Il concetto di energia solare spaziale (Space Based Solar Power – Sbsp) prevede la raccolta di energia solare nello spazio e la sua trasmissione wireless sulla Terra. Con il Sole che splende continuamente nello spazio, la Sbsp ha il potenziale per fornire una fonte di energia rinnovabile pulita praticamente illimitata. Sebbene sia ancora in una fase iniziale di sviluppo tecnologico, i recenti progressi sia di aziende private che di agenzie spaziali nazionali potrebbero rendere la Sbsp una componente praticabile del mix energetico globale pulito nei prossimi decenni.
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Fondamenti dell’energia solare spaziale
I sistemi Sbsp consisterebbero in grandi strutture di pannelli solari in orbita che raccolgono continuamente energia dal Sole. Questa energia viene convertita in microonde o laser e trasmessa senza fili ad antenne riceventi sulla superficie terrestre, dove viene convertita in elettricità utilizzabile e immessa nelle reti elettriche terrestri. Tra le posizioni proposte ci sono l’orbita geosincrona (Geo) a 36.000 km sopra l’equatore o l’orbita terrestre media (Meo) a 10.000 – 20.000 km di altitudine.
Rispetto al solare terrestre, i pannelli spaziali possono raccogliere la luce solare praticamente 24 ore su 24, senza riduzioni di potenza dovute ad aspetti meteo o alla notte. Secondo le stime della Nasa, solo un chilometro quadrato di pannelli solari in Geo potrebbe fornire continuamente una potenza tra 300-850 Mw (NASA, 2018), equivalente a una grande centrale elettrica convenzionale.
Principali sfide tecnologiche
Per realizzare la Sbsp è necessario superare diverse sfide tecnologiche chiave:
- Lanciare in orbita in modo conveniente grandi pannelli solari e hardware associato. Pannelli di chilometri quadrati con supporti strutturali e trasmettitori peserebbero migliaia di tonnellate.
- Costruire e mantenere i pannelli automaticamente nello spazio tramite robot.
- Trasmettere megawatt di potenza in modo efficiente su vaste distanze senza fili attraverso microonde o laser.
- Catturare l’energia in modo sicuro sulla Terra tramite grandi antenne riceventi riducendo al minimo gli impatti biologici.
Prospettive di fattibilità economica
Sebbene attualmente i costi di lancio e costruzione rimangano elevati, le analisi suggeriscono che la Sbsp potrebbe potenzialmente raggiungere costi competitivi con altre fonti rinnovabili già con 0,06 dollari per kWh nel lungo termine, date dimensioni e perfezionamento tecnologico sufficienti (Komerath, 2020). L’agenzia spaziale nazionale giapponese Jaxa prevede che l’elettricità Sbsp commerciale potrebbe essere fattibile per circa 0,21 dollari/kWh entro il 2030.
Recenti dimostrazioni tecnologiche
Sebbene i sistemi operativi su scala completa richiederanno probabilmente decenni, recenti dimostrazioni hanno mostrato progressi su tecnologie Sbsp chiave.
Nel 2015, il Naval Research Lab statunitense ha trasmesso 1,8 kW di potenza per 1,5 km tra due isole hawaiane utilizzando trasmettitori a microonde, una prima mondiale. Nel 2020, ricercatori del California Institute of Technology hanno inviato con successo e dispiegato in orbita terrestre bassa un piccolo prototipo di pannello fotovoltaico utilizzando una struttura di deployment ultraleggera specializzata. Nel 2021, scienziati cinesi hanno dimostrato il trasferimento di potenza wireless di 5,8 kW su una distanza di 1 km utilizzando microonde. Nel 2022, il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti ha finanziato un progetto dell’azienda privata Solaren per un pannello solare su un piccolo satellite per trasmettere energia tramite laser a infrarossi.
Diverse agenzie spaziali nazionali tra cui Nasa, Jaxa ed Esa continuano a studiare tecnologie Sbsp critiche come celle solari innovative ultraleggere, tecniche di assemblaggio robotico e trasmissione di energia wireless. Anche aziende private stanno perseguendo nuovi concept Sbsp. La californiana Caltech Spinoff sta sviluppando un’architettura Sbsp modulare innovativa mentre la nuova startup giapponese Space Bgd pianifica dimostrazioni su piccola scala.
Sfide e prospettive
Sono ancora necessari significativi progressi in diversi ambiti per rendere la Sbsp commercialmente praticabile e competitiva come futura fonte di energia. Tuttavia, la sua immensa promessa come potenziale risorsa energetica abbondante e rinnovabile sta stimolando investimenti e innovazione a livello globale. Se si riuscirà a raggiungere punti chiave nei prossimi 10-20 anni, la Sbsp potrebbe svolgere un ruolo in un portfolio energetico pulito diversificato per fornire l’energia elettrica in aumento a livello mondiale in modo sostenibile. Il continuo supporto allo sviluppo tecnologico sia dal settore pubblico che da quello privato sarà cruciale per tradurre l’audace visione Spsp in realtà nei prossimi decenni.
