Auf der Erde gehören regenerative Energien bereits zum Alltagsbild: Windräder schießen wie Pilze aus dem Boden, immer mehr Biogasanlagen gären vor sich hin und auf zahlreichen Dächern funkeln Solarzellen. Den Klimawandel im Nacken, wollen Forscher aber noch viel mehr saubere Energie erzeugen. Zum Beispiel, indem man die Sonnenstrahlen direkt im Weltraum auffängt. Das Licht ist dort oben nicht nur rund fünf- bis zehnmal stärker, es würde geostationäre Satelliten auch so gut wie immer beleuchten.

Im Gegensatz zu Wind- und Solaranlagen auf der Erde könnte dieser Ansatz also konstant Strom liefern – trotz Flauten oder Wolkenbedeckung. Jenseits der Sciencefiction ist die Idee seit den späten 1960er Jahren im Gespräch. Doch stehen der visionären Technik so manche Hürden im Weg. Wie etwa kommt die Energie vom All zur Erde?

Energietransfer auf Hawaii

Mit Hilfe von Mikrowellen, sagen manche: 2008 übertrugen amerikanische und japanische Forscher auf diese Weise Energie zwischen zwei hawaiianischen Inseln – über eine Distanz von etwa 145 Kilometern. Das entspricht dem Weg, den ein Signal vom Satelliten durch die Erdatmosphäre zurücklegen müsste.

Auch viele andere Technologien, die für das Vorhaben relevant sind, haben in den vergangenen Jahren große Fortschritte gemacht, berichtet John Mankins, der die Tests auf Hawaii leitete. "Vor etwas mehr als einem Jahrzehnt lag die Effizienz von Solarzellen noch bei zehn Prozent; jetzt erreichen wir bis zu 40 Prozent." Auch die Satellitentechnik habe sich verbessert, wobei er an autonome Computersysteme und leichte Baustoffe denkt.

Bildzoom Trägersignal und Empfänger
In einer Säule mit einem Durchmesser von rund zwei bis drei Kilometern sollen Mikrowellen auf eine ähnlich dimensionierte Antenne treffen.
Vorschläge für das Design einer zukünftigen Solarsonde gibt es bereits einige. Am häufigsten taucht dabei ein mehrere Kilometer breiter Satellit auf, dessen Solarpanele mit einer zentralen Nabe verbunden sind. In einem Orbit 36 050 Kilometer über der Erde – einem Zehntel der Mondentfernung – schwebt dieses Gerüst in einer festen Position relativ zu einem Punkt auf der Erdoberfläche.

Gesammelte Sonnenenergie wird direkt an Bord in elektromagnetische Trägerwellen, also zum Beispiel in Mikrowellen, umgewandelt – im Idealfall bei einer Frequenz von entweder 2,45 oder 5,8 Gigahertz, womit sie zwischen Infrarot- und Radiosignalen liegen. Bei diesen Frequenzen durchqueren die Wellen die Atmosphäre relativ problemlos, auch wenn bislang nicht genau bekannt ist, wie viel Energie während der Übertragung verloren geht.

Mutige Visionäre

In einer Säule mit einem Durchmesser von rund zwei bis drei Kilometern sollen die Mikrowellen dann auf eine ähnlich dimensionierte Antenne auf der Erde treffen. Von dort würde die Energie dann in das Stromnetz gespeist. Wie das vonstattengeht, konnte bislang allerdings noch niemand demonstrieren. Immerhin glauben die mutigen Visionäre schon jetzt zu wissen, dass das diffuse Energiebündel aus dem All weder Mensch noch Tier gefährlich wird – anders als in so manchen Sciencefiction-Romanen.

"Mikrowellenstrahlung ionisiert nicht", bestätigt Jim Logan, Experte für Luft- und Raumfahrtmedizin. Sie besitze nicht genügend Energie, anders als Röntgen- und Gammastrahlen, um ein Elektron aus einem Atom oder Molekül zu schlagen und so geladene Teilchen zu erzeugen, welche zum Beispiel DNA-Schäden hervorrufen könnten. Vögeln könnte allerdings etwas warm werden, wenn sie mitten durch die Trägerwelle fliegen, gibt Logan zu.

Solaranlage im Weltall
Bildzoom Solaranlage im Weltall
So könnte ein zukünftiger Solarsatellit aussehen: Mehrere Kilometer messende Solarpaneele sind mit einer zentralen Nabe verbunden.
Aber gebraten würden sie sicherlich nicht und auch Wolken würden nicht verdampfen, fügt Peter Sage von Space Energy hinzu. Die Schweizer Firma möchte in den kommenden Jahren ihren ersten Solarsatelliten entwickeln. Er würde dem eben beschriebenen Aufbau ähneln und erzeuge fast ununterbrochen ein Gigawatt – die gleiche Leistung wie ein großes Kernkraftwerk.

Womöglich würden Roboter die Bauteile im All montieren, die Panele könnten sich automatisch entfalten – wie ein Regenschirm, fassen die Entwickler zusammen. Gleichzeitig grübeln sie über weiteren technischen Herausforderungen: Wie etwa kann der breite Mikrowellenstrahl zuverlässig mit dem Empfänger auf der Erde synchronisiert werden? Auch der Weltraumschrott macht ihnen Angst, könnte er doch während der Montage mit dem Solarsatelliten kollidieren.

Finanzprobleme

"Technisch sind wir viel näher an dieser Art von Solarenergie, als wir es wirtschaftlich sind", sagt Frank Little vom Center for Space Power an der Texas A&M University in College Station. Das größte Hindernis seien die Kosten für die Weltraumstarts. Immerhin wären für einen solchen Aufbau 40 bis 60 Flüge nötig, um alle Komponenten in eine Erdumlaufbahn zu bringen. Das bestätigt sich auch im Businessplan von Space Energy: Die Hälfte der anvisierten 250 Millionen US-Dollar für ihren Prototypen geht allein für die Anreise des rund 800 Kilogramm schweren Instruments in den Orbit drauf. Wenn ihr Prototyp erfolgreich ist, so hoffen die Pioniere, wird sich auch jemand finden, der die geschätzte Milliardensumme investiert, um eine kommerzielle Anlage zu verwirklichen.

Die zunehmende Kommerzialisierung der Raumfahrt – ausgelöst etwa durch Weltraumtourismus – könnten die Kosten für die Starts zudem senken. Aber selbst dann wären die Vorreiter noch nicht am Ziel ihrer Träume. So muss die etwa die Internationale Fernmeldeunion (ITU), die über die Nutzung des elektromagnetischen Spektrums entscheidet, die Pläne absegnen. Und die idealen Mikrowellenfrequenzen sind bereits von Wireless-Systemen wie Bluetooth belegt.

Strom aus Weltraumsolarenergie
Bildzoom Strom aus Weltraumsolarenergie
Ab Juni 2016 will das kalifornische Unternehmen Solaren fast ununterbrochen 200 Megawatt Strom liefern – genug für eine Viertelmillion Wohnungen.
Einige Forscher sind deshalb der Meinung, dass man eher auf Laser- statt auf Mikrowellenübertragung setzen sollte. "Angesichts der erforderlichen Größe von Mikrowellensender und den dazugehörigen Solaranlagen stehen riesige Investitionen an, bevor auch nur ein Kilowatt gewonnen ist", mahnt Marty Hoffert, emeritierter Professor für Physik an der New York University. Die Laservariante käme mit viel kleineren Satelliten und Sendern aus, die womöglich nur einen einzigen Start erfordern.

Ein solches Modell könnte die Sonnenenergie wie gewohnt mit Hilfe der Fotovoltaik einfangen, dann aber in einen Laserstrahl im infraroten Spektralbereich umwandeln und rund um die Uhr auf bestehende Solar-Panel-Arrays in der Wüste schicken. Das Wetter könnte dieser Art der Übertragung allerdings einen Strich durch die Rechnung machen – Strahlung in diesen Frequenzen wird von Wolken absorbiert.

Die Vertreter wieder anderer technischer Ansätze streben stattdessen Solaranlagen und Mikrowellensender auf der Oberfläche des Mondes an – oder möchten die Satelliten gleich ganz in einer Mondfabrik errichten, um sie von dort dank der geringeren Schwerkraft leichter in einen Orbit um die Erde zu starten. Auch hier scheint die Fiktion näher zu liegen als die Wissenschaft.

Konkrete Pläne

All das kann die japanische Weltraumbehörde JAXA nicht abschrecken: 2030 will sie einen Gigawatt-Satelliten in einer geostationären Umlaufbahn haben, der die Energie entweder mittels Mikrowellen oder Laser zur Erde schickt. Noch zeitnäher sind die Pläne des kalifornischen Energieversorgers Pacific Gas & Electric Co. Ab Juni 2016 soll das kalifornischen Unternehmen Solaren ihnen über mehr als 15 Jahre fast ununterbrochen 200 Megawatt Strom liefern – genug für eine Viertelmillion Wohnungen.

Die Anfang April 2009 getroffene Vereinbarung braucht allerdings noch eine staatliche Zulassung. Solaren wäre dann allein verantwortlich für das Design, den Start und den Betrieb des Satelliten. Sollten sie es tatsächlich schaffen, wird die Firma mit ihrer Pionierarbeit sicherlich in die Geschichte eingehen. Realistisch betrachtet hat sie im Augenblick aber eher einen Berg unerledigter Aufgaben vor sich, etwa um die nötigen Gelder herbeizuschaffen oder die öffentlichen Ängste vor Todesstrahlen aus dem All zu besänftigen, meint Logan. Ein Haufen Arbeit für ein Unternehmen, das derzeit gerade einmal 20 Leute beschäftigt. (ah/mp)