Nhóm nghiên cứu từ Viện Nghiên cứu Vũ trụ Quốc tế có trụ sở chính đặt tại Paris, Pháp, cho biết việc xây dựng những nhà máy năng lượng quay theo quỹ đạo có khả năng thu năng lượng mặt trời và truyền xuống trái đất dường như là phương án khả thi về mặt kỹ thuật trong vòng một, hai thập niên tới nếu dựa trên các công nghệ ứng dụng trong phòng thí nghiệm hiện nay. Báo cáo dài 248 trang của nhóm cho rằng, dự án này có thể được đưa vào ứng dụng thương mại trong vòng chưa đầy 30 năm tới.

Theo nghiên cứu do Tiến sĩ John Mankins, chuyên gia NASA có thâm niên 25 năm và là cựu Giám đốc phụ trách bộ phận khái niệm của cơ quan này, chủ trì thì năng lượng mặt trời từ vũ trụ đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng toàn cầu trong thế kỷ XXI. Báo cáo được xem là đánh giá quốc tế quy mô lớn đầu tiên về các phương thức tiềm năng thu năng lượng mặt trời trong vũ trụ và truyền xuống các thị trường trên trái đất thông qua hệ thống truyền năng lượng không dây.

Năng lượng mặt trời từ vũ trụ sẽ đáp ứng nhu cầu năng lượng trái đất trong 30 năm tới?

Nghiên cứu cho rằng, chính phủ cần đầu tư kích thích tăng trưởng để đưa năng lượng mặt trời thu được từ vũ trụ vào thị trường năng lượng trái đất. Ngân sách từ các doanh nghiệp tư nhân khó có thể thúc đẩy dự án phát triển do họ không chắc chắn về hiệu quả kinh tế của các giai đoạn phát triển và giới thiệu công nghệ mới cũng như tiến độ thời gian.

Theo Hiệp hội Vũ trụ Quốc tế, năng lượng mặt trời là giải pháp năng lượng dài hạn tiềm năng cho thế giới nhưng không gây ảnh hưởng tới môi trường trái đất. Các nhà khoa học có ý tưởng đầu tiên đặt một, sau đó là một vài và hàng chục vệ tinh thu năng lượng mặt trời tại quỹ đạo địa tĩnh phía trên xích đạo. Mỗi vệ tinh rộng vài kilômét và có thể thu ánh sáng mặt trời tới 24 giờ mỗi ngày. Trong khi đó, các bảng thu năng lượng mặt trời hiện được sử dụng để biến ánh sáng mặt trời thành điện năng chỉ có công suất tối đa bằng một nửa con số trên. Năng lượng sẽ được biến đổi thành điện năng trên tàu vũ trụ và truyền về trái đất khi có nhu cầu thông qua một hệ thống ăngten truyền vi sóng rất lớn hoặc bằng tia laser. Sau đó, năng lượng này được truyền vào mạng lưới điện.

Báo cáo mới được thực hiện trong khoảng thời gian 2008–2010 và sau đó được các nhà khoa học có uy tín thẩm định. Kết quả cho thấy tính khả thi thương mại ngày càng cải thiện trong thập niên qua, một phần nhờ sự khích lệ của chính phủ nhằm tìm kiếm những hệ thống năng lượng xanh.

Mankins, Chủ tịch Công ty Tư vấn Artemis Innovation Management Solutions LLC tại California cho biết, một dự án thử nghiệm giới thiệu công nghệ với Trạm Vũ trụ Quốc tế nặng 400 tấn sẽ được triển khai. Theo ông Mankins, một cuộc thử nghiệm quy mô vừa sẽ có mức chi phí thấp hơn hàng chục tỉ USD so với dự án trước do phương án này không cần những thiết bị phóng có thể tái sử dụng và đắt tiền. Công ty của ông Mankins đã đạt được một hợp đồng có giá trị dưới 100.000USD với NASA để theo đuổi dự án khai thác năng lượng mặt trời từ vũ trụ. “Ngân sách tuy nhỏ nhưng ít nhất công trình thử nghiệm đã triển khai”, ông Mankins nói. Tiếp theo, nhóm nghiên cứu ước tính dự án sẽ cần ngân sách hàng chục tỉ USD để phát triển và huy động một loạt phương tiện phóng vệ tinh từ trái đất lên quỹ đạo có thể tái sử dụng và chi phí thấp để phóng các vệ tinh năng lượng mặt trời kích thước thực.

Trong thập niên qua, thế giới đã quan tâm hơn tới dự án này một phần bởi lo ngại rằng, khả năng sản xuất xăng dầu và có thể cả các nhiên liệu khác trên toàn cầu sẽ lên đến đỉnh điểm và sau đó suy giảm trong vài thập niên tới. Thêm vào đó, nhu cầu năng lượng trên đầu người để kích thích phát triển kinh tế trên toàn thế giới dự tính sẽ gia tăng và nhiều người quan ngại về hiện tượng tích tụ khí nhà kính trong bầu khí quyển trái đất do hậu quả của quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch.

John Page, kỹ sư hàng không vũ trụ người Australia tại Đại học New South Wales, là một trong những người đề xuất phương án khai thác năng lượng mặt trời từ vũ trụ. “Đó là cách sử dụng pin năng lượng mặt trời hiệu quả hơn hẳn. Nếu vệ tinh quay quanh quỹ đạo, nó sẽ cung cấp năng lượng trên dưới 24 giờ mỗi ngày. Như vậy, vệ tinh cung cấp năng lượng tải trung bình. Đó là một lợi thế”, ông Page nhận định.

Mặc dù các loại vi sóng tập trung khá nguy hiểm nhưng ông Page cho biết các tia bức xạ vi sóng truyền năng lượng mặt trời xuống trái đất có thể khuếch tán dễ dàng. “Nếu có khu vực thu năng lượng mặt trời rộng thì vấn đề mật độ cao không có gì nguy hiểm. Các dụng cụ thu năng lượng mặt trời có thể là những dây dẫn treo trên bãi trống để tiếp nhận năng lượng. Mặc dù con người không thể sống dưới những đường dây điện này nhưng cây trồng vẫn phát triển được”, ông Page cho biết.

Những người hoài nghi cho rằng, việc truyền năng lượng mặt trời từ vũ trụ khó có triển vọng thành công, ít nhất cho đến khi chi phí cho việc lắp đặt nhà máy năng lượng thương mại trên quỹ đạo giảm xuống 1/10 chi phí hiện nay. Những trở ngại khác là nguy cơ trái đất sẽ phải hứng những mảnh vỡ từ vệ tinh, thiếu thị trường tập trung và chi phí sản xuất quá cao. Ian Bryce, một kỹ sư hàng không người Australia đã nghỉ hưu cho rằng, có những phương án thay thế khả thi hơn. “Là một người nghiên cứu vũ trụ, tôi cảm thấy rất vui khi có những sáng kiến mới. Tuy nhiên, tôi thấy dự án khai thác năng lượng mặt trời từ vũ trụ có nhiều nhược điểm. Nếu công nghệ này được cấp kinh phí, phải còn lâu nữa năng lượng mới được đưa vào sử dụng. Một phương án khả thi hơn trong sản xuất điện bền vững là lưu trữ nhiệt mặt trời. Công nghệ này đã có sẵn và nó được đưa vào sử dụng ít nhất sớm hơn 30 năm so với ý tưởng năng lượng mặt trời từ vũ trụ”, ông Bryce nhận xét.

Bộ Năng lượng Mỹ và NASA cùng nhiều nhà khoa học khác đã nghiên cứu ý tưởng khai thác năng lượng mặt trời từ vũ trụ trong 40 năm qua. Trong tháng 9/2011, các nhà phân tích an ninh quốc gia, chính sách và doanh nghiệp của Mỹ và Ấn Độ đã kêu gọi thực hiện một nghiên cứu khả thi chung giữa Mỹ và Ấn Độ về một chương trình hợp tác phát triển trạm năng lượng mặt trời trên vũ trụ với mục tiêu đưa vào ứng dụng thương mại trong hai thập niên tới.