Melakukan hal yang mustahil: memanen energi matahari

Ini adalah ide yang berasal dari fiksi ilmiah: Sebuah stasiun luar angkasa mengorbit Bumi, mengumpulkan energi dari matahari dan mengirimkannya ke planet kita. Isaac Asimov mempopulerkan konsep ini dalam ceritanya tahun 1941 Alasandan para futuris telah memimpikannya sejak saat itu.

Namun ide ini lebih dari sekedar khayalan – ini adalah konsep yang sangat praktis yang dilakukan oleh badan antariksa di seluruh dunia, dan hampir berada dalam jangkauan teknologi saat ini. Hal ini bahkan bisa menjadi solusi terhadap krisis energi di bumi ini.

Kami berbicara dengan salah satu orang yang berharap untuk mewujudkan konsep ini, Leopold Summerer, kepala Kantor Konsep dan Studi Lanjutan di Badan Antariksa Eropa, untuk mengetahui bagaimana kami dapat mewujudkan impian ini.

Membangun pembangkit listrik tenaga surya yang lebih baik

Diagram sederhana dari konsep energi surya luar angkasa. Mankins, Kasus Tenaga Surya Luar Angkasa/NASA

Energi surya memiliki banyak keunggulan dibandingkan bahan bakar fosil atau sumber energi lainnya: Energi ini tersedia secara gratis, terbarukan, memiliki dampak lingkungan yang minimal, dan umumnya rendah pemeliharaannya. Selain itu, teknologi panel surya terus berkembang sehingga memungkinkan mereka memanen energi matahari dengan lebih efisien.

Namun, hal tersebut bukannya tanpa masalah. Salah satu masalah terbesar adalah penyimpanan, karena energi hanya dapat dikumpulkan pada siang hari dan perlu disimpan dalam baterai besar yang menyediakan daya pada malam hari. Hal ini juga bergantung pada cuaca yang baik, karena tutupan awan akan mengurangi jumlah energi yang dapat dikumpulkan.

Namun, jika kita bisa membangun pembangkit listrik tenaga surya di luar angkasa, kita akan terhindar dari masalah ini. Stasiun semacam itu dapat mengumpulkan energi matahari 24 jam sehari dan tidak perlu menyimpan energi dalam baterai yang besar. Dan jika ditempatkan di orbit, maka tidak akan mengalami gangguan dari atmosfer bumi. Listrik juga dapat disalurkan langsung ke tempat yang paling membutuhkannya, seperti kota-kota besar.

Meski terdengar fantastis, idenya sebenarnya sangat masuk akal. “Itu adalah salah satu konsep yang, pada pandangan pertama, Anda akan berpikir, ‘Wow, benarkah? Mengapa ada orang yang menempatkan struktur sebesar itu ke luar angkasa ketika Anda memiliki banyak ruang kosong di Bumi?” kata Summerer. Namun jika dilihat sekilas, konsep ini memiliki banyak keunggulan. “Hal ini menyelesaikan begitu banyak permasalahan kita saat ini – mulai dari perubahan iklim hingga keamanan energi – sehingga tidak bertanggung jawab jika tidak menganggapnya serius,” tambahnya.

Ruangnya masuk akal

Jika pembangkit listrik tenaga surya di orbit tampak konyol bagi Anda, pertimbangkan bahwa ini tidak jauh berbeda dengan teknologi luar angkasa yang sudah kita gunakan. Summerer menunjukkan bahwa banyak pesawat ruang angkasa yang ditenagai oleh panel surya, jadi “kami memiliki pembangkit listrik tenaga surya di luar angkasa, kami hanya menggunakan listrik secara lokal.”

Untuk membuat pembangkit listrik, kita memerlukan panel surya yang jauh lebih besar daripada yang digunakan pada pesawat ruang angkasa, dan kita harus merancang perangkat keras untuk menangani tegangan tinggi. Namun hal ini harus dilakukan secara bertahap untuk meningkatkan teknologi yang ada saat ini, bukan menciptakan solusi yang benar-benar baru.

Separuh bagian lain dari pengumpulan dan pendistribusian kekuasaan adalah masalah transfer. Bagaimana cara mentransfer daya dari stasiun ke Bumi? Ini memerlukan transfer energi nirkabel menggunakan laser atau gelombang mikro. Teknologi semacam ini telah dibuktikan di Bumi, dengan listrik yang dikirim secara nirkabel dalam jarak yang sangat jauh—dan jika kita bisa melakukannya di Bumi, kita juga bisa melakukannya di luar angkasa.

Tantangan teknologi

Genevieve Poblano/Grafik Tren Digital

Tentu saja, membangun pembangkit listrik dan mengirimkannya ke orbit bukanlah hal yang mudah. Salah satu masalah besarnya adalah bagaimana menempatkan struktur sebesar pembangkit listrik ke orbit dan bagaimana struktur tersebut dipelihara atau diperbaiki jika terjadi kesalahan. Banyak pendukung tenaga surya berbasis ruang angkasa menyarankan untuk memulai dengan konstelasi satelit yang kita tahu cara membangun dan meluncurkannya. Jika ada yang salah, maka ada orang lain yang akan terus bekerja. Dengan begitu, kita bisa belajar menggunakan teknologi tanpa menaruh telur kita dalam satu keranjang besar yang harganya sangat mahal.

Ada juga masalah efisiensi. Teknologi transfer daya nirkabel saat ini sangat efisien. Untuk tujuan praktis, Anda mungkin ingin pembangkit listrik tenaga surya Anda berada di orbit rendah Bumi, sekitar 500 mil dari permukaan planet. Kita perlu meningkatkan efisiensi transmisi daya nirkabel dan juga memastikan stasiun tersebut memiliki antena yang cukup kuat untuk mengirimkan semua daya yang dikumpulkannya ke Bumi.

Teknologi untuk menangani semua ini belum siap—namun belum sepenuhnya berada di luar jangkauan kita.

“Sepertinya kita tidak bisa memulainya besok,” jelas Summerer. “Namun di sisi lain, tidak ada satu pun hal yang telah teridentifikasi sebagai pengganti teknologi utama yang dibutuhkan.

Komunitas kecil yang kolaboratif

Namun, tantangan sistem energi futuristik tidak hanya bersifat teknologi. Ada juga masalah infrastruktur. Meskipun kita dapat memanen energi matahari dari luar angkasa, kita memerlukan infrastruktur di Bumi untuk mendistribusikan energi tersebut ke tempat yang membutuhkannya. Siapa yang akan menanggung biaya-biaya ini?

“Ini adalah proyek yang, hampir secara desain, akan mendapat manfaat besar dari kerja sama internasional,” kata Summerer. Idealnya, kerja sama internasional antara berbagai negara dan badan antariksa mereka akan mengumpulkan sumber daya untuk bersama-sama mengembangkan dan meluncurkan teknologi, namun hal ini mungkin akan sulit dilakukan jika dua pemain terbesar di bidang ini – Amerika Serikat dan Tiongkok – tidak bekerja sama dalam misi luar angkasa. saat ini.

Kerja sama terjadi atas dasar sukarela sepenuhnya.

Namun, Summerer melihat alasan untuk optimis terhadap kerja sama internasional di bidang ini, mengingat pengembangan sumber energi bersih dan terbarukan merupakan kepentingan semua orang. Model untuk kolaborasi semacam ini ada di ITER, sebuah proyek kerjasama internasional yang mengeksplorasi potensi pembangkitan energi dari proyek fusi nuklir.

Mengenai tenaga surya luar angkasa, “kami belum berada pada tahap di mana kami memiliki satu proyek internasional bersama dengan perjanjian kerja sama antar pemerintah,” kata Summerer, jadi “kerja sama ini sepenuhnya bersifat sukarela.” Namun komunitas negara-negara yang mengeksplorasi konsep ini, termasuk AS, Tiongkok, Eropa dan India, berjumlah kecil dan “saling mengenal dengan baik” serta “memiliki insentif yang kuat untuk bekerja sama” dalam bertukar ide dan teknologi, tambahnya. .

Badan Antariksa Eropa baru-baru ini menandatangani kontrak untuk dua studi konsep energi surya ruang angkasa untuk menyelidiki seberapa layak konsep tersebut sebagai bagian dari inisiatif SOLARIS. Keputusan apakah akan meneruskan ide ini dengan serius dapat diambil pada awal tahun 2025.

Bulan sebagai batu loncatan

NASA

Salah satu situs yang menjanjikan untuk menguji sistem energi yang baru dikembangkan mungkin akan mengejutkan Anda. Daripada mengirimkan tenaga dari luar angkasa ke Bumi, kita dapat menguji sistem tersebut dengan terlebih dahulu mengirimkan tenaga dari luar angkasa ke bulan.

Dalam banyak hal, sebenarnya lebih mudah mentransfer energi ke Bulan dibandingkan ke Bumi.

Dengan menyiapkan sistem untuk mengumpulkan energi matahari di luar angkasa dan mengirimkannya ke permukaan bulan, “Anda dapat mendemonstrasikan hampir semua teknologi utama” untuk sistem serupa yang dapat mengirimkan energi ke Bumi, kata Summerer.

Hal ini juga masuk akal mengingat rencana NASA dan organisasi lain untuk membangun habitat jangka panjang di bulan yang membutuhkan daya konstan. “Kita memerlukan listrik di bulan untuk instalasi besar apa pun, dan sumber daya di bulan sangat terbatas,” kata Summerer. Malam di bulan lunar dingin dan panjang, berlangsung sekitar dua minggu, jadi kita memerlukan sumber listrik yang dapat menopang pengunjung selama periode ini. Tenaga nuklir dan tenaga surya adalah dua pilihan yang layak, sehingga sudah ada banyak fokus pada pengembangan sistem ini untuk misi masa depan.

Dalam banyak hal, sebenarnya lebih mudah mentransfer energi ke Bulan dibandingkan ke Bumi. Bulan tidak memiliki atmosfer atau tutupan awan untuk mencegah transmisi energi. Dan kebutuhan daya untuk pangkalan di bulan akan jauh lebih rendah dibandingkan dengan kebutuhan daya di Bumi.

Jadi jika kita perlu menguji solusi tenaga surya di luar angkasa dan kita membutuhkan tenaga untuk misi ke bulan, mengapa tidak menggabungkannya? “Bulan bisa menjadi batu loncatan menuju pengembangan teknologi utama yang menunjukkan caranya [space-based solar power] ini bekerja pada skala yang jauh lebih kecil,” kata Summerer.

Lebih dekat dari yang Anda kira

NASA

Semua pembicaraan tentang teknologi canggih dan perkembangan di masa depan mungkin membuat Anda membayangkan bahwa sistem seperti itu masih akan ada beberapa dekade lagi. Namun para ahli seperti Summerer yakin kita bisa melihat tenaga surya luar angkasa beraksi lebih cepat.

“Demonstrasi di orbit dapat dilakukan dengan relatif cepat,” kata Summerer, tergantung pada ukuran sistemnya. Mereka berpendapat sistem demonstrasi, yang dimaksudkan untuk menguji teknologi namun tidak benar-benar menyediakan daya yang dapat digunakan, dapat dikembangkan hanya dalam waktu lima tahun.

Ketika kita mungkin melihat teknologi tersebut beraksi, beberapa orang di Bumi mungkin akan menggunakan energi dari ruang kecil tata surya pada pertengahan tahun 2030an.

Ini bertepatan dengan peringatan 100 tahun penerbitan cerita Asimov. Satu abad untuk menerjemahkan konsep dari fiksi ilmiah fantasi ke realitas ilmiah konkret? Itu bukan waktu yang buruk untuk melakukan hal yang mustahil.

Rekomendasi redaksi