Energia solare spaziale: può funzionare?

CASSIOPeIA è un prototipo d’impianto solare spaziale sviluppato dalla International Electric Company del Regno Unito. Credit: International Electric Company

La trasmissione di energia solare dallo spazio era considerata fantascienza fino a pochi anni fa. Negli ultimi anni, le agenzie spaziali mondiali hanno avviato studi che stanno esaminano nel dettaglio la fattibilità di centrali elettriche orbitanti. Ma la domanda che ci si pone ultimamente è sempre la stessa: l’energia solare spaziale può funzionare?

Il galoppante riscaldamento globale

Questi progetti sarebbero difficili da realizzare, ma poiché i tentativi di frenare il cambiamento climatico continuano a fallire, tali sforzi potrebbero diventare vitali. Secondo il rapporto delle Nazioni Unite, il mondo è attualmente sulla buona strada per aumentare 2,5° C la temperatura media entro la fine del secolo. Stiamo parlando di 1° C sopra a soglia considerata sicura dalla comunità scientifica internazionale per evitare conseguenze disastrose.

Per limitare il riscaldamento globale vicino alla soglia di sicurezza, l’economia mondiale, dovrebbero ridurre l’emissioni di gas serra del 45% entro il 2030. Questo comporterebbe l’eliminazione graduale di molte tecnologie che consumano combustibili fossili, in un periodo molto breve di tempo. Una nazione come il Regno Unito avrebbe bisogno di almeno 30-40 gigawatt di energia sostenibile per eliminare tutta la produzione di energia da combustibili fossili. È esattamente l’equivalente di 30 nuove centrali nucleari che non sono possibili costruire in così poco tempo. 

Le centrali solari nello spazio, esposte alla luce solare costante senza nuvole o aria che limitano l’efficienza dei loro pannelli fotovoltaici, potrebbero avere un posto in questa futura infrastruttura priva di emissioni. Ma queste strutture, che irradiano energia sulla Terra sotto forma di microonde, sarebbero abbastanza difficili da costruire e mantenere. Ecco i principali pro e contro di questa tecnologia.

Pro dell’energia solare spaziale 

La tecnologia è meno complessa di quanto si pensa.
Ian Cash è un ingegnere britannico, il cui prototipo CASSIOPeiA Solar Power Satellite è stato adottato dal governo del Regno Unito come punto di partenza per un potenziale futuro dimostratore di una centrale solare spaziale. “Abbiamo tutto pronto dagli anni ’70, quando la NASA con il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha condotto uno studio su larga scala. L’energia solare spaziale può davvero funzionare. Conosciamo la fisica di base sin da quando abbiamo lanciato il primo satellite per comunicazioni in orbita geostazionaria. Abbiamo le ali solari, che sono rivolte verso il Sole ed il corpo del satellite, con una parabola o un’antenna phased array, che è rivolto verso la Terra.” Non resta che convertire l’energia solare in microonde ed inviarla a Terra.

Il CASSIOPeIA Solar Power Satellite dovrebbe essere costruito in orbita da robot.
Il CASSIOPeIA Solar Power Satellite dovrebbe essere costruito in orbita da robot. Credit: International Electric Company

Fornisce 13 volte l’energia di un identico impianto a terra.
Una centrale solare in orbita produrrebbe 13 volte più energia di un equivalente installazione a Terra. Le centrali solari spaziali produrrebbero GW di energia, eguagliando la produzione di elettricità delle centrali nucleari. Oggi, la più grande centrale solare del Regno Unito, produce appena 72,2 MW durante i periodi di massima insolazione. Solo i grandi impianti nei paesi più soleggiati, raggiungono il traguardo dei GW. Costruire queste centrali orbitanti avrebbe un prezzo enorme, tuttavia, l’impianto si ripagherebbe molto più velocemente di qualsiasi tecnologia rinnovabile presente sulla Terra.

Fornisce elettricità pulita 24h su 24, 7 giorni su 7. 
L’energia solare spaziale non soffre del principale inconveniente delle tecnologie di generazione di energia rinnovabile: la discontinuità. Nello spazio il Sole splende di continuo. Questo potere, alimenterebbe le reti elettriche terrestri a un ritmo costante senza i fastidiosi blackout o sovraccarichi improvvisi. Questa nuova produzione energetica quindi sostituirebbe le centrali elettriche che oggi vengono utilizzate per coprire il fabbisogno energetico quando il Sole non splende ed il vento non soffia.

È al sicuro da qualsiasi conflitto terrestre.
Il sabotaggio del Nord Stream nel Mar Baltico a Settembre 2022 ha dimostrato che, nell’instabilità geopolitica in cui viviamo, fare affidamento sull’energia dall’estero è poco conveniente. L’energia solare basata spaziale può funzionare al sicuro dai conflitti internazionali rispetto alle forniture di gas dalla Russia e più sicura anche dei tradizionali impianti solari qui sulla Terra. Abbattere una piattaforma in orbita geostazionaria è al di fuori delle attuali capacità della maggior parte degli stati. Inoltre, mentre l’interruzione delle condotte sottomarine in modo invisibile utilizzando sottomarini consente una negazione plausibile, un missile per distruggere un impianto solare spaziale sarebbe facilmente identificato.

Contro dell’energia solare spaziale

Una centrale solare spaziale dovrebbe essere molto più grande di qualsiasi costruita prima.
La centrale solare orbitante dovrà essere enorme. Il motivo principale delle dimensioni non è la quantità di energia, ma la necessità di concentrare le microonde in un raggio di dimensioni ragionevoli che potrebbe essere ricevuto a terra da una antenna di dimensioni ragionevoli. Queste antenne di messa a fuoco, ha detto Cash, dovrebbero essere larghe 1,6 chilometri. In ogni caso, la costruzione di una centrale solare spaziale richiederebbe centinaia di lanci di razzi e sistemi robotici avanzati in grado di mettere insieme nello spazio tutti i moduli. 

La conversione dell’elettricità in microonde e viceversa è ancora inefficiente.
Airbus, ha recentemente condotto una dimostrazione su piccola scala convertendo l’elettricità generata dai pannelli fotovoltaici in microonde e trasmettendola in modalità wireless a una stazione di ricezione a una distanza di 36 m. Uno dei maggiori ostacoli per il solare spaziale è l’efficienza del processo di conversione. Le microonde viaggiano attraverso l’atmosfera terrestre quasi indisturbate, perdendo appena il 5% della loro energia secondo i calcoli di Airbus. Ingenti quantità di energia, però, vengono perse in centrale e poi alla antenna quando l’elettricità prodotta dai pannelli fotovoltaici viene trasformata in microonde e poi di nuovo in energia elettrica.  

La società aerospaziale europea Airbus ha recentemente condotto una dimostrazione di trasmissione di energia wireless a terra che ha testato le tecnologie che potrebbero essere utilizzate per fornire energia solare spaziale in futuro.
La società aerospaziale europea Airbus ha recentemente condotto una dimostrazione di trasmissione di energia wireless a terra che ha testato le tecnologie che potrebbero essere utilizzate per fornire energia solare spaziale in futuro. Credit: Airbus)

La centrale spaziale potrebbe essere trasformata in un’arma di distruzione di massa.
Molti temono che le microonde generate nello spazio possano essere trasformati in armi di distruzione di massa e friggere gli esseri umani a terra con radiazioni invisibili. Se qualcuno volesse sviluppare un’arma del genere, potrebbe farlo. I raggi di microonde che trasportano l’energia solare spaziale, tuttavia, sarebbero progettati fin dall’inizio per essere sicuri. Quanto sia pericoloso il raggio per la salute umana, dipende dalla densità della potenza trasportata che potrebbe essere limitata sin dalla progettazione.

Verrebbe danneggiato dai micrometeoriti.
La vasta struttura orbitante di pannelli fotovoltaici piatti intrecciati sarebbe costantemente colpita da micrometeoriti, correndo il rischio non solo di subire danni sostanziali, ma anche di generare detriti spaziali. Gli ingegneri che progettano una possibile futura centrale solare spaziale dovrebbero certamente costruire la loro struttura tenendo presente questo costante afflusso di micrometeoroidi. Se si realizzando i pannelli con materiale più sottile possibile di natura polimerica, gli ingegneri possono quasi eliminare la generazione di detriti dai pannelli colpiti.

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