Britse wetenschappers komen met een interessant plan om Europa klimaatneutraal te maken voor 2050. Volgens hun berekeningen kunnen zonnepanelen in de ruimte een beslissende rol spelen in de overgang naar een netto nul-samenleving.
Het team concludeert deze week in vakblad Joule dat de techniek Europa binnen 25 jaar zo’n 80 procent minder afhankelijk kan maken van wind- en zonne-energie. Bovendien berekenden ze dat de totale kosten van het elektriciteitsnet met zo’n 7 tot 15 procent dalen. Het grote voordeel van zonnepanelen in de ruimte is dat ze niet afhankelijk zijn van dag en nacht, wolken of seizoenen. “In de ruimte heb je de mogelijkheid om zonnepanelen altijd naar de zon te richten, wat betekent dat de energieopwekking vrijwel continu kan doorgaan”, maakt hoofdonderzoeker Wei He van King’s College London duidelijk. “We hoeven dan geen rekening meer te houden met het dagelijkse patroon van dag en nacht dat we op Aarde kennen. En omdat het allemaal in de ruimte plaatsvindt, is de zonnestraling ook nog eens sterker dan aan het aardoppervlak.”
Het idee zelf is niet nieuw: al in 1968 werd het voor het eerst geopperd. Maar destijds was de benodigde technologie niet beschikbaar. Inmiddels werken onder meer China, India, Japan, Rusland, de Verenigde Staten en het Verenigd Koninkrijk actief aan projecten voor zonne-energie uit de ruimte.
Hoe werkt het precies?
Het plan is om de panelen in een baan rond de Aarde te laten draaien, net als communicatiesatellieten. Daar vangen ze zonlicht op en zetten het om in energie, die via microgolven naar ontvangers op Aarde wordt gestuurd. Vervolgens wordt de energie omgezet naar elektriciteit en toegevoegd aan het bestaande stroomnetwerk. Wei He legt uit dat dit onderzoek bijzonder is, omdat het ruimte-zonnepanelen voor het eerst integreert in een realistisch energiesysteem voor de toekomst. “Dit is het eerste artikel dat zonne-energie uit de ruimte binnen het kader van de energietransitie plaatst. We zijn nu eindelijk op het punt gekomen dat we deze ideeën kunnen vertalen naar grootschalige tests en om de tafel kunnen met verschillende partijen over regelgeving en beleid.”
Twee NASA-ontwerpen
De onderzoekers richtten hun pijlen op twee ontwerpen van ruimtevaartorganisatie NASA: de Innovative Heliostat Swarm en de Mature Planar Array. Het eerste ontwerp, een zwerm van spiegels die continu de zon volgt, heeft de grootste potentie maar staat nog in de kinderschoenen. De tweede optie is eenvoudiger en technologisch verder ontwikkeld, maar is ‘slechts’ in staat om 60 procent van de tijd zonlicht binnen te hengelen. Een percentage dat overigens nog steeds fors hoger ligt dan de 15 tot 30 procent efficiëntie van zonnepanelen op Aarde.
Uit de modellen blijkt dat de eenvoudige Planar-versie minder aantrekkelijk is dan wind- en zonne-energie op aarde. De Heliostat-variant daarentegen is over 25 jaar waarschijnlijk goedkoper en efficiënter dan alle alternatieven. Het zou in staat zijn de totale systeemkosten met 7 tot 15 procent te verlagen, tot 80 procent van wind- en zonne-energie op Aarde overbodig maken en de behoefte aan batterijen met meer dan 70 procent verminderen.
Struikelblok
Er is één probleem: het prijskaartje is astronomisch. “Op dit moment liggen de kosten van zonne-energie uit de ruimte een tot twee ordes van grootte boven de niveaus die economisch rendabel zijn”, waarschuwt Wei He. Voor de Heliostat zou de prijs moeten dalen tot veertien keer de verwachte kostprijs van zonnepanelen op Aarde in 2050 en voor de Planar tot negen keer. Toch pleiten de onderzoekers voor een dubbele strategie. “We raden een gecoördineerde ontwikkelstrategie aan die beide technologieën combineert”, zegt He. “Door eerst te focussen op het meer volwassen Planar-ontwerp kunnen we de technologie demonstreren en verfijnen. Dat geeft ons de mogelijkheid om tegelijkertijd het onderzoek naar ontwerpen die continu energie leveren te versnellen.”
Toekomst en risico’s
Voordat het zover is, zijn nog veel technologische doorbraken nodig. Vooral het draadloos overbrengen van energie op grote schaal is een uitdaging waar nog veel testen aan gewijd moeten worden. Ook moeten er oplossingen komen voor het robotisch in elkaar zetten van de installaties in de ruimte. En dan zijn er nog een aantal risico’s, zoals ruimtepuin en slijtage van de systemen, waar een oplossing voor moet worden gezocht. “Ik kijk ernaar uit om dit soort uitdagingen samen met mijn team aan te gaan en uit te dokteren hoe we deze risico’s zoveel mogelijk kunnen beperken”, besluit de onderzoeker.
