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01 nov 2023 - 1:30 p. m.

Energía solar espacial: qué tan viable sería esta fuente de generación

Investigadores de Caltech estudian esta posibilidad a través de un experimento en órbita que transmite energía de forma inalámbrica.

Luz solar (referencia)

Luz solar (referencia)

iStock

POR:
BLOOMBERG

Incluso para los estándares de la carrera espacial, la idea parecía audaz, tal vez un poco loca.

En 1968, antes de que el primer ser humano pisara la luna, un ingeniero que trabajaba en uno de los experimentos de la misión Apolo propuso una nueva forma de proporcionar energía al mundo.

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Las gigantescas plantas de energía solar en órbita podrían absorber la luz solar constante en el espacio (sin obstáculos por las nubes, la noche o las estaciones) y transmitirla de regreso a la Tierra, escribió Peter Glaser en la revista Science. Solo la fusión solar, y tal vez nuclear basada en el espacio, tenía el potencial de reemplazar algún día a los combustibles fósiles como principal fuente de energía de la civilización, y la fusión estaba tan lejos que Glaser la descartó como "el sueño de los físicos".

En mayo de este año, un grupo de investigadores acurrucados en un tejado en Pasadena, California, recibieron un pitido de energía de un experimento que pasaba a gran altura. Diseñado en el Instituto de Tecnología de California y lanzado en un cohete SpaceX en enero, el experimento transfirió energía de forma inalámbrica, cambió la dirección del haz sin partes móviles y luego lo apuntó a la Tierra. 

Este es uno de los tres experimentos de Caltech, agrupados en un solo satélite, que ahora prueban componentes clave de un sistema solar espacial. El sueño de Glaser se está acercando cada vez más a la realidad.

"Cuando pensé en esto por primera vez, me pareció absurdo", señaló el profesor de Caltech Harry Atwater, líder del Proyecto de Energía Solar Espacial de la escuela. "Pero luego comencé a pensar, y eso me carcomía y no podía dejarlo ir". 

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Atwater es parte de una nueva generación de ingenieros, impulsados por el cambio climático y armados con tecnologías que apuestan a que finalmente ha llegado el momento de la energía solar espacial.

Las células solares de película delgada y los materiales de construcción de fibra de carbono han reducido el peso potencial de las plantas en órbita, y las compañías de lanzamiento privadas como SpaceX han reducido el costo de llevarlas al espacio. La construcción no requeriría astronautas altamente capacitados trabajando con trajes y los componentes de la planta almacenados para el lanzamiento podrían desplegarse en el espacio.

En 2020, el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. utilizó el avión espacial militar X-37B para lanzar un dispositivo que convierte la energía solar directamente en microondas, un componente básico para futuras plantas de energía en órbita.

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La Agencia Espacial Europea tiene su propio programa solar espacial, aunque aún faltan años para realizar experimentos orbitales, al igual que China, Japón y el Reino Unido.

Sol

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Nikolai Joseph, analista de la NASA, dijo el año pasado que la agencia volvería a examinar la viabilidad de la idea, pero hasta ahora la histórica organización no parece estar involucrada activamente en la carrera.

Sin embargo, crear una red de plantas solares en órbita sigue siendo una tarea de enormes proporciones, no solo para diseñar las plantas, sino también para demostrar que pueden tener sentido económico. Los obstáculos que han paralizado la energía solar espacial en el pasado no son solo técnicos, sino también financieros.

"Nadie ha demostrado que alguno de los desafíos no pueda resolverse", afirma Sanjay Vijendran, líder de la iniciativa Solaris de la Agencia Espacial Europea (ESA). "No hay obstáculos. Por supuesto, hay enormes desafíos. Pero tenemos que comenzar en algún momento. No tenemos una década que perder".

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Un informe de Frazer-Nash Consultancy para el gobierno del Reino Unido en 2021 encontró que la energía solar espacial algún día podría tener un costo de energía nivelado (que incluye costos de capital y operaciones) de PS35 a PS79 ($43 a $96) por megavatio-hora, tras un programa de desarrollo de 18 años. Esto parece optimista, considerando que BloombergNEF dice que un nuevo parque eólico estadounidense con baterías de respaldo (tecnologías probadas y frecuentemente implementadas) tendrá un costo nivelado de $63 a $103 por MWh.

Quienes buscan energía solar basada en el espacio entienden que se trata de uno de esos avances largamente buscados que siempre parecen estar a una década de distancia.

Para generar una cantidad significativa de energía, las plantas tendrían que ser mucho más grandes que cualquier objeto que los humanos hayan puesto en órbita hasta la fecha. Estas podrían resultar dañadas por micrometeoritos o basura espacial, y tendrían que superar la pérdida inherente de energía que implica la transmisión de energía por microondas (el método más probable, porque las microondas perforan las nubes). La idea básica se remonta incluso a Glaser.

El autor Isaac Asimov ambientó su cuento de 1941 'Reason' a bordo de una estación espacial que absorbe la energía del sol y la transmite a una Tierra distante, aunque la tecnología que utiliza la estación nunca se explica detalladamente. El colega de Atwater, Ali Hajimiri, encontró una traducción de la historia mientras crecía en Irán. "Estuve expuesto a eso desde una edad temprana", dice. "Para mí era más bien del ámbito de la ciencia ficción". 

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El promotor inmobiliario multimillonario Donald Bren, miembro del consejo administrativo de Caltech, leyó sobre la energía solar espacial en la revista Popular Science y en 2011 discutió la creación de un programa de investigación con el presidente de la escuela. Desde entonces, él y su esposa, Brigitte, también fideicomisaria, han donado más de 100 millones de dólares a esta iniciativa.

La escuela contó con Atwater, un veterano de varias nuevas empresas de energía solar, y Hajimiri, que se especializa en circuitos integrados y transferencia inalámbrica de energía. Sergio Pellegrino, cuyos intereses incluyen estructuras ligeras, completó el equipo.

Decidieron que el enfoque que habían adoptado en el pasado los defensores de la energía solar basada en el espacio no funcionaría. Su alternativa es radicalmente diferente, algo que Hajimiri describe como pasar de un elefante a un ejército de hormigas.

En lugar de una enorme estructura sólida en el espacio, cada una de las plantas de energía de Caltech serían una flota de paneles solares separados, parecidos a cometas, orbitando en formación. Cada conjunto se lanzaría plegado y luego se desplegaría en órbita. Pequeños propulsores lo mantendrían en posición con respecto al resto. Juntos, formarían una sola planta que podría tener un kilómetro de ancho, pero sin ninguna estructura física que los vincule.

Paneles solares

Paneles solares

iStock

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Los conceptos solares espaciales anteriores imaginaban plantas irradiando energía a través de un gran plato de microondas. En la versión de Caltech, los transmisores ubicados en todos los conjuntos transmitirían su energía juntos, haciendo uso de interferencias constructivas y destructivas para dirigir la energía precisamente donde se desea.

Esa energía sería recolectada en el suelo por un receptor de un kilómetro de ancho hecho de malla de alambre que Atwater compara con alambre de gallinero. Y la planta en órbita podría cambiar fácilmente hacia dónde irradia su energía. Podría abastecer una zona de desastre o una zona de guerra donde la red eléctrica hubiera quedado cortada. "De hecho, puedes tener una estructura similar a una alfombra que puedes abrir y convertir en tu estación receptora", dice Hajimiri.

Es difícil hablar de este paso final de la energía solar espacial (es decir, de transmitir la energía) sin evocar imágenes de un rayo mortal. ¿Qué pasaría con los pájaros o los aviones que atravesaran los rayos? El equipo de Caltech dice que la densidad de potencia del haz sería comparable a la densidad de potencia de la luz solar. "Se podría caminar bajo el haz y correr más peligro de sufrir quemaduras solares que el propio haz de microondas", dice Atwater. "Así que eso tiende a sufragar lo que la gente llama el problema del 'pájaro fumador'". Sin embargo, convencer al público de la seguridad del sistema podría resultar un desafío.

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Por ahora, el equipo está tomando datos de sus experimentos en órbita. Además del experimento de transmisión de energía, otro probará cómo se despliega una versión a pequeña escala de una matriz, y un tercero verá cómo diferentes materiales fotovoltaicos se comportan sin protección en el duro entorno del espacio. 

Aún falta una década para lograr un sistema a gran escala, dice Hajimiri. Pero los defensores de la energía solar espacial insisten en que la idea puede funcionar, si la sociedad tiene la voluntad de llevarla a cabo. "Existe una gran oportunidad y la gente simplemente tiene que cambiar la mentalidad de que la energía es algo que tiene que ser terrestre", afirma Vijendran de la ESA. "Hay un recurso ahí arriba que no hemos aprovechado".

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