Daken, weilanden en woestijnen komen steeds voller met zonnepanelen te liggen. Tegelijkertijd groeit het besef dat het aardoppervlak niet oneindig groot is, en dat de zon geen constante toevoer van energie oplevert – wolken, wisselende seizoenen en de nacht spelen zonneschijn parten.
Daarom wordt er omhoog gekeken: zou het mogelijk zijn om in de ruimte, waar de zon altijd schijnt, zonne-energie op te wekken? Deze week is een satelliet gelanceerd die onderzoek doet naar verschillende cruciale aspecten om van zonne-energie uit de ruimte een succes te maken.
Caltech, één van ’s werelds meest vooraanstaande technische universiteiten, werkt al tien jaar aan het Space Solar Power Project (SSPP), dat op 500 kilometer boven de aarde zonne-energie op moet vangen om naar de aarde te sturen. De belofte is groot: de opbrengst van een zonnecel is buiten de dampkring in theorie acht keer hoger dan op aarde. De onderzoeksgroep is met 100 miljoen dollar gefinancierd door de filantroop Donald Bren, die in 2011 gefascineerd door het onderwerp raakte toen hij een artikel in het blad Popular Science las. Wat toen nog als een science-fiction fantasie klonk, wordt nu uitgetest.
Drie grote opgaves
Een raket van SpaceX heeft afgelopen dinsdag een prototype van Caltech, de Space Solar Power Demonstrator (SSPD), de ruimte in geschoten. Op een sonde zijn drie instrumenten gemonteerd die elk één van knelpunten van zonne-energie in de ruimte onderzoekt.
Het eerste obstakel zijn de zonnecellen zelf. Om energie uit de ruimte rendabel te maken, moeten grote hoeveelheden elektriciteit worden opgewekt. Een commercieel levensvatbaar systeem zal uit minimaal enkele vierkante kilometers zonnecellen bestaan. Ook moderne zonnepanelen die nu in satellieten worden gebruikt, zijn te log en te zwaar om in gigantische aantallen naar de ruimte te brengen. De onderzoekers hebben daarom zonnecellen ontwikkeld die een vijftig tot honderd keer hogere opbrengst per kilo gewicht hebben dan bestaande ruimte-zonnecellen. De SSPD test 32 verschillende ontwerpen om te zien welke in de praktijk het best functioneert.
Het tweede probleem heeft ook met de zonnecellen te maken. Want hoe zorg je ervoor dat je een gigantisch veld van zonnecellen in een langwerpige raket krijgt? Het antwoord: ze slim opvouwen. Net zoals de recent gelanceerde James Webb-telescoop worden de zonnecellen op een origami-achtige mannier in- en uit elkaar gevouwen. Maar waar het zonnescherm van de James Webb ‘slechts’ zo’n twintig bij twintig meter groot is, moet de SSPP uit honderden tegels gaan bestaan die elk tot 60 meter lang zijn. Het prototype heeft nu nog een bescheiden formaat, en werkt met tegeltjes van zo’n 10 vierkante centimeter.
Maar deze problemen verbleken bij de laatste bottleneck: de opgewekte energie op aarde krijgen. Over honderden kilometers moet de zonne-energie draadloos naar de aarde worden gestuurd. Hiervoor is een superlichtgewicht systeem ontwikkeld dat de energie omzet in radiogolven – een vorm van elektromagnetische straling. Alle zonnecellen zenden individueel radiogolven uit, en worden precies op elkaar afgesteld. Zo ontstaat er één gefocuste bundel radiogolven met een zeer groot vermogen. Die bundel moet op aarde weer worden opgevangen. Vooralsnog komt het testsysteem niet veel verder dan een halve meter. Een werkende oplossing om de gigantische afstand naar de aarde te overbruggen, is nog ver weg.
Andere ontwikkelaars
Caltech is niet de enige die zich bezig houdt met zonne-energie uit de ruimte. De Chinese Xidian University heeft op de grond een testopstelling gebouwd waarmee het is gelukt om met radiogolven energie over een afstand van 55 meter te verzenden. De Chinese onderzoekers verwachten dat het enkele generaties duurt voordat de technologie om zonne-energie in de ruimte op te wekken, inzetbaar is.
Dichter bij huis zet het Europees ruimteagentschap ESA de eerste babystapjes om energie in de ruimte op te wekken. Onderzocht wordt of het haalbaar is om een vergelijkbare onderzoekslijn als SSPP op te zetten. De ESA neemt tot 2025 de tijd om hierover een beslissing te nemen.
Meer zonne-energie uit de ruimte:
- Komt zonne-energie uit de ruimte eraan?
- Dit is hoe het Europees Ruimteagentschap energie uit de ruimte wil halen
- VK wil zonne-energie winnen in de ruimte
Schrijf je in voor onze nieuwsbrief: iedere dag rond 07.00 uur het laatste nieuws
Wil jij iedere ochtend rond 7 uur het laatste nieuws over duurzaamheid ontvangen? Dat kan! Schrijf je hier in voor onze dagelijkse nieuwsbrief.
