חשוב על מה שאתה יודע על מקורות אנרגיה נקיים. מה הכי ירוק?
הידרואלקטרית, גיאותרמית, רוח וסולארי, ככל הנראה, נובעת בראש. למרות שהם עשויים להיות ידידותיים לסביבה, לכולם מגבלות משמעותיות לכמה אנרגיה הם יכולים לייצר והיכן ניתן להשתמש בהם. אם כן, למרות כמה התקדמות ממש מגניבה בתחום השמש, פאנלים סולאריים עדיין יכולים לייצר אנרגיה רק בזמן שהשמש זורחת.
אם כן, הפיתרון ברור. סע לאן שהשמש לעולם לא שוקעת: בחלל.
זה החזון של מדענים, חוקרים ויזמים גם בארצות הברית וגם ביפן, סין ואירופה. אף על פי שהקונספט נלחם לפחות מאז שנות השבעים, הוא עבר שוב ושוב וננטש מכיוון שהשיגה של כל החלקים שם, והאנשים להרכיב את הכל, הייתה יקרה בצורה בלתי אפשרית. רק עם כניסתם של לוויינים סופר-קטנים, המיוצרים על ידי המונים ורקטות בוסטרים לשימוש חוזר, מתחילים לחקור הרבה יותר קשה את הפיכת השמש בחלל למציאות.
יש עשרות על עשרות רעיונות לבניית מערכת איסוף סולארית מבוססת חלל, אך התמצית הבסיסית הולכת ומשהו כך: שיגור והרכבה רובוטית של כמה מאות או אלפי מודולים בגודל זהה במסלול גיאוסינכרוני. חלק אחד כולל מראות המשקפות וריכוז אור השמש על גבי פאנלים סולאריים שממירים את האנרגיה לחשמל. ממירים הופכים את החשמל למיקרוגל בעצימות נמוכה המוארים למקלטים גדולים ומעגליים בשטח. אותם אנטנות ממירים מחדש את המיקרוגלים בחשמל, אותם ניתן להזין לרשת הקיימת.
ג'ון מנקינס, שבילה 25 שנה במעבדה להנעה סילונית של נאס"א וב- Caltech, קיבל מימון מהמכון למושגים מתקדמים של נאס"א בשנת 2011 כדי לשכלל את תפיסת תחנת הכוח הסולארית שלו ביתר פירוט. הטכנולוגיה וההנדסה הנדרשים בכדי להפוך את השמש בחלל למציאות קיימת כבר, הוא מתעקש, אך כמו בכל רעיון חדש ויקר, זה מסתכם בגרינבים וגומיות.
"זה לא כמו פיוז'ן - אין שום פיזיקה חדשה שמעורבת בה, " אומר מנקינס בהתייחס ל- ITER, שיתוף הפעולה בן 35 המדינות לבניית כור היתוך בצרפת. "אין רוטב סודי. זה מכשול פיננסי להשיג מימון לפיתוח האלמנטים ולהדגמת הארכיטקטורה החדשה הנדרשת לשם כך. "
מנקינס ואחרים מעריכים את העלות הכוללת לפיתוח, בנייה, שיגור והרכבה של כל מרכיבי תחנת הכוח הסולארית מבוססת חלל היא בסדר גודל של 4 עד 5 מיליארד דולר - חלק מהתג מחיר של 28 מיליארד דולר בסכר Three Gorges בסין. מנקינס מעריך כי ניתן היה להשיג מודל בקנה מידה עובד עם רכיבים בגודל מלא תמורת 100 מיליון דולר. לשם השוואה, למתחם הגרעין של ווטס בר, שהושלמה לאחרונה על ידי רשות עמק טנסי, היה 43 שנים לבנות, מההתחלה ועד הגימור הגמגום, ועלותם של 4.7 מיליארד דולר.
באופן קריטי, מה שהצרכנים ישלמו - המחיר לקילוואט שעה - צריך להיות באותה מגרש כמו מקורות אנרגיה קונבנציונליים המיוצרים מפחם, גז טבעי וגרעין, שנעים במחיר של 3 עד 12 סנט לקילוואט שעה. ההידרואלקטרי יכול להיות זול בצורה מדהימה, בפחות מאחד סנט לקילוואט שעה - אך רק אם יתמזל מזלכם לחיות באזור עם נהרות בשפכים גבוהים בשפע, כמו באזורים של קנדה וויסקונסין. גם גיאותרמיות מאוד חסכונית, בודקת 3 סנט לקילוואט שעה, אבל תצטרך לשאול את האיסלנדים איך הם אוהבים את חשבונות החשמל שלהם. וחסידי הרוח חישקו את החדשות בשנה שעברה כי העלויות עבור אותו משאב מתחדש צנחו ל -2.5 סנט לקילוואט שעה.
גרימת העלות לספרות הכפולות הנמוכות או אפילו ספרות בודדות של סנטים לקילוואט שעה היא חיונית לחלוטין בכדי להפוך את השמש בחלל לתועלת תחרותית, אומר גארי ספירנאק, מנכ"ל חברת האנרגיה הקולומרית סולארן.
החברה של ספירנאק מאושרת כספקית אנרגיה סולארית בקליפורניה, והייתה לה הסדרי אספקה בעבר עם פסיפיק גז וחשמל, אך המודל העסקי שלה מבוסס לחלוטין על הפקת הכוח שלהם מהשמש שנקטפה בחלל. סולארן נמצאת בניהול משא ומתן על הסכמים חדשים עם שירות אחד או יותר. לחברה פטנטים כאן בארה"ב על תכנון שלה, כמו גם באירופה, רוסיה, סין, יפן וקנדה. היא הבטיחה סבב גיוס ראשון להפגנה מבוססת מעבדה של טכנולוגיות הרכיב שלה מתישהו בשנה הבאה. ספירנאק מקווה לשכנע את המשקיעים לתמוך במפעל טייס של 250 מגה וואט עד סוף שלב הפיתוח והבדיקה, אולי תוך חמש שנים.
דרושים שני מבני אבן מפתח כדי לעבוד בשמש בחלל. ראשית, מגברי כוח במצב מוצק הממירים ביעילות חשמל מאור שמש שנאסף לגלי תדרים רדיו, ומקלטים בשטח שממירים מחדש את גלי ה- RF בחשמל.
פול יפה מחזיק במודול ההמרה "צעד" של חלל השמש במעבדה למחקר ימי, מול תא בדיקת ואקום תרמי. (פול יפה) 
אב טיפוס סולארי בחלל: מודול המרה אור שמש למיקרוגל עבור שמש בחלל היה הראשון שנבדק בתנאים דמויי חלל. רובוטיקה בחלל תשמש להרכבת אלפים ליצירת משדר של לוויין סולארי בחלל. (פול יפה) 
אבות טיפוס של מודול המרה סולארי בחלל של NRL נבדקו בוואקום תרמי זה ובמתקן בדיקת תאורה סולארית מדומה. (פול יפה) פול יפה, מהנדס במעבדת המחקר הימית בוושינגטון הבירה, עבד על שני טיפוסים של מודול האיסוף, שהוא מכנה "כריך" מכיוון שאספן השמש, ממיר הכוח ופולט ה- RF כולם מרוסקים יחד לכף רגל אריח רבוע בעובי של שני סנטימטרים. משקלו של כל מודול בודד קובע בסופו של דבר את התמחור של החשמל המופץ בשטח; מבחינת וואט לקילוגרם שהושק, ג'פה אומר שעיצוב האריחים הבסיסי הגיע לכ- 6 וואט לקילוגרם.
אם לוקחים בחשבון את תפוקת הכוח, אורך חיים של 20 שנה של תחנת כוח סולארית, עלות שיגור של 2, 500 דולר לקילו ורמות עלות שונות של הרכיבים עצמם, ג'אפא מחשבת שאם המסה פחתה וההספקים גדלו ל 500 וואט לקילו, משווה לעלות של 3 סנט לקילוואט שעה.
"לעשות אפילו דברים פשוטים באמת כדי להפחית את המסה מכניסה אותנו לטווח 100 וואט לק"ג, ו -1, 000 וואט לק"ג זה לא מטורף, " הוא אומר. "אתה משיג יעילות טובה מאוד עם טכנולוגיה סולארית עדכנית שכבר זמינה מסחרית, ואנחנו מסבבים בכיסים שלנו ממירי RF יעילים מאוד וקלילים מדי יום."
ממירי RF הם עצם הסיבה שהטלפונים הסלולריים עובדים - טלפונים הם בעצם מכשירי קשר מהודרים שאותותיהם מסייעים באמצעות רשת של תחנות ממסר איתותים. הממירים בטלפון מתרגמים גלי רדיו לנתונים שאנו מבינים - אודיו - ולהיפך. טכנולוגיה זו היא מרכזית במחקר בתחום השמש בחלל בקלטק, בשיתוף פעולה בין מדענים ומהנדסים שם לבין נורת'רופ גרוממן.
ספירנאק אומר שהדגש העיקרי בעבודתו של סולארן בחודשים האחרונים היה זה - הפחתת משקל המודולים שלהם. רקטות שניתנות לשימוש חוזרות יפחיתו את עלות הייצור הכוללת עוד יותר, אבל ספירנאק לא עוצר את נשימתו בטווח הקרוב; הוא מנסה להשתמש בכלי רכב רגילים להרים כבדים כדי להכניס את רכיבי סולארן לחלל.
"בילינו הרבה זמן באכזריות בהוצאת משקל מהמערכת", אומר ספירנאק. "אנו יכולים לארוז אלמנטים גדולים בודדים למשגרים בודדים, עם כמה עבודות מעניינות של אוריגמי, " אם כי העברת המערכת כולה לחלל עדיין תדרוש מספר משגרים סופר-כבדים.
ג'אף אומר שהשאלה הנפוצה ביותר שהוא מקבל כשמדברים על שמש בחלל איננה האם אפשר לעשות או צריך לעשות זאת, אלא כמה מסוכנת קרן האנרגיה הזו מהחלל. האם אין זה עופות ומטוסים מטגנים בשמיים כאשר הם עוברים בקורה?
"אם אתה יושב בחוץ אחר צהריים שטוף שמש במשך 15 דקות, אתה לא נשרף, " הוא מסביר. "מכשירי הרדיו, הטלוויזיות והטלפונים הסלולריים שלנו לא מבשלים אותנו, וכולם באותה תדרים כמו המוצע. יש כבר מגבלות בטיחות [בהעברות מיקרוגל] שנקבעו על ידי IEEE [מכון למהנדסי חשמל ואלקטרוניקה], כך שאתה מתכנן מערכת כדי לוודא שההספק מתפרש על שטח גדול. זה לא יהפוך בטעות לקרני מוות. "
כדי לקבל את היחס הטוב ביותר למשקל, יעילות הגודל, ויש להם יכולת ייצור חשמלית דומה של תחנת כוח גרעינית ממוצעת (1 עד 2 גיגה-ואט), כל מערך איסוף סולארי בחלל צריך להיות בקוטר של כקילומטר.
מקלטים לאיסוף בשטח יצטרכו להיות גדולים בהתאם - כדי שמפעל סולארי על בסיס חלל יפיק סביב ג'יגה וואט אחד של אנרגיה, אספן שמש בקוטר של ק"מ (0.62 ק"מ) יקרין אנרגיה לקילומטר של 3.5 ק"מ (2 מייל) ) מקלט בשטח. זה ידרוש שטח של כ- 900 דונם. השווה את זה עם מפעל הפאנלים הסולאריים סולאר סטאר בקליפורניה, כיום השירות הסולארי הגדול ביותר של ארצות הברית, התופס 3, 200 דונם.
להעברת כוח תדר רדיו יש חסרון אחד משמעותי: אורכי הגל ה"בטוחים "שגם הם לא יופרעו על ידי משהו פשוט כמו גשם, הם כבר צפופים, סתומים דרך שידורי רדיו רגילים, כמו גם שימוש צבאי, תעשייתי ולוונטי.
מבקרי השמש בחלל, הבולטים ביניהם אלון מאסק של טסלה, אומרים כי לא ניתן להשיג יעילות בקנה מידה כלכלי בגלל כל ההמרה וההמרה של הכוח הנדרש.
אבל יפה מקווה שהסדק הישן של היתוך לא יתגשם גם בתחום השמש בחלל: "כבר עשר שנים משך 60 השנים האחרונות, " הוא צוחק.
מנקינס מדגיש כי עם התחזית של האוכלוסייה העולמית להתפוצץ ל -11.3 מיליארד עד סוף המאה, כאשר כמעט כל זה מיוצג בעולם המתפתח, השמש בחלל ראוי להשקעה רצינית של גורמים ציבוריים כמו גם שותפים פרטיים. לדבריו, אנרגיה נקיה בשפע הכרחית למילוי צרכים אנושיים בסיסיים, כמו גם מענה להשמדה הסביבתית המובטחת, אם כל האנרגיה הזו באה ממקורות קונבנציונליים.
"אם תמהיל מקורות האנרגיה לא ישתנה באופן קיצוני, אין מצב שנגיע לנטרול פחמן", אומר מנקינס. "אתה גם לא יכול להגיד ל -800 מיליון אנשים בסין שהם חייבים להישאר בעוני מחפיר. יש צורך לא רק לקזז את השימוש בפחמן של ימינו, אלא להביט קדימה 70 שנה ולאופן בו אנו מתקזזים שלוש פעמים את השימוש של היום. אנחנו באמת צריכים פתרונות גדולים. "
