Scienziati trasmettono energia solare dallo spazio alla Terra per la prima volta al mondo: ScienceAlert

Sep 01, 2023

L’energia solare è la forma di energia rinnovabile in più rapida crescita e attualmente rappresenta il 3,6% della produzione globale di elettricità. Ciò la rende la terza fonte più grande del mercato delle energie rinnovabili, seguita dall’energia idroelettrica ed eolica.

Si prevede che questi tre metodi cresceranno esponenzialmente nei prossimi decenni, raggiungendo il 40% entro il 2035 e il 45% entro il 2050. Complessivamente, si prevede che le energie rinnovabili rappresenteranno il 90% del mercato energetico entro la metà del secolo, con l’energia solare che ne rappresenterà circa la metà.

Tuttavia, affinché questa transizione possa avvenire, è necessario superare diverse sfide e problemi tecnici.

Il principale fattore limitante per l’energia solare è l’intermittenza, il che significa che può raccogliere energia solo quando è disponibile sufficiente luce solare. Per risolvere questo problema, gli scienziati hanno dedicato decenni alla ricerca sull’energia solare spaziale (SBSP), dove i satelliti in orbita raccoglierebbero energia 24 ore al giorno, 365 giorni all’anno, senza interruzioni.

Per sviluppare la tecnologia, i ricercatori dello Space Solar Power Project (SSPP) del Caltech hanno recentemente completato con successo il primo trasferimento di potenza wireless utilizzando il Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment (MAPLE).

MAPLE è stato sviluppato da un team del Caltech guidato da Ali Hajimiri, professore Bren di ingegneria elettrica e ingegneria medica e co-direttore della SSPP. MAPLE è una delle tre tecnologie chiave testate dallo Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1).

Questa piattaforma è costituita da una serie di trasmettitori a microonde flessibili e leggeri controllati da chip elettronici personalizzati. Il dimostratore è stato costruito utilizzando tecnologie al silicio a basso costo progettate per raccogliere l'energia solare e trasmetterla alle stazioni riceventi desiderate in tutto il mondo.

Il SSPP è iniziato nel 2011 quando Donald Bren, membro a vita del consiglio di amministrazione del Caltech, si è rivolto all'allora presidente del Caltech Jean-Lou Chameau per discutere la creazione di un progetto di ricerca SBSP.

Bren e sua moglie (anche lei fiduciaria della Caltech) hanno accettato di donare un totale di 100 milioni di dollari per finanziare il progetto, mentre la Northrop Grumman Corporation ha fornito altri 12,5 milioni di dollari. L'SSPD-1 è stato lanciato il 3 gennaio a bordo di un Falcon 9 SpaceX come parte di un programma di rideshare ed è stato schierato da un veicolo spaziale Vigoride (fornito dalla società aerospaziale Momentus).

Affinché l’SBSP sia fattibile, i satelliti devono essere leggeri in modo da poter essere lanciati in modo economicamente vantaggioso e flessibili in modo da poter essere inseriti all’interno delle carenature del carico utile (simili al James Webb Space Telescope (JWST).

Harry Atwater, presidente della Otis Booth Leadership Chair della divisione di ingegneria e scienze applicate, professore di fisica applicata e scienza dei materiali Howard Hughes e direttore della Liquid Sunlight Alliance, è uno dei principali ricercatori del progetto. Come ha spiegato in un comunicato stampa del Caltech:

"La dimostrazione del trasferimento di energia wireless nello spazio utilizzando strutture leggere è un passo importante verso l'energia solare spaziale e un ampio accesso ad essa a livello globale. I pannelli solari sono già utilizzati nello spazio per alimentare la Stazione Spaziale Internazionale, ad esempio, ma per lanciare e distribuire abbastanza grandi per fornire energia alla Terra, SSPP deve progettare e creare sistemi di trasferimento di energia solare che siano ultraleggeri, economici e flessibili."

Ciascuna unità SSPP pesa circa 50 chilogrammi (110 libbre), paragonabile ai microsatelliti che tipicamente pesano tra 10 e 100 kg (da 22 a 220 libbre). Ciascuna unità si piega in pacchetti di circa 1 m3 (35 piedi3) di volume e poi si spiega in un quadrato piatto che misura circa 50 m (164 piedi) di diametro, con celle solari su un lato e trasmettitori di potenza wireless sull'altro.

I componenti SPPD-1 non sono sigillati, il che significa che sono esposti alle variazioni estreme di temperatura dello spazio. Oltre a dimostrare che i trasmettitori di potenza possono sopravvivere al lancio nello spazio, l’esperimento ha fornito utili feedback agli ingegneri della SSPP.

"Attraverso gli esperimenti che abbiamo condotto finora, abbiamo ricevuto la conferma che MAPLE può trasmettere energia con successo ai ricevitori nello spazio", ha detto Hajimiri.