Para Ilmuwan Berhasil Memanfaatkan Pancaran Energi Matahari dari Luar Angkasa

WASHINGTON - Para ilmuwan dilaporkan berhasil menyerap pancaran energi matahari dari luar angkasa. Bahkan menurut standar perlombaan antariksa, gagasan tersebut tampak berani, mungkin sedikit gila.

Pada 1968, sebelum manusia pertama menginjakkan kaki di bulan, seorang insinyur yang mengerjakan salah satu eksperimen misi Apollo mengusulkan cara baru untuk memberi daya pada dunia.

"Pembangkit listrik tenaga surya raksasa yang mengorbit dapat menyerap sinar matahari secara konstan di luar angkasa, tanpa terhalang oleh awan, malam atau musim, dan memancarkannya kembali ke Bumi," tulis Peter Glaser dalam jurnal Science.

Hanya tenaga surya berbasis ruang angkasa dan mungkin fusi nuklir yang mempunyai potensi untuk suatu hari nanti menggantikan bahan bakar fosil sebagai sumber energi utama peradaban, dan fusi masih sangat jauh sehingga Glaser menganggapnya sebagai "impian para fisikawan".

Dikutip dari The Straits Times, pada Mei ini, para peneliti di Pasadena, California, menerima energi dari eksperimen yang melewati ketinggian tinggi. Dirancang di California Institute of Technology dan diluncurkan dengan roket SpaceX pada Januari, eksperimen tersebut telah mentransfer daya secara nirkabel, menggeser arah pancaran sinar tanpa bagian yang bergerak, dan kemudian mengarahkannya ke Bumi.

Ini adalah salah satu dari tiga eksperimen Caltech, yang dikemas dalam satu satelit, dan kini menguji komponen-komponen penting tata surya berbasis ruang angkasa. Impian Glaser semakin mendekati kenyataan.

"Saat saya pertama kali memikirkan hal ini, bagi saya, itu tidak masuk akal," kata Harry Atwater, pemimpin Proyek Tenaga Surya Luar Angkasa di sekolah tersebut.

"Tetapi kemudian saya mulai berpikir, dan hal itu menggerogoti saya, dan saya tidak dapat melepaskannya".

Atwater adalah bagian dari generasi insinyur baru, yang didorong oleh perubahan iklim dan dipersenjatai dengan teknologi yang tidak tersedia bagi Glaser, yang meninggal pada 2014,bertaruh bahwa masa penggunaan tenaga surya di luar angkasa akhirnya telah tiba.

Sel surya film tipis dan bahan bangunan serat karbon telah memangkas potensi bobot pembangkit yang mengorbit, dan perusahaan peluncuran swasta seperti SpaceX telah memangkas biaya untuk meluncurkannya ke luar angkasa.

Konstruksi ini tidak memerlukan astronot yang sangat terlatih dan bekerja dalam pakaian; komponen-komponen pabrik yang disimpan untuk diluncurkan dapat menyebar dengan sendirinya di luar angkasa.

Pada 2020, Laboratorium Penelitian Angkatan Laut Amerika Serikat menggunakan pesawat luar angkasa X-37B milik militer untuk meluncurkan perangkat yang mengubah energi matahari langsung menjadi gelombang mikro, sebuah landasan untuk pembangkit listrik yang mengorbit di masa depan. Badan Antariksa Eropa (European Space Agency/European Space Agency/European Space Agency/European Space Agency/European Space Agency/Badan Antariksa Eropa) mempunyai program tata surya luar angkasanya sendiri, meskipun masih memerlukan waktu bertahun-tahun untuk melakukan eksperimen orbital, seperti halnya Tiongkok, Jepang, dan Inggris.

Nikolai Joseph, seorang analis di Badan Penerbangan dan Antariksa Nasional, mengatakan pada 2022 badan antariksa AS akan melihat kembali kelayakan ide tersebut, tetapi sejauh ini, organisasi tersebut tampaknya tidak terlibat secara aktif dalam perlombaan tersebut.

Namun, menciptakan jaringan pembangkit listrik tenaga surya yang mengorbit masih merupakan tugas yang berat, tidak hanya untuk merancang pembangkit listrik tersebut, tetapi juga untuk membuktikan bahwa pembangkit listrik tersebut masuk akal secara ekonomi. Kendala yang menghambat penggunaan tenaga surya berbasis ruang angkasa di masa lalu tidak hanya bersifat teknis, tetapi juga finansial.

"Tidak ada yang menunjukkan tantangan apa pun tidak dapat diselesaikan. Tidak ada penghenti pertunjukan. Tentu saja ada tantangan yang sangat besar. Tapi kita harus memulainya suatu saat nanti. Kita tidak akan kehilangan satu dekade pun," kata Sanjay Vijendran, pemimpin inisiatif Solaris di Badan Antariksa Eropa atauEuropean Space Agency (ESA).

Sebuah laporan oleh Frazer-Nash Consultancy untuk pemerintah Inggris pada 2021 menemukan tenaga surya berbasis ruang angkasa suatu hari nanti dapat memiliki biaya energi yang merata (termasuk biaya modal serta operasional) sebesar Pound sterling hingga 79 Pound sterling per megawatt-jam (MWh), mengikuti program pembangunan selama 18 tahun.

Hal ini tampaknya optimistis, mengingat Bloomberg NEF mengatakan, pembangkit listrik tenaga angin baru di AS dengan baterai cadangan, teknologi yang sudah terbukti dan sering digunakan, akan memiliki biaya yang diratakan mulai dari 63 dollar AS hingga 103 dollar AS per MWh.

Orang-orang yang mengejar tenaga surya berbasis ruang angkasa memahami statusnya sebagai salah satu terobosan yang telah lama dicari dan sepertinya masih satu dekade lagi. Untuk menghasilkan sejumlah energi yang berarti, tanaman harus berukuran jauh lebih besar daripada benda apa pun yang pernah ditempatkan manusia di orbit hingga saat ini.

Mereka dapat dirusak oleh mikro-meteorit atau sampah luar angkasa, dan mereka harus mengatasi hilangnya energi yang diakibatkan oleh transmisi daya melalui gelombang mikro, metode yang paling mungkin dilakukan, karena gelombang mikro menembus awan.

Ide dasarnya bahkan lebih jauh dari pekikiran Glaser. Penulis Isaac Asimov membuat cerita pendeknya Reason pada 1941 di atas stasiun luar angkasa yang menyerap energi Matahari dan memancarkannya ke Bumi yang jauh, meskipun teknologi yang digunakan stasiun tersebut tidak pernah disebutkan. Rekan Atwater, Ali Hajimiri, menemukan terjemahan cerita tersebut ketika ia tumbuh besar di Iran.

"Saya sudah mengenal hal itu sejak usia dini. Bagi saya, itu lebih seperti dunia fiksi ilmiah," katanya.

Pengembang real estat, Donald Bren, yang merupakan petinggi Caltech, membaca tentang tenaga surya berbasis ruang angkasa di majalah Popular Science, dan pada 2011, ia mendiskusikan pembuatan program penelitian dengan rektor sekolah tersebut.

Dia dan istrinya Brigitte, yang juga merupakan salah satu pendiri, telah menyumbangkan lebih dari 100 juta dollar AS untuk upaya tersebut. Sekolah tersebut merekrut Atwater, seorang veteran dari beberapa perusahaan rintisan tenaga surya, dan Hajimiri, yang berspesialisasi dalam sirkuit terpadu dan transfer daya nirkabel. Sedanglan Sergio Pellegrino, yang minatnya mencakup struktur ringan, melengkapi tim tersebut.

Mereka memutuskan pendekatan yang dilakukan oleh para pendukung tenaga surya berbasis ruang angkasa di masa lalu tidak akan berhasil. Alternatif mereka sangat berbeda, sesuatu yang Hajimiri gambarkan sebagai perubahan dari seekor gajah menjadi segerombolan semut. Alih-alih menggunakan struktur padat raksasa di luar angkasa, masing-masing pembangkit listrik Caltech akan berupa armada panel surya terpisah seperti layang-layang yang mengorbit dalam formasi.

Setiap susunan akan diluncurkan dalam keadaan terlipat, lalu dibentangkan di orbit. Pendorong kecil akan menjaganya tetap pada posisinya dibandingkan yang lain. Bersama-sama, mereka akan membentuk satu pabrik yang lebarnya bisa mencapai satu kilometer, tetapi tanpa struktur fisik apa pun yang menghubungkan susunannya.

Konsep tata surya luar angkasa sebelumnya membayangkan tanaman memancarkan energi melalui piringan microwave besar. Dalam versi Caltech, pemancar yang terletak di semua susunan akan memancarkan energinya secara bersamaan, memanfaatkan interferensi konstruktif dan destruktif untuk menargetkan energi tepat di tempat yang diinginkan.

Energi tersebut akan dikumpulkan di tanah melalui penerima selebar satu kilometer yang terbuat dari kawat yang diibaratkan Atwood sebagai kawat ayam. Dan tumbuhan yang mengorbit dapat dengan mudah mengubah tempat ia memancarkan energinya. Ini bisa memasok listrik ke daerah bencana atau zona perang di mana jaringan listrik padam. "Anda sebenarnya dapat memiliki struktur seperti karpet yang dapat dibuka dan dijadikan stasiun penerima," kata Hajimiri.

Sulit untuk membicarakan langkah terakhir tenaga surya berbasis ruang angkasa, yaitu mentransmisikan energi, tanpa memunculkan gambaran sinar kematian. Apa yang akan terjadi pada burung atau pesawat yang terbang menembus sinar tersebut? Tim Caltech mengatakan kepadatan daya pancaran sinar tersebut akan sebanding dengan kepadatan daya sinar matahari.

"Anda bisa berjalan di bawah sinar matahari dan mendapat lebih banyak bahaya sengatan matahari akibat sinar matahari dibandingkan sinar gelombang mikro itu sendiri," kata Atwood.

"Sehingga hal ini cenderung menghalangi apa yang orang-orang sebut sebagai masalah 'burung merokok, " ujarnya, namun ia meyakinkan masyarakat mengenai keamanan sistem ini merupakan sebuah tantangan.

Untuk saat ini tim mengambil data dari eksperimen mengorbitnya. Selain eksperimen transmisi daya, eksperimen lain akan menguji bagaimana array versi skala kecil dikembangkan, dan eksperimen ketiga akan melihat bagaimana berbagai material fotovoltaik bekerja tanpa perlindungan di lingkungan luar angkasa yang keras.

"Sistem skala penuh, masih membutuhkan satu dekade lagi," kata Hajimiri.

Namun para pendukung tenaga surya di luar angkasa bersikeras bahwa gagasan tersebut dapat berhasil, jika masyarakat memiliki kemauan untuk mewujudkannya.

"Ada peluang besar, dan masyarakat hanya perlu mengubah pola pikir bahwa energi adalah sesuatu yang harus ada di bumi," kata Vijendran dari ESA.

"Ada sumber daya di sana yang belum kami manfaatkan," pungkas dia.