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    Wissenschaftler setzen immer mehr auf Sonnenenergie

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    MOSKAU, 08. August (Juri Saizew für RIA Novosti). Die wichtigsten Energiequellen für die Menschheit sind bislang die fossilen Brennstoffe Öl, Gas und Kohle.

    Ihre Nutzung wirkt sich aber auf die Umwelt extrem negativ aus. Ganz zu schweigen davon, dass die Öl-, Gas- und Kohlevorräte allmählich zur Neige gehen. Zum Teil wird das Energieproblem durch die Nutzung der Atomkraft wie auch regenerierbarer Energiequellen (Wasser-, Gezeiten-, Geothermal- oder Windkraft) gelöst. Aber auch in diesem Fall bleibt das Problem der Verkehrsmittel offen, die in der Regel mit flüssigen Kohlenwasserstoffen betrieben werden. Mit anderen Worten wurden bislang kein einheitliches Konzept und keine technologischen Lösungen für diese miteinander verbundenen Energie- und Umweltprobleme herbeigeführt. Ein rationeller Ausweg bietet sich durch den Übergang zur Energieversorgung aus dem Weltraum.

    Bekanntlich ist die Sonne immer eine primäre Energiequelle für unseren Planeten gewesen. Infolge der Sonnenaktivität entstanden denn auch die Kohlenstoffvorräte auf der Erde, die wir jetzt aktiv verfeuern. Der jährliche Energiebedarf der Menschheit beträgt gegenwärtig im Schnitt zehn Milliarden Tonnen Einheitsbrennstoff. Rechnet man die gesamte Energie, die die Erde von der Sonne erhält, in Einheitsbrennstoff um, beträgt die Gesamtzahl etwa 100 Billionen Tonnen im Jahr. Wenn man nur ein Prozent davon - eine Billion Tonnen - nutzbar macht, würde das ausreichen, das Energieproblem für mehrere Jahrhunderte im Voraus zu lösen.

    Die einfachste Methode zur Umwandlung der Energie der Sonnenstrahlung in elektrischen Strom ist der so genannte äußere Fotoeffekt, da Lichtquanten aus dem bestrahlten Material Elektronen freisetzen. Zum ersten Mal konnte Strom mit dieser Methode in den 1930er Jahren von Fachleuten des Leningrader Physikalisch-technischen Instituts erzeugt werden. Allerdings lag der Nutzungsgrad der damaligen solaren Schwefel-Helium-Elemente kaum bei einem Prozent. Aber bereits seit 1958 wurden solare Siliziumzellen zur wichtigsten Stromquelle für Raumapparate. Gegen Mitte der 1970er Jahre stieg der Nutzungsgrad dieser Solarelemente auf etwa zehn Prozent, Mitte der 1990er Jahre auf 15 Prozent und zu Beginn des 21. Jahrhunderts auf 20 Prozent an.

    Das wurde dank der Vervollkommnung der Technologien zur Gewinnung von reinem Silizium aus Quarziten möglich. Silizium gilt als der wichtigste Stoff für die Herstellung von Solarzellen. Die größten Vorräte an besonders reinen Quarziten wurden in Russland nachgewiesen. Vor kurzem hatte das Vereinigte Institut für Atomforschung in Dubna bei Moskau ein Fotoelement mit einem fast 50-prozentigen Nutzungsgrad vorgeführt. Die Wissenschaftler tauften ihre Erfindung auf „Sternenbatterie“. Sie lieferte ein Beispiel dafür, wie die Effektivität schon längst bekannter Prozesse mit Hilfe von Nanotechnologie erhöht werden konnte.

    In eine nur 0,5 Millimeter dicke Siliziumfolie wurden kleinste Goldpartikel eingepresst. Dabei änderten sich die Eigenschaften des Materials derart stark, dass für die Freisetzung eines Elektrons nur zwei und in der Zukunft ein Lichtphoton erforderlich sein wird, während in herkömmlichen Fotoelementen fünf bis sechs Photonen für die Freisetzung eines Elektrons sorgen. Das heißt, dass ein Quadratmeter Solarzelle knapp 600 Watt und künftig sogar bis zu einem Kilowatt Strom erzeugen kann. Im Unterschied zum herkömmlichen Silizium ist das neue Material für einen umfassenden Wellenbereich der Sonnenstrahlung empfindlich - von Ultraviolett- bis hin zu Infrarotstrahlen.

    Aus demselben Material konstruierten die Physiker in Dubna auch einen Superkondensator. Ein Zylinder mit einem Durchmesser von drei Zentimetern kann 900 Mal mehr Energie speichern als eine Autobatterie. Das ist ebenfalls wichtig, weil Sonnenkraftwerke nur am Tage arbeiten können, während die Energie rund um die Uhr gebraucht wird. Deshalb wird ein Teil der Sonnenenergie für die Nacht gespeichert.

    Das erste industriemäßige Sonnenkraftwerk wurde 1985 in der damaligen Sowjetunion, unweit der Stadt Schtschelkino auf der Halbinsel Krim (jetzt Ukraine) gebaut. Das Kraftwerk hatte eine Maximalleistung von fünf Megawatt, was mit der Leistung des ersten Atomreaktors vergleichbar ist. Aber Mitte der 1990er Jahre wurde das Kraftwerk stillgelegt, weil der erzeugte Strom zu teuer war. Eine Ursache dafür ist die unzureichende Effektivität von Sonnenkraftwerken auf der Erde. Deshalb reifte die Entscheidung heran, derartige Kraftwerke im Weltraum zu montieren.

    Diese Idee wurde kurz nach dem Weltraumflug von Juri Gagarin in einer Sitzung des Präsidiums der Akademie der Wissenschaften der Sowjetunion lebhaft diskutiert und weitgehend gebilligt. In den darauf kommenden Jahren wurden mehrere Projekte von Sonnenkraftwerken erstellt, besonders aktiv in den Jahren der Energiekrise Mitte der 1970er. Aber alle Projekte waren an geostationäre Umlaufbahnen gebunden, die jetzt fast vollständig mit Kommunikationssatelliten vieler Länder besetzt sind. Sollte auch noch ein Kraftwerk in eine dieser Umlaufbahnen gehoben werden, könnte die Arbeit der Satelliten ernsthaft beeinträchtigt werden.

    Es sei betont, dass für die Stationierung eines russischen Kraftwerks eine elliptische solar-synchrone Umlaufbahn vorteilhafter wäre, in der die Anlage eine Erdumkreisung in zwölf Stunden absolvieren würde. In diesem Fall würde das Kraftwerk zwei Mal pro Tag „aufgehen“. Die maximale Erdentfernung (über dem Nordpol) beträgt 40 000 Kilometer und die minimale Erdentfernung (über dem Südpol) 500 Kilometer. Energie von einem solchen orbitalen Kraftwerk könnte innerhalb von acht Stunden zur Erde übertragen werden, wenn das Kraftwerk über dem Territorium Russlands hängt. Dabei können insbesondere die nördlichen Gebiete des Landes versorgt werden, wo es akut an Strom mangelt. In den restlichen vier Stunden würde der Strom in Akku-Batterien gespeichert.

    Für die Beförderung von Elementen solcher Kraftwerke in den Orbit und ihre Montage sowie für die künftigen Wartungsarbeiten müssen spezielle Montage- und Transportkomplexe entwickelt werden. Das stellt eine eben so komplizierte Aufgabe wie auch der Bau der Kraftwerke selbst dar. Aber in jedem Fall wäre die Stationierung von Sonnenkraftwerken im Weltraum billiger und für die Lösung der Energieprobleme auf der Erde aussichtsreicher, als der Transport von Helium-3 vom Mond für Fusionsreaktoren.

    Juri Saizew ist Experte im Institut für Weltraumforschung der Russischen Akademie der Wissenschaften.

    Die Meinung des Verfassers muss nicht mit der von RIA Novosti übereinstimmen

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