Hvordan lage strøm på Mars

Kolonistene vil ha langt færre energikilder å velge mellom enn på Jorda.

Alt må lages på Mars, også jordiske selvfølgeligheter som luft, vann og lys til planter. Det krever mye energi. Å lage brennstoff til raketter av vann og CO2, slik NASA og SpaceX har sett for seg, er også en energikrevende kjemisk prosess. Skal en Mars-koloni ha noe håp om å etablere seg og vokse, må den ha tilgang på mye energi.

Jorda er mye rikere på energikilder enn andre kloder i Solsystemet. Det ser man tydelig av diagrammet nedenfor, som viser de viktigste energikilder på Jorda i 2017. Som du ser ble 85% av energibehovet dekket av olje, kull og gass, energikilder som er billige, lette å få tak i og som gir rikelig med stabil energi.

Energiforbruk på Jorda, fordelt på energikilde

Så vidt vi vet finnes det ingen fossile energikilder på Mars. Riktignok fins det vitenskapelige artikler som spekulerer på om utdødd Mars-liv har etterlatt lommer med olje og gass under bakken. Men i dag virker sannsynligheten for at dette har skjedd svært liten. Det er heller ikke funnet spor etter slike ressurser på Mars, og om de skulle finnes er de neppe lette å utvinne.

Hvor mye energi trenger Mars-kolonien?

NASA-studier anslår at en ekspedisjon til Mars vil forbruke rundt 50 kW i form av elektrisk strøm. Dette dekker basisbehovene for 4 – 6 astronauter, som oppvarming av boligmodul, kommunikasjon med Jorda, drift av instrumenter og lading av kjøretøy. Dersom astronautene i tillegg skal produsere brennstoff til hjemturen blir behovet mer enn fordoblet. Hvis astronautene slår seg ned blir regnestykket et helt annet, og må bl.a. inkludere all energi som går med til å drive et høyteknologisk samfunn, pluss energi til å dyrke mat og lage oksygen og vann til basen.

Det nærmeste vi kommer en Mars-base på Jorda er forskningsstasjonene i Antarktis. For eksempel har McMurdo-basen ca 1000 beboere på det meste og et energibehov på 16 MW, det tilsvarer ca 16 kW per innbygger. En Mars-koloni med 100 innbyggere vil med andre ord trenge minst 1,6 MW. Så må vi legge til energien som trengs for å bygge og drifte en koloni på Mars, og her viser anslag at det samlede behovet blir minst fire ganger høyere enn på Jorda. Kolonien vil med andre ord trenge 6 MW eller mer, og det meste av energibehovet vil være i form av varme (Mars er et kaldt sted!)

Solceller

Solceller er en ren energikilde som stadig blir billigere, har lang levetid og minimalt med vedlikehold. Men solceller er lite effektive i forhold til vekta, en ulempe for ting som skal fraktes hele den lange veien fra Jorda. I utgangspunktet er sollyset 40 % så sterkt som på Jorda, så 10 kvadratmeter for å generere en kilowatt på Jorda fordobles på Mars. En koloni på 100 personer som forbruker 6 MW trenger minst 120 000 m2 med solceller. Det tilsvarer 16 FIFA-godkjente fotballbaner. Antar vi en vekt på 10 kg per m2 blir er det 1200 tonn som skal løftes fra Jorda. Det tilsvarer 8 stappfulle BFR-skip.

Når Mars dekkes av støvstormer faller effektiviteten til solceller drastisk. Stormene kan vare i uker, av og til måneder.

I virkeligheten er behovet langt større, fordi vi her antar maksimal effektivitet. Dag og natt på Mars er omtrent like lange som på Jorda, i tillegg har planeten årstider som minner om våre (bortsett fra at de er dobbelt så lange). Kolonistene vil med andre ord få de samme problemene med natt og mørketid på Mars, og i tillegg kommer støvet  i atmosfæren. Når planeten innhylles i månedslange globale støvstormer, kan lyset dempes så mye at solcelledrevne romsonder må gå i dvale. Noe av dette kan avhjelpes med vindmøller, som normalt er ineffektive men som vil fungere i stormvær.

En støvstorm på Mars under utvikling, observert av NASA-marsbilen Opportunity i løpet av 30 Mars-dager (kalt sol) i 2007. Merk hvor mye mørkere himmelen blir.

Uansett kommer man ikke unna batterier hvis man skal bruke solceller. Et batteri i samme størrelseorden som det Tesla satte opp i Australia i 2017 ville gi en liten koloni nødvendig sikkerhet, men ville også være svært tungt og dyrt å frakte fra Jorda (basert på dagens litiumteknolog blir vekten omlag den samme som for solcellene). Når det er sagt: Batterier og paneler er hyllevare på Jorda, de blir stadig bedre og prisene er som sagt i fall. At en av de ledende aktørene i dette markedet er Elon Musk, som også driver SpaceX, åpner for interessante synergieffekter.

Kjernekraft

Kjernekraft er den andre energikilden vi har erfaring med i rommet. Kjernekraftverk er kompakte, leverer stabil strøm og påvirkes ikke av støv og mørketid. Forskningen på rombasert kjernekraft har lenge ligget i dvale, men nå er NASA i gang med å bygge og sertifisere det første nye kjernekraftverket av denne typen mange tiår. Det heter Kilopower og er som navnet antyder ment å produsere de titalls kilowatt med energi man forventer at de første marskolonistene trenger.

 

Konseptbilde av NASA-kjernekraftverket Kilopower
En konseptmodell av NASA-prosjektet Kilopower, som tar sikte på å utvikle en kompakt kjernereaktor basert på uran-235

Kraftverket er bruker uran-235 som enerkilde og er modulbasert, så når det trengs mer kraft sender man bare opp flere Kilopower-enheter. Kilopower designes for å være tilnærmet vedlikeholdsfrie og ekstremt driftssikre, men skulle uhellet være ute blir konsekvensene uansett små på Mars. Her finnes det ikke vann eller organismer som sprer radioaktiviteten, og heller ikke noe opprinnelig liv som skades. Brukt brensel behøver ikke å lagres lokalt, men kan isteden sendes inn i Sola fra et av romskipene som går i skytteltrafikk til Jorda.

Den største ulempen med kjernekraft er at den baserer seg på en ikke-lokal ressurs. Uran og andre radioaktive stoffer finnes på Mars, men antagelig spredt så tynt utover at det ikke lønner seg å utvinne det. En reaktor som er bygd for å levere 10 kW vil dessuten bare være nyttig i en startfase. Vår eksempelkoloni fra avsnittene over ville trenge 600 Kilopower-enheter for å dekke energibehovet sitt, det blir verken energi-eller kostnadseffektivt. Det forskes på minikraftverk i megawatt-klassen på Jorda, men hittil er ingen av dem tiltenkt bruk i rommet. Her gjenstår det mye forskning.

Eksterne kilder

NASA-studie av solceller på Mars (PDF)
Vitenskapelig artikkel om mulig olje og gass på Mars
Interessant artikkel om kompakte kjernekraftverk
NASAs Kilopower-prosjekt for kompakte kjernekraftverk i rommet
Grundigere artikkel om Kilopower-prosjektet
Et tentativt anslag for energibehovet til en Mars-koloni
Vindkraft på Mars er mulig under kraftige støvstormer

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket med *