Ultimo sussulto per i combustibili fossili

L’idea di trasmettere energia solare sulla Terra da parchi solari orbitanti è allettante. I progetti solari spaziali potrebbero fornire kilowatt puliti 24 ore su 24, 7 giorni su 7, ovunque sulla Terra, in qualsiasi momento, indipendentemente dal tempo, se si realizzano. Tuttavia, gli elementi tecnologici stanno cominciando ad andare al loro posto, e anche la motivazione economica sta iniziando a materializzarsi.

Ridurre il costo dei pannelli solari spaziali

Le celle solari, ovviamente, non sono una novità nel campo spaziale. La NASA ha lanciato il primo satellite a energia solare nel 1958 e da allora l’energia solare è stata un appuntamento fisso nell’esplorazione spaziale.

La questione chiave per i sistemi fotovoltaici in orbita è il costo dei pannelli solari. I pannelli solari ad alta tecnologia utilizzati nelle applicazioni spaziali sono costosi, e anche il loro lancio nello spazio è costoso. Tali costi devono diminuire prima che i pannelli fotovoltaici in orbita possano competere con le loro controparti sulla Terra.

La barriera dei costi sta cominciando a cadere man mano che i ricercatori sviluppano nuove celle solari per applicazioni spaziali. Un nuovo sviluppo si è verificato nel CleanTechnica radar il 24 ottobre, quando le Università del Surrey e di Swansea hanno riferito di uno studio a lungo termine, primo nel suo genere, di un pannello solare su un satellite.

“I risultati potrebbero aprire la strada a parchi solari nello spazio commercialmente validi”, ha osservato l’Università del Surrey.

L’array è stato costruito da un team con sede presso il Centro per la ricerca sull’energia solare di Swansea, assistito da ingegneri in formazione dell’Agenzia spaziale algerina. È stato progettato specificamente allo scopo di valutare la fattibilità economica dell’installazione di impianti fotovoltaici in orbita.

Il lavoro prevedeva lo sviluppo di una nuova cella solare a film sottile al tellururo di cadmio (CdTe) depositata su un sottile strato di vetro. Le celle solari a film sottile sono più leggere, più flessibili e meno costose da produrre rispetto alle tradizionali celle solari in silicio.

Inoltre, i pannelli di vetro ultrasottili possono essere posizionati con una manovra di “roll-out” relativamente semplice.

Lo studio ha raccolto cinque anni di dati di volo per quattro celle prototipo. Le cellule a strati sottili non hanno mostrato segni di desquamazione o delaminazione durante il volo di 30.000 orbite, che è stato un test chiave. Anche gli impianti elettrici hanno retto bene.

“I risultati aiutano a rafforzare le argomentazioni a favore di un ulteriore sviluppo di questa tecnologia per applicazioni spaziali”, ha concluso il team.

I prossimi passi includono la creazione di nuovi materiali di contatto posteriore per contribuire a garantire la perdita di efficienza di conversione solare nel tempo, che apparentemente è stata l’unica grande sfida incontrata durante il volo.

Ridurre il costo dei lanci di razzi

Nel frattempo, l’Agenzia spaziale europea ha condotto analisi costi-benefici attraverso il suo programma solare spaziale SOLARIS.

Il guadagno potrebbe essere enorme. “La luce solare è in media più di dieci volte più intensa nella parte superiore dell’atmosfera che sulla superficie della Terra”, spiega l’ESA, “E su un’orbita sufficientemente alta la luce solare sarebbe disponibile su base continua, per cattura tutta la luce solare disponibile, che può essere trasmessa alle stazioni riceventi in tutto il pianeta, ovunque sia necessario.

Tuttavia, portare tutta quell’attrezzatura nello spazio è una sfida. L’ESA stima che un parco solare economico nello spazio dovrebbe raggiungere una dimensione di almeno un chilometro di diametro. Ciò comporterebbe molti lanci di razzi.

L’ESA osserva che la Stazione Spaziale Internazionale ha richiesto dozzine di lanci per essere costruita, e una stazione solare spaziale richiederebbe “un ordine di grandezza in più”.

Questa è la brutta notizia. La buona notizia è che i costi di lancio sono diminuiti da quando è iniziata seriamente la costruzione della Stazione Spaziale Internazionale, nel 1998. L’estate scorsa la NASA ha anche preso in giro l’idea di produrre celle solari sulla Luna, che potrebbe in qualche modo entrare in gioco. Se hai qualche idea a riguardo, lasciaci una nota nel thread dei commenti.

Cattive notizie per il nucleare

Un altro aspetto economico del solare spaziale è l’attrattiva di evitare i costi di nuovi grandi progetti di trasmissione di elettricità sulla Terra. Come dimostrato dalla recente esperienza negli Stati Uniti, i nuovi progetti di trasmissione interstatale possono richiedere anni per decollare, se non mai.

L’ESA rafforza anche la causa economica posizionando i parchi solari spaziali come alternativa a un’altra risorsa a emissioni zero 24 ore su 24, 7 giorni su 7, l’energia nucleare.

“Un singolo satellite di energia solare della scala prevista genererebbe circa 2 gigawatt di energia, equivalenti a una centrale nucleare convenzionale, in grado di alimentare più di un milione di case”, osserva l’ESA.

Questa non è una buona notizia per i fan dell’energia nucleare qui negli Stati Uniti, dove la tecnologia nucleare è ancora messa in secondo piano a causa del disastro della centrale nucleare di Three Mile Island del 1979 in Pennsylvania. Un nuovo impianto da 2 gigawatt avrebbe difficoltà a trovare una casa ovunque negli Stati Uniti senza un lungo e costoso lavoro attraverso ostacoli di autorizzazione e ricorsi in tribunale.

Nonostante la sua popolarità in altre parti del mondo, l’energia nucleare ha faticato a competere con le abbondanti risorse energetiche rinnovabili degli Stati Uniti (vedi altro CleanTechnica copertura sull’energia nucleare qui). Ora ecco che arriva lo spazio solare con un altro giro di coltello.

Solo tre nuovi reattori nucleari sono in fase di completamento o quasi negli Stati Uniti dall’inizio del secolo. Uno di questi ha iniziato la costruzione nel 1972. Gli altri due sono iniziati nel 2009 e sono arrivati ​​al traguardo trascinando miliardi di costi in eccesso. Tutti e tre sono componenti aggiuntivi delle centrali nucleari esistenti.

Spazio solare: come arrivare da lì a qui

Per quanto riguarda come portare l’elettricità da un impianto solare spaziale sulla Terra, è facile. Come descritto dall’ESA, la tecnologia di base per la trasmissione wireless è già operativa.

Il diavolo, però, è nei dettagli. CleanTechnica tiene sotto controllo la ricerca solare spaziale negli Stati Uniti dal 2013, quando abbiamo preso nota di una presentazione organizzata dalla National Space Society. All’epoca l’idea sembrava inverosimile, ma nel 2014 abbiamo notato che la Marina degli Stati Uniti stava tenendo d’occhio l’energia solare spaziale nei suoi sforzi per ridurre i combustibili fossili.

Nel 2015, Northrop Grumman aveva anche interesse a sviluppare la tecnologia per i parchi solari spaziali. Si sono impegnati in una partnership con il Jet Propulsion Laboratory della NASA attraverso CalTech, che gestisce la struttura. L’Air Force ha anche identificato l’energia solare spaziale come una tecnologia energetica chiave per i combattenti del futuro, quindi non sorprende trovare Northrup Grumman in collaborazione con l’US Air Force Research Laboratory per accelerare l’industria solare spaziale.

Un altro pezzo del puzzle è arrivato dal Laboratorio di ricerca navale degli Stati Uniti nel 2020, con un aggiornamento su una soluzione per ridurre le dimensioni e il peso delle celle solari per i parchi solari spaziali. Le nuove celle sarebbero integrate con un sistema di conversione solare e un’antenna, che consentirebbe loro di trasferire l’energia solare in un segnale radio e trasmetterlo sulla terra.

Le ultime notizie dal CalTech riguardano un test riuscito di trasmissione wireless da un impianto solare spaziale alla Terra all’inizio di quest’anno. La scorsa settimana sono emersi anche rapporti secondo cui gli scienziati del CalTech stanno lavorando a un sistema autoassemblante per i parchi solari nello spazio, quindi rimanete sintonizzati per ulteriori informazioni al riguardo.

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Immagine: Il programma europeo di ricerca solare spaziale SOLARIS sta creando un caso economico per l’invio di parchi solari in orbita attorno alla Terra (immagine per gentile concessione dell’ESA).