Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. La pubblicazione ha contribuito all’articolo per le voci di esperti di Space.com: Op-Ed & Insights.
Amanda Jane Hughes, Docente, Dipartimento di Ingegneria Meccanica, dei Materiali e Aerospaziale, Università di Liverpool
Stefania Soldini, Docente di Ingegneria Aerospaziale, Università di Liverpool
Sembra fantascienza: gigantesche centrali solari che fluttuano nello spazio e che inviano enormi quantità di energia sulla Terra. E per molto tempo, il concetto – sviluppato per la prima volta dallo scienziato russo Konstantin Tsiolkovsky negli anni ’20 – è stato principalmente un’ispirazione per gli scrittori.
Un secolo dopo, tuttavia, gli scienziati stanno facendo enormi passi avanti nel trasformare il concetto in realtà. L’Agenzia Spaziale Europea ha capito il potenziale di questi sforzi e sta ora cercando di finanziare tali progetti, prevedendo che la prima risorsa industriale che otterremo dallo spazio sarà “l’energia irradiata”.
Il cambiamento climatico è la più grande sfida del nostro tempo, quindi la posta in gioco è alta. Dall’aumento delle temperature globali allo spostamento dei modelli meteorologici, gli impatti del cambiamento climatico si stanno già facendo sentire in tutto il mondo. Superare questa sfida richiederà cambiamenti radicali nel modo in cui generiamo e consumiamo energia.
Le tecnologie di energia rinnovabile si sono sviluppate drasticamente negli ultimi anni, con una migliore efficienza e un costo inferiore. Ma una grande barriera alla loro adozione è il fatto che non forniscono una fornitura costante di energia. I parchi eolici e solari producono energia solo quando il vento soffia o il sole splende – ma noi abbiamo bisogno di elettricità 24 ore su 24, ogni giorno. In definitiva, abbiamo bisogno di un modo per immagazzinare energia su larga scala prima di poter passare alle fonti rinnovabili.
Benefici dello spazio
Una possibile soluzione sarebbe quella di generare energia solare nello spazio. Ci sono molti vantaggi in questo senso. Una centrale solare spaziale potrebbe orbitare di fronte al Sole 24 ore al giorno. L’atmosfera terrestre inoltre assorbe e riflette parte della luce del Sole, quindi le celle solari sopra l’atmosfera riceveranno più luce solare e produrranno più energia.
Ma una delle sfide chiave da superare è come assemblare, lanciare e distribuire strutture così grandi. Una singola centrale solare potrebbe dover avere un’area di 10 chilometri quadrati – equivalente a 1.400 campi da calcio. L’uso di materiali leggeri sarà anche fondamentale, poiché la spesa maggiore sarà il costo del lancio della stazione nello spazio su un razzo.
Una soluzione proposta è quella di sviluppare uno sciame di migliaia di satelliti più piccoli che si uniranno e configureranno per formare un unico, grande generatore solare. Nel 2017, i ricercatori del California Institute of Technology hanno delineato i progetti per una centrale modulare, composta da migliaia di piastrelle di celle solari ultraleggere. Hanno anche dimostrato un prototipo di tegola che pesa solo 280 grammi per metro quadrato, simile al peso della carta.
Di recente, anche gli sviluppi nella produzione, come la stampa 3D, sono stati esaminati per questa applicazione. All’Università di Liverpool, stiamo esplorando nuove tecniche di produzione per stampare celle solari ultraleggere sulle vele solari. Una vela solare è una membrana pieghevole, leggera e altamente riflettente in grado di sfruttare l’effetto della pressione delle radiazioni del Sole per spingere un veicolo spaziale in avanti senza carburante. Stiamo esplorando come incorporare celle solari su strutture a vela solare per creare grandi centrali solari senza carburante.
Questi metodi ci permetterebbero di costruire le centrali nello spazio. Infatti, un giorno potrebbe essere possibile produrre e distribuire unità nello spazio dalla Stazione Spaziale Internazionale o dalla futura stazione gateway lunare che orbiterà intorno alla Luna. Tali dispositivi potrebbero infatti contribuire a fornire energia sulla Luna.
Le possibilità non finiscono qui. Mentre attualmente dipendiamo dai materiali provenienti dalla Terra per costruire le centrali elettriche, gli scienziati stanno anche considerando l’utilizzo di risorse dallo spazio per la produzione, come i materiali trovati sulla Luna.
Un’altra grande sfida sarà quella di far tornare l’energia sulla Terra. Il piano è quello di convertire l’elettricità dalle celle solari in onde di energia e utilizzare campi elettromagnetici per trasferirli ad un’antenna sulla superficie terrestre. L’antenna dovrebbe poi riconvertire le onde in elettricità. I ricercatori guidati dalla Japan Aerospace Exploration Agency hanno già sviluppato progetti e dimostrato un sistema orbitale che dovrebbe essere in grado di farlo.
C’è ancora molto lavoro da fare in questo campo, ma l’obiettivo è che le centrali solari nello spazio diventino una realtà nei prossimi decenni. I ricercatori in Cina hanno progettato un sistema chiamato Omega, che mirano ad avere operativo entro il 2050. Questo sistema dovrebbe essere in grado di fornire 2GW di potenza alla rete terrestre al massimo delle prestazioni, che è una quantità enorme. Per produrre tanta energia con i pannelli solari sulla Terra, ne servirebbero più di sei milioni.
Satelliti a energia solare più piccoli, come quelli progettati per alimentare i rover lunari, potrebbero essere operativi anche prima.
In tutto il mondo, la comunità scientifica sta impegnando tempo e sforzi per lo sviluppo di stazioni a energia solare nello spazio. La nostra speranza è che un giorno potrebbero essere uno strumento vitale nella nostra lotta contro il cambiamento climatico.
Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi l’articolo originale.
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