Strom aus dem All, geht das?

Von Björn Carstens
Nachts erzeugen Solaranlagen keine Energie. Besser wäre es, man installiert sie dort, wo die Sonne 24 Stunden und mit hoher Intensität „scheint“. Das wäre nur im Weltall der Fall. Sonnenenergie aus der Umlaufbahn – realisierbare Vision oder Science-Fiction?
© European SPS Tower concept

Im Erdorbit herrscht immer Tag – perfekte Bedingungen für ein Solarkraftwerk, um jederzeit gleichmäßig Energie zu produzieren. Das dachten sich auch Wissenschaftler der Europäischen Weltraumorganisation ESA, die die Machbarkeit eines solchen Mammutprojekts mittels Studien überprüfen ließen. Um das Ergebnis vorwegzunehmen: Die Technologie hätte enormes Potenzial, doch es gibt hohe Hürden. Ein Überblick:

Darum geht es:

  • Um die in Europa avisierte Klimaneutralität zu schaffen und bis 2050 keine Treibhausgase mehr zu emittieren, lohnt es sich im Bereich der erneuerbaren Energien auf alternative Lösungen zu setzen. Das Projekt „SOLARIS“ der ESA könnte so eine Lösung sein – ein Programm für weltraumgestützte Solarenergie.
  • 20 Satelliten mit Solarpanelen könnten gemäß den Studienergebnissen das Ende von Europas Energie-Abhängigkeit vom Ausland bedeuten. Dafür müsste jede Panele laut ESA ein Ausmaß von 15 Quadratkilometern annehmen, was ungefähr 200 Fußballfeldern entspricht. Dann könnte eine dieser Anlagen ähnlich wie ein Kernkraftwerk auf der Erde ein bis zwei Gigawatt Strom produzieren.
  • Eine Analyse von Frazer-Nash, eines der beauftragten Unternehmen, ergab, dass mithilfe von Solarkraftwerken im All ab 2050 jährlich 800 Terawattstunden saubere Energie gewonnen werden könnten. Das wäre in etwa ein Drittel der Stromerzeugung der Europäischen Union im Jahr 2020.
  • Frazer-Nash errechnete einen finanziellen Vorteil durch den Verkauf der Energie von 601 Milliarden Euro bis 2070 gegenüber Kosten von 418 Milliarden Euro.
  • Die Frazer-Nash-Studie stellte darüber hinaus fest, dass weltraumgestützte Solarenergie die fossilen Energieträger und teils auch die Kernenergie aus dem europäischen Energiemix verdrängen könnte.
Strom aus dem All, geht das?
Leopold Summerer, Leiter der ESA-Abteilung für Advanced Concepts
© ESA - SJM Photography

„Um einen wesentlichen Beitrag zur Erreichung des Netto-Null-Ziels für den Energiesektor bis 2050 zu leisten, müsste die Technologie bis Ende der 2030er-Jahre in ausreichender Größe im Weltraum demonstriert werden.“

Die Technik dahinter:

  • Die im All erzeugte Energie soll über hochfrequente Funkwellen kontaktlos zu großen Empfänger-Antennen auf die Erde übertragen und in Form von Strom ins Netz eingespeist werden.
  • Die Energieverteilung vom Solarkraftwerk aus dem Erdorbit zu den Kraftwerken auf der Erde basiere auf einem phasengesteuerten Mikrowellenfrequenzstrahl, erläutert Leopold Summerer, Leiter der ESA-Abteilung für Advanced Concepts.
  • Mikrowellen in einer Säule mit einem Durchmesser von rund zwei bis drei Kilometern treffen auf der Erde auf eine ähnlich dimensionierte Antenne.
  • Als Schlüsseltechnologie für diese Form der drahtlosen Energieübertragung gelten ultraleichte Solarzellen, die in den vergangenen Jahren entwickelt wurden.
  • Die Weiterentwicklungen in der Weltraumrobotik stimmen das Expertengremium zuversichtlich, dass riesige Solaranlagen im Orbit umsetzbar sind. Roboter müssten sie im All aus Einzelteilen zusammensetzen.
Um Europa auf die künftige Entscheidungsfindung im Bereich der weltraumgestützten Solarenergie vorzubereiten, hat die ESA ein Programm mit dem Namen SOLARIS für den nächsten ESA-Rat auf Ministerebene im November 2022 vorgeschlagen. Dann soll darüber diskutiert werden, ob die Mitgliedsstaaten der ESA ein so aufwendiges Programm mittragen würden.

Das sind die Hürden:

  • Das Projekt ist immens teuer und aufwendig, um es technologisch auszureifen. Mehrere Hundert Millionen Euro seien dafür laut ESA notwendig. So bräuchte man zum Beispiel eine wiederverwendbare Schwerlastrakete, die mehr als einmal pro Woche starten müsste, um die Teile ins All zu befördern. Eine solche Rakete hat die ESA aber noch gar nicht im Einsatz.
  • Ein weiteres Problem wäre der Platzbedarf im All sowie am Boden. Eine Bodenstation, zu der der Strom übertragen werden kann, müsste laut Studie jeweils etwa 70 Quadratkilometer groß sein. In etwa so groß wie eine Kleinstadt. Möglicherweise wäre aber eine Parallelnutzung mit der Landwirtschaft denkbar.
  • Solarpanelen in der Größenordnung von 200 Fußballfeldern bergen ein großes Risiko, von Weltraumschrott getroffen zu werden. Im Erdorbit befinden sich laut ESA derzeit mehr als 32.000 Teile Weltraumschrott.
  • Inwiefern das Projekt in puncto Klimabilanz wirklich umweltfreundlich oder ressourcenschonend ist, bleibt in weiten Punkten unklar.
Strom aus dem All, geht das?
Diese Grafik der ESA (in englischer Sprache) zeigt, wie der Energiestrahl aus dem All mit fotovoltaischen Zellen oder mit einer Antenne eingefangen werden soll© ESA
Kein neues Konzept

Die ESA hat die Idee, Sonnenenergie aus dem All drahtlos auf die Erde zu übertragen, nicht exklusiv. In den USA zum Beispiel, aber auch in Großbritannien, China und Japan wird das Konzept seit Jahren erforscht. Mit jeder technologischen Weiterentwicklung rückt das Unterfangen mehr in den Bereich des Möglichen. Ein US-Forschungsteam plant, den Prototyp eines Satelliten im Orbit zu testen. Forschende haben es ebenfalls bereits geschafft, Strom über mehrere Kilometer Entfernung zu übertragen. Für den Weg aus dem All auf die Erde reicht es allerdings noch nicht.