منشآت فضائية مدارية لبث طاقة الشمس نحو الأرض

قد يساعد إرسال حزم أشعة الطاقة الشمسية من الفضاء أوروبا في الحصول على مزيد من مصادر الطاقة المتجدّدة وبشكلٍ مستقل. وقد استعرضت شركة «إيرباص» أخيراً طريقة تطبيق هذا المفهوم التقني في مصنع «إكس ووركس إنوفيشن فاكتوري» التابع لها.
طاقة سماوية
عرض كلّ من جان دومينيك كوستي ويوان ثيوكس وزملاؤهما على صانعي السياسات؛ من سياسيين ولاعبين كبار في الصناعة، الأعمال الداخلية لمفهوم جديد للطاقة لم يسمع به حتّى اليوم إلا أعتى خبراء التقنية؛ وهو إرسال حزم الطّاقة Power Beaming.
يشرح جان دومينيك كوستي، المسؤول عن هذه التقنية في «إيرباص»، بأن المبدأ الذي تقوم عليه هذه التقنية بسيطٌ جداً. ويقول: «تعمل هذه التقنية على التقاط ضوء الشمس ثم بثه لاسلكياً على شكل أشعّة». وهكذا يمكن استخدام هذه الطاقة الشمسية على كوكب الأرض لتأمين حاجات الطاقة للمدن والمصانع والمنازل؛ وأخيراً للطائرات الكهربائية.
ويوضح كوستي أنّ بثّ حزم الطاقة من شأنه أن يؤمّن لأوروبا وأجزاء أخرى من العالم إمكانات هائلة للحصول على موارد طاقة متجدّدة، وأن يساهم في تحقيق هدف «محايدة الكربون» بحلول عام 2050. ويضيف، في حديث نقلته بالإنجليزية وكالة الصحافة الفرنسية، أنّ «تقنيات إشعاع الطاقة ستتيح ابتكار شبكات طاقة جديدة في السماء، وستساعد في حلّ مشكلات الطاقة»، لافتاً إلى أنّ «هذه التقنيات ستتيح للدول فرض سيطرتها الكاملة وتوزيع طاقتها في الأماكن التي تحتاجها بشكلٍ مستقلّ».
تكلّل العرض الذي جرى في 7 سبتمبر (أيلول) الماضي، في «إكس ووركس إنوفيشن فاكتوري» بالنجاح ولو على نطاق صغير؛ فقد عمد كوستي وثيوكس وزملاؤهما إلى استخدام أشعة بموجات الميطروويف لنقل طاقة خضراء بين نقطتين مثّلتا «الفضاء» و«الأرض»، تفصل بينهما مسافة 36 متراً، وإنتاج هيدروجين أخضر وبثّ الحياة في مدينة نموذجية. وقال ثيوكس: «الآن، وبعد نجاح اختبار اللبنات الأساسية لمشروع طاقة شمسية مقرّه الفضاء على نطاق صغير للمرّة الأولى، أصبحنا جاهزين لنقل تقنية بث حزم الطاقة إلى المستوى التّالي».
تقنية مستدامة
نجح العرض دون شكّ، ولكن كيف ستعمل هذه التقنية على أرض الواقع؟ يشرح ثيوكس: «ندرس عدداً من التصاميم؛ ولكنّ الأمر الوحيد الواضح هو أنّه إذا كنّا سنستخدم أقماراً صناعية لجمع أشعّة الشمس، فإن قطرها يجب أن يمتدّ نحو كيلومترين لتحقيق معدّل الطاقة نفسه الذي ينتجه معمل للطاقة النووية».
يعدّ ثيوكس أن مكاسب جمع الطاقة الشمسية في الفضاء واضحة، ويقول إنّ «ضوء الشمس متوفر بشكلٍ لا ينضب خارج الغلاف الجوي للأرض، وليس فقط خلال النهار وفي الأجواء المناخية الجيّدة كما هي الحال على الأرض، فضلاً عن أنّه أقوى بنسبة 50 في المائة». هذا يعني أنّ وضع لوحٍ شمسي بالمقاس نفسه لأمثاله على الأرض، في مدار الأرض الجغرافي الثابت؛ أي على مسافة 36 ألف كيلومتر فوق سطح الأرض، يستطيع أن ينتج كمية أكبر من الكهرباء. بعدها، سيُصار إلى بثّ الطاقة التي جُمعت على شكل أشعّة موجية فوق منطقة واسعة بطريقة آمنة ومضبوطة. أمّا على الأرض، فسينتشر عددٌ كبيرٌ من الهوائيات على مساحة واسعة، وحتّى في المناطق البحرية، لالتقاط الأشعّة وتجميع الطاقة من جديد لإنتاج الكهرباء. ويؤكّد كوستي أنّ «الأشعة الموجية تمرّ عبر الغيوم بسهولة؛ أي إنّ خسائر الطاقة ستكون طفيفة. ويمكن تصميم التقنية أيضاً لتجنّب الضرر على الطيور والنّاس المسافرين بالطائرات». علاوة على ذلك؛ لن تكون هناك حاجة للبنى التحتية الأرضية المكلفة والمعقّدة، أو معامل الطاقة، أو الأنابيب والأسلاك، لتوزيع الكهرباء على الأرض؛ لأنّ هذه المهمّة ستتمّ أيضاً من خلال «باور بيمينغ (بث حزم الطاقة)».
يقدّر كوستي أنّ التكلفة المرتفعة للطاقة الشمسية من الفضاء ستكون مساوية لمشروعات الطاقة الكبيرة التي تُبنى على الأرض؛ كمعامل الطاقة النووية، ومناطق استخراج الوقود، ومنشآت الطاقة المتجدّدة الكبيرة. ولكنّ هذه التكاليف ستنخفض مع بناء مزيد من منشآت الطاقة. ويقدّر الباحثون أنّ منشأة شمسية واحدة في مدار الأرض الجغرافي ستنتج نحو 2 غيغاواط من الكهرباء؛ أي ما يعادل الكمية التي تنتجها محطّة كهرباء تعمل بالوقود الأحفوري أو الطاقة النووية على الأرض. وقد يصبح «إشعاع الطاقة» حقيقة خلال 10 سنوات؛ إذ قد تشهد بداية العقد المقبل بدء استخدام أولى المحطّات التجريبية لمشروع «باور بيمينغ»، ولكن لا يزال يوجد كثير من العمل الذي يجب القيام به.
وقد عني جانبٌ كبيرٌ من هذا البحث بدراسة الفاعلية العامّة؛ أي الحصول على أكبر كمية من الطاقة ممّا نسخّره. ويشرح جان دومينيك كوستي أنّ الباحثين «يدعمون مقاربة متقدّمة لتوسيع حجم النظام: من الأرض، إلى أنظمة هوائية، ومن ثمّ في الفضاء»، مضيفاً أنّ «هذا الأمر قد يغيّر قواعد اللعبة لتوظيف الطائرات مع احتمالات توسيع نطاقاتها وتخفيف أوزانها، فضلاً عن إمكانية نقل الطاقة إلى أماكن أخرى وإدارتها، كالبيانات. وقد أثارت هذه المقاربة كثيراً من الاهتمام في قطاع الطاقة، ولا شكّ في أنّها ستقوم في النهاية على جهود مشتركة مع المعاهد والصناعة المهتمة بإنتاج الطاقة».