English translation:

Space as a Source of Energy

In search of an alternative energy resource, Astrostrom – a new company based in  Kaltenbach – reaches for the Moon. On behalf of the European Space Agency (ESA), the company was awarded a one-year contract to research the technical feasibility.

Thomas Martens

WAGENHAUSEN:

In order to meet the obligations of the Paris Agreement on climate change, the Swiss Federal Council decided in 2019 to reduce net greenhouse gas emissions to zero by 2050. After the reactor disaster in Fukushima in 2011, the Federal Council and Parliament decided that Switzerland would withdraw from the use of nuclear energy. This puts Switzerland in an ‘Energy  Dilemma’.

How should the energy demands be satisfied in the future?  Scientific projections assume that a total of 237 terawatt hours (TWh) will be required in 2050 if no new energy sources are added, but the existing and anticipated ones will only provide 123 TWh, a difference of 114 TWh. While politicians and experts are feverishly thinking about possible new sources of energy and, for example, focusing on Lake Constance and the Rhine (SN October 9), the European Space Agency (ESA) is bringing space into play and held a competition for the best ideas.

17 of 85 proposals were selected and evaluated, including a concept by Arthur Woods from Kaltenbach. His company Astrostrom GmbH has been awarded a study contract from ESA with the title “The Greater Earth Lunar Power Station”.  Put simply, electrical power is to be generated in space with the help of satellites and transmitted to Earth.

Mainly a Logistical Problem
The 73-year-old, known in the region primarily as an artist and former gallery owner in Stein am Rhein, deepened his concept with  ideas that others had before him. For example,  around 1926 the Russian scientist Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky, pioneer in the field of space research, or the Czech-American Peter Eduard Glaser, introduced the technical concept of providing clean energy from space in 1968 and patented it as a Solar Power Satellite (SPS) in 1973.
“My idea is not new, but we will now examine the technical feasibility in more depth,” says Woods from his house in Kaltenbach. He has assembled a team of six experts, including space architects and engineers, from Japan, Germany, France and Switzerland.

Woods mentions that the cost of launching satellites has been reduced by 90 percent over the past ten years by companies like SpaceX. Additionally, the costs for the space hardware have also decreased considerably, while the hardware has become better and more powerful at the same time.

But the biggest obstacle on the way to clean energy from space lies in the logistical challenge of launching a large number of rockets from the Earth’s surface in order to deploy massive power satellites with a diameter of several kilometers.

Closely Associated with Space

For Woods, one solution is to manufacture the solar power satellite components on the Moon from lunar material: “This would eliminate both the logistical problem and the cost of manufacturing the future Astrostrom power plants.”  Silicon, which is mainly necessary for the manufacture of photovoltaic collectors, occurs in large quantities on the Moon. The solar converters would be photovoltaics made of Moon Glass. Woods envisions that robots would dig for silicon in the lunar soil and that the photovoltaics could be produced in an automated factory built especially for this purpose. “The finished elements would then be sent into lunar orbit via an electromagnetic linear accelerator or mass driver and assembled there – for later transfer to Earth orbit,” says the artist.

His life is closely related to space travel. At the age of eleven, the native American said he witnessed the start of the US space program from 1959 to 1970 where he lived with his family in Merritt Island. Florida. “We were just a few miles from the Kennedy Space Center and Cape Canaveral,” recalls Woods.

During the Apollo era, he held summer jobs at the space center in 1967 to 1968, while he was a university student. His early personal experience with space activities shaped hislife and work: “I remained strongly motivated to maintain my interest in scientific and technological developments in connection with space and to incorporate these experiences into my artistic work.” In May 1993,  one of his works of art, the “Cosmic Dancer” sculpture, even traveled to the Russian space station Mir where it remained there until the station’s controlled crash in 2001.

How it Works

The basic concept of space solar power consists of placing large satellites with photovoltaics into orbit that capture solar energy and convert it into electricity and sends this energy to a station on Earth using wireless energy transmission (WPT) by microwave or laser beam. Here it would be received by a ground antenna, which would then convert the energy into alternating current.

Schaffhauser Nachrichten / Thomas Martens / Distribution 40,000 (Canton Schaffhausen)
November 19, 2021

Original version in German:

Das Weltall als Energiequelle

Auf der Suche nach einer alternativen Energiequelle greift die Firma Astrostrom aus Kaltenbach nach dem Mond. Im Auftrag der Europäischen Weltraumorganisation soll sie zur technischen Machbarkeit forschen.

Thomas Martens

WAGENHAUSEN.

Um die Verpflichtungen aus dem Pariser Abkommen über den Klimawandel zu erfüllen, hat der Bundesrat 2019 beschlossen, bis 2050 die Netto-Treibhausgasemissionen auf null Zu reduzieren. Nach der Reaktorkatastrophe von Fukushima im Jahr 2011 haben Bundesrat und Parlament beschlossen, das die Schweiz von der Nutzung der Kernenergie aussteigt. Damit gerät die Schweiz in eine energetische Zwickmühle. Wie soll der Energiebedarf künftig gedeckt werden? Wissenschaftliche Hochrechnungen gehen davon aus, dass 2050 insgesamt 237 Terawattstunden (TWh) benötigt werden, wenn keine neuen Energiequellen dazukommen, liefern die bestehenden aber nur 123 TWh eine Differenz von 114 TWh. Während sich Politik und Experten fieberhaft Gedanken über mögliche neue Energie quellen machen und beispielsweise auch Bodensee und Rhein in den Fokus rücken (SN vom 9. Oktober), bringt die Europäische Weltraumorganisation (ESA) das Weltall ins Spiel und hat einen Wettbewerb für die besten Ideen ausgerufen. 17 von 85 Vorschlägen wurden ausgewählt und evaluiert, darunter auch ein Konzept von Arthur Woods aus Kaltenbach. Seine Firma Astrostrom hat von der ESA den Studienauftrag mit dem Titel «The Greater Earth Lunar Power Station» erhalten. Vereinfacht gesagt soll mithilfe von Satelliten im Weltall Strom gewonnen und auf die Erde geleitet werden.

Vor allem logistisches Problem

Der in der Region vor allem als Künstler und ehemaliger Galerist in Stein am Rhein bekannte 73-Jährige vertiefte in seinem Konzept Gedanken, die vor ihm schon andere hatten, etwa 1926 der russische Wissenschaftler Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky, Pionier auf dem Gebiet der Weltraumforschung, oder der Tscheche Peter Eduard Glaser, der 1968 das technische Konzept zur Bereitstellung von sauberem Astrostrom aus dem Weltall ein führte und 1973 als Solar Power Satellite (SPS) patentieren liess. «Meine Idee ist nicht neu, wir werden nun aber die technische Machbarkeit vertieft untersuchen», sagt Woods in seinem Haus in Kaltenbach, von wo aus er nun ein Jahr lang ein Team aus sechs Experten, darunter Architekten und Ingenieure, aus Japan, Deutschland, Frankreich und der Schweiz koordiniert.

Die Kosten für den Start von Satelliten seien in den’ letzten zehn Jahren durch Unternehmen wie SpaceX um 90 Prozent gesenkt worden, teilt Woods mit. Auch die Kosten für die Raumfahrt-Hardware hätten sich erheblich verringert, während die Hardware gleichzeitig immer besser und leistungsfähiger geworden sei. Aber das grösste Hindernis auf dem Weg zu sauberer Energie aus dem Weltraum liege in der logistischen Herausforderung, sehr viele Raketen von der Erdoberfläche zu starten, um Energiesatelliten mit einem Durchmesser von mehreren Kilometer auf zustellen.

Mit Raumfahrt eng verbunden

Für Woods besteht eine Lösung darin, die Solarsatelliten-Komponenten auf dem Mond aus Mondmaterial herzustellen: «Dadurch würden sowohl das logistische Problem wie auch die Kosten für die Herstellung der zu künftigen Astrostrom-Kraftwerke entfallen.» Das für die Herstellung von Photovoltaikkollektoren hauptsächlich notwendige Material Silicium kommt in grossen Mengen auf dem Mond vor. Die Solarkonverter wären Photovoltaik aus Mondglas. Woods stellt sich vor, dass Roboter im Mondboden nach Silicium graben und die Photovoltaik in einer zu diesem Zweck errichteten automatisierten Fabrik hergestellt werden könnte. «Die fertigen Elemente würden über einen elektromagnetischen Linearbeschleuniger oder Massentreiber in die Mondumlaufbahn geschickt und dort – für den späteren Transfer in die Erdumlaufbahn – zusammengesetzt», so der Künstler, der Zeit seines Lebens eng mit der Raumfahrt verbunden ist. Mit elf Jahren hat der gebürtige US Amerikaner nach eigenen Angaben den Beginn des US-Weltraumprogramms von 1959 bis 1970 miterlebt, als er mit seiner Familie in Merritt Island. Florida lebte. «Wir wohnten nur wenige Kilometer entfernt vom Kennedy Space Center in Cape Canaveral», erinnert sich Woods.

Während der Apollo-Ära, 1967 bis 1968, hatte er als Universitätsstudent im Space Center Sommerjobs ausgeübt. Die frühe persönliche Erfahrung mit der Weltraumforschung habe sein Leben und seine Arbeit geprägt: «Ich blieb stark motiviert, mein Interesse über die wissenschaftlichen und technologischen Entwicklungen im Zusammenhang mit dem Weltraum aufrechtzuerhalten und die Erfahrungen in meine künstlerische Arbeit einfliessen zu lassen.» Im Mai 1993 war sogar ein Kunstwerk von ihm, der «Cosmic Dancer», zur russischen Raumstation MIR gereist. Dort blieb sie bis zum kontrollierten Absturz der Station im Jahr 2001.

So soll es gehen
Das Grundkonzept besteht aus grossen Satelliten mit Photovoltaik in der Erdumlaufbahn, die Sonnenenergie einfangen und in elektrischen Strom umwandeln und diese Energie mithilfe der drahtlosen Energieübertragung (WPT) per Mikrowelle oder mithilfe eines Laserstrahls an eine Station auf der Erde schicken. Hier würde sie von einer Antenne erfasst, welche die Energie in Wechselstrom umwandelt.

 

Schaffhauser Nachrichten / Thomas Martens / Auflage 40,000 (Kanton Schaffhausen)
19. November 2021