Δεκαετίες από τώρα, σε ένα μέλλον που δεν διακρίνεται ακόμη, ίσως η 13η Δεκεμβρίου 2022 να έχει αποκτήσει τον χαρακτήρα ιστορικής ημέρας. Η ανακοίνωση των επιστημόνων του Εθνικού Εργαστηρίου Λόρενς Λίβερμορ στην Καλιφόρνια ότι πέτυχαν για πρώτη φορά στα χρονικά να παραγάγουν πλεόνασμα ενέργειας μέσω πυρηνικής σύντηξης χαιρετίστηκε παγκοσμίως ως αποφασιστικό βήμα στην κατεύθυνση της ανάπτυξης ενός νέου, ανεξάντλητου πόρου που θα αντικαταστήσει σταδιακά τα ορυκτά καύσιμα. Η χρήση όμως του άφθονου στο Σύμπαν υδρογόνου ως ύλης σύντηξης βρίσκεται ακόμη μακριά, όπως επισήμανε η διευθύντρια του Εργαστηρίου, Κιμ Μπάντιλ, ειδικά αν σκεφθεί κανείς ότι μιλάμε για ένα ενεργειακό κλάσμα της τάξης του 0,1 κιλοβάτ – αρκετό μόλις για να βράσει ένα μπρίκι. Εως ότου ξεπεράσουμε το επίπεδο της κατσαρόλας, ίσως άλλες τεχνολογίες μάς βοηθήσουν να γεφυρώσουμε το χάσμα μεταξύ των σημερινών ρυπογόνων πηγών ενέργειας και της αυριανής καθαρής σύντηξης. Στα τέλη του περασμένου Νοεμβρίου, για παράδειγμα, στη σύνοδο της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος (ESA) στο Παρίσι εξετάστηκε το πρόγραμμα SOLARIS, το οποίο προβλέπει τη δημιουργία σε τροχιά σταθμών που θα συγκεντρώνουν την ηλιακή ακτινοβολία και θα τη μεταδίδουν στη Γη. Δεν είναι η μοναδική τέτοια πρωτοβουλία: με το κόστος της να πέφτει κατά 82% μεταξύ 2012 και 2022, σύμφωνα με στοιχεία της Ευρωπαϊκής Επιτροπής, η ηλιακή ενέργεια μοιάζει καλό στοίχημα.
«Παγίδες φωτός» και δορυφόροι-πομποί
Η αρχική σύλληψη ανήκει στον θεωρητικό φυσικό Φρίμαν Ντάισον, ο οποίος το 1960 διατύπωσε την πρόταση ότι πιθανοί εξελιγμένοι εξωγήινοι πολιτισμοί θα μπορούσαν να έχουν εγκαταστήσει γύρω από τον ήλιο τους μια «παγίδα φωτός» ικανή να εκπέμπει στους πλανήτες του συστήματος ενέργεια που να καλύπτει τις ανάγκες τους. Η «σφαίρα Ντάισον», όπως ονομάστηκε το νοητικό αυτό πείραμα, ανήκει στον χώρο της επιστημονικής φαντασίας, όχι όμως και η ιδέα του αμερικανού μηχανικού Πίτερ Γκλέιζερ. Εκείνος πρότεινε το 1968 την κατασκευή ενός δορυφόρου διαμέτρου 6 χιλιομέτρων σε ύψος 36.000 χιλιομέτρων από τη Γη, εξοπλισμένου με φωτοβολταϊκούς συσσωρευτές που θα μετέτρεπαν την ακτινοβολία σε μικροκύματα και κατόπιν θα την επέστρεφαν στον πλανήτη μας, όπου θα λαμβανόταν από έναν δέκτη με διάμετρο 2 χιλιόμετρα. Μια πρώτη εφαρμογή της εξετάστηκε από τη NASA στη διάρκεια των πετρελαϊκών κρίσεων της δεκαετίας του ’70 – ο προϋπολογισμός όμως για τη μεταφορά των υλικών με διαστημικά λεωφορεία και η επιτόπου συγκρότηση από τους αστροναύτες θα υπερέβαινε το 1 τρισ. δολάρια. Βασισμένο στη σκέψη του Γκλειζερ είναι το σχέδιο για έναν δορυφόρο βάρους 10.000 τόνων που εκπόνησε το 2015 μια ομάδα υπό τον Χου Σινμπίν στην Κινεζική Ακαδημία Διαστημικής Τεχνολογίας του Πεκίνου. Παρόμοιες συστοιχίες όπως η SPS-Alpha ή η CASSIOPeiA, με διαφορές σε μια σειρά λεπτομερειών (κάτοπτρα, διάρθρωση, διάταξη συσσωρευτών) ως απόπειρες επίλυσης τεχνικών προβλημάτων, έχουν επινοηθεί από τον πρώην επιστήμονα της NASA Τζον Μάνκινς και τον διευθυντή και αρχιμηχανικό της βρετανικής International Electric Company, Ιαν Κας. Η τελευταία ήρθε πρόσφατα στο προσκήνιο όταν η βρετανική κυβέρνηση εξήγγειλε μέσα στο 2022 τη χρηματοδότηση του συγκεκριμένου ερευνητικού τομέα με 3 εκατ. στερλίνες. Η Πρωτοβουλία Διαστημικής Ενέργειας (Space Energy Initiative – SEI), συνεργασία βιομηχανικών παραγόντων και ακαδημαϊκού τομέα, υιοθέτησε το «σχέδιο Κασσιόπεια» το οποίο στη σημερινή του μορφή προβλέπει την τμηματική εκτόξευση πλήθους δορυφόρων, τη ρομποτική συναρμολόγησή τους σε τροχιά, τη συσσώρευση και την εκπομπή ενέργειας σε υψηλές ραδιοσυχνότητες και τη μετατροπή τους στη Γη σε ηλεκτρισμό. Κάθε τροχιακός σταθμός θα μπορεί να παράγει έως 2 γιγαβάτ, ποσό συγκρίσιμο με εκείνο των σημερινών πυρηνικών εργοστασίων. Ο συμπρόεδρος του SEI, Μάρτιν Σόλταου, δήλωνε στα τέλη Νοεμβρίου στο BBC ότι η ανάπτυξη της τεχνολογίας αυτής είναι δυνατή ως το 2035, με την προοπτική το 2050 να καλύπτει τις ανάγκες όλης της ανθρωπότητας.
Εξίσου αισιόδοξη για τα ευρωπαϊκά δεδομένα είναι και η πρόβλεψη της McKinsey & Company, της μεγαλύτερης και πιο ιστορικής (ιδρύθηκε το 1926) εταιρείας συμβουλευτικής στον κόσμο. Σύμφωνα με δηλώσεις στελέχους της στον «Observer» τον περασμένο Οκτώβριο, το ποσοστό της ηλιακής ενέργειας ως προς το σύνολο της ηλεκτροπαραγωγής στην Ευρωπαϊκή Ενωση υπολογίζεται να αγγίξει το 40% μέχρι το 2050, εφόσον επιτευχθούν οι στόχοι που έχουν τεθεί. Στα τέλη του περασμένου Σεπτεμβρίου μηχανικοί της Airbus διεξήγαγαν ένα εντυπωσιακό πείραμα στο Μόναχο: μετέτρεψαν συσσωρευμένη ηλιακή ενέργεια σε μικροκύματα και την εξέπεμψαν σε απόσταση 36 μέτρων, όπου ηλεκτροδότησε το μοντέλο μιας πόλης. Επρόκειτο για μόλις 2 κιλοβάτ, ωστόσο απέδειξε ότι η θεωρητική αρχή είναι αξιόπιστη. «Δεν επινοούμε μια νέα επιστήμη, έχουμε να κάνουμε με πρόβλημα μηχανικής το οποίο δεν έχουμε αντιμετωπίσει ως τώρα σε μεγάλη κλίμακα» συνόψισε το μέλος της ομάδας Ζαν-Ντομινίκ Κοστ στο περιοδικό «Science». Στην άλλη όχθη του Ατλαντικού, το Εργαστήριο Ερευνας του Αμερικανικού Ναυτικού (Naval Research Laboratory, NRL) μελετά ένα άλλο μηχανικό ζήτημα, αυτό της διάταξης και των υλικών. Πάνελ μεγέθους χάρτινης συσκευασίας πίτσας (τα λεγόμενα «sandwich panels») με φωτοβολταϊκά κύτταρα και πομπούς μικροκυμάτων, χωρίς βαριά και ενοχλητικά καλώδια, θα μπορούσαν να εκτοξευθούν κατά χιλιάδες αποτελώντας τα βασικά στοιχεία ενός συλλογικού δορυφόρου. Ενα πρωτότυπο που βρίσκεται σε τροχιά από το 2020 λειτουργεί ακόμη εξακολουθώντας να στέλνει ανελλιπώς δεδομένα, σύμφωνα με τον επικεφαλής του σχεδίου, Πολ Τζάφι.
Προκλήσεις και εμπόδια
Αν όλα είναι τόσο ρόδινα, γιατί δεν πετάμε από χαρά αφού η καθαρή ενέργεια στρίβει τη γωνία και εντός ολίγου θα νικήσουμε την κλιματική αλλαγή; Γιατί προφανώς οι λύσεις δεν είναι αυτόματες. Η Τζοβάνα Ραντούλοβιτς, λέκτορας Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Πόρτσμουθ, έθετε στο BBC το ζήτημα του κόστους το οποίο θα επέφεραν οι πολυπληθείς εκτοξεύσεις που απαιτεί το σχέδιο τόσο σε χρήμα όσο και σε διοξείδιο του άνθρακα, φορέα της υπερθέρμανσης. Ενα άλλο πρόβλημα έχει να κάνει με την ασφάλεια της εκπομπής όλων αυτών των γιγαβάτ για αεροπλάνα, ανθρώπους, ζώα που θα βρεθούν εντός του εύρους της. Επιπλέον, ο κάθε δέκτης εδάφους απαιτεί ολόκληρα τετραγωνικά χιλιόμετρα χώρου. Και πώς θα αποσύρονται τα συστήματα αυτά, τροχιακά και γήινα, όταν θα αχρηστεύονται; Τέλος, όπως επισημαίνει ο Τζον Κάρτραϊτ σε άρθρο του «Physics World» από τον περασμένο Σεπτέμβριο, η μεγαλύτερη πρόκληση «ίσως να μην είναι οικονομική ή τεχνική αλλά πολιτική. Σε έναν κόσμο όπου πολλοί άνθρωποι πιστεύουν σε θεωρίες συνωμοσίας για την τεχνολογία του 5G, τα γιγαβάτ μικροκυμάτων από το Διάστημα μπορεί να μη γίνουν εύκολα δεκτά».
Για κάποια από τα ερωτήματα αυτά υφίστανται απαντήσεις. Οσον αφορά το κόστος, το οποίο υπήρξε απαγορευτικό στο παρελθόν, με την εμφάνιση του επαναχρησιμοποιούμενου πυραύλου Falcon 9 της SpaceX το κόστος της μεταφοράς φορτίου στο Διάστημα έχει κατρακυλήσει στα 2.600 δολάρια ανά κιλό. Μπορεί ως απόλυτο μέγεθος να ακούγεται υπέρογκο, είναι όμως μόλις 5% του αντίστοιχου της εποχής που τα μόνα μέσα για αυτές τις εργασίες ήταν τα διαστημικά λεωφορεία της NASA. Η εταιρεία, μάλιστα, διακηρύσσει πως όταν τεθεί σε κανονική λειτουργία το νέο όχημα Starship (το οποίο θα έχει διπλάσια ισχύ από τον πύραυλο Κρόνος 5 που μετέφερε τους ανθρώπους στη Σελήνη και προγραμματίζεται οσονούπω να κάνει την παρθενική του πτήση), το τίμημα θα περιοριστεί στα μόλις 10 δολάρια ανά κιλό. Το ίδιο ισχύει και για τους τεχνητούς δορυφόρους – το σύστημα Starlink της SpaceX κοστίζει αυτή τη στιγμή περίπου 1.000 δολάρια ανά κιλό, κλάσμα των 2 εκατ. δολαρίων που απαιτούνται για να κατασκευαστούν τα πρωτότυπα διαστημικά εργαλεία της NASA, όπως το ρόβερ Perseverance το οποίο εξερευνά τους αμμόλοφους του Αρη από το 2021. Μια μελέτη του Πανεπιστημίου του Στράθκλαϊντ της Γλασκώβης με βάση υπολογισμούς για το CASSIOPeiA κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το αποτύπωμα του άνθρακα για την εκτόξευση των τμημάτων του σε τροχιά θα είναι αμελητέο. Ως προς την ασφάλεια, ο Ντάνιελ Κλέρι έγραφε στο «Science» ότι τα περισσότερα σχέδια προβλέπουν οι ακτίνες να διαθέτουν εύρος πολλών χιλιομέτρων, μειώνοντας στο ελάχιστο τη δόση που θα προσλάμβανε όποιος βρισκόταν εντός του φάσματός τους. Αν κάτω από τις κεραίες το έδαφος χρησιμοποιηθεί για καλλιέργειες, ένα ακόμα θέμα βγαίνει από τη λίστα.
Το κύριο πρόβλημα αυτή τη στιγμή, πέρα από το χρονοδιάγραμμα, το οποίο έχει ακόμη δεκαετίες μπροστά του ως προς την πιθανή εμπορική χρήση της τεχνολογίας, εντοπίζεται στην αποτελεσματική μεταφορά της ενέργειας. Οι ερευνητές του NRL πέτυχαν σε επίγειες δοκιμές να μεταδώσουν 1,6 κιλοβάτ σε απόσταση ενός χιλιομέτρου. Αντίστοιχες είναι οι επιδόσεις σε ανάλογα πειράματα στην Ιαπωνία, στην Κίνα και στη Νότια Κορέα – ενθαρρυντικές, αλλά όχι ικανοποιητικές, καθώς μεταξύ πομπού και δέκτη η απώλεια φτάνει το 50%. Ο Σάντζεϊ Βιτζέντραν της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος έλεγε στο «Science» ότι για να υπάρξει αποδοτική λειτουργία του οραματιζόμενου συστήματος από το Διάστημα «η αποτελεσματικότητα πρέπει να είναι 75%, ιδανικά 90%». Επιπλέον, δεν έχει αποσαφηνιστεί ακόμη το ζήτημα της πολιτικής βούλησης. Κατά πόσον είναι διατεθειμένες οι κυβερνήσεις να επενδύσουν σε μία, έστω και πολλά υποσχόμενη, ενεργειακή λύση, εφόσον αυτή σημαίνει συντονισμένη εκστρατεία για να πειστεί το κοινό; Το πρόσφατο προηγούμενο του κορωνοϊού έδειξε ότι παρά τις έντονες προσπάθειες ή την ευρηματικότητα και την ευελιξία που επέδειξαν ορισμένα κράτη, όχι μόνο ένα μέρος της κοινής γνώμης παρέμεινε αμετάπειστο (όταν ξεπέρασε τον αρχικό πανικό της εκατόμβης στη Βόρεια Ιταλία και στο Ηνωμένο Βασίλειο), αλλά και προχώρησε στη χαλαρή οργάνωση αντιεμβολιαστικών κινημάτων. Η βρετανική κυβερνητική έκθεση του 2021 που έθεσε το πλαίσιο της συζήτησης περί ηλιακής ενέργειας στη χώρα προβλέπει σαφώς την ανάγκη να τεθεί το θέμα ενώπιον της κοινής γνώμης, με την κυβέρνηση να «εποπτεύει τη διαβούλευση». Ωστόσο, το ζήτημα δεν παύει να αποτελεί κλασικό πολιτικό δίλημμα. Αν ένα μέτρο υπόσχεται μακροπρόθεσμα κοινωνικά οφέλη και πολιτικό μέρισμα, βραχυπρόθεσμα, όμως, ενδέχεται να επιδράσει πολωτικά και να διχάσει το εκλογικό σώμα, πόσοι πολιτικοί γαλουχημένοι στο Twitter, στη φούσκα των social media και στον 24ωρο κύκλο ειδήσεων είναι πρόθυμοι να αναλάβουν το ρίσκο;
