Rymdbaserad solenergi: den framtida energikällan?
Vad är rymdbaserad solenergi?
Rymdbaserad solenergi (SBSP) innebär att solens energi samlas in i rymden och sedan sänds trådlöst till jorden. Det finns flera fördelar med denna typ av solenergi. Även om den är dyr så är den en stor källa till ren energi som har kapacitet att tillhandahålla mer energi än vad världen förbrukar eller förutspås förbruka i framtiden.
En rymdbaserad solenergiteknisk process omfattar användning av solpaneler för att samla in solenergi i rymden med reflektorer eller uppblåsbara speglar som riktar solstrålningen mot solpaneler, som i sin tur sedan strålar den till jorden med hjälp av mikrovågor eller laser. Energin tas sedan emot på jorden via en mikrovågsantenn (rectenna).
Enligt National Space Society har rymdbaserad solenergi potential att överträffa alla andra energikällor tillsammans. De hävdar att rymdbaserad solenergi kan ge stora mängder energi med mycket liten negativ miljöpåverkan. Den kan också lösa våra nuvarande problem med energi och utsläpp av växthusgaser.
Infografiken nedan lyfter fram information om rymdbaserad solenergi, aktuella trender och vad olika länder gör när det gäller forskning och finansiering.
Nuvarande global energiförbrukning och trender
Världens energiförbrukning bara ökar. Enligt en rapport från University of Oxford’s Our World in Data om den globala primärenergiförbrukningen är den nuvarande världskonsumtionen över 160 000 TWh per år. Solenergin bidrar endast med 585 TWh.
Även om det sker en ökning av lösningar, investeringar och användning av förnybar energi, genererar olja, kol och gas fortfarande mer än 80 procent av den globala energiförbrukningen – och solenergin genererar mindre än 1 procent.
Mellan 2004 och 2015 ökade investeringarna i förnybar energi med 600 % från 36,2 miljarder pund (46,7 miljarder US-dollar) till 220,6 miljarder pund (284,8 miljarder US-dollar).
Enligt nuvarande prognoser kommer världens befolkning att nå 9,7 miljarder år 2050. I och med befolkningsökningen beräknas också världens energiförbrukning öka med 50 % fram till 2050.
Dessutom ökar effekterna av klimatförändringarna allt snabbare. Även om vi genererar en stor andel av världens energi från fossila bränslen, så bidrar fossila bränslen i hög grad till att öka klimatförändringarna. Många gröna länder ändrar sin klimatpolitik för att minska beroendet av fossila bränslen för energiproduktion.
Jämförelsevis är solenergi den säkraste energikällan idag – även om den fortfarande bara bidrar med en liten andel av den globala energiproduktionen. Dödsfrekvensen från solkraftsproduktion är 1 230 gånger lägre än för kol, och den har ett av de lägsta koldioxidutsläppen, med 5 g koldioxidekvivalenter per kWh.
Varför solkraft från rymden?
Till skillnad från solpaneler på våra tak som bara kan generera elektricitet under dagen kan rymdbaserad solenergi generera kontinuerlig elektricitet 24 timmar om dygnet, 99 procent av året.
Detta beror på att rymdmiljön, till skillnad från jorden, inte har natt och dag, och satelliterna befinner sig i jordens skugga maximalt 72 minuter per natt.
Solpaneler i rymden kan generera 2 000 gigawatt energi konstant. Detta är 40 gånger mer energi än vad en solpanel skulle generera på jorden årligen. Detta är också flera gånger högre än solpanelernas effektivitet i dag.
Dessutom skulle rymdbaserad solenergi generera 0 % växthusgasutsläpp till skillnad från andra alternativa energikällor som kärnkraft, kol, olja, gas och etanol. Den nuvarande energikälla som ger upphov till minst koldioxidutsläpp är kärnkraft, som ger upphov till koldioxidutsläpp på 5 g koldioxidekvivalenter per kWh.
Rymdbaserad solenergi genererar i princip 0 % farligt avfall till vår miljö jämfört med kärnkraft.
Varför är vi inte där ännu?
Även om rymdbaserad solenergi är ett innovativt koncept har vi ännu inte kunnat etablera ett system i rymden. Det är mycket dyrt att skjuta upp ett rymdbaserat solcellssystem. Faktum är att kostnaden uppskattas vara ungefär 100 gånger för hög för att konkurrera med nuvarande kostnader för elkraftverk.
En av orsakerna till de höga kostnaderna är den höga kostnaden för att skjuta upp panelerna i rymden, vilket främst beror på den höga massan per watt som genereras av de nuvarande solpanelerna. Med andra ord är solpanelerna för närvarande för tunga per producerad watt för att det ska vara genomförbart.
För närvarande uppskattas kostnaden för uppskjutning i rymden till 7 716 pund per kilogram – cirka 154 pund per watt. I jämförelse med den kostnad som husägare betalar i dag, som ligger på cirka 2 pund per watt, är kostnaden i rymden extremt hög för att vara konkurrenskraftig. I svenska hem kan installationskostnaden för solpaneler vara så låg som 1,5 brittiska pund per watt.
Andra orsaker till de höga kostnaderna är de allmänt höga transportkostnaderna till rymden. Detta beror på att transporten av alla andra material som behövs till rymden skulle kräva många uppskjutningar av rymdfärjor, och dessa rymdfärjor är för närvarande inte återanvändbara. Det är alltså inte bara själva uppskjutningen av solpanelerna som är dyr, utan även kostnaden för de andra materialen som måste transporteras.
Mycket forskning och teknik pågår fortfarande för att hitta det mest genomförbara sättet att skjuta upp rymdbaserade solpaneler och uppskjutningssystem till en lägre kostnad.
Miljön ute i rymden har också flera riskmoment som kan skada solpanelerna. Det handlar bland annat om rymdskrot och extrem solstrålning, som kan försämra solpanelerna upp till åtta gånger snabbare än solpaneler som installerats på jorden.
Slutligen finns det en risk för att stora mängder energi slösas bort vid transport eller överföring från rymden till jorden. Därför måste forskare och ingenjörer fortsätta sin forskning för att se till att lite eller ingen energi går förlorad under processen.
Aktuella SBSP-projekt och framsteg
De viktigaste aktörerna inom SBSP är Kina, USA och Japan, som alla har gjort framsteg när det gäller tekniska innovationer, partnerskap och lanseringsplaner.
Kina har redan börjat göra framsteg när det gäller uppskjutning i rymden. China Aerospace Science and Technology Corporation planerar att mellan 2021 och 2025 skjuta upp små till medelstora solcellssatelliter i stratosfären som kan utnyttja energi i rymden.
Kina planerar också att generera en megawatt energi från rymdbaserade solpaneler senast 2030, och att driva en kommersiellt livskraftig rymdstation med solceller senast 2050.
I USA finns det pågående partnerskap och investeringar. Till exempel har ett partnerskap på 100 miljoner dollar mellan Northrop Grumman och U.S. Air Force Research Laboratory inrättats för att tillhandahålla avancerad teknik för SBSP.
Även i USA har ett samarbete på 17,5 miljoner dollar mellan Northrop Grumman Corporation och Caltech inrättats för att utveckla rymdsolkraftprojektet kallat ”The Space Solar Power Initiative”. Initiativets mål var att utveckla vetenskapliga och tekniska innovationer som skulle göra det möjligt för ett rymdbaserat solenergisystem att generera elektricitet till en kostnad som är jämförbar med nuvarande elkällor.
Det har skett fortlöpande forskning och tekniska framsteg. I USA pågår utvecklingen av konceptet SPS-ALPHA Mark-II. Om det lyckas skulle detta göra det möjligt att bygga enorma plattformar i rymden som på distans kan leverera tiotusentals megawatt elektricitet till jorden med hjälp av trådlösa kraftöverföringar. Detta kommer också att göra det möjligt att leverera kraft till överkomliga priser till jorden och på rymduppdrag.
Dessutom görs framsteg när det gäller att bygga återanvändbara uppskjutningssystem. Om man lyckas med detta kommer kostnaderna för transport till rymden och den totala kostnaden för rymdbaserad solenergi att sjunka. Ett exempel är SpaceX, som för närvarande arbetar med återanvändbara bärraketer som kan användas för transporter till rymden.
I Japan har forskare lyckats överföra elektrisk kraft trådlöst med hjälp av mikrovågor. Forskarna omvandlade 1,8 kW elkraft till mikrovågor och överförde den exakt till en mottagare som befann sig 55 meter bort. Detta var ett tekniskt framsteg för att föra SBSP närmare verkligheten. Japan har också gjort rymdbaserade solsystem till en del av sin vision för framtida rymdforskning.
Framtidsutsikter för SBSP
Fossila bränslen är ändliga och kan så småningom ta slut. Enligt prognoser kan olja och naturgas ta slut om 50 år och kolproduktionen om 115 år. Med pågående forskning och investeringar finns det en stor möjlighet att rymdbaserad solenergi är den livskraftiga framtiden för solenergi.
Om kostnaden för rymdbaserad solenergi kan sänkas kommer den sannolikt att bli en viktig källa till hållbar energi som inte kommer minska. Stora aktörer som Kina, som redan har tidsplaner för att genomföra tekniken i rymden, kan kanske ge några viktiga lärdomar för framtida förbättringar av tekniken.
Daniel Gahnertz har arbetat som frilansjournalist och fotograf i nästan två decennier. Han har skrivit för en lång rad tidningar i Norden och har ett starkt intresse för miljö, hållbarhet och förnybara energikällor. För GreenMatch.se skriver han om värmepumpar och solpaneler och hur viktig den gröna omställningen i samhället är.
Vi strävar efter att koppla samman våra kunder med rätt produkt och leverantör. Vill ni bli en del av GreenMatch?