Buzz
Khả năng xây dựng trạm năng lượng Mặt Trời trong không gian có khả thi không?
Một trạm thu thập năng lượng ánh sáng Mặt Trời trong không gian có khả thi không? Có phải đây là giải pháp hiệu quả để đối phó với biến đổi khí hậu?
Năng lượng Mặt Trời được truyền từ không gian xuống lưới điện Trái Đất dự kiến sẽ đạt ngưỡng gigawatt, nhưng theo các chuyên gia tại Space Solar, ESA và Đại học Glasgow, quá trình này có thể an toàn với chi phí phải chăng.
Để dự án lớn này có thể thành công, các nhà khoa học, kỹ sư và chuyên gia hàng đầu sẽ đối mặt với những thách thức khó khăn.
Bước 1: Thiết kế
Công nghệ truyền tia năng lượng Mặt Trời từ không gian xuống mặt đất đã không còn mới mẻ: từ những năm 60, vệ tinh viễn thông đã gửi tín hiệu vi sóng xuống Trái Đất. Tuy nhiên, việc truyền năng lượng xuống lưới điện mặt đất là một vấn đề hoàn toàn khác biệt.
“Ý tưởng này đã được đề xuất hơn một thế kỷ trước”, Nicol Caplin, nhà khoa học của ESA cho biết. “Nguyên bản, ý tưởng này thuộc về khoa học viễn tưởng và đã thay đổi theo thời gian”.
Hình minh họa trạm năng lượng mặt trời ở quỹ đạo Trái Đất.
Các nhà khoa học đã thiết kế và đề xuất nhiều mẫu trạm năng lượng mặt trời không gian. Hiện tại, dự án Solaris của ESA đang thử nghiệm hai thiết kế: một thiết kế sử dụng truyền tia vi sóng xuống các trạm mặt đất, mô hình còn lại sử dụng một tấm gương khổng lồ để tập trung ánh sáng xuống trang trại năng lượng Mặt Trời.
Công nghệ truyền năng lượng vi sóng đang được ưa chuộng hơn do tiềm năng lớn của chúng. Theo Sanjay Vijendran, người điều hành dự án Solaris, quá trình này không bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết.
Theo Andrew Glester, người dẫn chương trình nổi tiếng của podcast Thế giới Vật lý, “một cơ sở có sản lượng 1-gigawatt sẽ tương đương với trang trại năng lượng Mặt Trời hàng đầu” và có thể “cung cấp năng lượng cho 875,000 hộ gia đình mỗi năm”.
Đầu tiên, dự án lớn sẽ phải giải quyết một số vấn đề khó khăn.
Theo một bài báo trên tạp chí khoa học Nature, một trạm năng lượng mặt trời không gian sử dụng công nghệ vi sóng và có sản lượng lên tới gigawatt sẽ có diện tích 1 km2. Ước tính, công trình này lớn gấp 100 lần Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) và sẽ mất 1 thập kỷ để hoàn thành. Bên cạnh đó, việc lắp đặt sẽ cần được thực hiện bằng robot, vì trạm năng lượng không bao gồm không gian sống cho kỹ sư và phi hành gia.
Vẫn chưa hết, các tấm pin mặt trời cần đối phó với bức xạ không gian và các tác động vật lý từ rác thải không gian. Chúng cần phải hiệu quả hơn, nhẹ hơn và có hiệu suất cao hơn so với các tấm pin mặt trời hiện tại. Chi phí xây dựng và hiệu suất truyền tải sẽ là những vấn đề cần phải giải quyết, yêu cầu sự tiến bộ và đột phá trong lĩnh vực khoa học.
Bước 2: Đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị.
Bởi vì những trạm năng lượng này sẽ phát sóng bức xạ vô tuyến và vi sóng xuống mặt đất, vấn đề sức khỏe cũng được đặt ra.
Tuy nhiên, theo nghiên cứu ban đầu, các trạm này khá an toàn. Theo chuyên gia Sanjay Vijendran, “Ảnh hưởng duy nhất của các bước sóng này đối với con người và sinh vật sống là làm mô sống nóng lên”. Ông nhấn mạnh: “Nếu bạn đứng dưới tia này với mức năng lượng như vậy, nó tương tự như bạn đón ánh sáng Mặt Trời vào ban đêm”.
Hình minh họa của trạm năng lượng mặt trời truyền điện xuống Trái Đất.
Một số chuyên gia khác vẫn cảm thấy nghi ngờ, cho rằng cần nghiên cứu thêm về tác động của vi sóng đối với con người, động vật, thực vật, vệ tinh và cơ sở hạ tầng dưới mặt đất cũng như tầng điện ly của Trái Đất. Năng lượng truyền không dây cũng không được phép làm ảnh hưởng đến hệ thống viễn thông và liên lạc hiện có.
Và ngay cả khi công nghệ được khoa học chứng minh là an toàn, nhận thức của đa số vẫn có thể gặp khó khăn. Xét đến những vụ việc liên quan đến sóng 5G, khái niệm “vi sóng truyền năng lượng từ quỹ đạo” có thể sẽ đối mặt với nhiều thử thách.
Một trạm năng lượng mặt trời có diện tích lớn đến cả kilomet vuông sẽ phải đối mặt với nguy cơ va chạm với rác thải không gian, vấn đề chưa được giải quyết trong ngành hàng không vũ trụ.
Cuối cùng, dự án lớn như thế này sẽ phải mang lại lợi ích cho môi trường. Quá trình xây dựng, đưa nó lên quỹ đạo, quản lý và duy trì đều phải tính đến ảnh hưởng của nó đối với môi trường.
Bước 3: Tính toán giá trị mà trạm năng lượng mặt trời không gian mang lại.
Chi phí luôn là vấn đề khó khăn trong các dự án xây dựng các trạm năng lượng mặt trời quy mô lớn. Tuy nhiên, với sự giảm chi phí của các cuộc phóng tàu ngày càng nhiều, dự án có thể trở nên khả thi trong tương lai.
Farm năng lượng Mặt Trời trên Trái Đất.
Theo Sanjay Vijendran, chi phí có thể so sánh được với chi phí vận hành các trạm năng lượng hạt nhân hiện nay, với “khoảng 100 đến 200 USD trên mỗi megawatt-giờ”, và dự kiến sẽ giảm dần trong tương lai.
Ông cho rằng chi phí của trạm năng lượng mặt trời không gian sẽ cạnh tranh được với điện mặt trời và điện gió, hiện đang dưới mức 50 USD cho mỗi megawatt-giờ. Theo dữ liệu từ Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ (EIA), chi phí của điện mặt trời và điện gió vào năm 2021 dao động từ 20 đến 45 USD/megawatt-giờ.
Theo các chuyên gia, khi một trạm quy mô nhỏ trên quỹ đạo được chứng kiến bởi đông đảo, điều này sẽ chứng minh tính khả thi của dự án 'trên trời' này và xoay chuyển tình thế theo hướng tích cực. Hiện nay, nhiều tổ chức và các trường đại học hàng đầu đang nghiên cứu các trạm không gian có thể chuyển đổi ánh sáng Mặt Trời thành điện năng với thiết kế siêu nhẹ, dễ dàng lắp đặt trong không gian, thậm chí có thể gập gọn được.
Trên các hệ thống tên lửa giá rẻ của SpaceX của Elon Musk hay Origin của Jeff Bezos, những hệ thống này sẽ sớm lên quỹ đạo và chứng minh khả năng của chúng.
Tương lai của trạm năng lượng Mặt Trời không gian đang dần sáng lên theo thời gian, và một ngày nào đó sẽ biến ánh sáng Mặt Trời thành tia năng lượng vô hình, bắn thẳng xuống Trái Đất để cung cấp điện năng đến mọi nơi.
Tham khảo ArsTechnica
