Інновації

23 листопада 2022, 07:22

Ексклюзив NV

Космічні електростанції врятують світ від енергетичної кризи. Ми за крок від революції

Космічна сонячна енергетика поступово стає реальністю, а не концепцією з науково-фантастичної літератури. Наскільки ми близькі до технології, яка може змінити світ?

Наприкінці вересня інженери аерокосмічної компанії Airbus показали проєкт Power Beaming — можливу концепцію того, як виглядатиме чиста енергетика у майбутньому.

Вони передавали енергію у вигляді мікрохвиль від фотоелектричної панелі до приймача, між якими було 36 метрів. За допомогою цієї енергії інженери висвітлили макет міста та холодильник з безалкогольним пивом, яким пізніше насолоджувалися глядачі.

Таким бачиться майбутнє сонячної енергетики дослідникам. Хіба що пиво можна взяти інше.

В Airbus обіцяють, що перші прототипи Power Beaming з’являться до 2030 року, незважаючи на те, що навколоземна орбіта та поверхня Землі розділяють більшу відстань. «Тепер, коли ми вперше успішно протестували ключові елементи майбутньої космічної сонячної енергетичної системи в невеликому масштабі, ми готові вивести передачу енергії на новий рівень», — каже Йоан Туе, керівник дослідницького проєкту Airbus.

Згідно з їхньою розширеною концепцією, космічні сонячні батареї, розміщені на навколоземній орбіті, вловлюють сонячне світло, перетворюють його на мікрохвилі і спрямовують енергію на Землю. Там за допомогою спеціальних антен мікрохвилі світла перетворюються на чисту електрику, яку можна використовувати на місці, а можна передавати в інші точки на планеті.

Жан-Домінік Косте, старший менеджер підрозділу Blue Sky, який займається розробкою інноваційних технологій в Airbus, упевнений, що мікрохвильові промені можна зробити такими, щоб вони не завдавали шкоди ні людям, ні птахам, ні будь-яким наземним будинкам чи технологіям.

Які у нас варіанти

Сучасна сонячна енергетика не здатна повністю замінити викопні джерела енергії. Поширення сонячних панелей — це корисна ініціатива, яка допомагає державам та компаніям поступово відмовлятися від викопних джерел енергії, проте вона не зможе замінити вугілля, нафту та газ, як ми б не намагалися.

Передплатіть, щоб прочитати повністю

Нам необхідна ваша підтримка, щоб займатися якісною журналістикою

Передплатити
Перший місяць 1 ₴. Відмовитися від передплати можна у будь-який момент

Так, є вітрова енергетика, водна і таке інше — проте вони навіть у сукупності не готові серйозно змінити наш енергетичний баланс. У найкращому разі вони відтягують неминуче.

Наш світ уже давно перебуває на межі екологічної катастрофи. Зараз ми звикли читати про неї лише краєм ока, доки вчені намагаються пояснити, чому потепління середньої температури поверхні планети на 2 градуси Цельсія буде критичним для всієї екосистеми Землі.

Активний технологічний розвиток людства дав нам величезні можливості. Однак це відбувається не в останню чергу ціною нашої екосистеми.

Людство дуже довго експлуатувало ресурси своєї планети. Викопне паливо дозволяє нам виробляти тепло, харчуватися, дає можливість нашим машинам рухатися, а людям — жити так, як ми живемо зараз. Однак це можна назвати життя в кредит, оскільки активне спалювання викопного палива незворотно веде до поганих наслідків. Науковці вже давно б’ють тривогу із-за парникового ефекту, через який планета нагрівається набагато швидше, ніж передбачалося раніше, а рівень моря підвищується (поки не) критичними темпами.

Навіть якщо не говорити про високі матерії та далекі перспективи, проблема залежності від нафти та газу продемонструвала війна в Україні. США та Європа відмовилися від російських енергоносіїв, через що їм довелося спішно думати про те, як перебудувати свої енергетичні системи з мінімальними наслідками.

Тому дослідники активно вивчають альтернативні способи отримання енергії. Довгий час перспективним напрямом вважався видобуток водню. Однак насправді чистий водень добувати не те, що невигідно — це надзвичайно дорого, а тому збитково. Як мінімум зараз.

Ось уже 70 років тисячі дослідників намагаються досягти прогресу з термоядерною енергетикою — або, як її ще називають, енергією зірок. Проблема в тому, що це дуже складна технологія — у науковому світі вже давно гуляє жарт, що до створення робочого термоядерного реактора залишилося 30 років — і так буде завжди. Історія жарту в тому, що подібні розмови ведуться з 1950-х років, коли про перспективність цього напряму заговорили вперше.

Сонце та космос — наші енергетичні друзі?

Якщо подивитися на запитання ширше, то космос видається логічним продовженням розвитку людства. Ми вже давно вивчаємо його таємниці, досліджуємо планети, розглядаємо далекі зірки та галактики. Таким чином ми не тільки дізнаємося більше про наш світ, але й можемо прийти до концепцій, про які раніше ніхто не міг і замислитися.

Останнім часом науковці все частіше звертають увагу на космос як можливість отримувати енергію. Найкращі реактори існують саме там — наприклад, наша зірка. Щодня Земля отримує від Сонця в рази більше енергії, ніж усе людство споживає протягом року. Якщо ми навчимося ефективніше захоплювати енергію, яка походить від нашої зірки, ми зможемо якщо не повністю, то хоча б частково вирішити проблеми викопного палива, викидів вуглецю, парникового ефекту, глобального потепління та інших страшних словосполучень, які не обіцяють нам нічого хорошого.

Тому дослідники дедалі активніше цікавляться напрямком, який донедавна здавався плодом сюжету науково-фантастичних фільмів та книг: космічна сонячна енергія. Головна перевага збору сонячної енергії у космосі — відсутність земної атмосфери. Завдяки цьому гіпотетична космічна станція не залежить від погоди на Землі і теоретично може цілодобово захоплювати сонячну енергію і спрямовувати її на нашу планету.

«Щойно справа дійде до комерційних інвестицій, сфера розквітне. Це може бути індустрія на трильйони доларів», — цитує дослідника NASA Джона Манкінса видання Science.

Десять років тому він займався оцінкою цього напряму для агенції. За його словами, у NASA вперше задумалися про концепцію космічної сонячної енергії під час паливної кризи середини 1970-х років. Однак демонстраційна місія обійшлася б приблизно трильйон доларів, через що ідею відклали, а потім і зовсім всіляко ігнорували її.

Проте наразі ситуація змінюється. Зараз NASA проводить нову оцінку потенціалу космічної сонячної енергетики і найближчим часом агентство оприлюднить свої висновки.

Очевидно, що до великих інвестицій слід почекати. Спершу мають з’явитися технології, які продемонструють потенціал сонячної космічної енергетики. Так, аби люди побачили — це може працювати і може справді врятувати людство від енергетичної кризи.

Прихильники космічної сонячної енергетики вважають, що поступове здешевлення польотів у космос, а також постійний розвиток технологій поступово підводять нас до точки, в якій ця ідея перетворюється з фантастичної на реалізовану. За останні роки вартість сонячних батарей значно впала, а їхня якість постійно зростає. Мікрохвильові передавачі та приймачі також не є чимось новим для нас і постійно використовуються в телекомунікаційній галузі. До будівництва гігантських сонячних батарей можна буде залучити роботів, які вже розробляються для ремонту та дозаправлення супутників у космосі.

За словами політичного аналітика NASA Миколи Джозефа, який працює над доповіддю агентства про потенціал космічної сонячної енергетики, поява багаторазових ракет-носіїв дозволить приватним компаніям на кшталт SpaceX та державним агенціям на кшталт NASA запускати в космос вантажі набагато дешевше.

Це, безперечно, допоможе у будівництві гігантських сонячних батарей, зазначає вчений Європейського космічного агентства Санджай Віджендран. За словами Туе, щоб замінити вугільну або атомну електростанцію на Землі, космічна сонячна батарея має бути діаметром два кілометри. Для реалізації такого проєкту знадобляться сотні, якщо не тисячі запусків.

Манкінс зазначає, що масове виробництво допомогло б здешевити вартість такого проєкту. Це не унікальний високотехнологічний телескоп і не марсохід, який має працювати в екстремальних умовах Червоної планети — космічна сонячна батарея, найімовірніше, складатиметься з тисячі ідентичних недорогих компонентів, а технологія їх доставки на «будівельний майданчик» згодом буде відточена до досконалості.

Європа очолює гонку за космічною сонячною енергетикою?

Нещодавно генеральний директор агентства Йозеф Ашбахер запросив в уряду ЄС гроші на нову програму Solaris. У межах цієї програми планується проведення масштабного дослідження, яке дозволить оцінити перспективи спорудження сонячної електростанції на орбіті Землі.

Проєкт недешевий — за грубими підрахунками, загальна вартість будівництва, запуску та експлуатації станції в період з 2022-го по 2070-й варіюватиметься в діапазоні від 149 до 262 мільярдів євро. Однак ці гроші з часом відіб'ються, а енергетичні потреби Європи будуть закриті.

Подібні проєкти також розглядають у Китаї та Великій Британії. І якщо британці поки що лише на стадії розробки проєкту, то китайці вже в 2028 році хочуть запустити пробний супутник майбутньої сонячної станції в космосі. Проте китайські вчені також зазначають, що реалізація такого проєкту — надзвичайно складне завдання.

Серед основних проблем космічної сонячної енергетики рім високої ціни запуску подібних масштабних проєктів) також виділяється проблема відсутності ключових технологій: ККД видобутку енергії (експеримент Airbus передавав 5% електроенергії щодо зібраної) де і як зберігати сонячну енергію, як налагодити стабільну передачу енергії з космосу на Землю (сучасні передавачі та приймачі втрачають половину потужності енергії при передачі), як підтримувати величезну конструкцію в робочому стані та уникнути її зіткнення із супутниками та космічним сміттям і т.д.

ЄКА планує попросити держав-членів профінансувати оцінку того, чи можна подолати ці технічні перешкоди. Якщо все пройде успішно, вже у 2025 році агентство зможе скласти повномасштабний план реалізації проєкту, а до 2030 року виведе на орбіту демонстраційну установку, до 2040-го збільшивши її потужність до гігават, що еквівалентно звичайній електростанції.

Можливо, саме від успіху цієї місії залежатиме доля людства.

Другие новости

Всі новини