Europa erwägt ernsthaft den Einstieg in weltraumgestützte Solarenergie, um seine Energieunabhängigkeit zu erhöhen und die Treibhausgasemissionen zu verringern, sagte der Leiter der europäischen Weltraumorganisation (ars technika, 18.08.2022).
„Es wird an Europa, der ESA und ihren Mitgliedstaaten liegen, die Grenzen der Technologie auszuloten, um eines der dringendsten Probleme für die Menschen dieser Generation zu lösen“, sagte Josef Aschbacher, Generaldirektor der Weltraumorganisation, einer zwischenstaatlichen Organisation von 22 Mitgliedstaaten (Twitter, 16.08.2022).
Bild: NASA, Public domain, via Wikimedia Commons
Zuvor hatte die Weltraumorganisation Studien bei Beratungsunternehmen aus dem Vereinigten Königreich und Deutschland in Auftrag gegeben, um die Kosten und den Nutzen der Entwicklung weltraumgestützter Solarenergie zu bewerten. Die ESA veröffentlichte diese Studien diese Woche, um den politischen Entscheidungsträgern in Europa technische und programmatische Informationen zur Verfügung zu stellen (ESA, 08.2022).
Solarenergie aus dem Weltraum – Schlüssel zur Dekarbonisierung
Aschbacher hat sich in Europa um Unterstützung für die Solarenergie aus dem Weltraum als Schlüssel zur Dekarbonisierung der Energieversorgung bemüht und wird sein Solaris-Programm im November dem ESA-Rat vorstellen. Dieser Rat legt die Prioritäten und die Finanzierung der ESA fest. Nach Aschbachers Plänen würde die Entwicklung des Solarenergiesystems im Jahr 2025 beginnen.
Das Konzept der weltraumgestützten Solarenergie ist recht einfach. Satelliten, die in einer Umlaufbahn weit oberhalb der Erdatmosphäre kreisen, sammeln die Sonnenenergie und wandeln sie in Strom um. Diese Energie wird dann über Mikrowellen zur Erde zurückgestrahlt, wo sie von photovoltaischen Zellen oder Antennen aufgefangen und in Strom für den privaten oder industriellen Gebrauch umgewandelt wird. Der Hauptvorteil der Gewinnung von Sonnenenergie aus dem Weltraum gegenüber der Gewinnung auf dem Boden besteht darin, dass es keine Nacht oder Wolken gibt, die die Gewinnung stören könnten, und dass die Sonneneinstrahlung viel stärker ist als in den nördlichen Breiten des europäischen Kontinents.
Die Pläne
Die beiden Beratungsberichte befassen sich mit der Entwicklung der Technologien und der Finanzierung, die erforderlich sind, um ein weltraumgestütztes Energiesystem in Betrieb zu nehmen. Europa verbraucht derzeit jährlich etwa 3.000 TWh Strom, und in den Berichten werden massive Anlagen im geostationären Orbit beschrieben, die etwa ein Viertel bis ein Drittel dieses Bedarfs decken könnten. Die Entwicklung und Errichtung dieser Systeme würde Hunderte von Milliarden Euro kosten.
Warum so viel? Weil für die Nutzung der Solarenergie im Weltraum eine Konstellation von Dutzenden riesiger, Sonnenlicht sammelnder Satelliten in 36.000 km Entfernung von der Erde erforderlich wäre. Jeder dieser Satelliten hätte eine zehnmal größere Masse als die Internationale Raumstation, die 450 Tonnen wiegt und mehr als ein Jahrzehnt brauchte, um in der niedrigen Erdumlaufbahn aufgebaut zu werden. Für den Start der Komponenten dieser Satelliten wären letztlich Hunderte oder, was wahrscheinlicher ist, Tausende von Starts mit Schwerlastraketen erforderlich.
Der Bericht des britischen Unternehmens Frazer-Nash enthält sogar ein Foto der Falcon-Heavy-Rakete von SpaceX und ein Schema des Starship-Fahrzeugs. In den Berichten wird auch darauf hingewiesen, dass der Beginn eines weltraumgestützten Solarenergieprogramms die Entwicklung einer vollständig wiederverwendbaren Super-Schwerlastrakete in Europa für diesen Zweck vorantreiben könnte. Unterm Strich wären die Anforderungen an den Start gewaltig.
„Wenn man die in naher Zukunft zu erwartenden Raumtransportkapazitäten, wie z. B. SpaceX’s Starship, und die derzeitigen Startbeschränkungen zugrunde legt, würde es zwischen 4 und 6 Jahren dauern, einen Satelliten in die Umlaufbahn zu bringen“, heißt es im Frazer-Nash-Bericht. „Die Bereitstellung der Anzahl von Satelliten, die den maximalen Beitrag der SBSP zum Energiemix im Jahr 2050 leisten könnte, würde eine 200-fache Steigerung der derzeitigen Raumtransportkapazität erfordern.
Die Nachteile
Obwohl das Konzept der weltraumgestützten Solarenergie verlockend ist, hat es keinen Mangel an Kritikern. Zu den Kritikern gehört auch Elon Musk, von dem man erwarten könnte, dass er eine Technologie, die im Weltraum angesiedelt ist und Solarenergie liefert, befürwortet. Doch er hat die Technologie in seiner berüchtigten Art völlig abgelehnt.
„Es ist das Dümmste, was es je gab“, sagte er vor einigen Jahren. „Wenn jemand Solarenergie aus dem Weltraum mögen sollte, dann bin ich das. Ich habe eine Raketenfirma und eine Solarfirma. Ich sollte wirklich dabei sein. Aber es ist ganz offensichtlich, dass es nicht funktionieren wird. Es muss besser sein als Solarzellen auf der Erde. Mit einem Solarpanel in der Umlaufbahn erhält man die doppelte Sonnenenergie, aber man muss eine doppelte Umwandlung vornehmen: Photon zu Elektron zu Photon, zurück zu Elektron. Wie hoch ist der Wirkungsgrad der Umwandlung? Alles in allem wird es sehr schwer sein, überhaupt 50 Prozent zu erreichen. Also stellen Sie diese Solarzelle einfach auf die Erde.“ (YouTube, 2012)
Kosten könnten weltraumgestützte Solarenergie unerschwinglich machen
Und er ist nicht allein. In einer Online-Analyse skizziert der Physiker Casey Handmer vier Bereiche, in denen die Kosten die weltraumgestützte Solarenergie unerschwinglich machen: Übertragungsverluste, thermische Verluste, Logistikkosten und ein Nachteil der Weltraumtechnologie. Nach Handmers Schätzung ist weltraumgestützte Solarenergie mindestens „drei Größenordnungen“ teurer als terrestrische Energiequellen (Casey Handmers Blog, 20.08.2020).
„Ich kann den ganzen Tag lang Annahmen lockern“, schrieb Handmer. „Ich kann eine 100-prozentige Übertragungseffizienz, Startkosten von 10 $/kg in der Umlaufbahn, vollständige Parität der Entwicklungs- und Beschaffungskosten und eine lähmende Landknappheit auf der Erde annehmen. Selbst dann wäre die weltraumgestützte Solarenergie immer noch nicht konkurrenzfähig. Ich kann eine vollautomatische kommunistische Weltraumwirtschaft nach der Knappheit mit selbstreplizierenden Robotern einrichten, die Asteroiden zu Solarzellen verarbeiten, und selbst dann werden die Menschen immer noch lieber Solarzellen auf ihrem Dach haben.“
Die von der Europäischen Weltraumorganisation in Auftrag gegebenen Berichte tragen wenig dazu bei, die Hauptbedenken der Kritiker der weltraumgestützten Solarenergie zu zerstreuen: dass sie finanziell nicht mit terrestrischen Energiequellen, einschließlich bodengestützter Sonnenkollektoren, konkurrieren kann. Europa mag auf einem höheren Breitengrad liegen, als es für die Solarenergie ideal ist, und seine Landmassen sind oft von Wolken bedeckt. Aber selbst dann wird die Energiegewinnung aus dem Weltraum massive Subventionen der europäischen Regierungen erfordern, um eine Kostenparität mit der terrestrischen Energie zu erreichen.
Ukrainekrieg könnte Projekt beschleunigen
Vielleicht werden der Krieg in der Ukraine und die Verknappung des russischen Erdgases ausreichen, um dieses Projekt voranzutreiben. Es wäre schön, wenn sich eine große Raumfahrtbehörde an eine Technologie wagen würde, die seit Jahrzehnten als Science-Fiction diskutiert wird. Aber die Hürden sind hoch und der Zeitplan ist lang.
Irgendwie, in einer fernen Zukunft, wird die Erde wahrscheinlich ihre Energie aus dem Weltraum beziehen. Aber wird das in diesem Jahrhundert sein oder erst in 200 Jahren? Es steht außer Frage, dass die weltraumgestützte Solarenergie das bei weitem umfassendste und ehrgeizigste Projekt wäre, das die Europäische Weltraumorganisation je in Angriff genommen hat. In der Tat wäre es wahrscheinlich das Apollo-Programm des 21. Nur noch größer.
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