El sueño de la energía solar espacial comienza a tomar forma
Grandes agencias y gigantes empresariales aceleran para madurar y hacer rentable una tecnología ya existente y que brindaría una fuente limpia y constante
Captar energía solar en el espacio y transmitirla a la Tierra ha sido un sueño acariciado por el hombre desde hace décadas que por diversos avatares siempre se dejaba en el cajón. Bien porque requiere de descomunales inversiones, o porque todavía no existía suficiente tecnología ... o porque nadie tomaba la decisión política y/o empresarial de acometer un proyecto de tal envergadura. Pero eso son tiempos pasados. Ya hay agencias espaciales, empresas e instituciones científicas y académicas convencidas de que es una gran solución que aportar al mix de las renovables con el que muchos países quieren alcanzar la neutralidad climática. Un objetivo que Europa se ha propuesto liderar haciéndolo en 2050.
De ahí que la Agencia Espacial Europea (ESA) haya dado el primer paso para construir una futura estación solar espacial. Y también Reino Unido, que quiere hacer la primera demostración orbital en 2030 para entregar energía a su red eléctrica en 2040. Para ello ha implicado a un nutrido grupo de organizaciones entre las que se encuentran empresas como Airbus y SSTL e instituciones como la Universidad de Cambridge. En Estados Unidos se está revisando la viabilidad de un proyecto de este tipo y un equipo de científicos del Laboratorio de Investigación Naval ya ha probado un prototipo de panel solar que puede captar y enviar energía con tecnología de microondas. Sería el germen de un sistema futuro para llevar electricidad desde el espacio a la Tierra. Desde hace diez años China trabaja en un programa para desarrollar su estación solar en órbita y ha anunciado que la probará en 2030. Hay otras iniciativas en Rusia, India, Japón...
Al alcance de la mano
La idea de captar energía solar en el espacio y enviarla a la Tierra no es una locura. Y sí, sí es posible, como vienen demostrando diferentes estudios. Los últimos han sido encargados este mismo año por la Agencia Espacial Europea (ESA) a la consultora británica Frazer-Nash y a la alemana Ronald Berger. Los ingenieros de ambas concluyen que se trata de una tecnología viable a la hora de poner en la balanza sus costes y beneficios a largo plazo. Es más, valoran que una planta solar en el espacio podría empezar a operar a partir de 2040. «Podría ofrecer una generación de electricidad rentable en comparación con el petróleo, el carbón, el gas y la biomasa», reza en uno de estos documentos.
En 2025, Europa decidirá si emprender una programa para construir una estación solar espacial
Con esta información la ESA propondrá para su próximo consejo de ministros, en noviembre de este año, el programa Solaris, una iniciativa que involucrará a la industria y tendrá una inversión inicial limitada. «Es un paso exploratorio que se llevará a cabo entre 2023 y 2025 para comprender y demostrar si es realmente factible, técnica y económicamente, desarrollar un sistema de este tipo en los próximos 10 o 15 años», especifica Sanjay Vijendran, líder del Equipo de Estrategia de Exploración de Marte y Coordinador del Equipo MarsX en la ESA. Esta agencia incluso «ha pedido a las empresas europeas que manifiesten su interés por desarrollar esta tecnología y por participar en un futuro proyecto para conseguir energía solar desde el espacio», cuenta Antonio Abad, director técnico de Hispasat.
Si en 2025 se da el visto bueno para emprender el programa de una futura estación solar espacial europea arrastrará a muchas empresas tractoras, emergentes, startup... de diversos sectores, no solo el espacial, también del energético, tecnológico, telecomunicaciones...
Sin interrupciones
Se considera la energía solar espacial por sus muchas ventajas. Es limpia y, sobre todo, constante, es decir que una estación solar espacial recibiría rayos de sol prácticamente siempre: 24 horas al día y 365 días al año. Sin interrupciones: sin nubes, ni noches, ni otras incidencias climatológicas ni atmosféricas que puedan tapar la radiación que llega del sol, como ocurre en la Tierra. Compensaría así el carácter cíclico que tienen las renovables aquí en tierra y que no son capaces de satisfacer toda la demanda energética. El espacio «tiene mucha más energía disponible por metro cuadrado, ya que la atmósfera no absorbe la energía», indica Jean-Dominique Coste, jefe del programa SBSP (las siglas en inglés de 'energía solar basada en el espacio') de Airbus. Se calcula que la luz solar es diez veces más intensa allí que en la Tierra.
Las claves
del proyecto Solaris
Radiación solar incidente
En órbita, la intensidad de la luz solar es mucho mayor que en la superficie terrestre.
1
Captación de luz solar y regulación de energía. La luz del Sol se convierte en una corriente, luego se prepara para la transmisión por radiofrecuencia a la Tierra, la Luna u otra superficie planetaria.
2
Captura de haz y
conversión de energía.
El haz de energía se capta con células fotovoltaicas o con una antena que convierte la energía electromagnética en electricidad. Los satélites pueden transmitir energía a un solo sitio en tierra o a varios lugares alrededor de un objeto planetario.
4
3
Transmisión de energía
La energía se envía a la Tierra mediante antenas de radio conectadas, emisores láser u otras tecnologías inalámbricas.
El rayo de energía debe ser preciso y debe retener la mayor cantidad de poder posible en su viaje a través de la atmósfera.
Transmisión de potencia
Estos sistemas deben integrarse de manera segura y sostenible en las redes eléctricas existentes.
La distribución de energía también es vital en las misiones de ciencia, exploración y colonización.
5
Fuente: ESA / ABC
Las claves del
proyecto Solaris
Radiación solar incidente
En órbita, la intensidad de la luz solar es mucho mayor que en la superficie terrestre.
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Captación de luz solar y regulación de energía. La luz del Sol se convierte en una corriente, luego se prepara para la transmisión por radiofrecuencia a la Tierra, la Luna u otra superficie planetaria.
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Transmisión de energía
La energía se envía a la Tierra mediante antenas de radio conectadas, emisores láser u otras tecnologías inalámbricas.
El rayo de energía debe ser preciso y debe retener la mayor cantidad de poder posible en su viaje a través de la atmósfera.
Captura de haz y
conversión de energía.
El haz de energía se capta con células fotovoltaicas o con una antena que convierte la energía electromagnética en electricidad. Los satélites pueden transmitir energía a un solo sitio en tierra o a varios lugares alrededor de un objeto planetario.
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Transmisión de potencia
Estos sistemas deben integrarse de manera segura y sostenible en las redes eléctricas existentes.
La distribución de energía también es vital en las misiones de ciencia, exploración y colonización.
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Fuente: ESA / ABC
Y los beneficios también son muchos, como destacan los informes realizados para la ESA: contribuiría a frenar el cambio climático, Europa reduciría su dependencia energética e incluso podríamos vender energía a terceros países. Europa daría, además, un gran salto tecnológico generando nuevas aplicaciones, creando nuevos productos y mercados.
Pero nadie dice que el camino resulte fácil. Si bien los estudios afirman que es viable técnicamente, «eso no quiere decir que la tecnología esté disponible. Tenemos las bases, pero los niveles de madurez tecnológica todavía son bajos», destaca Antonio Abad. La propia ESA lo reconoce: «Los componentes básicos para las tecnologías clave ya existen, pero es necesario aumentar drásticamente su rendimiento y reducir su costo para poder construir una estación de energía solar económicamente competitiva. Por lo tanto, todavía queda mucho desarrollo tecnológico por hacer para ver hasta qué punto se puede lograr esto antes de que podamos estar seguros de que es factible», estima Sanjay Vijendran.
Una planta solar en el cosmos tendría dimensiones kilométricas
Una planta solar en el espacio tendrá dimensiones colosales. «De hecho, para que sustituya a una central nuclear, la estación se situaría en el rango de los kilómetros», la describe Jean-Dominique Coste. Sirva un ejemplo: La estructura más grande construida por el hombre en el cosmos es la Estación Espacial Internacional (ISS) con una superficie total de unos 8.000 metros cuadrados y pesa unos 455 toneladas. Uno de los informes realizados para la ESA estima que la estación solar tendría unos 15 kilómetros cuadrados y 6.000 toneladas.
Para construirla, es necesario trasladar miles de paneles solares, piezas modulares... Con tales dimensiones se precisan lanzadores que puedan transportar cargas pesadas y que puedan realizar múltiples misiones. Todo un reto, como explica Antonio Abad: La clave son los costes y la capacidad de lanzamiento. Tiene que darse un sistema que ponga en órbita grandes estructuras de kilómetros y miles de toneladas. Y subirlas a órbita geoestacionaria, es decir a 36.000 kilómetros de distancia de la superficie terrestre». «Necesitamos disponer de lanzamientos reutilizables (que puedan realizar más de un viaje), de muy bajo coste y alta cadencia para lanzar gran cantidad de material al espacio», añade Sanjay Vijendran.
La industria espacial parece que avanza en ese sentido y está desarrollando lanzadores cada vez más baratos, con mayor capacidad de carga y reutilizables. El sistema Starship de la empresa americana SpaceX parece ser uno de los más prometedores. «De ahí que se haya despertado el interés por la energía solar espacial», matiza Abad.
Un punto en el espacio
La opción de situar la estación a 36.000 kilómetros tiene sus razones: allí las placas solares rotarían para recibir la luz solar de forma constante. «Es el único punto del espacio en el que las cosas giran a la misma velocidad que la superficie de la Tierra. Aquí, la estación aparecerá como un punto fijo en el espacio», cuenta Abad.
A esa gran distancia no habrá ningún ser humano ensamblando y montando piezas de grandes dimensiones y con elevada precisión para construir la estación. Lo tendrán que hacer robots. Y también el mantenimiento posterior. Este es otro de los desafíos. «Hemos llevado al espacio un satélite capaz de engancharse físicamente a otro para transferirle combustible y hacer maniobras de corrección. Lo que hemos hecho hasta ahora es una robótica muy básica. Ahora hablamos de acoplar piezas para una estructura de dimensiones kilométricas. Y controlarla desde tierra. En teoría sabemos hacerlo y tenemos experiencia controlando satélites de 100 metros o la ISS. Pero nunca se ha hecho el control de una estructura de kilómetros», expone Abad.
Cómo transmitir la energía a la Tierra de forma inalámbrica es otra pregunta que añadir a la lista. Los paneles captarían la energía solar que transformarían en electricidad y se transmitiría a la superficie terrestre a través de un haz de microondas. «Es una tecnología en la que la física se comprende bien, pero aún no se ha demostrado a distancias muy largas con altos niveles de potencia. Hasta ahora, las demostraciones más significativas (en la Tierra) que se han hecho están en el rango de kW de potencia y el rango de km de distancia. Esto tendría que demostrarse gradualmente en distancias más largas y potencias altas a través de más demostraciones terrestres o aéreas y, finalmente, a través de demostraciones en órbita», explica Sanjay Vijendran. «Es absolutamente posible«, asegura Jean-Dominique Coste. «Es sobre todo —continua— una cuestión de cómo diseñamos las antenas y qué especificaciones decidimos para el haz. La cantidad de potencia a transferir, la frecuencia, la forma del haz y la distancia».
Para recoger la energía en tierra hace falta una enorme antena rectificadora ('rectenna') capaz de transformar las microondas otra vez en electricidad para verter a la red. Esto requiere instalar campos de antenas de decenas de kilómetros cuadrados. Y aquí no hay que olvidar el componente social. «Es un reto similar a la aceptación de las centrales nucleares, los oleoductos y gasoductos. Habrá que reutilizar terrenos lo que puede desencadenar debates sociales», cree Jean-Dominique Coste.
Alcanzar la madurez tecnológica necesaria para construir una estación solar en el espacio requiere voluntad política y grandes inversiones públicas y privadas, como recomiendan los informes recibidos por la ESA. Uno de ellos sugiere que el Banco Europeo de Inversiones (BEI) y el Banco Europeo para la Reconstrucción y el Desarrollo (BERD) podrían ser socios financieros. Se estima que una primera estación solar espacial base costaría 9.800 millones de euros y su mantenimiento unos 3.500. «l esfuerzo financiero es comparable al de los proyectos energéticos a gran escala, como las grandes centrales nucleares, los grandes parques eólicos marinos o las grandes plataformas petrolíferas», afirma Jean-Dominique Coste. De vencer todos estos desafío podríamos tener la primera estación de energía solar en el espacio «dentro de 10 a 15 años», estima Sanjay Vijendran.
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Por ahora, la energía solar basada en el espacio es una incipiente tecnología que si consigue desarrollarse promete convertirse en la estrella del mix de las renovables.
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