Σκεφτείτε τι γνωρίζετε για τις καθαρές πηγές ενέργειας. Τι είναι το πιο πράσινο;
Η υδροηλεκτρική, η γεωθερμία, η αιολική και η ηλιακή ενέργεια είναι πιθανότατα ανοιχτή στο μυαλό. Φιλικά προς το περιβάλλον παρόλο που μπορεί να είναι, όλοι έχουν σημαντικά όρια για το πόση ενέργεια μπορούν να παράγουν και πού μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Για να βεβαιωθείτε, παρά τις πολύ ωραίες προόδους στον ηλιακό, οι ηλιακοί συλλέκτες μπορούν ακόμα να παράγουν ενέργεια μόνο όταν ο ήλιος λάμπει.
Η λύση, λοιπόν, είναι προφανής. Πηγαίνετε όπου ο ήλιος δεν τίθεται ποτέ: στο διάστημα.
Αυτό είναι το όραμα των επιστημόνων, των ερευνητών και των επιχειρηματιών τόσο εδώ στις Ηνωμένες Πολιτείες, καθώς και στην Ιαπωνία, την Κίνα και την Ευρώπη. Παρόλο που η ιδέα έχει περάσει τουλάχιστον από τη δεκαετία του '70, έχει επανειλημμένα επανεξεταστεί και εγκαταλειφθεί, επειδή όλα τα μέρη εκεί επάνω, και οι άνθρωποι για να το βάλουν όλα μαζί, ήταν απίστευτα δαπανηρή. Μόνο με την εμφάνιση των πολύ μικρών δορυφόρων μαζικής παραγωγής και των επαναχρησιμοποιήσιμων πυραύλων, κάποιοι αρχίζουν να δίνουν μια πολύ πιο δύσκολη ματιά στο να γίνει πραγματικότητα ο χώρος ηλιακής ενέργειας.
Υπάρχουν δεκάδες από δεκάδες ιδέες για το πώς να οικοδομήσουμε ένα διαστημικό σύστημα συλλογής ηλιακών συλλεκτών, αλλά η βασική ουσία πηγαίνει κάτι τέτοιο: εκτόξευση και ρομποτική συναρμολόγηση αρκετών εκατοντάδων ή χιλιάδων πανομοιότυπων μεγεθών σε γεωσκοπική τροχιά. Ένα μέρος περιλαμβάνει καθρέφτες που αντανακλούν και συγκεντρώνουν το ηλιακό φως σε ηλιακούς συλλέκτες που μετατρέπουν την ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι μετατροπείς μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε μικροκύματα χαμηλής έντασης που μεταδίδονται σε μεγάλους κυκλικούς δέκτες στο έδαφος. Οι κεραίες αυτές μετατρέπουν ξανά τα μικροκύματα σε ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο μπορεί να τροφοδοτηθεί στο υπάρχον δίκτυο.
Ο John Mankins, ο οποίος πέρασε 25 χρόνια στη NASA και στο εργαστήριο Jet Propulsion του Caltech, έλαβε χρηματοδότηση το 2011 από το Ινστιτούτο Προηγμένων Έννοιων της NASA για να βελτιώσει λεπτομερέστερα την ιδέα του διαστημικού ηλιακού σταθμού. Η τεχνολογία και η τεχνολογία που απαιτούνται για να γίνει ο χώρος ηλιακή πραγματικότητα υπάρχει ήδη, επιμένει, αλλά όπως και με κάθε δαπανηρή νέα ιδέα, έρχεται κάτω σε greenbacks και gumption.
"Δεν είναι σαν τη σύντηξη - δεν υπάρχει καμία νέα φυσική που εμπλέκεται", λέει ο Mankins, αναφερόμενος στον ITER, τη συνεργασία των 35 εθνών για την κατασκευή ενός αντιδραστήρα σύντηξης στη Γαλλία. "Δεν υπάρχει μυστική σάλτσα. Είναι ένα οικονομικό εμπόδιο για να λάβετε χρηματοδότηση για την ανάπτυξη των στοιχείων και να επιδείξετε τη νέα αρχιτεκτονική που απαιτείται για να γίνει αυτό. "
Οι Mankins και άλλοι εκτιμούν ότι το συνολικό κόστος για την ανάπτυξη, την κατασκευή, την εκτόξευση και τη συναρμολόγηση όλων των συνιστωσών ενός διαστημικού ηλιακού σταθμού είναι της τάξεως των $ 4 έως 5 δισεκατομμυρίων δολαρίων - ένα κλάσμα της τιμής 28 δισεκατομμυρίων δολαρίων στο φράγμα Τριών Φαραγγιών της Κίνας. Ο Mankins εκτιμά ότι ένα μοντέλο κλίμακας εργασίας με εξαρτήματα πλήρους μεγέθους θα μπορούσε να έχει για 100 εκατομμύρια δολάρια. Συγκριτικά, το πυρηνικό εργοστάσιο της Watts Bar, το οποίο ολοκληρώθηκε πρόσφατα, χρειάστηκε 43 χρόνια για να κατασκευάσει, από την αρχή μέχρι το τραύμα, και δαπάνησε 4, 7 δισεκατομμύρια δολάρια.
Ουσιαστικά, αυτό που θα πληρώνουν οι καταναλωτές - η τιμή ανά κιλοβατώρα - θα πρέπει να βρίσκεται στο ίδιο πάρκο με τις συμβατικές πηγές ενέργειας που παράγονται με άνθρακα, φυσικό αέριο και πυρηνικά, οι οποίες κυμαίνονται από 3 έως 12 σεντ ανά κιλοβατώρα. Το υδροηλεκτρικό μπορεί να είναι εκπληκτικά φθηνό, σε λιγότερο από ένα λεπτό ανά κιλοβατώρα - αλλά μόνο αν είστε αρκετά τυχεροί για να ζήσετε σε μια περιοχή με άφθονα ποτάμια υψηλής ροής, όπως σε μέρη του Καναδά και του Ουισκόνσιν. Η γεωθερμική ενέργεια είναι επίσης πολύ οικονομική, ελέγχοντας τα 3 σεντ ανά κιλοβατώρα, αλλά θα χρειαστεί να ρωτήσετε τους Ισλανδοί πώς τους αρέσουν οι λογαριασμοί ηλεκτρικής ενέργειας τους. Και οι υπερασπιστές του ανέμου διακήρυξαν την είδηση πέρυσι ότι το κόστος για την ανανεώσιμη πηγή είχε πέσει στα 2, 5 cents ανά κιλοβατώρα.
Η απόκτηση του κόστους στα χαμηλά διψήφια ψηφία ή ακόμη και σε ένα λεπτό των λεπτών ανά κιλοβατώρα είναι απολύτως απαραίτητη για να καταστήσει το διαστημικό ηλιακό ανταγωνιστικό, λέει ο Gary Spirnak, Διευθύνων Σύμβουλος της ενεργειακής εταιρείας Solaren με έδρα την Καλιφόρνια.
Η εταιρεία του Spirnak είναι εγκεκριμένη ως προμηθευτής ηλιακής ενέργειας στην Καλιφόρνια και διέθετε παρελθόν συμφωνίες εφοδιασμού με την Pacific Gas and Electric, αλλά το επιχειρησιακό της μοντέλο βασίζεται εξ ολοκλήρου στην παραγωγή της ισχύος τους από τη συλλεγόμενη από τον χώρο ηλιακή ενέργεια. Η Solaren βρίσκεται στη διαδικασία διαπραγμάτευσης νέων συμφωνιών με μία ή περισσότερες υπηρεσίες κοινής ωφέλειας. Η εταιρεία έχει διπλώματα ευρεσιτεχνίας εδώ στις ΗΠΑ για το σχεδιασμό της, καθώς και στην Ευρώπη, τη Ρωσία, την Κίνα, την Ιαπωνία και τον Καναδά και έχει εξασφαλίσει ένα πρώτο γύρο χρηματοδότησης για μια εργαστηριακή επίδειξη των τεχνολογιών των συστατικών της κάποια στιγμή το επόμενο έτος. Ο Spirnak ελπίζει να πείσει τους επενδυτές να στηρίξουν μια πιλοτική μονάδα 250 μεγαβάτ μέχρι το τέλος της φάσης ανάπτυξης και δοκιμής, ίσως μέσα σε πέντε χρόνια.
Για τη διαστημική ηλιακή ενέργεια απαιτούνται δύο βασικές δομές. Πρώτον, οι ενισχυτές ισχύος σε στερεά κατάσταση που μετατρέπουν αποτελεσματικά την ηλεκτρική ενέργεια από το συλλεγμένο ηλιακό φως σε κύματα ραδιοσυχνοτήτων και δέκτες στο έδαφος που μετατρέπουν εκ νέου τα κύματα RF σε ηλεκτρική ενέργεια.
Ο Paul Jaffe κρατάει το εργαστήριο του Ναυτικού Ερευνητικού Εργαστηρίου, κατοχυρωμένο με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας, η μονάδα μετατροπής ηλιακού "βήματος" χώρου μπροστά από ένα θάλαμο δοκιμής θερμικού κενού. (Paul Jaffe) 
Space Solar Prototype: Αυτή η μονάδα μετατροπής ηλιακού φωτός σε μικροκύματα για το διάστημα ηλιακή ήταν η πρώτη που θα δοκιμαστεί σε συνθήκες που μοιάζουν με χώρο. Η ρομποτική του χώρου θα χρησιμοποιηθεί για τη συναρμολόγηση χιλιάδων για τη δημιουργία του πομπού ενός διαστημικού ηλιακού δορυφόρου. (Paul Jaffe) 
Τα πρωτότυπα μονάδας ηλιακής μετατροπής χώρου της NRL δοκιμάστηκαν σε αυτή τη δοκιμή θερμικής κενού και προσομοιωμένης δοκιμής ηλιακού φωτισμού. (Paul Jaffe) Ο Paul Jaffe, μηχανικός στο Εργαστήριο Ναυτικών Ερευνών στην Ουάσιγκτον, εργάστηκε σε δύο πρωτότυπα της μονάδας συλλογής, τα οποία αναφέρεται ως "σάντουιτς", αφού ο ηλιακός συλλέκτης, ο μετατροπέας ισχύος και ο πομπός RF σβήνουν όλοι μαζί σε ένα πόδι - πλακιδίων πλακιδίων δύο ιντσών. Το βάρος κάθε μεμονωμένης μονάδας καθορίζει τελικά την τιμολόγηση της κατανεμημένης ηλεκτρικής ενέργειας στο έδαφος. σε όρους βάρους ανά κιλό ξεκίνησε, Jaffe λέει ότι ο βασικός σχεδιασμός κεραμιδιών ήρθε σε περίπου 6 βατ ανά κιλό.
Λαμβάνοντας υπόψη την εξοικονόμηση ενέργειας, τη διάρκεια ζωής ενός ηλιακού σταθμού 20 ετών, το κόστος εκτόξευσης των 2.500 δολαρίων ανά κιλό και τα διαφορετικά επίπεδα κόστους των ίδιων των εξαρτημάτων, ο Jaffe υπολογίζει ότι εάν η μάζα μειωθεί και η ισχύς αυξάνεται στα 500 watts ανά κιλό, ισοδυναμεί με κόστος 3 λεπτών ανά κιλοβατώρα.
"Κάνοντας ακόμα και πολύ απλά πράγματα για να μειώσουμε τη μάζα μας φτάνει στην περιοχή των 100 watt ανά χιλιόγραμμο και 1.000 Watt ανά χιλιόγραμμο δεν είναι τρελό", λέει. "Παίρνετε πολύ καλές αποδόσεις με την τρέχουσα ηλιακή τεχνολογία που είναι ήδη διαθέσιμη στο εμπόριο και μεταφέρουμε καθημερινά αυτούς τους πολύ αποδοτικούς, ελαφρούς μετατροπείς RF στις τσέπες μας".
Οι μετατροπείς ραδιοσυχνοτήτων είναι ο λόγος για τον οποίο τα κινητά τηλέφωνα εργασίας είναι βασικά δοξασμένα φορητά, τα σήματα των οποίων βοηθούνται από ένα δίκτυο σταθμών αναμετάδοσης σήματος. Οι μετατροπείς στο τηλέφωνο μεταφράζουν τα ραδιοκύματα σε δεδομένα που καταλαβαίνουμε - ήχου και αντίστροφα. Αυτή η τεχνολογία έχει κεντρικό ρόλο στην έρευνα για το χώρο του ηλιακού συστήματος στο Caltech, σε συνεργασία μεταξύ επιστημόνων και μηχανικών εκεί και της Northrop Grumman.
Ο Σπιρνάκ λέει ότι η βασική ώθηση του έργου του Σολάρεν τους τελευταίους μήνες ήταν ακριβώς αυτό - μειώνοντας το βάρος των ενοτήτων του. Αν και οι επαναχρησιμοποιήσιμοι πυραύλοι θα χτυπήσουν ακόμη περισσότερο το συνολικό κόστος παραγωγής, ο Spirnak δεν κρατάει την αναπνοή του στο εγγύς μέλλον. σκέφτεται να χρησιμοποιήσει συμβατικά βαρέα οχήματα ανελκυστήρων για να πάρει τα συστατικά του Solaren στο διάστημα.
"Ξοδέψαμε πολύ χρόνο χωρίς να αφαιρέσουμε το βάρος από το σύστημα", λέει ο Σπιρνάκ. "Μπορούμε να συσκευάσουμε μεμονωμένα μεγάλα στοιχεία σε ξεχωριστούς εκτοξευτές, με μερικές ενδιαφέρουσες ικανότητες origami, " παρόλο που παραδίδουμε ολόκληρο το σύστημα στο διάστημα θα απαιτήσουμε ακόμα πολλαπλούς υπερβολικά μεγάλους εκτοξευτές.
Ο Jaffe λέει ότι η πιο συνηθισμένη ερώτηση που παίρνει όταν μιλάει για το διαστημικό ηλιακό δεν είναι αν μπορεί ή πρέπει να γίνει, αλλά πόσο επικίνδυνη είναι αυτή η δέσμη ενέργειας από το διάστημα. Δεν θα αναβοσβήσουν τα πουλιά και τα αεροπλάνα στον ουρανό όταν περνούν από τη δέσμη;
"Αν καθίσετε έξω σε ένα ηλιόλουστο απόγευμα για 15 λεπτά, δεν καίγονται", εξηγεί. "Τα ραδιόφωνα, οι τηλεοράσεις και τα κινητά τηλέφωνα μας δεν μας μαγειρεύουν και όλα αυτά έχουν τις ίδιες συχνότητες με αυτά που προτείνονται. Υπάρχουν ήδη όρια ασφαλείας [για τις μικροκυματικές μεταδόσεις] που ορίστηκαν από το IEEE [Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών], έτσι ώστε να σχεδιάσετε ένα σύστημα για να βεβαιωθείτε ότι η ισχύς είναι απλωμένη σε μια μεγάλη περιοχή. Δεν θα μετατραπεί κατά λάθος σε ακτίνα θανάτου. "
Για να επιτευχθεί η καλύτερη σχέση κόστους-βάρους, αποδοτικότητα κλίμακας και συγκρίσιμη ηλεκτρική παραγωγική ικανότητα ενός μέσου σταθμού πυρηνικής ενέργειας (1 έως 2 gigawatts), οποιαδήποτε συστοιχία συλλογής ηλιακής ενέργειας στο διάστημα θα χρειαστεί να είναι περίπου ένα χιλιόμετρο σε διάμετρο.
Οι δέκτες συλλογής στο έδαφος θα πρέπει να είναι ανάλογα μεγάλοι - για μια ηλιακή μονάδα με βάση το διάστημα που θα παράγει περίπου ένα gigawatt ενέργειας, ένας ηλιακός συλλέκτης μήκους ενός χιλιομέτρου (.62 μιλίων) θα μπορούσε να εκπέμπει ενέργεια σε ένα χιλιόμετρο πλάτους 3, 5 χιλιομέτρων ) δέκτη στο έδαφος. Αυτό θα απαιτούσε μια έκταση περίπου 900 στρεμμάτων. Συγκρίνετε αυτό με το εργοστάσιο ηλιακού θερμοκηπίου Solar Star στην Καλιφόρνια, που σήμερα είναι η μεγαλύτερη ηλιακή κοινότητα των Ηνωμένων Πολιτειών, η οποία καταλαμβάνει 3.200 στρέμματα.
Η μετάδοση ισχύος ραδιοσυχνοτήτων έχει ένα σημαντικό μειονέκτημα: τα "ασφαλή" μήκη κύματος που επίσης δεν θα διαθλώνονται από κάτι τόσο απλό όσο η βροχή είναι ήδη υπερπλήρη, φραγμένα μέσω τακτικών ραδιοφωνικών μεταδόσεων, καθώς και στρατιωτικής, βιομηχανικής και δορυφορικής χρήσης.
Οι επικριτές του διαστημικού ηλιακού, διακεκριμένοι μεταξύ τους το Elon Musk του Tesla, λένε ότι η αποδοτικότητα της οικονομικής κλίμακας δεν μπορεί να επιτευχθεί εξαιτίας της μετατροπής και της μετατροπής της απαιτούμενης ισχύος.
Ο Jaffe, όμως, ελπίζει ότι η παλιά ρωγμή στη σύντηξη δεν θα γίνει πραγματικότητα για το χώρο του ηλιακού: «Έχουν περάσει 10 χρόνια μακριά για τα τελευταία 60 χρόνια», γελάει.
Ο Μανκίνς τονίζει ότι με τον παγκόσμιο πληθυσμό που προβλέπεται να εκραγεί στα 11, 3 δισεκατομμύρια μέχρι τα τέλη του αιώνα, με σχεδόν όλα αυτά που εκπροσωπούνται στον αναπτυσσόμενο κόσμο, η διαστημική ηλιακή ενέργεια αξίζει σοβαρές επενδύσεις τόσο από δημόσιους φορείς όσο και από ιδιωτικούς εταίρους. Λέει ότι η άφθονη καθαρή ενέργεια είναι απαραίτητη για την εκπλήρωση των βασικών ανθρώπινων αναγκών, καθώς και για τη διασφάλιση της περιβαλλοντικής καταστροφής, αν όλη αυτή η ενέργεια προέρχεται από συμβατικές πηγές.
"Εάν ο συνδυασμός πηγών ενέργειας δεν αλλάξει ριζικά, δεν υπάρχει τρόπος να φτάσουμε στο ουδέτερο άνθρακα", λέει ο Mankins. "Δεν μπορείτε επίσης να πείτε 800 εκατομμύρια ανθρώπους στην Κίνα ότι πρέπει να παραμείνουν σε άθλια φτώχεια. Δεν υπάρχει μόνο ανάγκη να αντισταθμίσουμε τη σημερινή χρήση άνθρακα, αλλά να αναμένουμε 70 χρόνια και πώς θα αντισταθούμε τρεις φορές τη σημερινή χρήση. Χρειαζόμαστε πραγματικά μεγάλες λύσεις. "
