Zonne-energie vanuit de ruimte (Space-Based Solar Power, SBSP) is een idee dat sinds de introductie ervan in 1968 afwisselend is gepromoot en genegeerd. Een SBSP-systeem is in principe een satelliet met zonnepanelen die elektrische energie vanuit de ruimte naar de aarde transporteert . Het is een schone energiebron met een enorm potentieel om in de toekomstige energiebehoeften te voorzien. Deze technologie kent echter zowel positieve als negatieve gevolgen, die de huidige haalbaarheid ervan beïnvloeden. Laten we daarom de voor- en nadelen van zonne-energie vanuit de ruimte en de mogelijke toepassingen ervan eens nader bekijken.
Voor- en nadelen van op de ruimte gebaseerde zonne-energie
Zonne-energieopwekking vanuit de ruimte (Space-based solar power, SBSP) is het proces waarbij zonne-energie in de ruimte wordt opgevangen en draadloos naar de aarde wordt verzonden. Hierbij worden zonnepanelen op satellieten gebruikt, voorzien van reflectoren of opblaasbare spiegels die de zonnestraling erop richten. Deze energie wordt vervolgens via een laser of microgolf naar de aarde gestraald, waar deze wordt ontvangen door een rectenna (een microgolfantenne).
Volgens de National Space Society heeft SBSP het potentieel om alle andere hernieuwbare energiebronnen samen te overtreffen. Het kan grote hoeveelheden energie leveren met de minste impact op het milieu.
Om het concept en de mogelijkheden om in onze energiebehoeften te voorzien beter te begrijpen, gaan we dieper in op de voor- en nadelen van op ruimtevaarttechnologie gebaseerde zonne-energie.
Voors van Ruimtegebaseerde zonne-energie
1. Schone energiebron
Zonne-energie uit de ruimte onderscheidt zich van olie-, gas-, ethanol- en kolencentrales doordat er geen broeikasgassen in de atmosfeer vrijkomen. In tegenstelling tot kolen- en kerncentrales is zonne-energie uit de ruimte niet afhankelijk van de beperkte voorraden zoet water.
Ruimtezonne-energie concurreert niet met andere energiebronnen zoals bio-ethanol of biodiesel voor landbouwgrond, die geleidelijk schaarser wordt. Bovendien is er geen afhankelijkheid van meststoffen op basis van aardgas.
2. Gemakkelijk transport
Het gebruik van zonne-energie uit de ruimte kan een zodanige vraag creëren dat er een goedkope manier ontwikkeld moet worden om goederen naar de ruimte te transporteren. Daarmee wordt het economische potentieel van de grondstoffen in ons zonnestelsel ontsloten.
3. Werkgelegenheidskansen
Het gebruik van zonne-energie uit de ruimte kan meer banen creëren en bijdragen aan de oplossing van problemen met energiezekerheid en klimaatverandering door gebruik te maken van de expertise in de ruimtevaart.
4. Betrouwbaar
De hoeveelheid beschikbare ruimte voor zonne-energie is enorm en deze is 24 uur per dag beschikbaar, iets wat niet mogelijk is met zonne- en windenergiecentrales op het land . Het werkt moeiteloos, ongeacht bewolking, daglicht of windsnelheid. Het gebruik ervan betekent minder of geen afhankelijkheid van onvoorspelbare of onvriendelijke landen voor olie.
5. Veiliger
Ruimte-energie heeft voordelen ten opzichte van kerncentrales, omdat er geen giftig afval ontstaat dat honderden jaren lang veilig moet worden opgeslagen en gecontroleerd. Het is beter voor het milieu dan steenkool en kernbrandstoffen, omdat er geen schadelijke mijnbouw voor nodig is.
6. Onbeperkt
Hier volgt het volgende voordeel uit de lijst met voor- en nadelen van zonne-energie uit de ruimte. Het kan landen energieonafhankelijk maken door de afhankelijkheid van aardse energiebronnen te verminderen en zo de concurrentie om schaarse hulpbronnen te verlagen.
7. Breed bereik
Het gebruik van zonne-energie vanuit de ruimte biedt de mogelijkheid om energie naar elke locatie ter wereld te exporteren. Deze energie kan vervolgens worden aangepast aan lokale behoeften, zoals de productie van methanol in gebieden zoals het platteland van India waar geen elektriciteit beschikbaar is. Een van de potentiële toepassingen is de ontzilting van zeewater. Een zonne-energiecentrale in de ruimte van dezelfde grootte levert 13 keer meer energie dan een vergelijkbare centrale op de grond. Hiermee zijn de voordelen van zonne-energie vanuit de ruimte afgerond; laten we nu de nadelen bekijken.
Lees ook: De voor- en nadelen van zonnebatterijopslag
NADELEN of Ruimtegebaseerde zonne-energie
1. Bouw
Een groot nadeel van satellieten voor zonne-energie in de ruimte is de complexiteit van de constructie , met name bij satellieten met een grote structuur. Voor de bouw van grote satellieten is een aanzienlijke hoeveelheid materiaal nodig dat de ruimte in wordt gelanceerd. Ook het assembleren, onderhouden en vervangen van dit materiaal is op de lange termijn cruciaal. Het is een kostbaar en tijdrovend proces dat periodiek moet worden uitgevoerd en met zulke hoge kosten lijkt het onpraktisch.
2. Hoge ontwikkelingskosten
Het ontwikkelen van zonne-energie in de ruimte is een kostbaar proces. Het is essentieel om de kosten van de ontwikkeling van zonne-energie in de ruimte te vergelijken met de kosten van het niet nastreven ervan. Het bouwen van deze systemen in de ruimte is kostbaar omdat er een groot aantal lanceringen van ruimteveren nodig zijn om alle benodigde materialen te vervoeren.
Voor de lage kosten: 4,000 metrische tonnen (4M kg) x $9,000 lanceringskosten per kg wordt geschat op ongeveer 36 miljard dollar. Voor 80,000 metrische tonnen (80M kg) x $43,000 lanceringskosten per kg wordt geschat op ongeveer 3.4 biljoen dollar.
3. Veel onderhoud
Het verzenden van zonne-energie vanuit de ruimte naar de aarde is duur, maar het onderhouden van de componenten in de ruimte is nog veel lastiger en kostbaarder. Op aarde worden versleten of defecte onderdelen van zonnepanelen over het algemeen binnen enkele uren of dagen vervangen en opnieuw geïnstalleerd. Maar in de ruimte is dat niet zo eenvoudig.
Zie ook: De specificaties van zonnepanelen begrijpen en hoe u ze moet aflezen
4. Mogelijk gevaar
Zonnepanelen in de ruimte worden geconfronteerd met vele gevaren, waaronder ruimtepuin , asteroïden, stof en sterke (ongefilterde) straling van de zon. Al deze factoren kunnen de integriteit van het ruimtegebaseerde zonnestelsel in gevaar brengen.
5. Korte levensduur
Zonnepanelen in de ruimte hebben een kortere levensduur dan zonnepanelen op aarde vanwege de barre omstandigheden . Hierdoor moeten ze vervangen worden, wat betekent dat er materialen de ruimte in gestuurd moeten worden, met alle kosten van dien. Dit is een van de grootste nadelen van zonne-energie in de ruimte.
6. Snelle degradatie
De degradatie van zonnepanelen in de ruimte is aanzienlijk hoger dan de degradatie van zonnepanelen op aarde, ongeveer acht keer hoger.
7. Verspilling
Het transport van energie naar de aarde kan risico's met zich meebrengen . Bovendien gaat er tijdens het transport een aanzienlijk energieverlies optreden.
Vereisten voor ruimtezonne-energie
Om ruimtezonne-energie werkelijkheid te laten worden, is het essentieel dat we over de benodigde technologie en infrastructuur beschikken.
1. Eenvoudige en effectieve krachtoverbrenging
Het is van groot belang om de overdracht van energie van satellieten naar het aardoppervlak te evalueren, met minimale impact op het milieu.
2. Grootschalige in-orbit constructie en operaties
Satellieten voor zonne-energie moeten groot zijn om een aanzienlijke hoeveelheid energie op te vangen, veel groter dan het Internationale Ruimtestation (ISS) , dat momenteel het grootste ruimtevaartuig is dat ooit is gebouwd. Deze satellieten zullen echter minder complex zijn dan het ISS, omdat ze uit veel identieke onderdelen zullen bestaan.
Lees ook: In de VS geproduceerde wind- en zonne-energiecomponenten nu goedkoper dan importcomponenten
3. Goedkope milieuvriendelijke lanceervoertuigen
Lanceerraketten die ontworpen zijn voor eenmalig gebruik zijn kostbaar en kunnen bij frequent gebruik bijdragen aan de vervuiling van de atmosfeer. Verschillende particuliere bedrijven werken momenteel echter aan de ontwikkeling van goedkopere en herbruikbare lanceerraketten als oplossing voor deze problemen.
Toepassingen voor op de ruimte gebaseerde zonne-energie
Na jarenlang continu onderzoek zijn onderzoekers ervan overtuigd dat SBSP voor verschillende doeleinden gebruikt kan worden, maar vooral voor elektriciteitsopwekking en ruimtevaarttoepassingen.
1. De belangrijkste toepassingen van SBSP zijn het van stroom voorzien van ruimte-infrastructuur, satellieten, rovers en ruimtevaartuigen.
2. Vervang fossiele brandstofcentrales als reserve-energiebron in perioden met een lage wind- en zonne-energieproductie.
3. Andere mogelijke toepassingen zijn onder meer de levering van zoet water door middel van ontzilting van zeewater.
4. Airbus wil zonne-energie, opgewekt in de ruimte, gebruiken om de hoge CO2-uitstoot van de luchtvaart te verminderen. Dit zal het gebruik van fossiele brandstoffen in vliegtuigen niet volledig overbodig maken, maar het zou de hoeveelheid broeikasgassen die door vliegtuigen worden uitgestoten wel kunnen verminderen. Mogelijk zou het in de toekomst het vliegbereik van vliegtuigen kunnen vergroten.
5. Het kan worden gebruikt om vloeibare stoffen te produceren die een enorm potentieel hebben als industriële chemicaliën, brandstoffen, bouwmaterialen of producten, aldus de directeur van de Liquid Sunlight Alliance aan Caltech.
Nu we meer hebben geleerd over de voor- en nadelen van op ruimtevaart gebaseerde zonne-energie en de toepassing ervan, gaan we kijken naar de toekomst van het SBSP-systeem.
Zie ook : 5 belangrijke toepassingen van automatische straatverlichting
Toekomst van het ruimtegebaseerde zonne-energiesysteem
Zonne-energie uit de ruimte is een haalbare optie en kan, mits verder ontwikkeld, een overvloedige energiebron vormen. Het is echter ook een enorme uitdaging. Om de hoge kosten van het verzenden van zonnepanelen naar de ruimte te verlagen, moeten fabrikanten het gewicht ervan aanzienlijk verminderen door middel van grote technologische vooruitgang. Verbeterde dunnefilmzonnepanelen zouden hierbij een rol kunnen spelen.
Wetenschappers en ruimteonderzoekers werken aan het genereren van een onderhouden en nauwkeurige bundel die consistente kracht kan garanderen, samen met stabiliserende satellieten. Landen nemen al stappen om deze technologie zo snel mogelijk operationeel te maken.
1. China
- In 2021 lanceerde het bedrijf al een kleine zonnesatelliet in de stratosfeer om de energie van ruimtegebaseerde zonne-energiesystemen te benutten.
- Het bedrijf wil tegen 1 ongeveer 2030 megawatt aan energie opwekken en tegen 2050 een commercieel levensvatbare zonne-energiecentrale in de ruimte ontwikkelen.
2. Japan
- Onderzoekers zijn er in geslaagd om elektrische energie draadloos over te brengen via microgolven, wat een grote vooruitgang is.
- SBSP-systemen maken deel uit van hun visies op de toekomstige ruimtevaart.
3. Verenigde Staten
- Partnerschap van $ 100 miljoen tussen Onderzoekslaboratorium van de Amerikaanse luchtmacht en Northrop Grumman om de SBSP-technologie verder te ontwikkelen.
- Space Solar Power Initiative van 17.5 miljoen dollar om SBSP-technologie te ontwikkelen en energie tegen lagere kosten op te wekken.
- Onderzoek naar herbruikbare lanceersystemen om de montage- en lanceerkosten van SBSP te verlagen.
- Door gebruik te maken van nieuwe technologieën heeft het SPS-ALPHA MARK-II-concept SBSP-projecten economisch haalbaar gemaakt.
Hernieuwbare energiebronnen hebben het potentieel om in de wereldwijde energiebehoefte te voorzien. Met slechts 22,000 vierkante mijl aan zonnepanelen , een oppervlakte gelijk aan die van het Michiganmeer, zou de gehele Verenigde Staten voldoende elektriciteit hebben, volgens gegevens van de Amerikaanse overheid.
De beschikbaarheid van fossiele brandstoffen is beperkt en ze zullen op een gegeven moment in de nabije toekomst uitgeput raken. Onderzoek en investeringen effenen de weg voor een veelbelovende toekomst voor het SBSP-systeem, dat een realistische en haalbare optie zou kunnen zijn. Hoewel er een aantal voor- en nadelen kleven aan zonne-energie uit de ruimte , zou het negeren van een mogelijke energieoplossing geen verstandige beslissing zijn.
Aanbevolen: Hoe om te gaan met een stroomstoring bij Gexa Energy
