英国政府は、宇宙に太陽光発電所を建設することを検討しています。
数十億ポンド規模のこのプロジェクトは、2050年までにネットゼロ排出を達成するという英国の目標に寄与するでしょう。
近年の技術開発により、宇宙太陽光発電という構想は実現可能性を高めています。
ここでは、技術者がこのプロジェクトの長所と短所を検討します。
英国政府は報道によると検討している宇宙に太陽光発電所を建設するための160億ポンドの提案を。
そのとおりです。宇宙太陽光発電は、政府のネットゼロ・イノベーション・ポートフォリオに盛り込まれた技術の一つです。ほかの技術とともに、英国が2050年までにネットゼロを達成するための潜在的な解決策として特定されています。
では、宇宙の太陽光発電所はどのように機能するのでしょうか。この技術にはどのような利点と欠点があるのでしょうか。
宇宙太陽光発電とは、宇宙空間で太陽エネルギーを集め、地球に送ることです。このアイデア自体は新しいものではありませんが、近年の技術進歩により実現可能性が高まっています。
宇宙太陽光発電システムは、太陽光パネルを備えた巨大な宇宙船である太陽光発電衛星を利用します。パネルで発電した電力は、高周波の電波を使って無線で地球に送られます。地上のアンテナ（レクテナ）が電波を電気に変換し、その電力を送電網に供給します。
軌道上の宇宙太陽光発電所は1日24時間、太陽光を受けるため、継続的に発電できます。これは、日中しか発電できず、天候にも左右される地上の太陽光発電システムに対する利点です。
世界のエネルギー需要は2050年までに約50％増加すると予測されており、宇宙太陽光発電は、世界のエネルギー部門における需要の高まりに応え、地球温暖化の進行に対処するうえで重要な役割を果たす可能性があります。
いくつかの課題
宇宙太陽光発電所はモジュール式の設計で、多数の太陽光モジュールを軌道上でロボットが組み立てます。これらの部材をすべて宇宙へ運ぶのは困難で、費用もかかり、環境にも負荷を与えます。
太陽光パネルの重量は当初から課題として挙げられていました。しかし、超軽量太陽電池の開発によって解決が図られています（太陽光パネルは複数の小型太陽電池で構成されます）。
宇宙太陽光発電が技術的に実現可能とみなされている主な理由は、軽量太陽電池、無線送電、宇宙ロボット工学などの基幹技術が進歩したことです。
特に、宇宙太陽光発電所を一つ建設するだけでも、スペースシャトルを何度も打ち上げる必要があります。宇宙太陽光発電は長期的には二酸化炭素排出量の削減を目指すものの、宇宙への打ち上げには相当な排出量が伴い、費用もかかります。
スペースシャトルは現在、再利用できませんが、スペースXなどの企業がこの状況を変えようと取り組んでいます。打ち上げシステムを再利用できれば、宇宙太陽光発電の総費用を大幅に削減できるでしょう。
宇宙太陽光発電所の建設に成功したとしても、運用にはいくつかの実務上の課題があります。太陽光パネルは宇宙ごみによって損傷する可能性があります。また、宇宙空間のパネルは地球の大気に守られていません。より強い太陽放射にさらされるため、地上のパネルよりも早く劣化し、発電できる電力量が減少します。
効率も、無線送電における課題の一つです。長距離にわたってエネルギーを送ること、つまりこの場合は宇宙の太陽光発電衛星から地上へ送ることは困難です。現在の技術では、集めた太陽エネルギーのうち地球に届くのはごく一部にすぎません。
実証プロジェクトはすでに進行中
宇宙太陽光発電プロジェクトは米国で、高効率太陽電池に加え、宇宙での利用に最適化した変換・送電システムを開発しています。米国の海軍研究試験所は2020年、太陽光モジュールと電力変換システムを宇宙で試験しました。一方、中国は碧山宇宙太陽光発電所の進展を発表しており、2035年までのシステム稼働を目指しています。
英国では、最近のフレイザー・ナッシュ・コンサルタンシーの報告書に基づき、170億ポンド規模の宇宙太陽光発電開発は実現可能な構想とみなされています。小規模な試験から始め、2040年に太陽光発電所の運用開始を目指す計画です。
太陽光発電衛星は直径1.7km、重量は約2,000トンとなる見込みです。地上アンテナは広大な敷地を必要とし、その規模はおよそ6.7km×13kmです。英国の土地利用を考えると、沖合に設置される可能性が高いでしょう。
この衛星は英国に2GWの電力を供給する予定です。これは相当な電力量ですが、英国の発電容量である約76GWに対しては小さな寄与にとどまります。
初期費用が非常に高く、投資回収にも時間がかかるため、このプロジェクトには政府の多大な資金と民間企業からの投資が必要です。
しかし、技術の進歩に伴い、宇宙への打ち上げや製造の費用は着実に低下するでしょう。また、プロジェクトの規模を生かした大量生産により、費用はいくらか抑えられるはずです。
宇宙太陽光発電が2050年までのネットゼロ達成に貢献できるかどうかは、まだ分かりません。多様で柔軟なエネルギー貯蔵、水素、再生可能エネルギーシステムの拡大など、ほかの技術のほうが理解が進んでおり、より容易に導入できます。
課題はあるものの、宇宙太陽光発電は、魅力的な研究開発の機会につながる先駆けです。将来、この技術は世界のエネルギー供給で重要な役割を果たす可能性があります。
