Il Regno Unito sta prendendo sul serio la produzione di energia solare dallo spazio. Il paese vuole realizzare una centrale solare spaziale e crede di poter avere un dimostratore in orbita entro il 2035. Oltre 50 organizzazioni tecnologiche britanniche, tra cui pesi massimi come il produttore aerospaziale Airbus, l’Università di Cambridge e il produttore di satelliti SSTL, hanno aderito alla Space Energy Initiative (SEI) (rif.). Instituita lo scorso anno, ha lo scopo di esplorare tutte le opzioni per lo sviluppo di una centrale solare spaziale.
E’ chiaro che trasmettere elettricità dallo spazio, utilizzando il sole, potrebbe aiutare a raggiungere l’obiettivo di zero emissioni di gas serra entro il 2050 in modo più conveniente rispetto a molte tecnologie esistenti. L’obbligo di azzerare le emissioni di carbonio entro la metà del secolo, fa parte degli sforzi globali per fermare il progresso del cambiamento climatico, delineati al vertice COP 26 delle Nazioni Unite svoltosi a Glasgow nel novembre 2021.
Il progetto CASSIOPeiA
Intervenendo alla conferenza Toward a Space Enabled Net-Zero Earth tenutasi a Londra, il presidente di SEI, Martin Soltau, ha affermato che la tecnologia necessaria per una centrale solare spaziale esiste già. La vera sfida sono la portata e le dimensioni di un tale progetto. La Space Energy Initiative basa i suoi piani su un ampio studio di ingegneria condotto dalla società di consulenza Frazer-Nash e commissionato dal governo del Regno Unito lo scorso anno.
“Lo studio ha concluso che questo è tecnicamente fattibile e non richiede innovazioni nelle leggi della fisica, nei nuovi materiali o nella tecnologia dei componenti”, ha detto Soltau. La SEI ha stabilito un piano di sviluppo di 12 anni che potrebbe vedere una centrale elettrica dimostrativa, assemblata da robot in orbita. Quest’ultima trasmetterebbe gigawatt di energia dallo spazio alla Terra già nel 2035.
La filosofia scelta da SEI è di tipo modulare chiamato CASSIOPeiA (Constant Aperture, Solid-State, Integrated, Orbital Phased Array), sviluppato dalla società di ingegneria britannica International Electric Company. La natura modulare della centrale elettrica in orbita significa, che potrebbe essere ampliata dopo la fase di dimostrazione. Lo stesso dimostratore, sarebbe tuttavia enorme, largo diversi km, e richiederebbe 300 lanci di un razzo delle dimensioni di Starship per essere portato in orbita. Orbiterebbe a 36.000 km sopra il nostro pianeta, con una visione costante del sole e della Terra.
Il funzionamento della centrale solare spaziale
“Le funzioni principali del satellite sono raccogliere l’energia solare tramite specchi grandi e leggeri e concentrare l’ottica su celle fotovoltaiche, proprio come facciamo sulla Terra”, ha affermato Soltau. “L’elettricità in corrente continua, viene poi convertita in microonde tramite amplificatori di potenza a radiofrequenza a stato solido e trasmessa in un raggio di microonde coerente fino ad un punto sulla Terra“.
In questo modo CASSIOPeiA produrrebbe molta più elettricità di qualsiasi centrale solare terrestre di dimensioni simili. Rispetto a un pannello solare posizionato sulla Terra nel Regno Unito, un pannello solare identico nello spazio raccoglierebbe oltre 13 volte più energia. Inoltre, una centrale solare spaziale non soffrirebbe del problema dell’intermittenza, che affligge la maggior parte della produzione di energia rinnovabile sulla Terra. Il sole non splende sempre sul nostro pianeta e il vento non soffia costantemente. Ciò significa che devono essere presenti generatori di elettricità alternativi o accumulatori di batterie per prevenire blackout in condizioni meteorologiche sfavorevoli. Lo spazio al contrario, fornirebbe una potenza costante.
“La tecnologia di accumulo di energia non esiste ancora al giusto prezzo e scala”, ha affermato Soltau. “Abbiamo bisogno di altre tecnologie, perché non abbiamo molti piani alternativi. L’obiettivo zero emissioni sarà molto difficile e l’energia solare basata sullo spazio può offrire un’opzione interessante”. Il Regno Unito copre oltre il 40% del suo attuale fabbisogno di elettricità con le rinnovabili. La domanda di energia pulita però è destinata a triplicare nei prossimi tre decenni, poiché le infrastrutture di trasporto e riscaldamento sono ancora dipendenti dai combustibili fossili.
L’affiancamento alle rinnovabili
Per soddisfare tale domanda con i parchi eolici offshore, la tecnologia rinnovabile che attualmente fornisce il maggior contributo al mix energetico del Regno Unito, richiederebbe “una fascia di turbine larga 10 chilometri attorno all’intera costa continentale della Gran Bretagna”, secondo a Soltau. Al contrario l’impronta dell’infrastruttura terrestre necessaria per la centrale solare in orbita sarebbe molto più piccola.
Per ricevere l’energia dallo spazio, il sistema avrebbe bisogno di una gigantesca antenna terrestre, soprannominata Rectenna. Questa antenna riceve la radiazione a microonde inviata dallo spazio e la converte in corrente continua, che viene utilizzata per la trasmissione ad alta tensione. “La rectenna è come una grande rete aperta con piccole antenne a dipolo e dovrebbe avere una dimensione di 7 x 13 chilometri. È molto grande, ma nel contesto del Regno Unito occuperebbe solo il 40% circa dell’area di un parco solare equivalente” afferma Soltau.
Intervenendo alla stessa conferenza, Andrew Ross Wilson, ricercatore di ingegneria aerospaziale presso l’Università di Strathclyde in Scozia, è d’accordo con Soltau. “Il concetto esiste dagli anni ’60”, ha affermato, aggiungendo che tra le sfide per far funzionare un impianto del genere c’è la domanda su cosa accadrebbe con la struttura gigante dopo che avrà raggiunto la fine del suo ciclo di vita. “Dobbiamo provare a guardare al riciclaggio in orbita per andare effettivamente verso un’economia più circolare”, ha concluso Wilson.
Il pubblico potrebbe essere preoccupato per la potenziale radiazione di questa elettricità trasmessa, ma secondo Ross il rischio è trascurabile. “È più probabile che tu riceva più radiazioni dal telefono in tasca di quanto faresti se fossi sotto uno dei raggi”, ha detto Soltau. L’energia solare basata sullo spazio è già ora presente nella strategia spaziale delgi UK. Il governo ha stanziato 3 milioni di sterline iniziali per lo sviluppo di alcune delle tecnologie di base come parte del portafoglio di innovazione ad impatto zero.
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