Europa, die USA und China liefern sich ein Rennen um die Nutzung von Solarenergie durch Weltraumfarmen, die die Erde umkreisen. Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) startete 2022 ihr SOLARIS-Projekt. Die wirtschaftliche Machbarkeit von weltraumbasierten Solarfarmen, die sich derzeit in der Entwicklung befinden, wird letztendlich ihr Schicksal bestimmen.
Angeladora Novi
15. April 2024
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„Der Ausstieg aus fossilen Brennstoffen“ und die Verdreifachung der Kapazität erneuerbarer Energien bis 2030 sind einige der Zusagen, die globale Führer während des 28. jährlichen UN-Klimagipfels (COP) im vergangenen Jahr gemacht haben. UN-Generalsekretär Antonio Guterres wies darauf hin, dass zur Einhaltung der Verpflichtung des Pariser Abkommens, die globale Erwärmung auf 1,5°C zu begrenzen, ein vollständiger Ausstieg aus fossilen Brennstoffen erforderlich ist. Das Ergebnis der COP 28 kann immer noch als historisch betrachtet werden, da es den Beginn vom Ende der nicht erneuerbaren Energien markiert. Doch der Kampf gegen den Klimawandel ist keine einfache Aufgabe. Er erfordert erhebliche Investitionen oder die Entwicklung neuer Technologien.
Die Nutzung von Energie im Weltraum ist eine der vielversprechendsten und revolutionärsten neuen umweltfreundlichen Technologien. Europa führt den Weg mit dem 2022 gestarteten SOLARIS-Projekt der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). Es zielt darauf ab, die Machbarkeit und Kosteneffizienz des Baus von weltraumbasierten Solarfarmen zu bewerten. Die Idee ist nicht neu und wurde vor etwa 50 Jahren entwickelt, als die Technologien weniger fortgeschritten und die Finanzierung knapp war. Dank der Entwicklung neuer Technologien und des kooperativen Ansatzes europäischer Länder ist die ESA einer Zukunft näher, in der Solarfarmen potenziell zu einer der zuverlässigsten Quellen sauberer Energie werden könnten.
© ESA
Die Architektur einer weltraumbasierten Solarfarm besteht aus Millionen von Satelliten, die mit Photovoltaik-Paneelen bedeckt sind und in der Umlaufbahn stationiert sind, um Sonnenlicht einzufangen und in Energie umzuwandeln, die dann drahtlos zur Erde übertragen würde. Einer der Hauptvorteile eines solchen Systems ist, dass es eine kontinuierliche Energiequelle bietet, da es in der Umlaufbahn keine Wolken und Jahreszeiten gibt, was besonders weniger sonnigen Ländern in Europa zugutekommt.
Orbitale Energiewerke haben im Vergleich zu terrestrischen Solarfarmen geringere Umweltauswirkungen, da sie durch die konstante Verfügbarkeit von Sonnenlicht effizienter sind. Experten heben hervor, dass die CO2-Emissionen um 50% niedriger sind als bei landbasierten Solarfarmen, was durch erhöhte Produktivität erreicht wird, da mehr Energie in kürzerer Zeit erzeugt wird. Trotz dieser Vorteile würden orbitale Solarfarmen terrestrische erneuerbare Energien nicht ersetzen, sondern ergänzen.
Die Entwicklung weltraumbasierter Solarfarmen hätte die Kapazität, 40-mal mehr Energie zu erzeugen als auf der Erde. Da der Energiebedarf in den nächsten 30 Jahren aufgrund des exponentiellen Bevölkerungswachstums, das bis 2050 9 Milliarden Menschen erreichen soll, voraussichtlich doppelt so hoch sein wird, könnte die Abhängigkeit von orbital erzeugter Energie von entscheidender Bedeutung sein, nicht nur um nicht erneuerbare Energiequellen schrittweise zu reduzieren, sondern auch die Abhängigkeit von bestimmten großen Energieproduktionsländern zu verringern. Der erfolgreiche Abschluss der SOLARIS-Studie und die anschließende Implementierung von Solarfarmen hat das Potenzial, Europa energieabhängig zu machen und seine Klimaziele zu erreichen.
Langfristig wird diese unerschöpfliche Ressource, die im Weltraum genutzt wird, dank zukünftiger Skaleneffekte die Kosten senken. Der Wissensaustausch unter den europäischen Ländern kann dazu beitragen, die Kosten zu senken, Investitionen in Forschung und Entwicklung zu fördern und die Produktionskapazität neuer Technologien zu steigern, was wesentlich zum Erfolg der ESA-Initiative beitragen würde. Unternehmen wie SpaceX und Blue Origin setzen wiederverwendbare Raketen ein, die etwa 30-mal billiger sind als die Raketen der 1970er und 1980er Jahre, als die Idee, Solarpaneele im Weltraum zu installieren, erstmals entwickelt wurde. Heute berechnet das Unternehmen etwa 1500 USD pro Kilogramm Nutzlast, um eine niedrige Umlaufbahn zu erreichen.
Die Solarenergie nimmt ab. © ESA
Trotz der bedeutenden Rolle der Europäer bei der Erforschung von orbitalen Solarfarmen sind sie nicht die einzigen in diesem neuen Weltraumrennen, da andere Länder wie die USA, das Vereinigte Königreich und China ähnliche Ziele verfolgen. Der asiatische Riese kündigte beispielsweise 2019 an, das ZhuRi-Programm („die Sonne jagen“) zu starten und bis 2035 eine Pilotkraftstation in die Umlaufbahn zu bringen, die 20 Megawatt Leistung erzeugt. Gleichzeitig zielt das britische Start-up Space Solar darauf ab, bis 2040 schrittweise ein 30-Gigawatt-Kraftwerk im Weltraum zu bauen. Weltraumbasierte Solarenergie wird es dem Vereinigten Königreich ermöglichen, sein nationales NetZero-Ziel bis 2050 zu erreichen.
Im Jahr 2021 begann das US Air Force Research Laboratory (AFRL) an einem Projekt namens Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research (SSPIDR) zu arbeiten. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Technologie zu entwickeln, die erforderlich ist, um erneuerbare Energie im Weltraum zu erzeugen. Arachne ist der Name des Flugexperiments von SSPIDR, das die Energieerzeugung und -übertragung in der niedrigen Erdumlaufbahn testen wird und dessen Start für 2025 geplant ist.
Trotz des jüngsten Fortschritts und der unbestreitbaren Vorteile von weltraumgenerierter Solarenergie gibt es immer noch eine Reihe von Herausforderungen, die nicht unterschätzt werden dürfen. Eine der besorgniserregendsten ist die Frage der Weltraumüberlastung, da geschätzt wird, dass mehr als 8000 Tonnen Weltraumschrott im Weltraum zirkulieren, eine Menge, die seit Beginn des orbitalen Zeitalters stetig und signifikant gewachsen ist.
Der Bedarf an einem internationalen Rechtsrahmen zur Regulierung der Aktivitäten und der Nutzung des Weltraums wird immer dringlicher. Dieser Rechtsrahmen müsste die Haftung von Regierungen und anderen Akteuren im Weltraum regeln sowie die Verantwortlichkeiten derjenigen definieren, die den Weltraum zu ihrem eigenen Vorteil nutzen.
Ob Solarfarmen wie das SOLARIS-Projekt der ESA machbar sind, hängt letztendlich von den Kosten für die Entwicklung, den Einsatz und den Betrieb dieser Anlagen ab. Die ESA schätzt die Kosten für den ersten solaren Kraftwerksatelliten im Gigawatt-Maßstab auf etwa 20 Milliarden Euro. Dies entspricht den Baukosten eines neuen Kernkraftwerks. Nachfolgende in Serie produzierte Einheiten würden von Skaleneffekten profitieren, die Baukosten senken und die Stromerzeugungskosten auf weniger als die Hälfte der Kosten für Kernkraft senken, was mit denen großer terrestrischer Solaranlagen konkurriert. Obwohl die Idee, Solarenergie im Weltraum zu nutzen und zur Erde zu übertragen, fantastisch klingt, gibt es kein kostenlosen L(a)unch.
