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¿Podría la energía solar espacial cambiar el mundo algún día?

Getty Images / Mmdi

La energía solar es un elemento básico en el repertorio de energía limpia de la humanidad. Extendimos masas de paneles que captan la luz del sol en los campos solares, y muchas personas alimentan sus hogares decorando sus techos con rectángulos reflectantes.

Pero hay una advertencia sobre esta maravillosa fuente de energía: los paneles solares no pueden recolectar energía por la noche. Para trabajar con la máxima eficiencia, necesitan tanta luz solar como sea posible. Entonces, para maximizar el rendimiento de estos captadores de sol, los investigadores están jugando con un plan para enviarlos a un lugar donde el sol nunca se pone: el espacio exterior.

En teoría, si un montón de paneles solares entraran en órbita, absorberían el sol incluso en los días más brumosos y las noches más oscuras, almacenando una enorme cantidad de energía. Si esa energía se transmitiera de forma inalámbrica a la Tierra, nuestro planeta podría respirar energía limpia renovable, 24 horas al día, 7 días a la semana.

Eso podría significativamente Reducir nuestra huella de carbono.

En el contexto de una crisis climática que empeora, el éxito de la energía solar espacial podría ser más importante que nunca. El estado del clima está en el centro de atención ahora mismo mientras los líderes mundiales se reúnen en Glasgow, Escocia, para la cumbre COP26, que ha sido llamada “la mejor última oportunidad del mundo” para controlar la crisis.

CNET Science destaca algunas estrategias futuristas destinadas a ayudar a los países a reducir las emisiones de carbono. Es posible que la tecnología de próxima generación, como la energía solar basada en el espacio por sí sola, no resuelva nuestros problemas climáticos, pero la innovación verde podría ser invaluable para los objetivos del Acuerdo de París de 2015: Limitar el calentamiento global a muy por debajo de los 2 grados Celsius (3.6 grados Fahrenheit) para el final. del siglo.

Un suministro ilimitado de energía renovable del sol podría ayudarnos a hacer precisamente eso.

De la ciencia ficción a la realidad

Durante décadas, la energía solar espacial ha vivido en la mente de los amantes de la ciencia ficción y los científicos por igual.

A principios de la década de 1900, el científico y matemático ruso Konstantin Tsiolkovsky estaba produciendo constantemente una serie de diseños futuristas que imaginaban la tecnología humana más allá de la Tierra. Es responsable de conjurar cosas como ascensores espaciales, cohetes orientables y, lo adivinaste, energía solar espacial.

Desde que Bell Labs inventó por primera vez el primer “panel solar” de hormigón en los años 50, los científicos internacionales han estado trabajando para hacer realidad la fantasía de ciencia ficción de Tsiolkovsky. Incluyen investigadores japoneses, el ejército de los Estados Unidos y un equipo del Instituto de Tecnología de California que encabeza el Proyecto de Energía Solar Espacial.

“[Space solar power] fue investigado extensamente a fines de la década de 1960 en la de 1970, una especie de época de auge del programa Apollo “, dijo Michael Kelzenberg, científico investigador principal del proyecto.

Desafortunadamente, debido al peso y al volumen de los materiales, la tecnología de la época no estaba lo suficientemente avanzada como para lograr la hazaña de manera rentable. Hubiera sido excepcionalmente difícil enviar paneles solares clásicos al espacio a través de un cohete sin romper el banco.

“La característica distintiva y definitoria del enfoque de Caltech es un enfoque en reducir la masa del componente de 10 a 100 veces”, dijo Harry Atwater, investigador principal del proyecto. “Esto es esencial para reducir tanto los costos de fabricación como los de lanzamiento para hacer que la energía solar espacial sea económica”.

Un prototipo estructural de los paneles solares más ligeros de Caltech.

Caltech / El proyecto de energía solar espacial

Un cielo lleno de paneles solares.

En lugar de emplear un cohete para transportar los paneles solares tradicionales al espacio, el equipo de Caltech aboga por un nuevo tipo de panel que sea más ligero, más compacto y plegable. Sugieren enviar a órbita una gran cantidad de estos mini paneles solares aireados que se asemejan a baldosas.

Cada teja individual tiene todo lo que necesita, como energía fotovoltaica, para recolectar energía solar. Cuando se conectan en el espacio, los pequeños cuadrados esencialmente hacen una mina gigante de energía renovable flotando alrededor de la Tierra.

Si bien el equipo ha estado buscando una variedad de compuestos para crear la estructura ultraligera ideal, algunos son en realidad menos efectivos en comparación con los paneles solares terrestres. Pero Kelzenberg señala que en el espacio, la “eficacia” adquiere un nuevo significado.

“El aumento en la efectividad realmente proviene del hecho de que al ponerlos en el espacio, reciben mucha luz solar intensa porque la luz solar no tiene que atravesar la atmósfera”, dijo. “También reciben luz solar, básicamente, las 24 horas del día”.

Cada pequeño panel solar es parte de algo mucho, mucho más grande.

Caltech / El proyecto de energía solar espacial

Cuando el sol brilla en estos paneles, absorberán haces de energía de corriente continua o CC. En el mecanismo del equipo, esa energía se traduce a frecuencias de radio. El siguiente paso es traer ese poder a la Tierra.

Eso sucederá, según el equipo, a través de la radiación de microondas. La energía de radiofrecuencia se transmitiría hacia nuestro planeta en áreas que recuerdan a los campos solares en el desierto. Pero en lugar de lo que son típicamente paneles solares, estas regiones contendrían receptores con antenas que recolectan la energía recolectada.

Es básicamente transferencia de energía inalámbrica, algo a lo que Nikola Tesla aludió a fines del siglo XIX.

El uso de dicha radiación, dice Kelzenberg, permite que el sistema funcione con lluvia, niebla, noche y tormentas suaves, solo con el riesgo de ser interrumpido por el clima más severo. Sin embargo, una pregunta que se plantea a menudo sobre los patrones de radiación inalámbrica es si afectaría negativamente a la vegetación u otras características del terreno.

Atwater dice que eso no es motivo de preocupación.

“La densidad de potencia recibida en la Tierra sería equivalente a la densidad de potencia de la luz solar en un día soleado”, explicó. “Y los sistemas de energía solar espacial pueden diseñarse para que sean intrínsecamente seguros en este sentido”.

Como precaución de seguridad adicional, Kelzenberg dice que se pueden tomar medidas familiares, como acordonar la zona del receptor. Las torres de telefonía móvil, que utilizan una forma similar de comunicación por ondas, hacen lo mismo.

Después de que los receptores instalados en la Tierra recuperan la energía en forma de radiofrecuencias, trabajan con una estación terrestre para convertirla nuevamente en energía de CC, que luego se transforma en energía de corriente alterna, o energía de CA, alimentada a la red pública, Atwater. dijo.

La transferencia de energía inalámbrica nos ayudará a brindarnos energía limpia las 24 horas del día, los 7 días de la semana.

Caltech / El proyecto de energía solar espacial

Es un proceso complejo, pero esa última parte, la alimentación de CA, es la electricidad vieja y regular que pasa por los enchufes de su casa para cargar su iPhone y darle vida a su computadora portátil. Voila.

Ilumina la Tierra, Scotty

“Nuestro primer vuelo espacial para demostrar la tecnología de componentes de energía solar espacial está ahora programado para fines de 2022, en una nave espacial comercial”, dijo Atwater.

Aunque el equipo no lanzará el negocio real, llevará a cabo un experimento que demostrará la viabilidad de las tecnologías a menor escala. Será una forma improvisada y más simple de la invención. Incluso enviarán una serie de células solares que nunca antes habían visto el vacío del espacio.

Pero un día, si la energía solar basada en el espacio se convierte en realidad, podría cambiar el mundo.

No solo ayudaría a alimentar áreas remotas y equilibrar la red eléctrica para evitar cortes, sino que también podría enviar energía a las operaciones mineras en otros planetas.

“La energía solar espacial se puede desplegar en áreas remotas de la Tierra donde no hay una red de servicios públicos existente; también podría usarse para generar energía de carga base en la Luna o Marte a través de un esquema similar de generación de energía orbital y transmisión a la superficie”, agregó. Atwater se lo explicó.

Lo más importante es que la energía que los humanos podrían generar a través de la energía solar las 24 horas del día, los 7 días de la semana, sería suficiente para satisfacer las crecientes demandas de nuestro planeta e incluso reemplazar la energía nuclear o de carbón. “Representa una fuente de energía de ‘carga base’ que está continuamente disponible, a diferencia de los paneles solares en la Tierra”, dijo Atwater.

Kelzenberg agregó: “Es por eso que creemos que puede desempeñar un papel importante para lograr una red eléctrica totalmente neutra en carbono en el futuro”.

Por supuesto, queda un largo camino por recorrer. Incluso si el experimento del equipo en 2022 tiene éxito, existen costos de fabricación a considerar, así como preguntas legales sobre la ocupación del espacio orbital (puede haber restricciones gubernamentales). Las preguntas sobre la viabilidad de reemplazar las redes eléctricas conocidas con plantas de energía solar espacial también permanecerán.

Pero al final de ese camino, podemos encontrar algo dorado.

“Creo que ciertamente podemos estar de acuerdo en que conseguir un panel solar barato y colocarlo en el suelo va a costar mucho menos que lanzar uno al espacio”, dijo Kelzenberg. “Pero la verdadera virtud de la energía solar espacial es la capacidad de suministrar energía solar, de día y de noche”.

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