Ograniczenia surowcowe oraz zagrożenie zanieczyszczeniem środowiska i ociepleniem klimatu limitują nasze możliwości dalszego rozwoju tradycyjnej energetyki chemicznej, a nawet skłaniają nas do wygaszania istniejących już elektrowni.
Apetyt energetyczny gospodarek musi jednak pozostać zaspokojony, stąd też konieczność szukania alternatyw. Energetyka jądrowa, pomimo licznych zalet, również jest rozwiązaniem problematycznym, czysta energetyka termojądrowa od dziesięcioleci pozostaje w fazie prac rozwojowych i obietnic. Odnawialne źródła energii wydają się zatem jedynym realnie dostępnym i stosunkowo bezpiecznym wyborem.
Gwiazdowy reaktor
Zarówno hydroelektrownie, jak też farmy wiatrowe oraz instalacje fotowoltaiczne zasilane są energią dostarczaną pierwotnie przez Słońce. Jednak nawet naziemne instalacje paneli słonecznych nie są w stanie czerpać jej w sposób bezpośredni i w całym dostępnym zakresie. Z uwagi na cykl dobowy, zachmurzenie i rozpraszanie światła w atmosferze do powierzchni gruntu dociera jedynie niewielka część emitowanej mocy, która w okolicach Ziemi wynosi 1,367 kW/m². Oznacza to, że przez kwadrat o boku długości dwóch kilometrów przepływa strumień energii równy 5 gigawatowej wydajności Elektrowni Bełchatów, czyli 20% polskiej produkcji prądu elektrycznego, zaś do schwytania mocy równej całkowitej produkcji naszego kraju potrzebujemy powierzchni 20 km².
Sposoby na Słońce
Najprostszym urządzeniem pozwalającym na praktyczne wykorzystanie światła naszej gwiazdy jest heliostat — system luster mających odbijać je i kierować w określone miejsce, niezależnie od aktualnej pozycji Słońca na niebie. Nie mamy tutaj do czynienia de facto z produkcją energii, dzięki takiemu rozwiązaniu możemy jednak zaoszczędzić na sztucznym oświetleniu, jak czyni się to np. w Norwegii. Natomiast skupiając energię odbitą przez wiele zwierciadeł w jednym punkcie, stworzyć można piec solarny podobny do działającego we francuskim Odeillo. Umieszczenie tego typu luster na orbicie wokółziemskiej rozważane było od dekad i pozwoliłoby na oświetlanie całych miast.
Innym narzucającym się rozwiązaniem jest umieszczenie w kosmosie paneli fotowoltaicznych. W takim jednak wypadku przedstawione na wstępie szacunki wydajności należy skorygować o sprawność ogniw słonecznych, która w najlepszym wypadku nie przekracza obecnie 50%, zaś w popularnych i ekonomicznie dostępnych instalacjach mieści się zaledwie w zakresie 15-18%, a także o szacowaną 85% sprawność transmisji tak wytworzonej energii na Ziemię. Trzeba jednak zaznaczyć, że technologie ogniw słonecznych znacząco rozwinęły się na przestrzeni ostatnich dekad, wykazując kilkukrotny przyrost sprawności, która ma szansę wzrosnąć jeszcze w trakcie następnych dziesięcioleci.
W warunkach kosmicznych możemy jednak zastosować jeszcze jedną, niedostępną na powierzchni Ziemi metodę wytwarzania energii – satelitę Dysona–Harropa. Wykorzystuje on pętlę zwykłego miedzianego drutu, która, wytwarzając dookoła siebie pole magnetyczne, wychwytuje elektrony stanowiące połowę wiatru słonecznego, kierując je do odbiornika, gdzie generują one prąd elektryczny. Uzyskanie wydajności elektrowni bełchatowskiej wymagałoby szacunkowo umieszczenia i odpowiedniego spozycjonowania w przestrzeni kosmicznej milionów metrów kabla.
Miejsce jest ważne
Natężenie promieniowania maleje odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości, możemy zatem znacząco powiększyć ilość pozyskiwanej mocy, przenosząc elektrownie bliżej Słońca. Umieszczanie obiektów na orbicie wokółsłonecznej jest jednak kosztowniejsze niż osiągnięcie orbity wokółziemskiej. Również przesyłanie tak wytworzonej energii na większe odległości za pomocą laserów bądź maserów byłoby mniej efektywne, wymagając większych instalacji odbiorczych. Inną ciekawą lokalizacją dla umieszczenia elektrowni słonecznych jest powierzchnia Księżyca. Pozbawiony atmosfery i powłoki chmur ograniczających dostępność światła, Księżyc jest stale zwrócony tą samą stroną w kierunku Ziemi, co ułatwiałoby przesyłanie wyprodukowanej na nim energii.
Szanse i zagrożenia
Budowanie w kosmosie oznacza zupełnie nowy rodzaj problemów. Z jednej strony warunki mikrograwitacji nie stawiają naszym strukturom podobnych wymogów wytrzymałościowych jak na Ziemi, pozwalając na tworzenie niezmiernie rozległych, a jednocześnie filigranowych konstrukcji. Obiekty te mogą być wręcz nadmuchiwane jak satelita Echo 1 bądź rozwijane i stabilizowane ciśnieniem wiatru słonecznego, tworząc kosmiczne odpowiedniki żagli. Z drugiej strony umieszczona w przestrzeni kosmicznej infrastruktura musi mierzyć się z całym szeregiem nowych zagrożeń. Koronalne wyrzuty masy słonecznej mogą dosłownie palić elektronikę satelitów, mikrometeoroidy poruszające się ze średnią prędkością 10 km/s mają energię wielokrotnie większą od kuli karabinowej. Na ziemskiej orbicie krajobraz ten uzupełniają zaś coraz liczniejsze sztuczne satelity oraz kosmiczne śmieci. Ciśnienie wiatru słonecznego wywierane na olbrzymie powierzchnie paneli słonecznych modyfikowałoby orbitę elektrowni kosmicznej, zmuszając do jej aktywnego korygowania. Przesyłanie na Ziemię ogromnych ilości energii stwarzałoby natomiast ryzyko wypadków, a nawet zagrożenie, że podobny system mógłby zostać wykorzystany jako broń bądź narzędzie terrorystów. Nie zmienia to jednak faktu, iż energetyka kosmiczna stanowi obecnie jedną z wielkich nadziei ludzkości.
Mira Żmijewska