Űrbéli napfarmok – illúzió vagy a jövő?

Az űrbéli naperőmű ötletének gyökerei 1941-ig nyúlnak vissza: Isaac Asimov Logika című novellájában egy olyan, robotok által irányított űrállomásról ír, amely a Napból nyert energiát a Földre és más bolygókra továbbítja.

Űrbéli napfarmok – illúzió vagy a jövő?

1. oldal

Vállalkozó kedvű milliárdos kerestetik hosszú távú befektetés céljából. A kockázat magas, a megtérülés nem garantált. - Bár John Markins, a NASA veteránja egyelőre még ért arra a pontra, hogy ténylegesen apróhirdetésben keressen befektetőket, hamarosan eljöhet ez a pillanat is. A 25 éve az amerikai űrügynökség alkalmazásában álló szakember az SPS-Alpha nevű projekt megvalósításához szeretne némi tőkét összeszedni. Az elgondolás a következő: több tízezer kisebb, felfújható modult juttatnának fel az űrbe, ahol egy harang alakú struktúrát állítanának össze ezekből, amely tükröket használva a rendszer napelemeire koncentrálná központi csillagunk energiáját. A begyűjtött energiát aztán mikrohullámok formájában földfelszíni állomásokra sugároznák, kimeríthetetlen, tiszta erőforrást hozva létre, amely egy csapásra megoldhatná az emberiség egyik nagy problémáját. A dologgal mindössze két aprócska probléma van: a technológia egyelőre kipróbálatlan, és legalább 15-20 milliárd dollárra lenne szükség ahhoz, hogy a megvalósítás egyáltalán beindulhasson.

A tervezet előkészítésére kapott kezdeti támogatások 2012 szeptemberéig tartottak ki, így Mankins azóta befektetőket keres. „Úgy vélem, hogy a legjobb megoldás az lenne, ha sikerülne találnom valakit, aki kellően vagyonos, van fantáziája a jövőt illetően, és hajlandó lenne pénzt ölni egy ilyen ötletbe.” Nem mindenki osztja azonban Mankins optimizmusát: a napenergia világűrben való begyűjtésének (SBSP, space-based solar power) megvalósíthatósága igencsak megosztja a tudományos közösséget. Az egyik oldalon azok állnak, akik Mankinshez hasonlóan úgy vélik, hogy ez az egyetlen üdvözítő megoldás energiagondjainkra, míg a másik oldal képviselői szerint a napenergia hasznosítására fordított összegeket kizárólagosan földfelszíni projektbe kellene fektetni.

Az űrbéli napfarm ötletének gyökerei 1941-ig nyúlnak vissza: Isaac Asimov ekkor megjelent, Logika című novellájában egy olyan, robotok által irányított űrállomásról ír, amely a Napból nyert energiát a Földre és más bolygókra továbbítja. A hatvanas évek végéig nem is eset több szó az elképzelésről, ekkor azonban egy Peter Glaser nevű rakétamérnök elkezdte vizsgálni a megvalósítás lehetőségeit. A következő évtizedek során aztán több különféle koncepció került kidolgozásra, de végül egyikből sem lett semmi. Időközben a NASA és az Energiaügyi Minisztérium is érdeklődni kezdett az elképzelés iránt, támogatást nyújtva a lehetséges kivitelezési módok kutatásához. A megvalósíthatósági tanulmányok többségének végkövetkeztetése az volt, hogy egy ilyen naperőmű létrehozása túlságosan kockázatos és költséges vállalkozás lenne.

Az utóbbi években azonban ismét az érdeklődés középpontjába került az ötlet, és immár nemcsak az Egyesült Államok, de Ororszország, Kína, India és Japán oldaláról is. A növekvő energiaigények, a kőolaj és a földgáz drágulása, a tiszta energiák minél hatékonyabb kiaknázásának igénye, és a kereskedelmi űrrepülés rohamléptekben való fejlődése mind hozzájárult ahhoz, hogy az űrbéli napenergia felhasználásnak lehetősége ismét terítékre került.

„Az SBSP optimális enegiaforrást jelent a világ számára, és idővel szinte minden más opciót ki fog szorítani. Úgy gondolom, hogy száz éven belül minden kétséget kizáróan eljön az az idő, amikor az energia túlnyomó részét az űrből szerezzük be. A kérdés mindössze annyi, hogy ez ezen belül pontosan mikor következik be” – mondja Ralph Nansen, a Solar High nevű támogatói szervezet egyik képviselője, melynek fő célja meggyőzni az Egyesült Államok kormányát arról, hogy érdemes és sürgős lenne pénzt fektetni az űrbéli napfarmok megvalósításával kapcsolatos kutatásba és fejlesztésbe.

„Az ipari forradalom idején a szén révén Anglia uralta a világgazdaságot. Az első texasi kőolajmező felfedezését követően az Egyesült Államok került irányító szerepkörbe. Meggyőződésem, hogy az első űbéli naperőmű létrehozója szintén domináns szerepre fog szert tenni a világgazdaságban” – folytatja Nansen.

Az űrbéli napfarm támogatóinak fő érve, hogy míg a felszíni naperőművek ki vannak téve az időjárás változékonyságának, illetve a nappal és az éjszaka váltakozásából adódó hátrányoknak, mindezen problémák kikerülhetőek lennének, ha egy kicsit közelebb mennénk a Naphoz. A Solar High konkrét terveiben például 35 800 kilométeres magasságba, geostacionárius pályára telepített komplexumok szerepelnek. A napsütés ottani intenzitása 1347 W/m2, tehát 30 százalékkal magasabb a felszínen tapasztalt maximumnál, továbbá nem zavarnak be a felhők sem, és optimális pályával számolva a rendszer csaknem egész évben direkt megvilágításban maradhat, vagyis folyamatosan pumpálhatja a begyűjtött energiát a felszín felé.

És ezzel el is érkeztünk az űrbéli napfarmok problémakörének egyik kulcspontjához: az összegyűjtött energiát valahogy el kell juttatni a Földre. Tekintve, hogy ez vezetékeken keresztül kevéssé lenne praktikus és megvalósítható, a legtöbb elképzelés valamilyen vezeték nélküli megoldásban gondolkodik, vagyis koncentrált mikrohullámok vagy irányított lézernyalábok formájában képzeli el az energia átvitelét, amelyeket aztán egy gigantikus antenna „fogna” a felszínen.

Ez már elméletben sem tűnik túlságosan egyszerűnek, a megvalósítással pedig több probléma is akad. Az egyik legfontosabb ezek közül a vezeték nélküli energiaátvitel hatásfokának kérdése, a másik pedig a felmerülő költségek és a megtérülés esélyének mérlegelése. Egyelőre ugyanis úgy tűnik, hogy még a legleegyszerűsítettebb elemzések alapján sem éri meg az űrbe telepíteni a napfarmot, mivel pluszban begyűjtött energia jelentős része elveszik az átvitel során, a rendszer feljuttása és ottani üzemeltetése pedig további jelentős költségekkel jár, mondja William A. Coles, a Kaliforniai Egyetem kutatója. Egy űrbe telepített erőműtelep működtetése jelenlegi eszközökkel egyszerűen nem valósítható meg úgy, hogy hasznot is hozzon, véli a szakértő.

A magánűrhajózás fejlődése azonban új lökést adhat az elképzelésnek, mivel a minden korábbinál olcsóbb űrrepülés ígéretével kecsegtet. A Nemzetközi Asztronautikai Szövetség 2011-es jelentése szerint az ötlet magáncégek bevonásával már harminc éven belül megvalósítható lehet. Két cég neve merül fel különös gyakorisággal az SBSP megvalósításával kapcsolatos esélylatolgatások során: az aszteriodabányászati céllal alakult Planetary Resources, illetve korunk pillanatnyilag legsikeresebbnek számító űrhajózási magáncége, a SpaceX. Ha ezen vállalatok közül legalább az egyiknek a vezetőit sikerülne meggyőzni az elképzelés létjogosultságáról, a technológia végre talán igazi esélyt kaphatna a bizonyításra, vélik a űrbéli napfarmok ügyét támogató szakértők.

2.oldal

Jelenleg 20 ezer dollárba kerül egy kilónyi felszerelés űrbe juttatása, Elon Musk (SpaceX) azonban azt ígéri, hogy cége a jövőben olyan többször felhasználható űrjárműveket vet majd be, amelyek révén ez a költség 1100 dollár/kilogrammra vagy még kevesebbre csökkenthető. Ez pedig jelentősen leszorítaná egy űrbéli napfarm létrehozásának árát is, amennyiben a SpaceX nyitott lenne az ötlet megvalósítására. Musk azonban a múltban igencsak kritikus hangvételű nyilatkozatokat tett az elképzeléssel kapcsolatban, így erre kevés az esély. A Planetary Resources alapítói több fantáziát látnak az űrbéli szolárfarmokban, de elmondásuk szerint a fejlesztés jelenlegi fázisában még nem kívánnak beruházni a megvalósításba.

Eric Anderson (Planetary Resources) szerint valóban ez lehet a legjobb opció a napenergia megbízható és fokozott mértékű kiaknázására, de a kivitelezés költségei pillanatnyilag még túlságosan is magasak lennének. Elképzelhetőnek tartja azonban, hogy pár éven belül beindulhat néhány hasonló projekt olyan szituációk energiaigényeinek kielégítésére, ahol a költségek csak sokatrangú problémát jelentenek, tehát a katonai akciók, környezeti katasztrófák vagy mentési munkálatok során. „Az így előállított áram ára persze többszöröse lesz a hagyományosabb forrásokból származó elektromos energia költségeinek, de egy súlyos katasztrófa után ezzel senki sem fog törődni” – mondja Anderson, aki szerint amennyiben szélsőséges helyzetekben bizonyítani tud a technológia, a piac is hamarosan lecsaphat rá.

Míg korunk másik nagy energiatermelési ígérete, a fúziós energia kiaknázásának megvalósítása során újabb és újabb technikai nehézségek merülnek fel, ahogy a kutatók egyre mélyebbre ássák magukat a folyamat tanulmányozásába, az űrbéli szolárfarmok létrehozásának elviekben semmiféle gyakorlati akadálya nem látszik. Drága lenne és alacsony hatásfokú, de működne. A napelemek évtizedek óta használatban vannak, működésük jól ismert, és az elmúlt negyven év alatt a legjobb változatok hatásfoka tízről negyven százalékra nőtt. A felhasznált anyagok is egyre fejlődnek, így egyre kisebb súlyú, könnyebben kezelhető panelek hozhatók létre. A Nemzetközi Űrállomás felépítése és működtetése révén pedig már arról is elég sokat tudunk, hogyan lehet az űrben nagyobb struktúrákat összeszerelni, és üzemeltetni. Ez utóbbi munkafolyamatokban ráadásul nagy segítséget jelenthetnek a robotika legújabb vívmányai is.

Ha a költségektől eltekintünk, a rendszer egyetlen problémás pontja a vezeték nélküli energiátvitel, és annak hatásfoka. Ennek technológiája is hosszú múltra tekint vissza, elsőként Nikola Tesla mutatott be egy ilyen metódust 1893-ben, amikor vezeték nélkül hozott működésbe egy vákuumos fénycsövet. A tesla-tekercs különféle változatait azóta már széles körben használják nagyfrekvenciás generátorokban, az elektromos áram vezeték nélküli továbbítása során, elektroterápiás készülékekben, illetve hírközlő berendezésekben.

Elviekben bármilyen elektromágneses hullám használható lehet az energia átvitelére, és a rádiós adatátvitel régóta használatban lévő, alaposan tesztelt metódusa is pontosan ezen az elven működik. Ami azonban jól működik a Föld felszínén, az nem feltétlenül fog ugyanolyan hatékonyan menni az űrből. Először is sokkal nagyobbak a távolságok. Másrészt a keringő szolárfarmoknak a begyűjtött energia jelentős részét arra kellene fordítaniuk, hogy egy komplikált folyamat eredményeként lézersugarakat vagy koncentrált mikrohullámnyalábokat hozzanak létre, és azt a felszín egy pontja felé sugározzák. A nyalábnak ezt követően át kellene haladnia a Föld porral, vízcseppekkel és egyéb részecskékkel teli légkörén, amely a legtöbb hullámhossztartományban csak részlegesen átjárható, és a ráeső energiák nagy részét elnyeli.

Ennek kiküszöbölésére két opció merül fel: látható fényt vagy mikrohullámú sugárzást kell alkalmazni, mivel ezek járják át legkönnyebben a légkört. A szakértők nagy távolságok esetén előnyben részesítik a mikrohullámokat, mivel ezeket a lézerfénnyel szemben nem zavarja meg a rossz időjárás, illetve a sugárnyaláb létrehozása is kisebb energiabefektetéssel megoldható, mintha lézerfényt kellene generálni.

A mikrohullámú átviteli technológia szintén évtizedek óta hasnálatban van a felszínen, és az űrben is: ezt használják a telekommunikációs cégek, de ilyen módon kommunikálnak oda-vissza a felszínnel a műholdak, illetve a mélyűri szondák és roverek, így a Marson tartózkodó Curiosity is. A mikrohullámú átvitel másik előnye, hogy az élővilág számára is biztonságosabb, mint a lézeres változat, mely utóbbit nem véletlenül igyekeznek évek óta fegyveres felhasználásra is alkalmassá tenni.

A technológiával kapcsolatos legátfogóbb kísérletet 2008 májusában hajtották végre, amikor Hawaii két, egymástól 150 kilométerre található szigete között valósítottak meg mikrohullámú energiaátvitelt. A távolságot direkt úgy választották meg, hogy az egyenlő legyen egy űrből érkező nyaláb légkörön keresztül megteendő útjának hosszával. A próbálkozás vegyes eredményekkel zárult. Pozitívumnak tekinthető, hogy sikerült tesztelni az űrbéli szolárfarmok működtetésének egyik kulcsmomentumát, hiszen a mikrohullámú sugárnyalábot napelemek segítségével állították elő. Az így nyert energiaszint azonban túlságosan is alacsony volt ahhoz, hogy az átviteli folyamatot érdemben vizsgálni lehessen, és a nyaláb célzásával is gondok akadtak.

Többen úgy gondolják - a jelek szerint jogosan -, hogy a technológia a vezeték nélküli energiaátvitelen fog elbukni. A légkört egyszerűen nem lehet kikerülni, és a jelenlegi módszerek mindegyikével rengeteg energia veszne el az atmoszférán való áthaladás során. A legfelhőtlenebb égbolt is vízcseppek milliárdjaival van tele, amelyeken szóródniak a beérkező sugarak. Tom Murphy, a Kaliforniai Egyetem fizika professzora úgy véli, hogy a begyűjtött napenergiának a legoptimistábban becslés mellett is legalább a fele rámenne a mikrohullámokká való átalakításra, és a légkörön való áthaladásra. Így pedig még sokkal olcsóbb kivitelezési költségek mellett sem lesz értelme a napfarmokat az űrbe telepíteni.

Hasonlóan vélekednek a Nemzetközi Energiaügynökség szakértői is, akik teljes mellszélességgel támogatják mindenféle felszíni naperőmű megépítését, az űrbéli változatokról azonban hallani sem akarnak, mivel úgy vélik, hogy egy ilyen projekt sosem lesz energetikailag jövedelmező.

A kilátástalannak tűnő jövő ellenére az űrbéli napfarmok megvalósítási tervei lassan, de biztosan haladnak előre, legalábbis papíron biztosan. A 2012 szeptemberében Nápolyban tartott Space Power Symposiumon az orosz Roszkozmosz egy 100 kilowattos SBSP-rendszer prototípusának terveit mutatta be, a kínai CAST pedig bejelentette, hogy 2025-ig alacsony Föld körüli pályára szándékoznak juttatni egy hasonló teljesítményű rendszert, 2050-re pedig geostacionárius pályára állítják az első teljesen működőképes űrbéli naperőművet.

Azt persze nem tudni, hogy a tervekből valaha is lesz-e valami. A hasonló koncepciók az elmúlt években általában csak hangzatos ígérteket hoztak, valós eredményeket pedig nem tudtak felmutatni. A kétkedők tehát tovább kritizálnak, a technológia hívei meg reménykednek, hogy egyszer talán megvalósulhat az elképzelés. Mankins pedig rendületlenül keresi azt a vállakozó szellemű befektetőt, akinek vagyona révén bizonyíthatná, hogy az űrbéli napfarmok jelentik az energiatermelés jövőjét.

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward