Per quanto folle possa sembrare, la possibilità di lanciare parchi solari nello spazio sta diventando più scienza che finzione. A partire da questo giugno, l’Università di Cambridge è una delle otto istituzioni a ricevere finanziamenti dal concorso per l’innovazione nell’energia solare basata sullo spazio del governo britannico. Il concorso fa parte del Net Zero Innovation Portfolio, che stanzia finanziamenti per lo sviluppo di tecnologie e sistemi a basse emissioni di carbonio o rinnovabili al fine di realizzare l’obiettivo prefissato di emissioni nette zero entro il 2050.
Sebbene l’energia solare sia stata a lungo considerata una potenziale alternativa ai combustibili, diversi fattori hanno ostacolato la sua fattibilità nell’eclissare il combustibile a base di carbonio come principale fonte di energia. Per prima cosa, i pannelli solari sulla Terra, in particolare le celle residenziali, spesso funzionano con un’efficienza compresa tra il 17% e il 20%, con gli sviluppi recenti più avanzati che si avvicinano al 50%. Ciò è dovuto a una serie di fattori, tra cui non ultime le variazioni delle condizioni meteorologiche e le limitate ore diurne.
Nessuno di questi sarebbe un fattore nello spazio, dove un satellite in orbita geostazionaria a circa 36.000 km sopra la superficie terrestre potrebbe generare continuamente energia quasi 24 ore al giorno. Mentre la maggior parte degli impianti solari di medie dimensioni, che comprende tutti i parchi solari nel Regno Unito, limitano la produzione annuale in megawatt, gli impianti solari spaziali potrebbero facilmente gestire gigawatt: per il contesto, un gigawatt (GW) equivale a 1.000 megawatt, e una potenziale capacità di generazione annua di 10 GW rappresenterebbe ¼ del consumo netto di elettricità del Regno Unito. I parchi solari spaziali ridurrebbero inoltre notevolmente la quantità di terreno necessaria per generare energia solare, con il più grande parco solare del Regno Unito che occupa oltre 250 acri per una potenza massima di soli 72,2 megawatt.
“I parchi solari spaziali ridurrebbero notevolmente la quantità di terreno necessaria per generare energia solare”
Se considerati in questi termini, i parchi solari spaziali sembrano troppo belli per essere veri. La tecnologia non è però priva di svantaggi, primo fra tutti la longevità dell’hardware nello spazio, un ambiente che presenta problemi di accessibilità, nonché costi potenzialmente proibitivi, se si considerano potenziali riparazioni. È qui che entra in gioco la nuova ricerca di Cambridge.
In collaborazione con programmi dell’Università di Southampton e IQE PLC, una società britannica che si occupa di semiconduttori all’avanguardia, il Cavendish Laboratory di Cambridge sta sviluppando pannelli solari leggeri che non si deteriorano di fronte a livelli elevati di radiazione solare. Louise Hirst, professoressa di Fisica dei Materiali all’Università, e il suo team stanno attualmente lavorando alla produzione di dispositivi fotovoltaici a concentrazione – tecnologia solare che converte la luce in energia elettrica – che sono in grado di resistere al deterioramento causato dalle radiazioni grazie alla loro natura ultrasottile e l’implementazione della tecnologia integrata di gestione della luce.
Le celle solari ultrasottili resistono meglio alla degradazione rispetto alle loro controparti più spesse, poiché le particelle cariche che trasportano l’energia solare percorrono una distanza più breve attraverso la cella, offrendo meno opportunità alle particelle di colpire, e quindi degradare, la struttura cristallina del pannello solare. Sebbene le celle più sottili abbiano perdite di trasmissione più elevate, l’aggiunta di strutture interne di gestione della luce, come superfici strutturate e riflettenti all’interno della cella solare, aiuterebbe a ottimizzare la produzione di energia dei pannelli solari. Il team applicherà inoltre un rivestimento a pellicola sottile ai prototipi, consentendo al dispositivo di regolare la propria temperatura rilasciando il calore in eccesso nello spazio.
“La stessa scienza che riscalda il tuo ramen potrebbe trasportare gigawatt di energia solare dall’orbita alla superficie terrestre”
Il team del professor Hirst sta anche lavorando per ridurre al minimo i costi di questa nuova tecnologia, rendendo possibile quella che Hirst ha descritto in un comunicato stampa dell’Università come “una soluzione completa, tecnicamente fattibile, robusta e relativamente economica per generare energia dallo spazio”. La tendenza generale alla diminuzione dei costi di lancio di carichi pesanti in orbita ridurrà anche i costi di avvio dei parchi solari spaziali nei prossimi anni.
Il potenziale per la generazione di energia nello spazio sembra molto promettente. Ciò solleva però la domanda: come verrà trasportata questa energia sulla Terra? La risposta è, sorprendentemente, le microonde. Esatto: la stessa scienza che riscalda il tuo ramen potrebbe trasportare gigawatt di energia solare dall’orbita alla superficie terrestre. Proprio quest’anno, i ricercatori del Caltech hanno lanciato un prototipo di veicolo spaziale e hanno trasmesso con successo l’energia solare sulla Terra attraverso l’uso della tecnologia a microonde.
Per giustificare i costi dei parchi solari spaziali, questa tecnologia deve diventare altamente efficiente, piuttosto che semplicemente tecnologicamente fattibile, trattenendo una parte significativa dell’energia generata nel trasferimento. Questa tecnologia dovrà svilupparsi insieme ai pannelli leggeri di Hirst e del suo team per rendere l’energia solare spaziale una fonte fattibile di energia rinnovabile. La tecnologia potrebbe non essere pronta per il lancio domani, ma per una fonte di energia completamente rinnovabile 24 ore su 24, con un’impronta di carbonio minima o nulla qui sulla Terra? Siamo disposti ad aspettare.
