Es la Semana del Espacio en Energy.gov. Estamos explorando el sistema solar (y más allá) para destacar las contribuciones del Departamento de Energía y de nuestros Laboratorios Nacionales al programa espacial de Estados Unidos. Vuelve cada día de esta semana para ver nuevos vídeos, gráficos interactivos, líneas de tiempo y mucho más, y envía tus preguntas para nuestro chat de Twitter del Laboratorio sobre la energía oscura, que tendrá lugar este viernes 7 de marzo. Utiliza el hashtag #SpaceWeek para unirte a la conversación en Twitter, Facebook, Google+ e Instagram.
No se puede recoger energía solar por la noche. Bueno, al menos no en la Tierra. Dado que es la Semana del Espacio, hemos pensado que sería apropiado echar un vistazo a una idea prometedora, pero futurista, que podría cambiar la cara de la generación de energía solar: La energía solar basada en el espacio (SBSP). Aunque el Departamento de Energía no está investigando activamente la SBSP, esperamos que dedique un momento a conocer este concepto tan lejano.
La idea de capturar la energía solar en el espacio para utilizarla como energía en la Tierra ha existido desde el comienzo de la era espacial. Sin embargo, en los últimos años, científicos de todo el mundo -y varios investigadores del propio Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) del Departamento de Energía- han demostrado cómo los recientes avances tecnológicos podrían hacer realidad este concepto.
En la Tierra, la energía solar se ve muy reducida por la noche, la nubosidad, la atmósfera y la estacionalidad. Alrededor del 30% de toda la radiación solar entrante nunca llega al nivel del suelo. En el espacio, el sol siempre brilla, la inclinación de la Tierra no impide la obtención de energía y no hay atmósfera que reduzca la intensidad de los rayos solares. Esto hace que poner paneles solares en el espacio sea una posibilidad tentadora. Además, el SBSP puede utilizarse para llevar energía fiable y limpia a los habitantes de comunidades remotas de todo el mundo, sin depender de la red tradicional a una gran central eléctrica local.
¿Cómo funciona?
Se lanzan al espacio satélites automontables, junto con reflectores y un transmisor de energía por microondas o láser. Los reflectores o espejos hinchables se extienden por una amplia franja del espacio, dirigiendo la radiación solar hacia los paneles solares. Estos paneles convierten la energía solar en microondas o láser, y envían energía ininterrumpida a la Tierra. En la Tierra, las estaciones de recepción de energía recogen el haz y lo añaden a la red eléctrica.
Los dos diseños más discutidos para SBSP son un gran satélite transmisor de microondas en el espacio profundo y un satélite transmisor de láser más pequeño y cercano.
Satélites transmisores de microondas
Los satélites transmisores de microondas orbitan la Tierra en órbita geoestacionaria (GEO), a unos 35.000 km sobre la superficie terrestre. Los diseños de los satélites transmisores de microondas son enormes, con reflectores solares de hasta 3 km y un peso de más de 80.000 toneladas. Serían capaces de generar varios gigavatios de energía, suficiente para abastecer a una gran ciudad estadounidense.
La gran longitud de onda de las microondas requiere una antena larga, y permite que la energía se transmita a través de la atmósfera terrestre, llueva o haga sol, a niveles seguros y de baja intensidad, apenas más fuertes que el sol del mediodía. Los pájaros y los aviones no notarían nada volando a través de sus trayectorias.
El coste estimado del lanzamiento, montaje y funcionamiento de un satélite GEO equipado con microondas es de decenas de miles de millones de dólares. Es probable que se necesiten hasta 40 lanzamientos para que todos los materiales necesarios lleguen al espacio. En la Tierra, la rectenna utilizada para recoger el haz de microondas tendría entre 3 y 10 km de diámetro, una enorme superficie de tierra, y un desafío para comprar y desarrollar.
Satélites transmisores de láser
Los satélites transmisores de láser, como describen nuestros amigos del LLNL, orbitan en órbita baja (LEO) a unos 400 km sobre la superficie de la Tierra. Con un peso inferior a 10 toneladas, este satélite es una fracción del peso de su homólogo de microondas. Este diseño también es más barato; algunos predicen que el lanzamiento y la explotación de un satélite SBSP equipado con láser costaría cerca de 500 millones de dólares. Sería posible lanzar todo el satélite autoensamblado en un solo cohete, reduciendo drásticamente el coste y el tiempo de producción. Además, al utilizar un transmisor láser, el haz sólo tendrá unos 2 metros de diámetro, en lugar de varios kilómetros, una reducción drástica e importante.
Para hacerlo posible, el sistema de emisión de energía solar del satélite emplea un láser alcalino bombeado por diodos. Este láser, que se demostró por primera vez en el LLNL en 2002 -y que sigue desarrollándose allí-, tendría el tamaño aproximado de una mesa de cocina y sería lo suficientemente potente como para enviar energía a la Tierra con una eficiencia extremadamente alta, superior al 50 por ciento.
Aunque este satélite es mucho más ligero, más barato y más fácil de desplegar que su homólogo de microondas, siguen existiendo graves problemas. La idea de los láseres de alta potencia en el espacio podría suscitar el temor a la militarización del espacio. Este reto podría remediarse limitando la dirección en la que el sistema láser podría transmitir su potencia.
A su menor tamaño, le corresponde una menor capacidad de entre 1 y 10 megavatios por satélite. Por lo tanto, este satélite sería mejor si formara parte de una flota de satélites similares, utilizados conjuntamente.
Podría decirse que el SBSP está muy lejos o que es un juego de palabras, y en gran medida tendría razón. Pero ya existen muchas tecnologías que lo hacen factible, y muchas no están muy lejos. Aunque el Departamento de Energía no está desarrollando actualmente ninguna tecnología SBSP específicamente, muchas de las tecnologías restantes necesarias para SBSP podrían desarrollarse independientemente en los próximos años. Y aunque no conozcamos el futuro de la energía obtenida en el espacio, nos entusiasma ver que ideas como ésta toman vuelo (vale el último juego de palabras, lo prometo).