Ausgerechnet eine alte Idee soll die Energieprobleme der Zukunft lösen: Wie realistisch ist Solarstrom aus dem All?

(Bildquelle: ESA)

Gigantische Solarfarmen umkreisen in tausenden Kilometern Höhe die Erde und schicken die so gewonnene Energie mittels Mikrowellen auf die Erde. Empfangseinheiten mit mehreren Kilometern Durchmesser wandeln die Strahlung wieder zurück in nutzbaren elektrischen Strom.

Was wie ein Absatz aus einem Science-Fiction-Roman klingt, könnte in gar nicht allzu ferner Zukunft Realität und Teil der Lösung unserer Energieprobleme sein. Zumindest wenn es nach der Europäischen Raumfahrtagentur ESA geht.

Mit der Initiative Solaris soll im Jahr 2025 über ein Entwicklungsprogramm zur weltraumgestützten Solarenergie entschieden werden. Sollte diese positiv ausfallen, könne eine Demonstrationsanlage bereits 2030 in Betrieb genommen werden, ein Jahrzehnt später sei bereits der kommerzielle Betrieb möglich, äußerte sich der Leiter des Projekts Sanjay Vijendran gegenüber Golem.de.

Neben Solaris gibt es noch weitere Projekte, die sich mit dem Thema ernsthaft auseinandersetzen. So zum Beispiel ein Team der renommierten US-Universität Caltech, dem es erst kürzlich gelungen ist, ein Experiment abzuschließen, das die grundsätzliche Möglichkeit, Strom aus dem All auf die Erde zu übertragen, belegt haben will.

Doch wie realistisch ist Solarenergie aus dem All wirklich? Welche Vor- und Nachteile hat die Technik, die als Idee bereits in den 1970er-Jahren das Licht der Welt erblickte?

Was wird für Solarstrom aus dem All benötigt?

Um Solarstrom im All zu gewinnen, braucht es entsprechende Satelliten samt Solarmodulen. Die Rede ist hier allerdings nicht von ein paar wenigen Solarzellen, sondern von gigantischen Kollektorenflächen. Anlagen zur Produktion nennenswerter Strommengen im Gigawattbereich müssten Quadratkilometer groß sein. Grund hierfür ist die begrenzte Menge Energie, die die Sonne pro Quadratmeter zur Verfügung stellt - knapp 1,4 Kilowatt außerhalb der Erdatmosphäre. Auf einen Quadratkilometer kommen so 1,4 Gigawatt zusammen.

Außerdem müssen wohl mehrere Kilometer große Bodenstationen angelegt werden, die die Energie in Form von Mikrowellen breit gestreckt und nicht hochfokussiert empfangen und in elektrischen Strom umwandeln. So soll das Ganze einmal aussehen:

3:33 Solarstrom aus dem All - So will die ESA zum Energiewandel beitragen

Was sind die wichtigsten Vorteile der Technik?

Solarenergie ist im All im Gegensatz zur Erde grundlastfähig. Das heißt, sie kann dort dauerhaft ohne Einschränkungen wie durch Tageszeit oder Wetter gewonnen werden. Die riesigen Sonnenkollektoren müssen außerdem nicht gereinigt werden, da sie im Weltall nicht verstauben. Ein Problem, das Großprojekte beispielsweise in Wüstengebieten wie der Sahara haben. Weltraumgestützte Solarenergie würde somit das größte Problem erneuerbarer Energien wie Wind und Sonne lösen. Windstille und sonnenlose Stunden gibt es im All einfach nicht.

Was sind die wichtigsten Nachteile der Technik?

An vorderster Stelle steht hier der Wirkungsgrad. Durch das Transformieren der Solarenergie in elektromagnetische Wellen (Mikrowellen), den Transport zur Erde und die Rückumwandlung in elektrischen Strom geht viel Energie verloren. Laut eines FAQs der ESA zu dem Thema sind das Stand der Technik sogar zwischen 85 und 90 Prozent. Das heißt, lediglich 10 bis 15 Prozent würden letztlich in das Stromnetz eingespeist.

Das reiche voraussichtlich gerade so aus, um eine derartige Anlage wirtschaftlich zu betreiben, sei jedoch eine der größten Baustellen. Laut Vijendran soll die Ausbeute aufgrund der Kontinuität gegenüber Anlagen auf dem Boden insgesamt dennoch zehn Mal so hoch ausfallen. Bereits im Einsatz ist das James Webb Weltraumteleskop, das einen besonders tiefen Blick in die schier unendlichen Weiten des Alls und damit auch einen völligen neuen Blick auf die Menschheit ermöglicht.

Wie realistisch ist Strom aus dem All dann?

Vijendran zufolge stehe der weltraumgestützten Solarenergie aus rein technischer Sicht kaum etwas im Weg. Flüge ins All seien beispielsweise durch SpaceX mittlerweile günstig geworden, außerdem können Solarpaneele massenhaft gefertigt werden. Das erfolgreiche Experiment der Caltech samt den technischen Möglichkeiten sprechen also für ein derartiges Projekt. Dennoch drängen sich Fragen auf:

• Kann die Mikrowellenstrahlung Teile der Atmosphäre erhitzen? Es wird diskutiert, ob die Mikrowellenstrahlung nicht etwa Teile der Atmosphäre, beispielsweise die Ionosphäre, besonders stark aufheizt. Ob und welche Folgen das mit sich bringt, kann bislang allerdings noch nicht abgeschätzt werden. Feststeht jedoch, dass das Verfahren die Erde insgesamt nicht zusätzlich erwärmt. Die Sonnenstrahlen hätten die Erde ja ohnehin erreicht und entsprechende Wärme erzeugt.
• Sind andere Satelliten und Objekte im All ein Problem? Ein Solarpark im All würde in einem sehr hohen Orbit platziert, wo nur wenige andere Objekt stationiert sind und potentielle Gefahren somit gering ausfallen. Golem spricht in dem Zusammenhang von einer Höhe von 36.000 Kilometern. In dieser Höhe würde selbst eine Quadratkilometer große Anlage zudem nicht den Blick ins Weltall trüben. Dennoch ist die zunehmende Vermüllung des Orbits ein Problem, das schon jetzt und in Zukunft noch viel mehr Probleme mit sich bringt.
• Bestehen Gefahren für Mensch und Tier? Andere Fragen wie zum Beispiel nach der Sicherheit für Mensch und Tier räumt die ESA ebenso aus. So sei die Frequenz der Mikrowellenstrahlung zu niedrig, um Lebewesen Schaden zuzufügen. Außerdem würde anstelle eines hochfokussierten Strahls wohl eher ein Kilometer breiter, dafür umso schwächerer Strahl zur Erde geschickt.
• Können die Mikrowellen Probleme mit Flugzeugen hervorrufen? Hierzu gibt es noch keine Antwort. Denkbar ist allerdings, dass die Strahlung eine Auswirkung auf durchquerende Flugzeuge und andere Objekte, etwa Satelliten auf einem niedrigeren Orbin hat.

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Wie schätzen wir Solarstrom aus dem All ein?

Neben der ESA beschäftigen sich auch China und die Japanische Raumfahrtbehörde Jaxa mit dem Thema und erwägen zumindest Abstimmungen über Testanlagen. Das stimmt zunächst durchaus optimistisch. Allerdings gibt es unserer Ansicht nach noch zu viele offene Fragen, um tatsächlich von einer Realisierung in naher Zukunft auszugehen. So sehr das Science-Fiction-Herz auch für weltraumgestützte Solarenergie schlägt, am Ende hört es sich dann doch noch nach sehr nach ferner Zukunftsmusik an.

Wie seht ihr das? Glaubt ihr, wir werden schon bald Solaranlagen im Weltall sehen? Oder denkt ihr wie wir und glaubt eher, dass so etwas noch in weit entfernter Zukunft liegt? Schreibt es uns gerne in die Kommentare!