In de jaren '40 van de vorige eeuw opperde sciencefictionauteur Isaac Asimov het idee van zonne-energie uit de ruimte. Hij stelde zich ruimtestations voor die zonne-energie konden verzamelen en de energie naar de aarde konden stralen. Zonne-energie uit de ruimte heeft een lange weg afgelegd sinds de tijd van Asimov. De academische wereld en de industrie hebben aangetoond dat het draadloos overbrengen van energie inderdaad mogelijk is. Nu, in 2024, is de opwinding over deze nieuwe technologie overgeslagen naar de durfkapitaalmarkt en is het een van de meest verrassende trends van het jaar geworden op het gebied van investeringen in de ruimtevaart. Ondanks het enthousiasme blijft er een kloof bestaan tussen wat technologisch mogelijk is en wat commercieel haalbaar is.
Het oorspronkelijke concept houdt in dat GEO-satellieten energie van de zon benutten en deze via microgolfsignalen op 2,45 GHz uitzenden, vergelijkbaar met de signalen die in draadloze communicatie worden gebruikt. Specifieke stations op aarde kunnen microgolfsignalen ontvangen en deze weer omzetten in elektriciteit. Microgolfsignalen dragen energie, maar vaak gaat het om een onbeduidende hoeveelheid. Startups breiden dat basisconcept nu uit en stellen complexere architecturen voor in LEO om de efficiëntie te verhogen. Bedrijven kunnen energie opwekken via zonnepanelen, reflectoren of concentrator-arrays. De energie kan dan worden verzonden via microgolven, optische laserverbindingen (hoge concentratie van energie), of het opnieuw verzenden van energie die het zonlicht rechtstreeks naar klanten richt. In 2013 ontving Caltech een donatie van 100 miljoen dollar om een onderzoeksprogramma op te zetten rond deze visie van zonne-energie uit de ruimte en het bedrijf heeft LEO-demonstratiemodellen gelanceerd om de technologie te testen.
Voorstanders zien zonne-energie uit de ruimte als een veelbelovende technologie, die op elke plek op aarde, in de ruimte of op de maan energie kan leveren. De systemen zouden vooral effectief kunnen zijn in afgelegen of moeilijk bereikbare gebieden waar traditionele energie-infrastructuur ontbreekt of waar aanvullende energie nodig is. Een belangrijk voordeel ten opzichte van traditionele bronnen is de mogelijkheid om energie op aanvraag te leveren. Ruimte-energie kan bijvoorbeeld worden gebruikt als reactie op een natuurramp of om een legereenheid in een afgelegen deel van de wereld van energie te voorzien.
Ondanks het potentieel blijft er scepsis bestaan over de vraag of ruimtesystemen zinvolle hoeveelheden energie kunnen leveren over afstanden van honderden kilometers. Critici zetten ook vraagtekens bij de efficiëntie van deze systemen, omdat er in elke fase van de opwekking, opslag en transmissie energieverliezen optreden die vaak groter zijn dan bij traditionele energiesystemen. Hoewel demonstraties op de grond hebben aangetoond dat draadloze energieoverdracht technisch mogelijk is, is het nog maar de vraag of betekenisvolle hoeveelheden energie over afstanden van honderden kilometers kunnen worden overgedragen. Zoals veel opkomende technologieën, ontbreekt het ook voor zonne-energie uit de ruimte aan een goed gedefinieerd regelgevend kader. Bedrijven zullen moeten samenwerken met regelgevende instanties om de veilige werking van hun systemen te garanderen (lasertransmissie brengt risico's met zich mee) en om te voorkomen dat vertragingen in de regelgeving hun ontwikkelingsplannen in de weg staan.
In dit artikel bespreken we vier jonge bedrijven (startups) die baanbrekend werk verrichten op het gebied van zonne-energie uit de ruimte, en hun verschillende benaderingen:
Aetherflux
Aetherflux, opgericht door Robinhood mede-oprichter Baiju Bhatt, plant een 100-satelliet LEO constellatie om energie te leveren aan afgelegen locaties, zoals ingezette infanterie eenheden, maritieme of mijnbouw operaties.
- De satellieten zijn ontworpen om energie te oogsten via zonnepanelen en deze energie via laserverbindingen door te sturen naar de aarde.
- De gebruikersterminals zijn mobiel en hebben een diameter van vijf tot tien meter.
- Een demomissie op een Apex Aires-satellietbus is gepland voor 2025/2026. De satelliet zal opereren op een hoogte van 550 km en per satellietpass 30 seconden tot 1 minuut stroom uitzenden met behulp van een laser met een capaciteit van 1 kilowatt.
Reflect Orbital
Reflect Orbital hanteert een andere aanpak dan Aetherflux en gebruikt grote spiegels in de ruimte om binnenkomend zonlicht direct naar de aarde te reflecteren. Het primaire doel van het bedrijf is om “zonlicht na de duisternis te verkopen” door zonlicht na zonsondergang naar zonneparken op aarde te leiden, waardoor deze langer operationeel blijven.
- Deze methode integreert naadloos met bestaande zonneparken, waardoor er geen speciale ontvangststations nodig zijn en er minder energie verloren gaat, wat normaal gesproken gepaard gaat met doorzendsystemen.
- Het bedrijf heeft zijn technologie op de grond getest met luchtballonnen.
- De lancering van een demosatelliet is gepland voor eind 2025, vertelde Tristan Semmelhack, medeoprichter van Reflect Orbital, aan Payload. De satelliet zal een reflector van 10×10 meter hebben.
Star Catcher
Terwijl Aetherflux en Reflect Orbital zich richten op het van energie voorzien van de aarde, heeft Star Catcher zijn zinnen gezet op het gebruik van zijn satellieten om andere satellieten in LEO van energie te voorzien. LEO-satellieten hebben een onverzadigbare vraag naar energie, maar zijn beperkt in de hoeveelheid die ze kunnen opwekken. Star Catcher hoopt dit probleem te verlichten. De voorgestelde constellatie van 200 satellieten in een baan op 1500 km hoogte zou de meeste LEO-klanten kunnen bereiken en energie tussen 100W en 100kW kunnen leveren. Het systeem zal compatibel zijn met bestaande satellietzonnepanelen. Star Catcher-technologie: De architectuur van het bedrijf oogst de energie van de zon met een concentrator-array, stuurt het door een versterkingsmedium (versterker voor licht) en creëert dan emissielijnen die lijken op zonnepanelen. Het is vergelijkbaar met het gebruik van een grote LED-zaklamp die geoptimaliseerd is om energie te leveren aan standaard zonnepanelen, maar met een hogere energiedichtheid dan de zon. Asimov zou trots zijn. Het bedrijf demonstreert zijn systeem op de grond voordat het verder gaat met zijn demo in de ruimte.
De voordelen van Star Catcher's oplossing zijn onder andere:
- Geoptimaliseerd voor traditionele zonnepanelen
- Interoperabel met bestaande infrastructuur die zich momenteel in een baan om de aarde bevindt
- Efficiëntie omdat energieopslag en -transmissie vermeden worden
Volta Space
Volta Space ontwikkelt een netwerk van maansatellieten om maanrovers en andere apparatuur te helpen de lange maannacht te overleven. Een maan dag duurt 14 aardse dagen, gevolgd door 14 dagen van ijzige duisternis, waardoor het ongelooflijk moeilijk is voor door zonne-energie aangedreven hardware om te overleven. Op een hoogte van ~100 km zijn Volta's satellieten in een lage baan om de maan ontworpen om energie te verzamelen met zonnepanelen en deze door te sturen naar het maanoppervlak met behulp van laserverbindingen. De gebruikersapparatuur zal bestaan uit fotovoltaïsche panelen die geoptimaliseerd zijn voor laser-link “nachtpanelen”, als aanvulling op de gewone “dagzonnepanelen” van een rover. Het bedrijf heeft zijn technologie op de grond gedemonstreerd en wil een LEO-missie lanceren voordat het in 2028 in een baan om de maan komt. Volta gelooft dat het de rovers in leven kan houden tijdens de maannacht met slechts 1-3 satellieten en uiteindelijk kan opschalen om nachtoperaties mogelijk te maken.
Bron: Payload.com
