Nhật Bản đang chạy đua cùng các nước khác trong việc truyền tải điện mặt trời từ không gian
Theo Nikkei Asia, điện mặt trời (hay quang năng, quang điện) hình thành trong không gian vũ trụ là ý tưởng được một nhà vật lý người Mỹ giới thiệu vào năm 1968. Về cơ bản, đó là việc phóng các tấm pin mặt trời vào không gian để tạo ra điện ở độ cao 36.000 km.
Quang năng được chuyển đổi thành vi sóng – tương tự bức xạ điện từ được sử dụng trong lò vi sóng – và được truyền xuống các trạm tiếp nhận trên mặt đất để chuyển đổi thành điện năng. Vi sóng này có thể xuyên qua các đám mây, tạo ra nguồn cung cấp điện ổn định bất kể thời gian nào trong ngày hay tình hình thời tiết.
Tại Nhật Bản, một nhóm do cựu Chủ tịch Đại học Kyoto Hiroshi Matsumoto đứng đầu đã dẫn dắt việc nghiên cứu. Vào những năm 1980, đây là nhóm đầu tiên trên thế giới thành công trong việc truyền tải điện qua vi sóng trong không gian.
Nghiên cứu vẫn tiếp tục sau khi giáo sư Naoki Shinohara của Đại học Kyoto tiếp quản, và vào năm 2009, nhóm đã sử dụng một phi thuyền để truyền điện từ độ cao 30 mét đến một chiếc điện thoại di động trên mặt đất. Nhóm đang nghiên cứu tinh chỉnh công nghệ cốt lõi để cung cấp điện theo phương thức không dây.
Một dự án – với sự hợp tác của các doanh nghiệp, chính phủ và giới học thuật, do Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản chủ trì – đã được khởi động vào năm 2009, trong đó ông Shinohara là người đứng đầu ủy ban công nghệ thuộc dự án.
Dự án đã thực hiện thành công các thí nghiệm truyền tải điện qua vi sóng theo chiều ngang vào năm 2015 và theo chiều dọc vào năm 2018, cả hai đều ở khoảng cách 50 mét. Việc truyền dọc với khoảng cách từ 1 km đến 5 km sẽ được thử nghiệm trong tương lai.
“Nếu chúng ta có thể chứng minh công nghệ của mình đi trước phần còn lại của thế giới, thì đó cũng sẽ là một lá bài để mặc cả trong việc khám phá không gian cùng các nước khác”, giáo sư Shinohara nói với Nikkei Asia.
Nhóm dự định thực hiện thử nghiệm vào khoảng năm tài khóa 2025 để xem liệu họ có thể truyền tải điện mặt trời từ không gian về mặt đất hay không. Các vệ tinh nhỏ sẽ được sử dụng để đưa quang năng đến các trạm tiếp nhận trên mặt đất cách xa hàng trăm km.
Các đối thủ cạnh tranh cũng đang tiến tới việc thương mại hóa. Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Lực lượng Không quân Mỹ và Viện Công nghệ California đều đang theo đuổi các dự án quy mô lớn. Trong khi đó, Đại học Trùng Khánh đang phát triển công nghệ ở Trung Quốc và Cơ quan Vũ trụ Châu Âu đang thực hiện các kế hoạch của riêng mình.
Các cuộc khủng hoảng năng lượng trong lịch sử thường dẫn đến sự quan tâm ngày càng tăng đối với điện mặt trời trong không gian. NASA và Bộ Năng lượng Mỹ đã xem xét ý tưởng này trong thập niên “cú sốc dầu mỏ” những năm 1970, mặc dù nghiên cứu đã mất dần động lực khi bầu không khí khủng hoảng phai nhạt. NASA đã tái khởi động các nỗ lực của mình vào khoảng năm 2000 khi Nghị định thư Kyoto ra đời, nâng cao nhận thức toàn cầu về các vấn đề môi trường. Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản cũng tham gia vào quá trình nghiên cứu.
Điện mặt trời trong không gian đã thu hút sự chú ý mới trong những năm gần đây khi nhiều chính phủ và doanh nghiệp hướng đến mục tiêu phát thải ròng bằng không.
Song chi phí vẫn là một trở ngại lớn. Tạo ra khoảng 1 gigawatt điện – tương đương công suất một lò phản ứng hạt nhân – trong không gian bằng ánh sáng mặt trời sẽ đòi hỏi các tấm pin có tổng diện tích tương đương một hình vuông có kích thước 2 km mỗi cạnh. Ngay cả khi có tiến bộ công nghệ, việc lắp đặt chúng có thể sẽ tiêu tốn hơn 7,1 tỉ USD.
