Service

• Startseite
• · Übersicht
• · Impressum
• · Kontakt

Energie aus dem All

Über den Wolken muss der Strom wohl grenzenlos sein. Von dort, wo die Sonne ständig scheint, könnten Orbital-Kraftwerke künftig die Erde versorgen.

Futuristisch. (Quelle: NASA)Größere Abbildung anzeigen

Es klingt wie Science Fiction: Kraftwerks-Satelliten im All sollen Sonnenenergie „einfangen“ und zur Erde „beamen“. Das Konzept heißt Space-Based Solar Power (weltraumgestützte Sonnenenergie, SBSP). Die Dimensionen und die elektrische Leistung eines solchen Systems wären riesig – sofern es denn verwirklicht wird.

Inklusive großer Ausleger mit Spiegelreflektoren und Solarzellenanlagen mäßen die künstlichen Himmelskörper sechs Kilometer oder mehr im Durchmesser, erklärt Physiker John Mankins (52), der zehn Jahre lang das SBSP-Forschungsprogramm der NASA leitete.

Jeder Satellit soll – je nach Größe – zwischen zehn Megawatt (MW) und zehn Gigawatt (GW) elektrischer Energie liefern. Zum Vergleich: Die modernsten europäischen Kernkraftwerke vom Typ Europäischer Druckwasserreaktor (EPR – European Pressurized Water Reactor) produzieren 1,6 GW elektrische Leistung.

nach oben

Energie als strategischer Faktor

Die Satelliten sollen in 36.000 Kilometern Höhe auf festen Positionen die Erde umkreisen, Experten sprechen von geostationären Umlauf- oder Orbitalbahnen. Dort sind die künstlichen Himmelskörper rund um die Uhr dem Sonnenlicht ausgesetzt. Die Kollektoren nähmen achtmal mehr Energie auf als Solarzellen in der Wüste, sagt Mankins.

Die in eine solche Orbitalstation eingebaute Technik wandelt die Energie in Mikrowellen oder in Laserlicht um und schickt sie als gebündelten Strahl an Empfangsstationen auf der Erde. Diese Empfangsanlagen könnten bis zu 16 Kilometer im Querschnitt messen, erklärt Air Force Colonel Michael „Coyote“ Smith (44), der 2007 die jüngste SBSP-Studie leitete.

Diese vom Weltraumsicherheitsamt des Pentagons (National Security Space Office – NSSO) angeordnete Untersuchung rückte das Konzept orbitaler Kraftwerke wieder ins Rampenlicht. Bereits seit vier Jahrzehnten denken Wissenschaftler darüber nach, unerschöpfliche, saubere Energie aus dem All zu gewinnen. Doch schienen die Kosten bisher zu hoch. Die NASA stellte daher ihre SBSP-Forschung 1997 ein. Seitdem hat sich aber die politische und wirtschaftliche Weltlage verändert. Die Energiepreise haben sich verdreifacht.

Viele Öl- und Gasexporteure – ob im Mittleren Osten, Lateinamerika, oder Russland – nutzen die Abhängigkeit des Westens von ihren Öl- und Gasvorkommen als politisches Druckmittel. Der Energieverbrauch in Schwellenstaaten wie China, Indien und Indonesien steigt, je weiter diese Länder industrialisiert werden.

Eine 2008 durch das US-Energieministerium veröffentlichte Studie prognostiziert, dass der globale Strombedarf bis zum Jahr 2015 auf über 24 Terawatt und bis 2030 auf über 33 Terawatt steigen wird (ein Terawatt entspricht einer Billion, also 1.000 Milliarden Watt). Die Sicherung der Energieversorgung gewinnt strategische Priorität für Wirtschaft und Militär.

nach oben

Herausforderungen der Zukunft

Deshalb erhielt Colonel Smith, damals Leiter des Referats für Zukunftskonzepte im National Security Space Office des US-Verteidigungsministeriums, im April 2007 einen Auftrag: Er sollte die Realisierbarkeit von SBSP neu prüfen und gegebenenfalls eine Entwicklungsstrategie empfehlen. Smith wandte sich an Wissenschaftler, Ingenieure und Wirtschaftsfachleute des Pentagons, der NASA und des amerikanischen Energieministeriums. Er entwarf eine öffentlich zugängliche Webseite und bat zivile Experten aus aller Welt um Eingaben.

Rund 170 meldeten sich zur freiwilligen und unentgeltlichen Mitarbeit. „Sicherheit durch saubere, unabhängige Energieversorgung für Amerika, seine Alliierten und die Welt“ hieß das Motto der Studie. Der im Oktober 2007 vorgelegte Bericht war so vielversprechend, dass die Behörde weiterhin die Realisierung von SBSP erkundet. Die wichtigsten Schlussfolgerungen:

1. SBSP hat enormes Potenzial. Zusätzliche Untersuchungen sind nötig um festzustellen, wie das Konzept umgesetzt werden kann.
2. Dank jüngster technologischer Fortschritte dürfte SBSP schneller und preiswerter umzusetzen sein als früher angenommen.
3. Jüngste sicherheitspolitische Entwicklungen zeigen Bedarf für neue, sichere und frei verfügbare Energiequellen.

„Der Hauptbeweggrund für die NSSO-Studie war Kriegsverhütung“, stellt Smith fest. „Uns steht einiges bevor: schwindende Ölreserven, Bevölkerungswachstum, zunehmende Industrialisierung, Klimaerwärmung – teilweise wegen der Verbrennung von Kohle und Öl – sowie Ernteausfälle wegen dieser Erwärmung. Mit anderen Worten, es drohen massive Kriege um Ressourcen, falls wir keine sicheren, sauberen Energiequellen finden.“

Die USA und ihre Partner sollen zudem unabhängiger von Energieeinfuhren werden. Öl und Gas sollen in den kommenden Jahrzehnten im Verkehrswesen, in Heizungssystemen und in der Industrie weitgehend durch elektrische Systeme abgelöst werden. Solarenergie aus dem All wäre umweltfreundlicher und sicherer als andere alternative Energiequellen, stellt die NSSO-Studie fest.

nach oben

Flexibilität dient der Sicherheit

Das Pentagon betont, dass die Streitkräfte keinen Anteil am Betrieb eines künftigen SBSP Systems wollten und die Satelliten oder die Energieverteilung nicht kontrollieren würden. Allerdings sei das US-Militär unter Umständen bereit, als Großkunde privaten Energieunternehmen garantierte Mengen abzunehmen.

Nach Pentagon-Angaben verbraucht das US-Militär jährlich 110 Millionen Barrel Treibstoff (ein Barrel entspricht circa 159 Litern) sowie 3,8 Milliarden Kilowattstunden Strom; die Energierechnung des Pentagons belief sich 2008 auf 3,6 Milliarden Dollar.

Energie aus dem All könnte weltweit direkt an amerikanische und alliierte Stützpunkte sowie an provisorische Standorte im Feld „gebeamt“ werden. Ein US-Stützpunkt im Inland verbraucht rund zehn Megawattstunden (MWh) Strom; ein Einsatzstützpunkt – etwa in Afghanistan oder Irak – verbraucht im Schnitt fünf MWh, weiß Colonel Mike Hornitschek (42), der 2005 bis 2007 als Referent für Energiesicherheit im Air-Force-Führungsstab diente.

Vor allem in Einsatzgebieten wäre SBSP für das Militär ein Segen. Rund 70 Prozent aller militärischen Transporte im Irak dienen der Treibstoffversorgung, etwa um Generatoren zu betreiben, erklärt Hornitschek. Strom aus dem All würde das Transportvolumen wesentlich verringern. Damit ließen sich nicht nur Geld und Zeit sparen, sondern auch Verluste reduzieren. „Denken Sie an die amerikanischen und alliierten Truppen im Irak“, erinnert Colonel Smith. „Wir verzeichnen viele unserer Toten und Verwundeten im Verlauf von Treibstoffkonvois durch irakische Städte.“ Zudem könnte die Energiezufuhr aus dem All nicht von Feind oder Transitstaaten gestört werden.

Auch für humanitäre oder Stabilisierungseinsätze wäre SBSP von nicht zu überschätzendem Nutzen. Satelliten könnten die Energieversorgung nach Naturkatastrophen oder in Ländern wie Irak und Afghanistan, wo sowohl der Wiederaufbau als auch die Sicherheitslage durch Strommangel behindert werden, schnell wiederherstellen. Selbst Meerwasserentsalzungsanlagen ließen sich so betreiben.

Vorteilhaft ist dabei die Flexibilität des SBSP-Systems. Ein einziger Satellit könnte Energie an mehr als nur eine irdische Empfangsstation senden, solange „Sichtkontakt“ zwischen dem künstlichen Erdtrabanten und den Empfangsstationen bestehe, erläutert Smith. Diese Empfangsanlagen am Boden könnten jederzeit abgebaut und verlegt werden.

nach oben

Unermüdlich. (Quelle: NASA)Größere Abbildung anzeigen

Vom All auf die Erde

Um einen Militärstützpunkt mit fünf MWh Strom zu versorgen, müsste eine viel kleinere Anlage errichtet werden als notwendig wäre, um eine Großstadt oder ein Industriegebiet zu versorgen. Um Platz zu sparen, könnten die Empfänger sogar als Dach über einem Stützpunkt aufgestellt werden, meint Smith. Beschädigte Elemente – etwa nach Beschuss – könnten einzeln ausgetauscht werden.

Wie eine Studie im Auftrag der Europäischen Weltraumorganisation (European Space Agency, ESA) folgerte, müssen letztlich die Einsatzmöglichkeiten des SBSP-Konzepts nicht auf die Erde beschränkt bleiben: Satelliten könnten auch um Mond oder Mars kreisen, um künftige Raumkolonien mit Strom zu versorgen.

Doch nicht nur Europa erforscht die Versorgung sowohl irdischer Kraftwerke als auch etwa einer Mondbasis mit Hilfe von SBSP; auch Indien und Japan haben Interesse an dem System, allerdings vor allem für Anwendungen auf der Erde.

Die japanische Weltraumbehörde JAXA erprobt seit Februar 2008 am Boden ein Mikrowellenübertragungssystem, mit dem künftig Energie von Satelliten zur Erde übertragen werden soll. JAXA will circa 2030 den ersten kommerziellen Kraftwerksatelliten ins All schießen, der eine Gigawattstunde (GWh) Energie auf die Erde schicken soll, erklärt der beteiligte Wissenschaftler Hiroaki Suzuki.

Grundsätzlich könnte der erste Satellit viel früher „online“ gehen. Im Verlauf des vergangenen Jahrzehnts wurden die Solarzellen und die drahtlose Übertragungstechnologie wesentlich leistungsfähiger. Die Entwicklung und Indienststellung eines ersten voll-funktionsfähigen Satelliten, der ständig zehn MWh Energie zur Erde liefert, soll innerhalb von zehn Jahren möglich sein, heißt es in der NSSO-Studie.

Gesamtkosten für Entwicklung, Bau und Einbringung in die Umlaufbahn: Rund neun Milliarden Dollar. Ein kleinerer Prototyp könnte bereits binnen fünf Jahren einsatzbereit sein, stellt die Studie fest. Dieser Satellit brächte 100 bis 300 Kilowatt (KW) elektrische Leistung und würde zu Erprobungszwecken in einer niedrigeren Erdumlaufbahn fliegen als die echten Kraftwerke. Kostenpunkt: rund eine Milliarde Dollar.

nach oben

Suche nach Investoren

Die Finanzierung bleibt die größte Hürde für die Realisierung von SBSP. Weder das Pentagon noch andere US-Behörden wollen derzeit für die Entwicklung eines Prototypen bezahlen. Befürworter versuchen, private und öffentliche Gelder zu bekommen, um einen voll funktionsfähigen Prototypen in eine Erdumlaufbahn zu schicken. Mankins, Smith und Co. hoffen, dass die Energiewirtschaft dann ihre Chance erkennt und in den Ausbau eines kommerziellen SBSP Systems investiert.

Das „One Bulb“-Projekt soll in diesem Sinne dafür sorgen, dass die SBSP-Idee in der Öffentlichkeit wahrgenommen wird. Kadetten der US Air Force Academy in Colorado bauen derzeit zwei Satelliten, durch die die Umsetzbarkeit des SBSP-Konzepts grundsätzlich bewiesen werden soll. Beide Satelliten sollen möglichst 2010 ins All geschossen werden.

Der eine Satellit soll genügend Sonnenenergie zur Erde übertragen, um eine einzige Leuchtdiode an der Empfangsstation zu aktivieren. Der zweite, kleinere Satellit ist mit einer Diode ausgestattet, die – in Umkehrung des SBSP Konzepts – durch Energie vom Boden zum Glühen gebracht wird.

Der so zu erbringende Beweis, dass die Energieübertragung durch die Atmosphäre funktioniert, soll private Firmen zu Investitionen in die SBSP-Forschung und -Entwicklung animieren, sagt Colonel Smith. Denn eines stellt die NSSO-Studie fest: Ein einzelner Zehn-MW-Satellit lässt sich mit derzeitigen Mitteln relativ leicht in den Orbit bringen; um ein kommerziell wettbewerbsfähiges, umfassendes SBSP-System aufzubauen, ist aber viel Geld nötig.

nach oben

„Kein übles Ziel“

Es wird Dutzende Raketenstarts erfordern, um die Teile für einen einzigen Riesensatelliten ins All zu bringen. Daher müssten die USA zusätzliche Startanlagen bauen und möglichst mit anderen Raumfahrtnationen zusammenarbeiten, sagt Smith.

Unbedingt notwendig sei auch die Entwicklung eines wiederverwendbaren Raumgleiters, der die einzelnen Satellitenteile und Sonnenkollektoren für maximal 400 US-Dollar pro Kilo ins All bringt, erklärt John Mankins; zurzeit belaufen sich die Transportkosten ins All nach Angaben des Physikers auf mindestens 4.000 Dollar pro Kilo.

Schließlich müssten die einzelnen Teile im All zusammengefügt werden, ehe sie mittels unbemannter „Traktorraketen“ in die eigentliche Umlaufbahn gebracht werden. Technologie und Methoden für den Zusammenbau großer Raumanlagen im All müssten dafür noch verfeinert werden.

Es wird Jahrzehnte dauern, ein weltumspannendes Netzwerk von SBSP-Satelliten der Gigawatt-Klasse aufzubauen. Ein Großteil der notwendigen Entwicklungen – etwa der Bau des Raumgleiters oder die ständige Verbesserung der Solarzellentechnologie – ist aber ohnehin geplant.

Kosten und Aufwand des Systems wären trotzdem sehr hoch. Dagegen stehen jedoch die politischen, wirtschaftlichen und ökologischen Kosten, die durch fortgesetzte Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen oder von Atomenergie entstehen.

Von den alternativen Energiequellen könnte nämlich allenfalls Kernkraft mit SBSP konkurrieren, stellt die NSSO-Studie fest. „Wenn man bedenkt, wofür unsere Gesellschaft Milliarden ausgibt, dann wäre unerschöpfliche saubere Energie aus dem All kein übles Ziel“, resümiert John Mankins.

nach oben