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Neue Ära erneuerbarer Energie China baut erstes Weltraum-Solarkraftwerk

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Solarpaneel der ISS - in großem Maßstab könnte im All die Energie der Sonne für Menschen auf der Erde nutzbar gemacht werden.

(Foto: imago/ZUMA Press)

Der Hunger der Welt nach Energie steigt. Doch die Ressourcen auf der Erde sind begrenzt. In China wollen Forscher das Problem mit einem Solarkraftwerk im Weltraum lösen. Ab 2030 soll es die Erde mit Strom beliefern. Und die Planspiele gehen noch viel weiter.

Das Zeitalter der fossilen Energieträger neigt sich dem Ende entgegen. Mit dem immer deutlicher ins Bewusstsein tretenden Klimawandel verabschieden sich die ersten Industrieländer von CO2 ausstoßenden Kraftwerken - wie Deutschland mit dem geplanten Kohleausstieg. Zu den Ländern, die ihren Energiehunger in Zukunft anders stillen wollen, gehört auch China.

Forscher in der Volksrepublik arbeiten bereits an der Erschließung eines bisher ungenutzten Raums für die Energieversorgung: das Weltall. In der Millionenstadt Chongqing in Zentralchina entsteht derzeit das erste experimentelle Weltraum-Solarkraftwerk, berichtet die australische Zeitung "The Sydney Morning Herald".

In einer ersten Phase sollen in den Jahren 2021 bis 2025 kleine bis mittelgroße Kraftwerke in die Stratosphäre befördert werden, um dort Elektrizität zu erzeugen. Ab dem Jahr 2030 will China dann ein Kraftwerk im Megawatt-Bereich in rund 36.000 Kilometern Höhe um die Erde kreisen lassen. Bis 2050 ist die Installation einer Anlage geplant, die mehr als ein Gigawatt Energie zur Erde sendet - das entspricht der Leistung heutiger Kernkraftwerke.

Pang Zhihao, Wissenschaftler an der China Academy of Space Technology, sieht in der Technologie das Potenzial, zu einer "unerschöpflichen Quelle sauberer Energie" für die Menschheit zu werden. Eine Solaranlage im Weltraum könne rund um die Uhr Energie aus Sonnenlicht zur Erde senden - unabhängig vom Wetter, dem Tag-Nacht-Rhythmus oder Jahreszeiten. Das Kraftwerk könnte zudem Elektroautos jederzeit und überall aufladen oder künftige Weltraummissionen Chinas mit Energie versorgen.

Verschiedene Varianten möglich

Offen ist bislang, welche Art von Anlage die Chinesen planen. In einer Bewertung der internationalen Weltraumorganisation International Academy of Astronautics (IAA) aus dem Jahr 2011 werden drei Varianten als realisierbar beschrieben:

  • Typ I: Dabei handelt es sich um eine großflächige Photovoltaikanlage, die das Sonnenlicht in Strom wandelt und diesen aus einem geostationären Orbit per Mikrowellenstrahlung zur Erde sendet. Auf der Erde wandelt ein großer Empfänger (eine sogenannte Rectenna), die Strahlung in Strom.
  • Typ II: Ähnelt Typ I im Aufbau, nur werden statt Mikrowellen Laserstrahlen benutzt, um die Energie zur Erde zu senden. Auf der Erde werden die Strahlen in einem speziellen Empfänger (optische Rectenna) zu Strom gewandelt.
  • Typ III: Das "Sandwich-Design" besteht aus zwei gigantischen Spiegel-Anordnungen, welche Sonnenlicht auf kleine, zentrale Photovoltaikanlagen konzentrieren. Der Energietransport zur Erde funktioniert mit Mikrowellen.

Einen neuen Ansatz entwickelt derzeit das California Institute of Technology (Caltech) zusammen mit dem Rüstungs- und Luftfahrtunternehmen Northrop Grumman: Bei diesem besteht das Solarkraftwerk aus vielen kleinen Kacheln, die das Sonnenlicht in Energie umwandeln und gleich zur Erde funken. 2018 hatte das Caltech einen Prototyp diese Solar-Kacheln vorgestellt. Fast eine Milliarde von ihnen sollen zu einem drei mal drei Kilometer messenden Kraftwerk angeordnet werden.

Neben China und den USA arbeiten auch Forscher in anderen Ländern wie Indien, Russland und Japan an Weltraum-Solarkraftwerken. Besonders in Japan ist das Interesse an dieser Energiequelle groß: Auf den japanischen Inseln stehen nur wenige Flächen für erdgebundene Solar- und Windkraftanlagen zur Verfügung.

Hoher Aufwand nötig

Aber wo ist der Haken? Die IAA kam bei ihrer Bewertung zu dem Schluss, dass es "keine fundamentalen technischen Hindernisse gibt, welche dem Bau von Weltraum-Solarkraftwerken in den kommenden Jahrzehnten entgegenstehen würden". Allerdings gibt es noch einige Hürden zu überwinden, was auch die chinesischen Forscher wissen. Laut Pang müssen für den Bau des Kraftwerks rund 1000 Tonnen Material in den Weltraum transportiert werden. Zum Vergleich: Die Internationale Raumstation ISS wiegt mit 420 Tonnen nicht mal halb so viel.

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Erdnahe Asteroiden könnten das nötige Material für den Bau von Solaranlagen im Weltall zur Verfügung stellen.

Erstmal im Orbit, müssen die Anlagen aufgebaut, gewartet und nach einer gewissen Zeit erneuert werden. Denn aufgrund der anspruchsvollen Bedingungen im All ist die Lebenszeit der Solarpaneele deutlich kürzer als auf der Erde. Zudem ist die Technik der Energieübertragung aus dem All zur Erde noch nicht erprobt. Um Menschen durch die Strahlung nicht zu gefährden, wären riesige Empfänger auf dem Erdboden notwendig - die in Summe allerdings weniger Fläche in Anspruch nehmen würden als irdische Solaranlagen mit ähnlicher Leistung.

Für das Problem des Materialtransports haben Forscher jedoch schon eine Lösung parat: Theoretisch könnten die Rohstoffe erdnaher Asteroiden für den Bau der Solarkraftwerke genutzt werden. Auch die chinesischen Forscher erwägen, die Solarkraftwerke in einer Weltraum-Fabrik unter dem Einsatz von Robotern und 3D-Druckern zu bauen. Auf diese Weise könnte der Preis des Weltraum-Stroms auf weniger als zehn Cent pro Kilowattstunde sinken, glauben Experten. Das läge im Bereich der heutigen Kosten von Strom aus Steinkohle.

Der Sonne ganz nah

Und die Planspiele gehen noch weiter. Die Sonne ist schließlich ein riesiges Fusionskraftwerk, das pro Sekunde rund eine Million mal so viel Energie erzeugt, wie derzeit die gesamt Erdbevölkerung in einem ganzen Jahr verbraucht. Der Wissenschaftler Stuart Armstrong von der Oxford-Universität hatte im Jahr 2012 ein Konzept vorgeschlagen, wie aus dem Material des Planeten Merkur ein ganzer Schwarm von Solarkraftwerken gebaut werden könnte, welcher nah um die Sonne kreist.

Das Verblüffende daran: Der Vorschlag ist laut Armstrong bereits mit den heute zur Verfügung stehenden Technologien umsetzbar. Nach seinen Berechnungen würde es nur 40 Jahre dauern, bis das gesamte nutzbare Material des Merkur verbaut wäre. Die der Menschheit dann zur Verfügung stehende Energie würde völlig neue Möglichkeiten eröffnen.

Quelle: n-tv.de

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