Weltraumgestützte Solarenergie
Strom aus dem All

Es klingt wie Science Fiction: Airbus und Partner wollen Strom künftig im Weltraum produzieren und drahtlos zur Erde beamen. Noch ist das teuer und inneffizient. Doch die Technologie könnte ein Mosaikstein für eine nachhaltige Energieversorgung der Zukunft sein.

Strom aus dem All
Foto: Airbus

Riesige Solarfarmen im geostationären Orbit, 36.000 Kilometer von der Erdoberfläche entfernt, könnten künftig dabei helfen, unsere irdischen Energieprobleme zu lösen. Denn im Weltall scheint die Sonne immer, 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche. Doch wie ließe sich die so erzeugte, erneuerbare Energie zur Erde bringen?

"Power Beaming" heißt das Stichwort und bezeichnet die Übertragung von elektrischer Energie drahtlos über die Luft. Wie das funktioniert, stellten die europäische Raumfahrtagentur ESA, Airbus und das neuseeländische Start-up Emrod am Dienstag in der Innovation Factory von Airbus X-Works in Ottobrunn vor.

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Der Transmitter sendet in Mikrowellen umgewandelte Solarenergie.

Die 2,5 Kilowatt Leistung eines Solarpanels vor einer Halle wurden zu einem Inverter geführt und anschließend in Mikrowellen umgewandelt. Ein Transmitter, bestehend aus einem Array von 8x8 Antennen, sendete über eine Distanz von 36 Metern einen Mikrowellenstrahl mit 5,8 GHz, das entspricht der Frequenz des heimischen Wlans, an einen Receiver. Im Anschluss wurden die Mikrowellen wieder in elektrische Leistung umgewandelt und zur Beleuchtung einer Modellstadt, für einen Kühlschrank sowie für die Produktion von grünem Wasserstoff mithilfe eines kleinen Elektrolyseurs genutzt.

Airbus
Der Receiver empfängt den Mikrowellenstrahl, anschließend wird er wieder in elektrische Leistung umgewandelt und in der Demonstration einem Elektrolyseur zugeführt, der Wasserstoff erzeugt.

Technisch und wirtschaftlich machbar

Noch ist die Gesamteffizienz eines solchen Systems niedrig. Wie niedrig genau, wollten die Beteiligten nicht sagen. Der Energietransfer an sich sei nicht das große Problem, Verluste entstünden vor allem bei den Solarzellen, aber auch bei der Erzeugung und Gleichrichtung der Mikrowellen, so Yoann Thueux, Forschungsprojektleiter bei Airbus. Die ESA zielt darauf, dass zehn bis 15 Prozent der Sonnenenergie, die auf die Solarpanels trifft, am Ende ins Netz eingespeist werden.

Zwei voneinander unabhängige Studien im Auftrag der ESA, eine von der deutschen Unternehmensberatung Roland Berger, die andere von der britischen Ingenieursberatung Frazer-Nash, waren im Vorfeld zu dem Ergebnis gekommen, dass weltraumgestützte Solarenergie nicht nur technisch machbar ist, sondern künftig auch bezüglich der Energiekosten wettbewerbsfähig sein könnte.

Allerdings bedarf es noch viel Arbeit, z. B. müssen riesige, kilometergroße, aber gleichzeitig leichte Antennen fürs All entwickelt werden, und auch das Thema Sicherheit muss bei der hochenergetischen Mikrowellenstrahlung ausreichend berücksichtigt werden. Nach Angaben von Jean-Dominique Coste, Senior Manager Blue Sky bei Airbus, könnten sich Menschen gefahrlos in der Nähe eines Empfängers am Boden aufhalten, wenn man beim Mikrowellenstrahl eine relativ geringe Leistungsdichte von 10 W/m2 wähle. Die Bodenstation müsste dann allerdings entsprechend groß ausfallen. Coste sprach von einem Kreis mit rund sechs Kilometern Radius.

Milliardeninvestitionen in den kommenden Jahren

Nötig sind auch massive Investitionen. Sanjay Vijendran, Team Leader Mars Exploration Strategy bei der ESA, geht von bis zu 15 Mrd. Euro in den nächsten zehn bis 15 Jahren aus. Bei der ESA will man die Technologie, die um 2040 für den großen Maßsstab ausgereift sein könnte, mit dem vorbereitenden Programm Solaris vorantreiben. Es soll in die ESA-Ministerratskonferenz im November eingebracht werden, wo das Budget der europäischen Weltraumagentur für die kommenden vier Jahre verhandelt wird.

Weltraumgestützte Solarenergie ist auch interessant für die Energieversorgung von künftig längeren Mond- und Marsmissionen. Als weiteren möglichen Anwendungsbereich präsentierte Airbus zudem die elektrische Luftfahrt: Mikrowellenstrahlen könnten eines Tages auch Elektroflugzeuge mit Strom aus der Luft versorgen. Dazu müssen allerdings noch geeignete Beschichtungen entwickelt werden, die als Antennen auf dem Flugzeugrumpf dienen. Das ist aber wirklich noch Science Fiction.

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