani cu Solaren pentru furnizarea a 200 megawatti de SBSP gigantului de utilitati din America de Nord Pacific Gas si Electric din 2016. Dar in ultimii ani compania a tacut planurile sale. Solaren a refuzat solicitarea noastra de interviu.

Un proiect ambitios in mod similar, anuntat in 2009 de guvernul japonez, intentioneaza sa trimita pe orbita un sistem de 1 km cu o latime de 2 km (1,5 mile). Proiectul a fost lansat in urma dezastrului nuclear de la Fukushima, care a generat un suflu de sprijin public pentru SBSP din Japonia. Dar, realitatea – si bugetele – au inceput. 6 ani au primit doar 10 milioane de dolari, o scadere in ocean pentru un concept SBSP.

„Oamenii au sustinut foarte mult SBSP dupa Fukushima. Dar, din pacate, avem nevoie si de sprijin din partea factorilor de decizie. Bugetul nostru este limitat si va fi redus din cauza depresiei economiei japoneze si a dezastrului teribil din Fukushima si Tohoku ”, spune Naoki Shinohara, profesor de inginerie la Institutul de cercetare pentru umanosfera durabila, la Universitatea Kyoto si parte a proiectului. 

Drept urmare, planurile de a testa o legatura cu microunde la scara mica de peste 50 m (160 ft) in 2014 par a fi intarziate.

„Eu cred in SBSP. Si cred in acest proiect ”, adauga Shinohara optimist. „Speram sa incepem sa generam energie in spatiu in 2030.”

Aceasta atitudine pozitiva este impartasita de veteranul NASA Mankins, care este si acum ofiter tehnic sef la start-up-ul minier de asteroizi Deep Space Industries. 

Un auto-proclamat „antreprenor concurent” caruia ii place „sa ramana ocupat”, cel al lui Mankins, inca „cauta activ” finantare pentru SPS-Alpha pentru ca un partener binevoitor sa finanteze proiectul.

„Nu l-am gasit inca pe miliardarul vizionar. Dar tot caut. ”

Daca doriti sa comentati aceasta poveste sau orice altceva ati vazut pe viitor, accesati pagina noastra de Facebook sau trimiteti-ne un mesaj pe Twitter.

ARTICOLE SIMILAREDE LA ACELAȘI AUTOR