Scritto: Sabato, 08 Ottobre 2022 07:00 Ultima modifica: Sabato, 08 Ottobre 2022 07:22

Energia solare dallo spazio: l'ESA ci sta pensando


Studi recenti finanziati dal programma Basic Activities dell'ESA mostrano che il concetto Space-Based Solar Power (SBSP) è teoricamente praticabile e potrebbe supportare il percorso di decarbonizzazione del settore energetico.

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Energia solare dallo spazio: l'ESA ci sta pensando
Crediti: Andreas Treuer

Per rispondere a tutte le incognite ancora alla base di questo progetto, l'Agenzia Spaziale Europea, ha proposto un programma di ricerca e sviluppo ad hoc, chiamato SOLARIS.

Il settore energetico europeo dovrà affrontare enormi sfide nei prossimi decenni se vorrà raggiungere l'obiettivo "emissioni zero" entro il 2050.
Il direttore dell'Agenzia Internazionale dell'Energia (AIE), Fatih Birol, scrivendo sul Financial Times, ha affermato: "Quasi la metà dei tagli alle emissioni necessari per portarci verso lo zero netto entro il 2050 potrebbe dover provenire da tecnologie che non sono ancora sul mercato". Oltre a dover aumentare massicciamente il solare e l'eolico a terra, che sono per loro stessa natura incostanti nel tempo, c'è un urgente bisogno di nuove fonti e di alimentazioni di riserva, attualmente fornite principalmente da combustibili fossili, idroelettrico e nucleare. Ad esempio, il Sole nello spazio non tramonta mai e la sua luce è sempre splendente e intensa, molto più intensa che sulla superficie terrestre. Per cui, si potrebbe raccogliere l'energia solare nello spazio e poi convogliarla sulla Terra. SOLARIS aiuterà a valutare se l'energia solare dallo spazio può essere considerata una fonte alternativa, insieme alla geotermia e più avanti, alla fusione nucleare.


Cos'è il "solare basato sullo spazio"

Questo non è un concetto nuovo ma recentemente in molti pensano possa diventare realtà. Alcuni paesi come Stati Uniti, Cina e Giappone stanno preparando dimostrazioni in orbita mentre il Regno Unito ha istituito la sua Space Energy Initiative per sviluppare l'energia solare dallo spazio e la Commissione Europea sta finanziando un progetto chiamato SOLSPACE che studia grandi riflettori leggeri che reindirizzano la luce solare verso i parchi solari.

L'idea dell'elettricità wireless risale a Nikola Tesla che, nel 1901, avviò il progetto della torre di Wardenclyffe a Long Island (New York), da dove, trasmettendo energia in forma di onde elettromagnetiche voleva portare la luce a chilometri di distanza. L'obiettivo era quella di distribuire elettricità gratis nel mondo, un'idea pericolosa e poco redditizia che anche oggi troverebbe non pochi ostacoli.

Alla fine degli anni '60 del secolo scorso, il pioniere Peter Glaser propose di costruire un grosso pannello di celle solari da mettere in orbita geosincrona per catturare la luce del Sole, convertirla in energia elettrica e trasmetterla sulla terra sotto forma di microonde. La tecnologia all'epoca esisteva già solo che nessuno aveva ancora pensato di usarla per un progetto così complesso dai costi esorbitanti. Ma il concetto non venne abbandonato e, a metà degli anni '70 , vennero sperimentate trasmissione wireless ad alta potenza tramite microonde nell'ordine di decine di kilowatt presso il Goldstone Deep Space Communications Complex della NASA. Le distanze erano nell'ordine di un chilometro con un'efficienza di conversione poco superiore al 50%.

Nell'ultimo decennio, i ricercatori hanno compiuto notevoli progressi nel campo dell'energia solare spaziale (SSP) e, forse, oggigiorno lo sforzo per renderla realtà dovrebbe essere più che mai rivalutato. Questa soluzione potrebbe essere una delle poche alternative che l'uomo ha a disposizione per abbandonare i combustibili fossili, mitigare il cambiamento climatico, senza abbandonare il proprio stile di vita affamato di energia.


Come funziona

I satelliti a energia solare in orbita geostazionaria raccoglierebbero la luce solare 24 ore su 24, 7 giorni su 7, quindi la convertirebbero in microonde a bassa densità di potenza per trasmetterla in sicurezza alle stazioni riceventi sulla Terra. Ma i satelliti dovrebbero essere molto grandi, nell'ordine di diversi chilometri si legge nel comunicato e, lo stesso vale per le "rectenne" che sulla superficie terrestre vengono usate per convertire direttamente le microonde in corrente continua. Tutto ciò richiederebbe ulteriori progressi in altri settori, come ad esempio, un assemblaggio robotico avanzato nello spazio, il fotovoltaico ad alta efficienza, l'elettronica ad alta potenza e così via.

Naturalmente, l'energia andrà persa ad ogni fase di conversione dell'energia nella catena pertanto, gran parte dell'energia raccolta in orbita andrà persa lungo il percorso. Tuttavia, gli studi dimostrano che finché le perdite aggregate non superano l'85-90%, l'apporto sulla Terra è ancora economicamente vantaggioso. Ma nelle FAQ, l'ESA dichiara che "per raggiungere il livello di efficienza finale richiesto (ovvero, circa il 10-15% della potenza che cade sui pannelli del satellite), sono necessari progressi significativi in ​​diverse tecnologie di conversione oltre lo stato attuale del arte".

 

Quindi, saremo bombardati dalle microonde?

Uno degli obiettivi di SOLARIS sarà intraprendere ulteriori ricerche per confermare gli effetti delle microonde a bassa potenza sulla salute umana e animale e la compatibilità con aerei e satelliti.

Allo stato attuale, il Comitato Scientifico della Commissione Europea sui Rischi per la Salute Emergenti e di Nuova Identificazione ha concluso che "i risultati dell'attuale ricerca scientifica mostrano che non vi sono evidenti effetti negativi sulla salute [dell'esposizione ai campi elettromagnetici] se l'esposizione rimane al di sotto dei livelli raccomandati dalla legislazione dell'UE". D'altra parte, le microonde a bassa potenza sono già intorno a noi. Sono ampiamente utilizzate nella tecnologia, per le reti mobili o il wi-fi ad esempio, mentre altre tecnologie utilizzano potenze anche più elevate, come i forni a microonde. Il solare basato sullo spazio utilizzerebbe le frequenze delle microonde per ottenere il trasferimento di potenza wireless sulla Terra. Ma queste sarebbero troppo basse per una stimolazione cellulare, dicono gli esperti.

L'ESA spiega che "gli attuali modelli SBSP hanno una densità di potenza massima al centro del raggio di circa 250 W/m2 (come punto di riferimento si hanno 1000 W/m2 al Sole stando all'equatore terrestre a mezzogiorno). La densità di potenza diminuirebbe notevolmente verso l'esterno del fascio, raggiungendo meno di 10 W/m2 sul bordo dello stesso. L'UE fissa il limite di esposizione sicura alle microonde a 50 W/m2; per cui l'accesso alla regione centrale del fascio nella stazione di terra sarebbe limitato (proprio come l'accesso è limitato alla maggior parte degli impianti energetici industriali)". SOLARIS, comunque, affronterà anche questo tema e esaminerà in dettaglio l'impatto sulla fauna e sulla flora localizzate intorno alla stazione di terra, o sulle specie avicole che attraversano il raggio.

Non solo. In ogni fase di conversione dell'energia, nel processo viene persa una parte di potenza, tipicamente sotto forma di calore. E comprendere come il fascio di energia interagirà con l'atmosfera è una delle incertezze tecniche che SOLARIS dovrebbe affrontate. Ma gli scienziati ritengono che l'influenza di una tale tecnologia sul clima terrestre sarebbe irrisoria. "Il Sole irradia continuamente circa 170.000 TW di potenza sulla Terra, di cui circa il 70% assorbito dall'atmosfera e dalla superficie e circa il 30% riflesso nello spazio. Anche se dovessimo schierare 1000 satelliti a energia solare, ciascuno dei quali trasmette 2 GW di potenza sulla Terra, ciò aggiungerebbe solo lo 0,001% di energia aggiuntiva in aggiunta all'irraggiamento solare. La stessa produzione solare varia di un fattore 100  o circa lo 0,1% nel suo ciclo di 11 anni".

"Questo è il tipo di domande tecniche che SOLARIS esaminerà per esplorare ulteriormente la fattibilità del concetto, in modo che l'Europa possa prendere una decisione informata nel 2025 sull'opportunità di procedere con un programma di energia solare dallo spazio in futuro", ha affermato Sanjay Vijendran, capofila del progetto per l'ESA. “Come ulteriore vantaggio, tutte le scoperte ottenute in queste aree saranno preziose di per sé, applicabili a molti altri sforzi di volo spaziale".
"L'errore che viene spesso commesso è confrontare il concetto con l'energia solare terrestre, quando in realtà il solare spaziale offre nuove caratteristiche come la potenza di carico di base che in realtà serve a completare piuttosto che competere con fonti intermittenti come il solare da terra e l'eolico. In questo senso potrebbero offrire in futuro un'opzione alternativa all'energia nucleare, dove gli studi dimostrano che la soluzione spaziale finisce per essere sorprendentemente competitiva".

Come una stella in cielo

Il solare basato sullo spazio potrebbe essere un nuovo motivo di preoccupazioni per gli astronomi che già devono fare i conti con l'inquinamento luminoso che si propaga dalle grandi metropoli e con le mega-costellazioni satellitari, come gli Starlink della SpaceX, già messi sotto accusa più volte.
"Un'installazione SBSP sufficientemente grande e completamente realizzata nell'ordine della generazione GW sarebbe probabilmente visibile, come una stella nel cielo notturno, grazie alle grandi schiere di pannelli solari fotovoltaici".
"Tuttavia, anche se una stazione SBSP sarebbe più grande di qualsiasi satellite attuale, la sua posizione in GEO (orbita geostazionaria ~ 36.000 km dalla Terra) la farebbe apparire molto piccola nel cielo. Ad esempio, la Stazione Spaziale Internazionale (ISS) è larga 108 metri e orbita a circa 400 km sopra la superficie terrestre; se la ISS fosse in GEO, dovrebbe essere larga circa 10 km per apparire della stessa dimensione sulla Terra come la vediamo ora". Ma ancora è presto per agitarsi, staremo a vedere.

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Elisabetta Bonora

Nella vita lavorativa mi occupo di web, marketing e comunicazione, digital marketing. Nel tempo libero sono un'incontenibile space enthusiast e mamma di Sofia Vega.
Mi occupo di divulgazione scientifica, attraverso questo web, collaborazioni con riviste del settore e l'image processing delle foto provenienti dalle missioni robotiche. Appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro. Nel 2019 è uscito il mio primo libro "Con la Cassini-Huygens nel sistema di Saturno" (segui su LinkedIn le mie attività professionali).
Amo le missioni robotiche inviate nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

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