Tenk på hva du vet om rene energikilder. Hva er det grønneste?
Vannkraft, geotermisk vind, vind og sol er sannsynligvis viktig for oss. Selv om de kan være miljøvennlige, har de alle betydelige grenser for hvor mye energi de kan produsere og hvor de kan brukes. Til tross for at til tross for noen veldig kule fremskritt i solenergi, kan solcellepaneler fremdeles bare generere energi mens solen skinner.
Løsningen er da åpenbar. Gå dit solen aldri går ned: i verdensrommet.
Det er visjonen til forskere, forskere og gründere både her i USA så vel som i Japan, Kina og Europa. Selv om konseptet har blitt kjempet rundt i det minste siden 1970-tallet, har det blitt gjentatte ganger revidert og forlatt fordi det var umulig dyrt å få alle delene der oppe, og folket til å sette sammen det hele. Bare med ankomsten av super små, masseproduserte satellitter og gjenbrukbare boosterraketter, begynner noen å se mye hardere på å gjøre romsol til virkelighet.
Det er mange titalls ideer for hvordan du bygger et rombasert solfangersystem, men den grunnleggende essensen går slik: lansering og robotisk montering av flere hundre eller tusen identiske størrelser i geosynkron bane. En del består av speil for å reflektere og konsentrere sollys til solcellepaneler som konverterer energien til elektrisitet. Konvertere gjør den elektrisiteten til mikrobølger med lav intensitet som er strålte til store, sirkulære mottakere på bakken. Disse antennene konverterer mikrobølgene tilbake til strøm, som kan mates inn i det eksisterende nettet.
John Mankins, som tilbrakte 25 år ved NASA og Caltechs Jet Propulsion Laboratory, mottok finansiering fra NASAs Institute of Advanced Concepts i 2011 for å avgrense sitt solkraftverkskonsept for rom i større detalj. Teknologien og konstruksjonen som kreves for å gjøre romsol til virkelighet eksisterer allerede, insisterer han, men som med alle dyre nye ideer, kommer det ned på greenbacks og gumption.
"Det er ikke som fusjon - det er ingen ny fysikk involvert, " sier Mankins, og refererer til ITER, det 35-nasjonale samarbeidet for å bygge en fusjonsreaktor i Frankrike. “Det er ingen hemmelig saus. Det er et økonomisk hinder for å få midler til å utvikle elementene og demonstrere den nye arkitekturen som kreves for å gjøre dette. ”
Mankins og andre estimerer de totale kostnadene for å utvikle, bygge, sette i gang og montere alle komponentene i et rombasert solkraftverk er i størrelsesorden 4 til 5 milliarder dollar - en brøkdel av prislappen på 28 milliarder dollar på Kinas Three Gorges Dam. Mankins anslår en arbeidsstørrelsesmodell med komponenter i full størrelse for 100 millioner dollar. Til sammenligning tok Tennessee Valley Authoritys nylig avsluttede atomkraftverk i Watts Bar 43 år å bygge, fra start til stamming, og kostet alt 4, 7 milliarder dollar.
Kritisk sett må det forbrukerne betale - prisen per kilowattime - være i samme ballpark som konvensjonelle energikilder produsert med kull, naturgass og kjernekraft, som varierer i pris fra 3 til 12 cent per kilowattime. Vannkraft kan være svimlende billig, under 1 cent per kilowattime - men bare hvis du er heldig nok til å bo i en region med rikelig med høye strømmer, som i deler av Canada og Wisconsin. Geotermisk er også veldig økonomisk, og sjekker inn på 3 cent per kilowattime, men du må spørre islendingene hvordan de liker strømregningen. Og vindforkjempere trompet nyheten i fjor om at kostnadene for den fornybare ressursen hadde falt ned til 2, 5 øre per kilowattime.
Å få kostnadene inn i de lave dobbeltsifrene eller til og med enkeltsifre i øre per kilowattime er helt avgjørende for å gjøre romsol til et konkurransedyktig verktøy, sier Gary Spirnak, administrerende direktør i det California-baserte energiselskapet Solaren.
Spirnaks selskap er godkjent som leverandør av solenergi i California, og har hatt forsyningsordninger med Pacific Gas and Electric, men forretningsmodellen er fullstendig basert på å generere strømmen deres fra romhøstet solenergi. Solaren er i ferd med å forhandle frem nye avtaler med ett eller flere verktøy. Selskapet har patenter her i USA for design så vel som i Europa, Russland, Kina, Japan og Canada, og har sikret seg en første finansieringsrunde for en lab-basert demonstrasjon av komponentteknologiene en gang i løpet av det neste året. Spirnak håper å overbevise investorene om å støtte et pilotanlegg på 250 megawatt innen slutten av utviklings- og testfasen, kanskje innen fem år.
To keystone-strukturer er nødvendige for at solenergi skal fungere. For det første solide forsterkere som effektivt konverterer strøm fra innsamlet sollys til radiofrekvensbølger, og mottakere på bakken som omdanner om RF-bølgene tilbake til strøm.
Paul Jaffe holder Naval Research Laboratory's journalførende, patenterte rom-sol "trinn" -konverteringsmodul foran et termisk vakuumtestkammer. (Paul Jaffe) 
Space Solar Prototype: Denne konverteringsmodulen for sollys til mikrobølgeovn for romsol var den første som ble testet under romlignende forhold. Romrobotikk ville bli brukt til å samle tusenvis for å lage senderen til en romssol-satellitt. (Paul Jaffe) 
NRLs prototyper for romkonverteringsmodul for rom ble testet i dette termiske vakuumet og simulerte testanlegg for solbelysning. (Paul Jaffe) Paul Jaffe, ingeniør ved Naval Research Laboratory i Washington, DC, jobbet med to prototyper av innsamlingsmodulen, som han omtaler som en "sandwich" siden solfangeren, kraftomformeren og RF-emitteren alle smadres sammen til en fot -Farve fliser to tommer tykke. Vekten til hver enkelt modul bestemmer til slutt prisingen av distribuert strøm på bakken; når det gjelder watt per lansert kilo, sier Jaffe den grunnleggende flisdesignen kom på rundt 6 watt per kilo.
Med tanke på at kraftproduksjonen, en levetid på 20 år i solkraftverket, en lanseringskostnad på 2500 dollar per kilo, og forskjellige kostnadsnivåer for selve komponentene, beregner Jaffe at hvis massen avtok og wattstyrken økte til 500 watt per kilo, tilsvarer en kostnad på 3 cent per kilowattime.
"Å gjøre til og med veldig enkle ting for å redusere massen får oss inn i 100 watt per kilogram, og 1000 watt per kilo er ikke sprø, " sier han. "Du får veldig god effektivitet med dagens solteknologi som allerede er kommersielt tilgjengelig, og vi bærer rundt oss veldig effektive, lette RF-omformere i lommene våre hver dag."
RF-omformere er selve grunnen til at mobiltelefoner fungerer - telefoner er i utgangspunktet glorifiserte walkie-talkies hvis signaler blir hjulpet sammen av et nettverk av signalreléstasjoner. Konvertere i telefonen oversetter radiobølger til data som vi forstår - lyd - og omvendt. Denne teknologien er sentral i forskningen på romssol på Caltech, i et samarbeid mellom forskere og ingeniører der og Northrop Grumman.
Spirnak sier at hovedarbeidet i Solarens arbeid de siste månedene har vært nettopp det - å redusere vekten på modulene deres. Selv om gjenbrukbare raketter ville redusere den totale produksjonskostnaden ytterligere, holder Spirnak ikke pusten på kort sikt; han regner med å bruke konvensjonelle tunge løftekjøretøyer for å få Solarens komponenter ut i verdensrommet.
"Vi brukte mye tid hensynsløst på å ta vekt ut av systemet, " sier Spirnak. "Vi kan pakke individuelle store elementer i enkeltkastere, med noen interessante originaler, " selv om det å levere hele systemet ut i verdensrommet fortsatt vil kreve flere supertunge løfteraketter.
Jaffe sier at det vanligste spørsmålet han får når han snakker om romssol ikke er om det kan eller bør gjøres, men hvor farlig den energistrålen fra verdensrommet er. Blir det ikke yngelfugler og fly på himmelen når de passerer gjennom bjelken?
"Hvis du sitter ute på en solrik ettermiddag i 15 minutter, blir du ikke forbrent, " forklarer han. “Våre radioer, TV-er og mobiltelefoner lager ikke mat for oss, og de har alle samme frekvenser som det som blir foreslått. Det er allerede sikkerhetsgrenser [for mikrobølgeoverføringer] satt av IEEE [Institute of Electrical and Electronics Engineers], så du designer et system for å sikre at strømmen er spredt over et stort område. Det vil ikke tilfeldigvis bli en dødsstråle. ”
For å oppnå de beste forhold mellom vekt og vekt, effektivitet av skala og ha sammenlignbar elektrisk produksjonskapasitet som et gjennomsnittlig kjernekraftverk (1 til 2 gigawatt), må enhver solfangstoppsamling i rommet være omtrent en kilometer i diameter.
Innsamlingsmottakere på bakken må være tilsvarende store - for et rombasert solcelleverk å generere rundt en gigawatt energi, ville en solfanger på en kilometer (0, 6 kilometer) stråle energi til en 3, 5 bredt kilometer (2 mil) ) mottaker på bakken. Det vil kreve et område på rundt 900 dekar. Sammenlign det med Solar Star-solcellepanelanlegget i California, som for tiden er USAs største solverktøy, som okkuperer 3200 dekar.
Kraftoverføring av radiofrekvens har en betydelig ulempe: de "sikre" bølgelengdene som heller ikke vil brytes av noe så enkelt som regn, er allerede overfylt, tilstoppet gjennom vanlige radiooverføringer, så vel som militær, industriell og satellittbruk.
Kritikere av romssol, som er fremtredende blant dem Teslas Elon Musk, sier at effektivitet i økonomiskala bare ikke kan oppnås på grunn av all konvertering og omstilling av kraften som kreves.
Men Jaffe er håpefull om at den gamle sprekken på fusjon ikke også blir sant for rom-sol: "Den har gått 10 år de siste 60 årene, " ler han.
Mankins understreker at med den globale befolkningen som forventes å eksplodere til 11, 3 milliarder kroner ved slutten av århundret, med nesten alt det som er representert i utviklingsland, fortjener romsolar seriøse investeringer fra offentlige enheter og private partnere. Han sier rikelig med ren energi er nødvendig for å oppfylle grunnleggende menneskelige behov, samt ivareta den sikrede miljøødeleggelsen hvis all den energien kommer fra konvensjonelle kilder.
"Hvis blandingen av energikilder ikke endres radikalt, er det ingen måte vi kommer til å være karbonnøytrale, " sier Mankins. «Du kan heller ikke fortelle 800 millioner mennesker i Kina at de må holde seg i dårlig fattigdom. Det er ikke bare behov for å oppveie dagens karbonbruk, men å se frem 70 år og hvordan vi oppveier tre ganger dagens bruk. Vi trenger virkelig store løsninger. ”
