Ajattele mitä tiedät puhtaista energialähteistä. Mikä on vihrein?
Vesivoima, geoterminen lämpö, tuuli ja aurinko todennäköisesti tulevat mieleen. Ympäristöystävälliset, vaikka ne ovatkin, heillä kaikilla on merkittävät rajoitukset energian tuottamiseksi ja missä ne voidaan käyttää. Älykkäästi huolimatta aurinkoenergian todella viileistä edistyksistä aurinkopaneelit voivat silti tuottaa energiaa vain aurinko palatessa.
Ratkaisu on siis ilmeinen. Mene missä aurinko ei koskaan laske: avaruudessa.
Se on tutkijoiden, tutkijoiden ja yrittäjien visio niin Yhdysvalloissa kuin Japanissa, Kiinassa ja Euroopassa. Vaikka konseptia on lyöty ainakin 1970-luvulta lähtien, sitä on toistuvasti tarkistettu ja hylätty, koska kaikkien osien hankkiminen siellä, ja ihmiset kokoamaan se yhteen, oli mahdotonta kallista. Ainoastaan superpienten, massatuotettujen satelliittien ja uudelleenkäytettävien tehostettavien rakettien tulon myötä jotkut alkavat tarkastella entistä kovemmin tilan auringosta saattamista.
Avaruuspohjaisen aurinkokeräysjärjestelmän rakentamiseen liittyy kymmeniä ideoita, mutta peruskokonaisuus menee jotain tällaista: käynnistä ja kokoa robotti useita satoja tai tuhansia samankokoisia moduuleja geosynkronisella kiertoradalla. Yksi osa sisältää peilit heijastamaan ja keskittämään auringonvalon aurinkopaneeleihin, jotka muuntavat energian sähköksi. Muuntimet muuttavat kyseisen sähkön matalan intensiteetin mikroaaltoaaltoiksi, jotka säteilevät suuriin, pyöreisiin vastaanottimiin maassa. Ne antennit muuntavat mikroaallot takaisin sähköksi, joka voidaan syöttää olemassa olevaan verkkoon.
John Mankins, joka vietti 25 vuotta NASA: ssa ja Caltechin suihkumoottorien laboratoriossa, sai rahoitusta NASA: n edistyneiden konseptien instituutista vuonna 2011 hänen auringon aurinkovoimalaitoksen konseptin tarkentamiseksi. Hän vaatii, että tekniikka ja tekniikka, jonka avulla avaruudesta tulee aurinko, toteutuvat, mutta kuten kaikkien muiden kalliiden uusien ideoiden kohdalla, se tulee vihreään taustaan ja vihjeeseen.
"Se ei ole kuin fuusio - ei ole mukana uutta fysiikkaa", Mankins sanoo viittaamalla ITER: ään 35 maan yhteistyötä rakentaakseen fuusioreaktorin Ranskaan. ”Ei ole salaista kastike. Rahoituksen saaminen elementtien kehittämiseksi ja uuden tarvittavan uuden arkkitehtuurin osoittamiseksi on taloudellinen este. ”
Mankins ja muut arvioivat, että avaruuspohjaisen aurinkovoimalan kaikkien komponenttien kehittämisen, rakentamisen, käynnistämisen ja kokoamisen kokonaiskustannukset ovat noin 4–5 miljardia dollaria - murto-osa 28 miljardin dollarin hintalappusta Kiinan Kolmen rotkon pato -alueella. Mankins arvioi, että täysimittaisilla komponenteilla toimivan mittakaavan malli voitaisiin saada 100 miljoonalla dollarilla. Vertailun vuoksi, Tennessee Valley -hallinnon äskettäin valmistuneella Watts Bar -ydinvoimalaitoksella kesti 43 vuotta rakentamisesta alusta saakka loppuun saakka, ja se maksoi 4, 7 miljardia dollaria.
Kriittisesti sen, minkä kuluttajat maksavat - kilowattitunnin hinnan - on oltava samassa pallokeskuksessa kuin hiilellä, maakaasulla ja ydinvoimalla tuotetut tavanomaiset energialähteet, joiden hinta vaihtelee 3–12 senttiä kilowattitunnilta. Vesivoima voi olla hämmästyttävän halpaa, alle senttiä kilowattitunnilta - mutta vain jos olet onni, jos asut alueella, jolla on runsaasti korkeavirtaisia jokia, kuten Kanadassa ja Wisconsinissa. Myös geoterminen lämpötila on erittäin taloudellinen, sillä sisäänkirjautuminen tapahtuu 3 senttiä kilowattitunnilta, mutta sinun on kysyttävä islantilaisia, kuinka he pitävät energialaskuistaan. Ja tuulen puolustajat torjuivat viime vuonna uutisia, että kyseisen uusiutuvan luonnonvarojen kustannukset olivat laskeneet 2, 5 senttiin kilowattitunnilta.
Kustannusten saaminen pieniin kaksinumeroisiin tai jopa yksittäisiin sentteihin kilowattitunnilta on ehdottoman välttämätöntä, jotta auringon auringosta saataisiin kilpailukykyinen hyöty, sanoo Kalifornian energiayhtiön Solarenin toimitusjohtaja Gary Spirnak.
Spirnakin yritys on hyväksytty aurinkoenergian toimittajaksi Kaliforniassa, ja sillä on ollut aiempia toimitusjärjestelyjä Pacific Gas and Electricin kanssa, mutta sen liiketoimintamalli perustuu täysin niiden energian tuottamiseen avaruudessa kerätystä aurinkoenergiasta. Solaren neuvottelee uusista sopimuksista yhden tai useamman laitoksen kanssa. Yhtiöllä on patentteja suunnittelulle täällä Yhdysvalloissa sekä Euroopassa, Venäjällä, Kiinassa, Japanissa ja Kanadassa, ja se on saanut ensimmäisen rahoituskierroksen komponenttiteknologioidensa laboratoriopohjaiseen esittelyyn joskus ensi vuonna. Spirnak toivoo saavansa sijoittajat tukemaan 250 megawatin koelaitosta kehitys- ja testausvaiheen loppuun mennessä, ehkä viiden vuoden kuluessa.
Avaruuden aurinko toimimiseen tarvitaan kaksi kulmakiveä. Ensinnäkin puolijohdevoimavahvistimet, jotka muuntavat tehokkaasti kerätyn auringonvalon sähkön radiotaajuusaaltoiksi, ja vastaanottimet maassa, jotka muuntavat RF-aallot takaisin sähköksi.
Paul Jaffe omistaa merivoimien tutkimuslaboratorion ennätysmääräisen, patentoidun auringon "askel" -muunnosmoduulin lämpö tyhjiötestauskammion edessä. (Paul Jaffe) 
Space Solar -prototyyppi: Tämä auringonvalon ja mikroaaltouunnan muunnusmoduuli auringonvalolle oli ensimmäinen, joka testattiin avaruusmaisissa olosuhteissa. Avaruusrobotiikkaa käytetään tuhansien kokoamiseen auringon satelliitin lähettimen luomiseksi. (Paul Jaffe) 
NRL: n auringonmuutosmoduulin prototyypit testattiin tässä lämpö tyhjiössä ja simuloidussa aurinkovalaistuksen testauslaitoksessa. (Paul Jaffe) Paul Jaffe, Washingtonin DC: n merivoimien tutkimuslaboratorion insinööri, työskenteli kahdella keräysmoduulin prototyypillä, joita hän kutsuu "voileipäksi", koska aurinkokeräin, energianmuunnin ja RF-säteilijä ovat kaikki murskattu jalkaksi -Square laatta kaksi tuumaa paksu. Kunkin yksittäisen moduulin paino määrää lopulta maassa hajautetun sähkön hinnoittelun; Wattina laskettua kiloa kohden Jaffe sanoo, että laattojen perussuunnittelussa oli noin 6 wattia kiloa kohti.
Kun otetaan huomioon tämä energiateho, 20 vuoden aurinkovoimalan elinkaari, käynnistyskustannukset 2500 dollaria kilolta ja itse komponenttien eri kustannustasot, Jaffe laskee, että jos massa laski ja teho nousi 500 wattiin kilolta, vastaa kustannuksia 3 senttiä kilowattitunnilta.
"Todella yksinkertaisten asioiden tekeminen massan vähentämiseksi saa meidät 100 watin kiloa kohti, ja 1000 wattia kiloa kohti ei ole hullua", hän sanoo. "Saat erittäin hyvät hyötysuhteet nykyisellä aurinkoteknologialla, jota on jo kaupallisesti saatavana, ja kannamme näitä erittäin tehokkaita, kevyitä RF-muuntimia taskuissamme joka päivä."
RF-muuntimet ovat syy siihen, että matkapuhelimet toimivat - puhelimet ovat pohjimmiltaan kunnioitettuja radiopuhelimia, joiden signaaleja auttavat signaalireleasemien verkko. Puhelimen muuntimet kääntävät radioaaltoja ymmärretyksi tiedoksi - ääni - ja päinvastoin. Tämä tekniikka on keskeinen tekijä aurinkoavaruuden tutkimuksessa Caltechissa yhteistyössä siellä toimivien tutkijoiden ja insinöörien sekä Northrop Grummanin kanssa.
Spirnak sanoo, että Solarenin viime kuukausien työn pääasiallinen painopiste on ollut juuri tämä - moduulien painon vähentäminen. Vaikka uudelleenkäytettävät raketit vähentäisivät kokonaistuotantokustannuksia entisestään, Spirnak ei pidä hengitystään lähitulevaisuudessa; hän aikoo käyttää tavanomaisia raskaita nostoautoja saadakseen Solarenin komponentit avaruuteen.
"Vietimme paljon aikaa armottomasti ottamalla painoa pois järjestelmästä", Spirnak sanoo. "Voimme pakata yksittäiset suuret elementit yksittäisiin kantoraketteihin, joissa on mielenkiintoisia origamin ominaisuuksia", vaikka koko järjestelmän toimittaminen avaruuteen vaatii silti useita erittäin painavia kantoraketteja.
Jaffe sanoo, että ainoin yleisin kysymys, jonka hän saa puhuttaessa avaruusauringosta, ei ole se, voidaanko se tehdä vai pitäisikö se tehdä, mutta kuinka vaarallinen avaruuden energiakeila on. Eikö se ole taivaalla paistavia lintuja ja lentokoneita, kun ne kulkevat palkin läpi?
"Jos istut ulkona aurinkoisella iltapäivällä 15 minuuttia, et saa palovammoja", hän selittää. ”Radiomme, televisiomme ja matkapuhelimemme eivät tee meille ruokaa, ja ne kaikki ovat samoilla taajuuksilla kuin mitä ehdotetaan. IEEE: n [Sähkö- ja elektroniikkainsinöörien instituutti] on jo asettanut turvallisuusrajat [mikroaaltolähetyksille], joten suunnittelet järjestelmän varmistamaan, että teho jakautuu suurelle alueelle. Se ei muutu vahingossa kuolonsäteeksi. ”
Parhaan kustannus-paino-suhteen, mittakaavan hyötysuhteen ja keskimääräisen ydinvoimalaitoksen (1 - 2 gigawattia) vastaavan sähköntuottokapasiteetin saamiseksi minkä tahansa avaruuden aurinkokeräysryhmän on oltava halkaisijaltaan noin kilometri.
Maassa olevien keräysvastaanottimien olisi oltava vastaavasti suuria - jotta avaruuspohjainen aurinkovoimala tuottaa noin yhden gigawatin energiaa, yhden kilometrin (.62 mailin) aurinkokeräin paisuttaisi energian 3.5 leveälle kilometrille (2 mailia). ) vastaanotin maassa. Se vaatisi noin 900 hehtaarin pinta-alaa. Vertaa tätä Solar Star-aurinkopaneelitehtaaseen Kaliforniassa, joka on Yhdysvaltain suurin aurinkoenergian apulaite, joka on 3200 hehtaaria.
Radiotaajuisella sähkönsiirrolla on yksi merkittävä haitta: "turvalliset" aallonpituudet, jotka eivät myöskään tajuudu niin yksinkertaiselta kuin sade, ovat jo täynnä, tukkeutuneet säännöllisillä radiolähetyksillä sekä sotilas-, teollisuus- ja satelliittikäytössä.
Teslan Elon Muskin joukossa näkyvät auringon kriitikot sanovat, että taloudellisen mittakaavan hyötysuhteita ei yksinkertaisesti voida saavuttaa, koska kaikki tarvittava voima muunnetaan ja muutetaan.
Mutta Jaffe toivoo, että vanha fuusiohalkeama ei tule totta myös auringon avaruudessa: "Se on ollut kymmenen vuoden päässä 60 viimeisen vuoden ajan", hän nauraa.
Mankins korostaa, että maailmanlaajuisen väestön ennustettavan räjähtävän 11, 3 miljardiin miljardiin vuosisadan loppuun mennessä, ja melkein kaikki kehitysmaissa edustettuna, avaruusteollisuuden aurinko ansaitsee julkisten tahojen ja yksityisten kumppaneiden vakavia investointeja. Hänen mukaansa runsas puhdas energia on välttämätöntä ihmisten perustarpeiden tyydyttämiseksi, samoin kuin huolehtiminen taatusta ympäristön tuhoutumisesta, jos kaikki tämä energia tulee tavanomaisista lähteistä.
"Jos energialähteiden sekoitus ei muutu radikaalisti, ei ole mitään tapaa päästä hiilineutraaliin", Mankins sanoo. ”Et myöskään voi kertoa 800 miljoonalle Kiinan ihmiselle, että heidän on pysyttävä täydessä köyhyydessä. Ei tarvitse pelkästään kompensoida nykypäivän hiilidioksidia, vaan myös odottaa eteenpäin 70 vuotta ja miten korvaamme nykyisen käytön kolme kertaa. Tarvitsemme todella suuria ratkaisuja. ”
