Unbegrenzte Energie – Solarkraftwerke im All

Die atomare Katastrophe von Fukushima hat es wieder einmal aufs Eindringlichste gezeigt – die Menschheit braucht Energiekonzepte, die sicher, umweltfreundlich, leistungsfähig und vor allem beherrschbar sind, um die Menschheit auch zukünftig mit genügend Energie zu versorgen. Regenerativen Energiequellen wie Wind, Sonne und Wasser gehören dabei eindeutig die Zukunft. Aber sind sie auch in der Lage unseren Energiebedarf zu decken – und zwar allumfassend und zu jeder Zeit? Innovative Ideen jenseits des Üblichen sind hier gefragt! Das Solar-Kraftwerk in der Erdumlaufbahn ist eine solche Idee, welche die Energieversorgung auch zukünftig sichern könnte.

Die Industrieländer und Schwellenländer sind gigantische Stromfresser. Dies beweist eindrucksvoll die folgende Zahl: 18.000.000! Genau so viele Gigawattstunden verbrauchen wir weltweit und das jährlich – Tendenz steigend. Allein auf Deutschland entfallen dabei mehr als 580.000 GWh (Gigawattstunden) – Tendenz steigend. Der Weltenergiebedarf steigt derzeit extrem stark an, stärker als die meisten Pessimisten es für möglich gehalten haben. Bis 2030 erwartet man eine Bedarfssteigerung um mindestens 50% auf 160.500.000 GWh und bis 2050 auf 321.000.000 GWh (200%) weltweit. Einer der Hauptgründe hierfür ist, daß sich voraussichtlich bis dahin der Lebensstandard in den Entwicklungs- und Schwellenländern, allen voran China und Indien, stark an das Niveau der Industrieländer angeglichen haben wird. Sollte der globale Atomausstieg in naher bzw. ferner Zukunft erfolgreich gelingen, sind Lösungen aus erneuerbaren Energien gefragt, welche die ohnehin begrenzten fossilen Ressourcen kompensieren. Atomenergie ist ohnehin keine Zukunftslösung, da die weltweiten Uranvorkommen lediglich noch die nächsten 50 Jahre reichen werden. Spätestens dann ist Kernspaltung Geschichte und die noch übriggebliebenen Atomkraftwerke Monumente einer nicht beherrschbaren Technologie! Weltweit arbeiten deshalb Wissenschaftler, Forscher und Techniker daran Lösungen zu suchen, wie mit erneuerbaren Energien der Weltstrombedarf gedeckt werden könnte. Ein heißer Kandidat ist hierbei, neben Windkraft und Biomasse, vor allem die Solarenergie.

Die Internationale Energieagentur (IEA) schätzt, dass die Sonne kontinuierlich mehr als 120.000 Terawatt auf die Erdoberfläche strahlt. Wollte man den gesamten Energiebedarf der Menschheit nur durch Solarenergie decken, reichte es bei der derzeitigen Technik aus, wenn auf 0,6 Prozent der Landfläche der Erde Solaranlagen gebaut würden. Diesen Umstand wollen sich die Verantwortlichen des DESERTEC-Konsortiums zu Nutze machen – zumindest teilweise. In den kommenden Jahren möchte das Konsortium mit Unterstützung der Weltbank und einer geschätzten Investitionssumme von ungefähr 400 Milliarden US-Dollar mit den Bau von Solarkraftwerken in der Sahara beginnen. Einmal in Betrieb erwartet man, dass die Anlagen bis zu 15 Prozent des in Westeuropa benötigten Stroms liefern könnten. Die in fünf Ländern Afrikas geplanten Solarkraftwerke sollen bei Fertigstellung des Gesamtprojektes insgesamt einmal 100 Gigawatt Strom erzeugen. Zu der Initiative gehören unter anderem die deutschen Unternehmen RWE, E.ON, Deutsche Bank, MAN, Siemens und Schott Solar. Bei den geplanten Solaranlagen handelt es sich um sogenannte Thermische Solarkraftwerke. Hierbei wird das Sonnenlicht mittels riesiger Spiegel auf einen zentralen Punkt gebündelt, der sich auf einem Solarturm befindet. Die geballte thermische Energie erhitzt ein Spezialöl, welches verdampft und herkömmliche Turbinen antreibt, die wiederum Strom erzeugen. Wann das Projekt in seiner Gänze abgeschlossen sein wird .bzw. die benötigten Mittel zu Verfügung stehen, ist derzeit noch ungewiss. Fakt ist jedoch, dass ab 2020 der erste Strom aus der Sahara Richtung Europa fließen soll. Doch es geht noch spektakulärer.

Die Zukunft liegt im All

Mit dem Strom aus der Sahara bzw. Nordafrika ist für die Visionäre in Sachen Sonnenenergie aber noch lange nicht das Ende der Fahnenstange erreicht. Sie wollen höher hinaus, genauer gesagt, sehr viel höher hinaus – ihr Ziel ist die geostationäre Umlaufbahn der Erde. Hier trifft die Energie der Sonne mit aller Wucht und ohne Verluste auf die Atmosphäre unserer Erde. Warum also nicht hier die Energie verlustfrei „abgreifen“ und zur Erde transferieren? Diese Art und Weise die Energie der Sonne bereits im Weltall zu gewinnen bringt den Vorteil mit sich, dass das Sonnenlicht ohne Streuverluste der Erdatmosphäre zur Verfügung steht, was die Energieausbeute in Vergleich zu terrestrischen Anlagen extrem vervielfachen könnte. Zudem ist die Sonnenenergie in der Erdumlaufbahn rund um die Uhr verfügbar und zwar ohne störende Witterungseinflüsse. Was weiterhin für derartige Projekte spricht ist die Tatsache, dass die gewonnene Energie auch in geographisch schwer zugänglichen oder bisher kaum erschlossenen Regionen verfügbar gemacht werden könnte.

Die Sonne – unbegrenzter Energiespender. © Foto: NASA Goddard Space Flight Center

Das klingt nach purer Science Fiction, ist aber laut der japanischen Raumfahrtagentur JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) in den kommenden Jahren durchaus realisierbar. Deren Plänen sehen gigantische Solaranlagen vor, die die Erde in 36.000 Kilometer Höhe umkreisen und die Sonnenenergie in ihrem vollen Umfang einfangen. Anschließend möchten die japanischen Wissenschaftler den erzeugten Strom per Mikrowellen oder Laser zu im Meer schwimmenden Empfangsstationen übertragen.

Die erste Ausbaustufe, des auf mindestens 15 Milliarden Euro Kosten geschätzten Projektes mit der Bezeichnung „Space Solar Power System“ (SSPS), soll 2020 in Betrieb gehen – die gesamte Anlage dann zehn Jahre später. Der Zeitplan dürfte sich jedoch durch den Tsunami und die atomare Katastrophe von Fukushima nicht unbedeutend verzögern. Nichts desto trotz gilt das SSPS in Japan immer noch als durchführbares nationales Prestigeprojekt, in dem sich mittlerweile rund 160 Unternehmen engagieren, darunter solche Riesen wie etwa Fujitsu, Mitsubishi, NEC, Panasonic oder Sharp.

In der ersten Ausbaustufe des SSPS-Projektes hoffen die Wissenschaftler auf eine Leistungsausbeute von zehn Megawatt, die sukzessive auf bis zu einem Gigawatt erweitert werden soll, was der Leistung eines mittelgroßen Kernkraftwerkes entspricht. Den japanischen Wissenschaftlern und Ingenieuren geht es darum zu beweisen, dass zum einem ein derartiges Projekt überhaupt machbar ist. Zum anderem soll ein bisher nicht für möglich gehaltener Effizienzgrad erreicht werden, da Sonnenstrahlen im All bis zu fünfmal stärker sind, als auf der Erde.

Als größte Herausforderung bei diesem Projekt gilt die drahtlose und vor allen sichere Energieübertragung aus dem Weltall zur Erde. Dreh- und Angelpunkt sind hierbei die schwimmenden Empfangsstationen, die mittels schwimmender Pontons im Meer und auf Seen realisiert werden sollen. Noch innerhalb der kommenden beiden Jahre wollen die Projektverantwortlichen einen sogenannten ersten Demonstrator für die Stromübertragung per Mikrowellen in Betrieb nehmen – allerdings auf der Erde, um Erfahrungen mit der neuen Technologie zu sammeln.

Doch nicht nur japanische Unternehmen sind an der Energie aus dem All interessiert. Das US-Unternehmen PowerSat plant für 2015 einen Prototypen – zwei entsprechende Patente sind bereits angemeldet. Die geplanten Solarparks im All sollen aus hunderten Minisatelliten bestehen, die allesamt mit Spiegeln und Solarmodulen bestückt sind und die gewonnene Energie gebündelt zu Erde senden. Geplant ist eine bis zu 25fache erhöhte Energieausbeute, als vergleichbare Anlagen auf der Erde aufweisen können. Der von den Minisatelliten gewonnene Gleichstrom soll hierbei ebenfalls per Mikrowellen zur Erde gesandt und hier wiederum in Strom zurückverwandelt werden. Als Empfangsantennen dienen beim PowerSat-Projekt riesige Metalldrahtnetze, die PowerSat auf den Ozeanen installieren möchte.

PowerSat möchte mit der kommerziellen Stromproduktion im Jahre 2020 beginnen und plant eine anvisierte Leistung von 2500 Megawatt, was Investitionssummen von drei bis vier Milliarden US-Dollar pro Anlage mit sich bringen würde. Diese Summe mag erst einmal gigantisch erscheinen – ein Atomkraftwerk gleicher Leistung würde aber ebenso viel kosten. Als Transportsystem der Satelliten ins All sollen herkömmliche Trägersysteme dienen, wie sie bereits hundertfach erprobt für normale Kommunikationssatelliten zum Einsatz kommen.

Kasten 1: Gefahr Mikrowellen

Der Energietransport per Mikrowellen zur Erde birgt Gefahren, die derzeit noch untersucht werden. Ungewiss ist, welche Auswirkungen eine gigantische Mikrowellenquelle in unmittelbarer Erdnähe auf das Ökosystem der Erde hätte und ob sich die Mikrowellen eventuell negativ auf den globalen Flugverkehr bzw. Satellitenkommunikation auswirken. Was passiert, wenn ein Mikrowellenstrahl im Störfall unkontrolliert Richtung Erde strahlen würde. Würde die Erde großflächig versengen und Menschen getötet? Eine Vielzahl von Fragen, die noch geklärt werden müssen!

Kurzinfo: Energie der Sonne

Der Energieausstoß der Sonne wird kontinuierlich durch Kernfusion verursacht und beträgt schätzungsweise 386 Trillionen Megawatt. In jeder Sekunde verbrennt die Sonne etwa 700.000.000 Tonnen Wasserstoff zu circa 695.000.000 Tonnen Helium und 5.000.000 Tonnen Energie in Form von Gammastrahlen.

Kurzinfo: Weltraumstrom „Made in Europa“

Auch wir Europäer wollen im milliardenschweren Markt der Sonnenergie aus dem All mitmischen. So plant das europäische Weltraumunternehmen EADS Astrium, eigene Satelliten-Solaranlage ins All zu bringen. Zur drahtlosen Energieübertragung Richtung Erde sollen hierbei jedoch Infrarot-Laser zum Einsatz kommen. Argumente für den Einsatz dieser Technologie sind eine bessere Bündelung der Energie sowie das Fehlen einer unkontrollierbaren Streuung, wie sie Mikrowellen aufweisen. Ein gravierender Nachteil ist jedoch, dass ein derartiger Laser nicht in der Lage ist, die Wolkendecke zu durchdringen. Deshalb planen die Europäer eine Art Relaisstation in rund 25 Kilometern Höhe, um die Energie der Satelliten aufzufangen und zur Erde weiterzuleiten. Derzeit befindet sich EADS Astrium noch im Stadium einer Machbarkeitsanalyse.

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