Japan macht Fortschritte bei der drahtlosen Stromübertragung über weite Strecken – erste Tests für einen alten Traum

Solarstrom direkt aus dem All soll die Nachteile von irdischen Solaranlagen wettmachen. (Bild: Diyana Dimitrova/Shutterstock)
Bei der Entwicklung von Solarkraftwerken im All für die Stromversorgung auf der Erde haben japanische Forscher einen Meilenstein erreicht. Im Dezember testeten sie als Zwischenschritt die Stromübertragung per Mikrowellen von einem Flugzeug zur Erde – mit Erfolg. Die Entfernung betrug zwar nur sieben Kilometer, doch das Ohisama-Projekt der Japan Space System Organisation, mit dem sich Japan in dieser neuen Technologie an die Weltspitze setzen will, ist damit im Plan.
Der Name des Projekts, der wörtlich übersetzt „ehrenwerte Sonne“ bedeutet, ist eine kreative Abkürzung für den sperrigen Projektnamen „On-orbit experiment of High-precision beam control using small Satellite for Microwave power transmission“. Im nächsten Schritt sollen noch in diesem Jahr Satelliten ins All geschossen werden, um die technologische Machbarkeit eines alten Traums der Solarindustrie zu beweisen und die notwendige Technik zu entwickeln.
Solarstrom aus dem All sollte Nachteile irdischer Solarkraftwerke wettmachen
Bereits 1968 schlug der amerikanische Wissenschaftler Peter Glaser vor, zwei Nachteile irdischer Solarkraftwerke durch Kraftwerke im Weltraum zu beseitigen: Nachts produzieren Solarzellen auf der Erde keinen Strom und bei schlechtem Wetter nur wenig. Im Weltraum können Solaranlagen auf einer geostationären Umlaufbahn den ganzen Erdentag und unabhängig vom Wetter Strom produzieren und ihn mithilfe von Mikrowellen und Lasern zur Erde übertragen – und das mit höherer Energieeffizienz.
In der Praxis ließen die hohen Kosten für den Transport der benötigten Solarmodule diese Idee lange Zeit als unrealistische Zukunftsvision erscheinen. Doch sinkende Kosten für Raketenstarts lassen die Pioniere hoffen, dass die Technologie langfristig auch kommerziell genutzt werden kann.
Weltweit ist ein Wettlauf um die Erforschung von Solarkraftwerken in der Schwerelosigkeit entbrannt. Zu den größten Investoren gehören die USA und China, aber auch kleinere Länder mischen mit: So will Island im Jahr 2030 als erstes Land Solarstrom aus dem All im großen Stil für das eigene Netz nutzen – zumindest wenn es nach den Projektpartnern geht, der isländischen Klimainitiative Transition Labs und dem britischen Startup Space Solar.
Wettbewerbsfähige Alternative?
Wie hoch die Hürden allerdings sind, hat die Weltraumbehörde Nasa Anfang 2024 in einer Studie aufgezeigt. Sie untersuchte, unter welchen Bedingungen weltraumgestützte Kraftwerke eine wettbewerbsfähige Alternative zu irdischen Solarkraftwerken für eine Netto-Null-Emissions-Gesellschaft sein könnten.
Das Ergebnis hängt von den getroffenen Annahmen ab. In den Basisszenarien war Solarstrom aus dem Orbit 12- bis 80-mal teurer als aus konventionellen Kraftwerken. Die Wettbewerbsfähigkeit mit anderen Energiequellen könnte jedoch erreicht werden, wenn die Kosten für Raketenstarts und Herstellung stärker sinken als im Basisszenario angenommen.
Dieser Hoffnungsschimmer dürfte Regierungen und Forscher:innen genügen, um ihre Entwicklungen voranzutreiben. Japan setzt dabei auf seinen Wettbewerbsvorteil: Während die USA und China bei Raketenstarts führend sind, sieht sich Japan als Pionier bei der Stromübertragung mit Mikrowellen.
Japans Fortschritte bei der drahtlosen Energieübertragung
Tatsächlich hat die Regierung das Thema bereits vor 15 Jahren in einen Grundplan für die Raumfahrtpolitik aufgenommen und immer weiter vorangetrieben. Denn bei der Entwicklung dieser Technologie gehen die Japaner gewohnt gründlich und schrittweise vor.
So gelang den Forschern 2019 die weltweit erste drahtlose Energieübertragung mit einer Phased-Array-Antenne für die Mikrowellen-Energieübertragung. Diese Idee wird nicht nur für ferne Pläne im Weltraum entwickelt, sondern auch für den baldigen Einsatz auf der Erde, zum Beispiel für die drahtlose Energieversorgung von Drohnen oder Robotern in Fabriken.
Seit 2020 hat Japan als erstes Land erste Vorschriften für die drahtlose Energieübertragung erlassen – und zwar in folgenden Frequenzbändern: 920 MHz, 2,4 GHz und 5,7 GHz. Der Test im September bewies nun, dass die Übertragung auch über größere Distanzen funktioniert. 13 jeweils zehn Quadratzentimeter große Messgeräte empfingen die Funkwellen aus dem Flugzeug problemlos.
Der Plan: eine zwei Quadratkilometer große Solaranlage im All
Als Nächstes sollen weitere wichtige Komponenten getestet werden, zum Beispiel eine leichte, faltbare Empfangsmembran, eine „Rectenna“. Sie soll bei der Energieübertragung im Weltraum von Raumschiff zu Raumschiff getestet werden. Auch die Energieübertragung von Satelliten in niedriger Umlaufbahn ist geplant. Bis die Technik wirklich marktreif ist, können allerdings noch Jahrzehnte vergehen.
Die japanische Regierung hofft, dass um das Jahr 2050 Strom von großen Kraftwerken zu großen Empfängern auf der Erde geschickt werden kann. Japan Space System malt in seinen Präsentationen immer eine zwei Quadratkilometer große Solaranlage im All und einen vier Kilometer großen Empfänger auf der Erde. Eine einfache Lösung für die emissionsarme irdische Stromversorgung ist diese Idee offensichtlich nicht.