Image
ALMA - en rekke teleskoper i Atacamaørkenen

Bildet viser Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) under stjernehimmelen. Bildet er tatt av ESO/C. Malin og ligger på Flickr.com under European Southern Observatory med CC BY 2.0.

Verdensrommet utforskes med dieselaggregater

Romforskningen er low tech med tanke på strømforsyning, men det vil forskere gjøre noe med.

I science fiction er romteknologi fremstilt som svært avansert og fremtidsrettet. I virkeligheten blir verdensrommet utforsket med teleskoper drevet av dieselaggregater. 

Nå vil forskere se på hvordan de kan gjøre bakketeleskopene mer miljøvennlige. 

I et øde ørkenlandskap høyt oppe i fjellene i det nordlige Chile ligger en rekke teleskoper. Dette stedet, midt i Atacama-ørkenen, er et av de beste stedene på jorden for å studere verdensrommet. Det ligger så høyt at det er omtrent halvparten så mye partikler i luften som ved havoverflaten. Det er med andre ord færre partikler som teleskopet må se forbi for å studere rommet. Ulempen er at oksygennivået er så lavt at det er svært vanskelig å jobbe her. I tillegg er det langt fra folk, og det betyr at det heller ikke finnes strømnett her. 

– Forholdene der oppe er ekstreme, sier Isabelle Viole, stipendiat ved Universitetet i Oslo. Det er veldig lite oksygen, det er stor temperaturforskjell i løpet av et døgn, og det er veldig tørt. 

APEX-teleskopet i Atacama-ørkenen. Foto: Maria Luisa Lode

Vanligvis er energi det siste de tenker på

Viole forsker på energisystemer. Hennes oppgave er å finne ut hva som er den beste og mest miljøvennlige måten å skaffe strøm til et av de nyeste teleskopene som skal bygges i Atacama-ørkenen. 

Hun forteller at dette prosjektet er ganske unikt. 

– Vanligvis vil astronomene ønske seg de mest avanserte teknologiske løsningene til selve teleskopet. Energitilgang er det siste de tenker på, og da tar de noe enkelt som de vet at fungerer, forklarer Viole. I AtLAST-prosjektet har de tatt med energi-ingeniører helt fra starten av for å se hvilke løsninger som er mulig å få til.

Viole mener en grunn til at teleskopene drives på gammeldagse energiløsninger er at teleskopene finansieres for noen år av gangen. Dermed er det ikke penger til løsninger som først er lønnsomme på lang sikt. Solcellepanelene lønner seg ofte ikke før det har gått seks til ti år, men ingen prosjektfinansiering pleier å vare så lenge. 

– Likevel finnes det noen romteleskoper som får opp til 40-50 prosent av energibehovet dekket av solcellepaneler, forklarer Viole. 

Atacama-ørkenen er et av verdens tørreste områder. Foto: Maria Luisa Lode

Apparater til millioner tåler ikke strømbrudd

Dersom en større andel av energien skal være fornybar må forskerne finne smarte måter å gjøre det på. Ifølge Viole må forskerne finne gode måter å lagre energi på. Solcellepaneler kan bare gi strøm når solen skinner. I tillegg må andre energikilder forsyne teleskopet med strøm hvis det er overskyet.

– Noen av instrumentene må kjøles ned til 0,25 Kelvin, eller minus 272,9 Celsiusgrader, sier Viole. Derfor tåler de ikke usikkerhet i energitilførselen.

Men hvorfor ikke bygge en kabel med strømforsyning fra nærmeste by? 

Kabel-tyveri er et mulig problem

Viole mener at å bygge en strømforsyning fra nærmeste by, San Pedro de Atacama, som ligger 43 kilometer unna er mulig. Men det er et politisk problem. Først og fremst er det lite penger til denne typen prosjekter. I tillegg er det vanskelig fordi alle aktørene som har interesser i teleskopene blir nødt til å samarbeide. Disse aktørene har til dels svært ulike interesser. Det minsker sannsynligheten for at de kan bli enige om et slikt prosjekt.

Det er også mulig å koble teleskopene til det nasjonale strømnettet. Da vil det ligge 100 til 150 km med kobberkabel i et øde område. Da oppstår en annen utfordring:

– Kabelen er laget av kobber, og kobber er dyrt, forklarer Viole. 

Isabelle Viole. Foto: Elina Melteig

Derfor er det en reell fare for at en slik kabel kan bli stjålet.

Utslipp som tilsvarer et norsk tettsted

Så hvor mye utslipp kan det egentlig være snakk om? Se for deg at en rekke med lastebiler kjører flere hundre kilometer opp i fjellene. De er fulle av diesel. Det går noen dager, og så kommer en ny levering. Det krever vanvittige mengder energi å kjøle instrumentene ned til minus 272,9 Celsiusgrader. Det er hverken kostnadsfritt eller miljøvennlig å studere verdensrommet. 

– Teleskopene i nærheten av der AtLAST skal bygges krever totalt 33 Gigawatt time per år, sier Viole. Det er like mye energi som et norsk tettsted med 1435 innbyggere. I utslipp tilsvarer dette 18-25 tusen tonn med CO2, eller 24 tonn CO2 per vitenskapelige artikkel.

Hun forteller at en gjennomsnittlig nordmann slipper ut 8,2 tonn med karbondioksid per år. Med andre ord er utslippene forbundet med romteleskopene astronomiske. 

Så hvorfor ikke bare kutte ut denne forskningen? 

Vil undersøke støv og kald materie

– Mange viktige oppdagelser og ny teknologi kommer fra grunnforskningen. Kunnskapen om klimagasser ble også oppdaget via romforskning og utforskningen av planeten Venus, sier Viole. 

AtLAST-teleskopet som planlegges nå skal blant annet undersøke kaldt støv og kalde skyer i universet. Dette er noe vi har veldig lite kunnskap om i dag. Forskerne vet veldig godt hva de ønsker å studere, men aner ikke hva de kommer til å finne der. 

Fakta

Dette skal AtLAST brukes til:

  • 1. Undersøke vår galakse, Melkeveien, på en grundigere og mer fullstendig måte enn før. For eksempel skal forskerne undersøke molekylære gasskyer, støv, protostjerner og protoplaneter.
  • 2. Oppdage og ta bilde av kald materie (som er usynlig på andre bølgelengder)
  • 3. Ta bilde av og undersøke «det» som ligger utenfor galaksene

Atlast (Towards an Atacama Large Submillimeter Telescope) skal bruke sub-mm-bølgelengder i sine undersøkelser. Dette er det gjort lite av fra før, til tross for at om lag 50 prosent av lyset sendes ut med denne frekvensen. Se nettsidene til AtLAST-prosjektet her.

Deltakere i prosjektet er: 

Universitetet i Oslo

The European Southern Observatory

The UK Research and Innovation

The OHB Digital 

The University of Hertfordshire

Prosjektet er finansiert av EUs Horisont 2020.

For eksempel skal AtLAST bidra til å studere kjemien og dynamikken i atmosfæren til våre nærmeste planeter. Teleskopet kan også brukes til å se på ekstragalaktiske fenomener, spesielt med tanke på kald materie. 

– AtLAST vil være det beste teleskopet som noensinne er bygget med tanke på å kartlegge universets kalde strukturer i storskala, skriver førsteamanuensis i kosmologi, Claudia Cicone, ved Universitetet i Oslo. 

Hva kan erstatte dieselaggregatene?

Guillermo Valenzuela Venegas forsker på hvordan værforholdene påvirker fornybar energi. Hans rolle i prosjektet er blant annet å undersøke hvilke steder som er best egnet for solcellepaneler. 

– Selv om dette er et av de tørreste stedene i verden, så vil det også komme snø i løpet av året fordi det ligger så høyt oppe, forklarer Valenzuela Venegas. 

Ifølge ham er det viktig å finne ut hvor det er aller mest solstråling i løpet av et år. Atacama er et av de områdene i verden der solinnstrålingen er best. Da får også andre faktorer mye å si: 

– For eksempel må vi se på hvordan høyden påvirker effekten i solcellepanelet, om snødekke, tilgjengelighet med tanke på vedlikehold, og hva det vil koste å installere og drive et solcelleanlegg der oppe, forklarer Valenzuela Venegas.

Undersøkelser forskerne har gjort så langt viser at det er enkelte dager med dårlig vær. Det krever at de har en solid energi-buffer, men hvor stor må solcelleparken være for å tåle noen få dager med uvær?

Nattehimmelen i Atacamaørkenen Foto: Maria Luisa Lode

Planlegger å bruke ny teknologi

For å være så bærekraftige som mulig må også energi-lagringen være nøye planlagt. Da ser forskerne på en kombinasjon av batterier og hydrogenlagring. Det er bare ett problem. De teknologiske løsningene som skal til, er lite utprøvd.

– De batteriene og hydrogenlagringen koster ganske mye i dag, men vi tror at det kommer til å være den billigste teknologien i 2030, forklarer Viole. 

Men hva hvis teknologien ikke blir billigere?

– I prosjektet vårt har vi bygget inn dette i modellen, sier Viole. Hvis vi tar med at krig eller andre ting kan øke prisene, eller at teknologien ikke blir bedre, så ser vi likevel at det blir billigere og bedre å gå over til fornybar energi. Da vil også prisene bli mindre variable fordi oljeprisene blir svært påvirket av ting som skjer i verden.

Hun forklarer videre at dersom verden ikke får like rimelig hydrogen- eller batteriteknologi som forskerne forutser, så vil de trenge en større solcellepark, men det vil fortsatt lønne seg fremfor å fortsette med dagens system. Violes jobb er å finne den best mulige løsningen med tanke på klima og pris. Det interessante er da at de fortsatt vil trenge dieselaggregatene. 

Planlegger for dieselaggregat i bakhånd

Hvis all strømmen skal komme fra solceller blir de nødt til å bygge veldig mye mer solceller og lagring enn om de har et dieselaggregat i bakhånd. Derfor tror Viole at den billigste løsningen vil være å bruke et dieselaggregat de periodene hvor været er dårlig. Det vil si at omtrent fem prosent av energibehovet i løpet av ett år vil dekkes med dieselaggregat. Ifølge Viole viser modellen at det ikke lønner seg å skalere opp solcelleparken og energilagringssystemer, som batterier og hydrogen, slik at den kan levere strøm de få dagene det er overskyet. Det er fordelen med å gjøre slike analyser, mener hun. Parken skal ikke være større enn nødvendig. De foreløpige resultatene ser ut til å vise at det er billigere og mer miljøvennlig ha et dieselaggregat enn å ha en veldig mye større solcellepark.

– Dette er optimering: Vi må se på hva som er den billigste og den beste løsningen, sier Viole. Og så må vi ta i betraktning hva som faktisk er gjennomførbart. 

Selv mener hun at det beste ville være å bygge en kollektiv strømkabel mellom nærmeste by og teleskopene i nærheten av AtLAST, men hun mener at det ikke er politisk vilje til å gjennomføre et slikt prosjekt nå. Dermed blir løsningen de står igjen en blanding av solceller, med batterier og hydrogen, og en liten andel diesel i bakhånd. Når teleskopet AtLAST står ferdig bygget vil det være blant de mest miljøvennlige og høyteknologiske i verden. 

Les forskningen her: 

Isabelle Viole, Guillermo Valenzuela-Venegas, Marianne Zeyringer og Sabrina Sartori, A renewable power system for an off-grid sustainable telescope fueled by solar power, batteries and green hydrogen
arXiv:2212.03823
, desember 2022