Κλιματική αλλαγή: Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω Διαστήματος;

Η ιδέα ακούγεται βγαλμένη από σενάριο επιστημονικής φαντασίας.

Για την ακρίβεια, είναι.

Περιγράφηκε πρώτη φορά στο διήγημα «Λογική» (Reason) του Ισαάκ Ασίμωφ, που δημοσιεύτηκε το 1941 σε αμερικανικό περιοδικό επιστημονικής φαντασίας και συμπεριλήφθηκε το 1950 στο περίφημο βιβλίο «Εγώ, το Ρομπότ» (I, Robot) του Ρωσο-αμερικανού συγγραφέα και καθηγητή Βιοχημείας.

Στην εποχή του, το σενάριο φάνταζε τρελό.

Όμως ογδόντα χρόνια μετά, η λειτουργία ενός διαστημικού σταθμού που θα συλλέγει ενέργεια από τον Ήλιο και θα τη μεταδίδει σε άλλους πλανήτες -εν προκειμένω στη Γη- με δέσμες μικροκυμάτων εξετάζεται ως βιώσιμη, περιβαλλοντικά ενδεδειγμένη και τεχνικά εφικτή λύση…

Σχετικές έρευνες γίνονται εδώ και μισό αιώνα, αρχής γενομένης από τις ΗΠΑ και τη NASA.

Η σχετική τεχνολογία εν μέρει υπάρχει και αναπτύσσεται.

Κι έτσι, διάφορες χώρες έχουν αρχίσει πλέον να εξετάζουν την προοπτική της πρακτικής εφαρμογής της λεγόμενης «Βασισμένης στο Διάστημα Ηλιακής Ενέργειας», γνώστης πια με το ακρωνύμιο «SBSP» (Space-based solar power).

Η κεντρική ιδέα αφορά σε έναν τεράστιο δορυφόρο, μήκους χιλιομέτρων, που θα συλλέγει την ηλιακή ενέργεια μέσω χιλιάδων φωτοβολταϊκών πάνελ.

Θα τη μεταδίδει στη Γη μέσω μικροκυμάτων (ή λέιζερ κατά μια άλλη θεωρία).

Και στη συνέχεια, αυτή η δέσμη ενέργειας θα συλλέγεται από δέκτες, που θα τη μετατρέπουν σε ηλεκτρική και θα τη διανέμουν μέσω δικτύου σε νοικοκυριά και επιχειρήσεις.

Η ενεργειακή κούρσα του Διαστήματος

Επισήμως με βασικό κίνητρο την επίτευξη των στόχων κλιματικής ουδετερότητας περίπου έως τα μέσα του αιώνα και τώρα με ώθηση την εν εξελίξει ενεργειακή κρίση, στο «παιχνίδι» της SBSP μπαίνουν τώρα δυναμικά διάφορες χώρες.

Η εν λόγω τεχνολογία μνημονεύεται για παράδειγμα στο επίσημο κυβερνητικό πρόγραμμα Net Zero Innovation της Βρετανίας, η οποια έχει θέσει το 2050 ως χρονικό ορίζοντα για μηδενικές εκπομπές ρύπων.

Μετά και τη θετική μελέτη σκοπιμότητας από την εταιρεία συμβούλων Frazer-Nash Consultancy, η Ντάουνινγκ Στριτ φέρεται να εξετάζει πλέον σοβαρά πρόταση ύψους 16 δισεκατομμυρίων λιρών για την κατασκευή σταθμού ηλιακής ενέργειας στο Διάστημα.

Το σχέδιο, γνωστό ως Space Energy Initiative, περιλαμβάνει έναν δορυφόρο μήκους περίπου 5 χιλιομέτρων και βάρους 2.000 τόνων, που θα συναρμολογηθεί και θα συντηρείται από ρομπότ.

Αρχικά με μικρές δοκιμές -κι εφόσον το σχέδιο ευοδωθεί- ο βρετανικός σταθμός θα μπορούσε θεωρητικά να καταστεί λειτουργικός το 2040, παράγοντας ενέργεια 2 γιγαβάτ (GW).

Αρκετή για την ηλεκτροδότηση περίπου 1,5 εκατομμυρίου σπιτιών και περίπου ισοδύναμη με την ισχύ δύο πυρηνικών σταθμών, πλην όμως μόλις ένα κλάσμα των 76 GW της βρετανικής παραγωγικής ισχύος.

Στις ΗΠΑ πάντως βρίσκονται ήδη σε εξέλιξη πιλοτικά προγράμματα.

Στο παγκοσμίως αναγνωρισμένο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας αναπτύσσονται φωτοβολταϊκά συστήματα υψηλής απόδοσης καθώς και ένα βελτιστοποιημένο σύστημα μετατροπής και μετάδοσης ενέργειας στο διάστημα.

Στο μεσοδιάστημα, το Εργαστήριο Ναυτικών Ερευνών των ΗΠΑ (NRL)  – ένα ερευνητικό κέντρο του Πολεμικού Ναυτικού και των Αμερικανών Πεζοναυτών- έκανε δοκιμές ηλιακών συλλεκτών και συστημάτων μετατροπής ενέργειας στο διάστημα το 2020.

Παράλληλα, η Ουάσιγκτον χρηματοδοτεί με 180 εκατομμύρια δολάρια έρευνες υπό την εταιρεία αεροδιαστημικής και αμυντικής τεχνολογίας Northrop Grumman και το Ερευνητικό Εργαστήριο της Πολεμικής Αεροπορίας των ΗΠΑ (AFRL) για αξιοποίηση της SBSP και στον στρατιωτικό τομέα.

Στην Κίνα εν τω μεταξύ έχουν αρχίσει προ μηνών οι εργασίες για την κατασκευή εγκαταστάσεων δοκιμών της SBSP στην πόλη Τσονγκτσίνγκ, με στόχο την ανάπτυξη ενός λειτουργικού συστήματος έως το 2035.

Απώτερος στόχος είναι να τεθεί σε τροχιά ο πρώτος ηλιακός διαστημικός σταθμός του ασιατικού γίγαντα σε απόσταση περίπου 36.000 χλμ από τη Γη, με δυνατότητα παραγωγής 1GW ενέργειας ως το 2050.

Ανυπόμονη είναι και η Ιαπωνία, η Διαστημική Υπηρεσίας της οποίας εργάζεται πυρετωδώς, προκειμένου να παρουσιάσει μέχρι το 2025 το δικό της σύστημα. Κάτι που έχει θέσει ως εθνικό στόχο από το 2008, και μάλιστα με νόμο.

Ανάλογα εγχειρήματα αναφέρεται ότι γίνονται και από άλλες χώρες, όπως η Ρωσία και η Ινδία, ενώ έντονο είναι πλέον το ενδιαφέρον και του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA), που προχώρησε στη χρηματοδότηση 13 προτάσεων για την περαιτέρω ανάπτυξή τους.

Πηγή: NASA, Wikipedia

Συν και πλην

Οι υποστηρικτικές της τεχνολογίας SBSP τονίζουν ότι θα μπορούσε να δώσει λύσεις σε πολλαπλά προβλήματα.

Με τη χρήση των γιγαντιαίων δορυφόρων σε υψηλή γεωστατική τροχιά θα μπορεί να συλλέγεται ηλιακή ενέργεια 24 ώρες το 24ωρο, ανεξάρτητα από τις καιρικές συνθήκες και την ηλιοφάνεια στη Γη.

Ως εκ τούτου, η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας θα είναι συνεχής. Δυνατότητα, που μέχρι σήμερα παρέχεται μόνο μέσω των ρυπογόνων ορυκτών καυσίμων και της πυρηνικής ενέργειας.

Μέχρι τα μέσα του αιώνα εν τω μεταξύ -σε περίπου τριάντα χρόνια από τώρα- εκτιμάται ότι η παγκόσμια ζήτηση σε ενέργεια θα έχει διπλασιαστεί, ενόσω θα έχουν μπει φραγμοί στη χρήση ορυκτών καυσίμων για την καταπολέμηση της κλιματικής αλλαγής.

Από την άλλη ωστόσο παραμένουν ανοιχτά διάφορα κρίσιμα ζητήματα με την SBSP.

Θα πρέπει να διασφαλιστεί η ασφαλής ασύρματη μετάδοση της ενέργειας στη Γη, καθώς και η αποτελεσματικότητά της (με τα υφιστάμενα τεχνολογικά δεδομένα, θα υπάρχουν σημαντικές απώλειες της συλλεγόμενης ηλιακής ενέργειας).

Ερώτημα παραμένει ο βαθμός αποδοτικότητας και ανθεκτικότητας των φωτοβολταϊκών συστημάτων μακροπρόθεσμα στο Διάστημα, λόγω της έντονης ηλιακής ακτινοβολίας, καθώς και του υπαρκτού κινδύνου καταστροφής τους από διαστημικά συντρίμμια.

Αλλά όλων αυτών προέχει, στην παρούσα φάση τουλάχιστον, η ρομποτική συναρμολόγηση των τεράστιων δορυφόρων στο Διάστημα, σε τόσο μεγάλη κλίμακα.

Πρόκειται για μια τεράστια πρόκληση.

Και από οικονομικής, αλλά και από περιβαλλοντικής πλευράς, δεδομένου ότι θα απαιτηθούν πολλαπλές εκτοξεύσεις για τη μεταφορά των εξαρτημάτων στο διάστημα.

Πηγή: NASA, Wikipedia

Εκτιμάται ότι το κόστος θα μπορούσε να μειωθεί με επαναχρησιμοποιούμενα δορυφορικά λεωφορεία, που δεν έχουν όμως ακόμη αναπτυχθεί -αν και εταιρείες όπως η SpaceX του Έλον Μασκ εργάζονται προς αυτήν την κατεύθυνση.

«Η μεγάλη ζήτηση της αγοράς για εκτοξεύσεις στο Διάστημα που δημιουργήθηκε από τη Space Based Solar Power είναι πιθανό να επιταχύνει τις προσπάθειες για ανάπτυξη ακόμη πιο προσιτών και πλήρως επαναχρησιμοποιήσιμων διαστημοπλάνων», υπογραμμίζεται στη μελέτη σκοπιμότητας που ζήτησε η βρετανική κυβέρνηση.

Σε κάθε περίπτωση, τονίζουν οι συντάκτες της, «η επιτυχής εξέλιξη της SBSP θα απαιτήσει ένα ουσιαστικό πρόγραμμα έρευνας και ανάπτυξης, με συνεχείς προσπάθειες τις επόμενες δύο δεκαετίες και κυβερνητική δέσμευση, έως ότου η τεχνολογία ωριμάσει επαρκώς για ιδιωτική χρηματοδότηση».

Επίσης «μπορεί να υπάρχει διάθεση για συνεργασία με τους φυσικούς μας εταίρους, συμπεριλαμβανομένης της Ευρώπης, των μελών της συμμαχίας υπηρεσιών πληροφοριών Five Eyes» -ήτοι ΗΠΑ, Βρετανίας, Καναδά, Αυστραλίας, Νέας Ζηλανδίας- «και της Ιαπωνίας για ένα πολιτικό πρόγραμμα ανάπτυξης ηλιακής ενέργειας που βασίζεται στο διάστημα», επισημαίνεται στη μελέτη, προσδίδοντας έτσι περαιτέρω γεωπολιτική διάσταση στο θέμα…