I progressi nella tecnologia solare rendono plausibili le soluzioni spaziali

Da parecchio tempo ormai sono in corso ricerche approfondite sui modi per catturarli e utilizzarli energia solare spaziale è in corso. Scienziati ed esperti di tecnologia ritengono che l’energia solare proveniente dallo spazio potrebbe essere un’aggiunta efficiente all’insieme disponibile di fonti energetiche sostenibili. 

Funzionalmente, l’impianto avrebbe pannelli di raccolta e raccolta dell’energia a livelli orbitali, che restituiranno l’energia solare alle loro controparti riceventi posizionate sul pianeta Terra. E poiché coinvolge lo spazio, il pianeta Terra e la via di trasmissione tra questi due punti, deve essere costituito da soluzioni tecnologiche sofisticate. 

È promettente che i progressi raggiunti nella tecnologia solare in tutto il mondo abbiano reso plausibile la produzione di energia solare dallo spazio. Ma prima di approfondirli, diamo una rapida occhiata a cosa significano le soluzioni di energia solare basate sullo spazio e quali sono i loro vantaggi. 

Energia solare spaziale e suoi vantaggi

Secondo i dati presentati dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, ogni ora sulla Terra riceviamo più energia solare di quella che possiamo utilizzare in un anno. Quasi il 30% di questa energia ritorna nello spazio, inutilizzata, attraverso l’atmosfera. Questa energia può essere catturata e utilizzata in modo efficiente se riusciamo a mettere in atto robusti meccanismi di energia solare basati sullo spazio. 

In questo sistema, i pannelli solari satellitari possono catturare e trasmettere più energia di quella catturata dai pannelli solari posizionati sulla superficie terrestre. Si comportano meglio grazie ai vantaggi che hanno nell'essere nello spazio. Secondo la descrizione della DEA, questi: 

“I satelliti che trasmettono energia, dotati di pannelli solari, raccolgono la radiazione solare ininterrotta e ad alta intensità”. 

L'approvvigionamento è ininterrotto perché, nello spazio, non ci sono nuvole e non c'è notte. 

La tecnologia prevede l’implementazione di specchi giganti che riflettono enormi quantità di raggi solari su collettori solari più piccoli in modo che possano essere trasmessi in modalità wireless sulla Terra in modo sicuro e controllato come un raggio a microonde o laser. 

Poiché questo processo coinvolge una tecnologia sofisticata, attrae soluzioni innovative da tutto il mondo. La NASA ha ora ha pubblicato un rapporto sull’energia solare basata sullo spazio dotarsi delle 'informazioni necessarie per determinare come sostenere lo sviluppo di questo campo di ricerca'.

Il rapporto cerca di valutare i parametri che avrebbero un ruolo cruciale da svolgere nel rendere l’energia solare spaziale un’opzione competitiva, dove l’obiettivo finale sarebbe quello di raggiungere emissioni nette di gas serra pari a zero. 

Alcuni colli di bottiglia tecnologici che la NASA ha identificato su cui possono lavorare ricercatori e tecnologi attivi in ​​questo campo sono i seguenti:

• Dovrebbero trovare il modo di assemblare e mantenere in orbita sistemi di grandi dimensioni.
• Sarebbe necessaria una ricerca per far sì che questi sistemi funzionino in modo autonomo e dispongano di efficienti raggi di potenza per portare l’energia raccolta sulla Terra. 
• Il rapporto della NASA sottolinea inoltre che prima di mettere in uso sistemi di energia solare basati sullo spazio, è importante affrontare i costi di lancio e costruzione. Questo perché inviare tutto quel materiale nello spazio richiederebbe molte missioni continue per trasportare l’infrastruttura in orbita.

Il rapporto della NASA ritiene che i sistemi di energia solare spaziali potrebbero diventare pienamente produttivi e operativi entro il 2050. Attraverso il rapporto, sono venuti alla luce alcuni dei progressi fondamentali compiuti in questo campo. Ad esempio, ci ha ricordato gli scienziati della JAXA che hanno dimostrato che era possibile trasmettere energia in modalità wireless con precisione come le microonde su una distanza notevole per trasformarla infine in elettricità utilizzabile. 

Portando avanti l’essenza di questo risultato, gli scienziati del Caltech, nel marzo 2023, hanno ideato lo Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1) come il primo veicolo spaziale a trasmettere in modalità wireless l’energia solare raccolta nello spazio sulla Terra.

La NASA ha anche offerto alcune stime sulla fattibilità economica dell’energia solare spaziale. Alcuni degli esperti strettamente legati a quest’area da molto tempo hanno contestato anche quelle stime. Tuttavia, quasi nessuno ha negato i benefici che questo sistema di generazione di energia promette di offrire. Potrebbe aiutare nei soccorsi in caso di catastrofe, alimentare sensori remoti e rimuovere i colli di bottiglia esistenti del nostro tradizionale sistema di produzione di energia e della sua catena di approvvigionamento. 

Considerando i suoi vantaggi, i governi nazionali di tutti i paesi sviluppati hanno iniziato a investire in esso. Anche le grandi entità commerciali che hanno le risorse per investire, come Airbus e Northrop Grumman, hanno lavorato incessantemente su questo fronte. 

Esamineremo ora alcuni dei loro risultati nei segmenti a venire. Tuttavia, è necessario tenere presente che si tratta di uno spazio in evoluzione e molti degli sforzi sono ancora nella fase di prototipazione.

#1. Trasmissione di potenza dell'Airbus

Una delle principali aziende che lavora per far progredire la tecnologia solare per rendere possibili soluzioni spaziali è Airbus. La sua tecnologia Power Beaming, sviluppata dai dipartimenti Central Research & Technology e Blue Sky dell'azienda, ha fornito dimostrazioni credibili di come ciò potrebbe rappresentare un punto di svolta nella scena della tecnologia solare spaziale. 

Secondo Jean-Dominique Coste, responsabile dello sviluppo di Power Beaming insieme a Yoann Thueux e i loro colleghi: 

“Il potenziale della tecnologia è catturare la luce solare e trasmetterla in modalità wireless”. 

Questi scienziati ritengono che questa soluzione energetica potrebbe essere in grado di fornire energia elettrica in modo adeguato a città, fabbriche, famiglie e aeroplani.

Gli sviluppatori della tecnologia Airbus hanno dimostrato per la prima volta il Power Beaming presso la X-Works Innovation Factory dell'azienda il 27 settembre 2022. Anche se è stata effettuata su scala più piccola, la dimostrazione potrebbe spiegare sufficientemente cosa è necessario per far funzionare il power Beaming. 

Coste, Thueux e i loro colleghi hanno utilizzato i raggi a microonde per trasmettere energia verde tra due punti che rappresentavano lo "Spazio" e la "Terra". La distanza tra questi due punti era di 36 metri. La dimostrazione ha anche prodotto idrogeno verde per alimentare una città modello. 

Al termine della manifestazione, Yoann Thueux ha detto: 

“Ora che abbiamo testato con successo per la prima volta su piccola scala gli elementi chiave di un futuro sistema di energia solare spaziale, siamo pronti a portare il Power Beaming al livello successivo”.

Airbus prevede che questa tecnologia diventi presto realtà. Si ritiene che i primi prototipi operativi di Power Beaming saranno disponibili per l’uso entro l’inizio degli anni ’2030. 

Nella sua forma applicata definitiva, la tecnologia prevederebbe un pannello solare posizionato sull’orbita geostazionaria, a circa 36,000 km sopra la Terra. Questo pannello solare sarà accoppiato con un pannello solare della stessa dimensione sulla Terra. 

L'energia raccolta nello spazio verrebbe trasmessa su un'area in cui sarebbero sparse molte antenne. Queste antenne raccoglierebbero i raggi per produrre energia da riassemblare per produrre elettricità. 

Una volta che questo sistema raggiungerà una scala specifica, produrre energia con esso costerebbe tanto quanto costa in progetti energetici su larga scala sulla Terra che dipendono dall’energia nucleare, dal petrolio o da altre fonti di energia rinnovabile. Secondo le stime, un parco solare geostazionario genererebbe fino a due gigawatt di elettricità. 

Nel febbraio 15, 2024, Pubblicato l'Airbus i suoi risultati per l’intero anno 2023, riportando un fatturato annuo di 65.4 miliardi, con un EBIT rettificato di 5.8 miliardi di euro. 

#2. Northrop Grumman

Un’altra importante entità globale che ha completato i test necessari per convalidare le sue capacità tecnologiche spaziali solari è Northrop Grumman. L'azienda ha dimostrato con successo la propria capacità di trasmettere energia a radiofrequenza verso varie antenne orientando il raggio. È fiducioso di realizzare il suo prototipo entro il 2025. 

Questo prototipo mostrerebbe la capacità dell'azienda di trasmettere energia RF sul pianeta. La tecnologia è sviluppata da Northrop Grumman Dimostrazioni e ricerche incrementali sull'energia solare spaziale (SSPIDR). 

Secondo Tara Theret, direttrice del programma SSPIDR: 

"Ora si tratta solo di costruire, testare e integrare il resto dell'hardware in tempi impegnativi."

Ulteriore lavoro da svolgere in questo processo include la riduzione dei componenti elettronici e l'aumento del numero di "piastrelle sandwich". Le piastrelle sandwich non sono altro che pannelli di celle fotovoltaiche che raccolgono l'energia solare e la trasmettono allo strato successivo, che hanno componenti che consentono la conversione da solare a RF e aiutano a formare i raggi. 

L'azienda sta inoltre producendo l'hardware di volo necessario per mettere insieme il sistema e lanciarlo sulla piattaforma ESPAStar dell'azienda. La piattaforma ESPAStar è un autobus satellitare che fornisce ai carichi utili la propulsione, la potenza, il controllo dell'assetto e la comunicazione necessari. 

A conferma del lavoro svolto, il Laboratorio di ricerca dell'aeronautica statunitense ha incoraggiato gli sforzi di Northrop Grumman con un contratto da 100 milioni di dollari nel 2018, in base al quale avrebbe sviluppato un carico utile per dimostrare i componenti chiave del prototipo del sistema di energia solare spaziale.

Le autorità dell’aeronautica miravano a catalizzare gli sforzi di sviluppo necessari per costruire un prototipo di sistema spaziale in grado di fornire energia alle basi militari statunitensi con l’energia solare. 

Nel complesso, nel sottolineare il potenziale che le soluzioni spaziali nella tecnologia solare riservano per il futuro, Tara Theret ha affermato: 

“La trasmissione spaziale dell’energia solare ha il potenziale per fornire energia ovunque sulla Terra in qualsiasi momento. Questa tecnologia potrebbe rendere disponibile l’energia a località remote che necessitano di apparecchiature mediche e di comunicazione”.

Northrop Grumman vendite totali registrate di 36.6 miliardi di dollari nell’anno terminato il 31 dicembre 2022. I ricavi guadagnati dal flusso dei sistemi spaziali sono stati vicini a 12.3 miliardi di dollari, un notevole aumento rispetto ai 10.6 miliardi di dollari dell’anno precedente. Dei ricavi di 12.3 miliardi di dollari guadagnati nel 2022, il 94% proveniva dal governo degli Stati Uniti, mentre il resto del 3%, 2% e 1% proveniva rispettivamente da vendite internazionali, vendite ad altri clienti e vendite intersegmento. 

#3. CESI

CESI, con sede a Milano, Italia, ha tre decenni di esperienza nella conduzione di ricerca, sviluppo e produzione di celle solari altamente efficienti per applicazioni spaziali. Ancora più importante, è uno dei fornitori globali più ricercati di celle multi-giunzione che utilizzano arseniuro di gallio e fosfuro di indio e gallio. 

CESI dispone di una gamma di celle spaziali a tripla giunzione. Queste cellule, oltre all'arseniuro di gallio e al fosfuro di indio e gallio, includono anche il germanio. Queste celle si dimostrano efficaci per i satelliti in orbita terrestre bassa e in orbita geostazionaria. Questi prodotti sono inoltre conformi agli standard richiesti ECSS E ST20-08C. CESI è ora in procinto di implementare quattro celle di giunzione che avranno livelli di efficienza più elevati rispetto a tre celle di giunzione. 

In futuro, CESI mira a offrire una vasta gamma di prodotti di celle solari spaziali in grado di soddisfare qualsiasi esigenza del programma spaziale. Ad oggi, gli sforzi del CESI hanno prodotto più di 200,000 celle solari, che alimentano oltre 70 satelliti civili per clienti sparsi in 25 paesi. 

CESI ha la sua tecnologia proprietaria per produrre celle solari a Milano. Nel corso degli anni, ha costruito una rete fitta e profonda con molte agenzie e attori spaziali internazionali. 

Come Northrop Grumman, anche il CESI collabora con il governo nazionale italiano e ha ricevuto finanziamenti dall'Agenzia spaziale nazionale italiana (ASI) e dall'Agenzia spaziale europea (ESA). Ha prodotto celle solari avanzate per soddisfare le esigenze del Programma spaziale europeo e di molte missioni interplanetarie. 

Secondo le ultime disponibili informativa finanziaria, nell'anno finanziario terminato il 87 dicembre 31 l'azienda ha realizzato un fatturato di oltre 2022 milioni di corone ceche. 

Progressi nella tecnologia solare spaziale: la strada da percorrere

La tecnologia solare spaziale ha trovato il suo posto dimostrando il suo valore alla comunità globale, portando i governi nazionali di tutto il mondo a iniziare a investire in essa con molto entusiasmo. Negli Stati Uniti, ciò si è tradotto in azione quando il Laboratorio di ricerca navale ha condotto un esperimento nel 2020 per catturare la luce solare e trasformarla in energia elettrica a corrente continua. A questo scopo ha utilizzato l'aereo spaziale X-37B dell'Aeronautica Militare. 

Nel frattempo, anche gli sforzi internazionali stanno guadagnando slancio. Le autorità cinesi hanno fissato obiettivi ambiziosi con il loro piano per il 2028 per una dimostrazione spaziale guidata dall’Accademia cinese di tecnologia spaziale. In Europa, Solaris si distingue come un programma di ricerca triennale ben finanziato, avendo ricevuto il via libera dall'Agenzia spaziale europea. Anche il Regno Unito è in corsa, poiché ha offerto sovvenzioni per studi sullo sfruttamento dell’energia solare nello spazio. 

Evidentemente, aziende innovative, organizzazioni globali grandi e piene di risorse e governi di tutto il mondo hanno lavorato insieme per catturare e sfruttare l’energia che lo spazio ha da offrirci. Con tale energia solare ininterrotta e inutilizzata in attesa di essere sfruttata e sfruttata a beneficio del pianeta, il futuro sembra davvero promettente.

Fare clic qui per un elenco dei primi dieci titoli azionari di energia solare.