A ideia de colher energia solar no espaço e devolvê-la à Terra existe há décadas.
A ideia de energia solar baseada no espaço (SBSP) - usando satélites para coletar e "transmiti-la" para pontos de coleta na Terra - existe desde pelo menos o final dos anos 1960. Apesar de seu enorme potencial, o conceito não ganhou força suficiente devido a custos e obstáculos tecnológicos.
Alguns desses problemas podem agora ser resolvidos? Se assim for, o SBSP pode se tornar uma parte vital da transição mundial dos combustíveis fósseis para a energia verde.
Já colhemos energia do sol. É coletado diretamente através do que geralmente chamamos de energia solar. Isso inclui diferentes tecnologias, como energia fotovoltaica (PV) e energia solar térmica. A energia do sol também é captada indiretamente: a energia eólica é um exemplo disso, pois as brisas são geradas pelo aquecimento desigual da atmosfera pelo sol.
Mas essas formas verdes de geração de energia têm limitações. Eles ocupam muito espaço na terra e são limitados pela disponibilidade de luz e vento. Por exemplo, fazendas solares não coletam energia à noite e coletam menos no inverno e em dias nublados.
O PV em órbita não será limitado pelo início da noite. Um satélite em órbita geoestacionária (GEO) - uma órbita circular a cerca de 36.000 km acima da Terra - fica exposto ao Sol por mais de 99% do tempo durante um ano inteiro. Isso permite produzir energia verde 24 horas por dia, 7 dias por semana.
O GEO é ideal para quando a energia precisa ser enviada da espaçonave para um coletor de energia, ou estação terrestre, porque os satélites aqui são estacionários em relação à Terra. Acredita-se que haja 100 vezes mais energia solar disponível do GEO do que as demandas globais de energia estimadas da humanidade até 2050.
A transferência de energia coletada no espaço para o solo requer transmissão de energia sem fio. O uso de micro-ondas para isso minimiza a perda de energia na atmosfera, mesmo com céu nublado. O feixe de micro-ondas enviado pelo satélite será direcionado para a estação terrestre, onde as antenas convertem as ondas eletromagnéticas de volta em eletricidade. A estação terrestre precisará ter um diâmetro de 5 km ou mais em altas latitudes. No entanto, isso ainda é menor do que as áreas de terra necessárias para produzir a mesma quantidade de energia usando energia solar ou eólica.
Conceitos em evolução
Numerosos designs foram propostos desde o primeiro conceito de Peter Glaser em 1968.
No SBSP, a energia é convertida várias vezes (luz em eletricidade, em micro-ondas em eletricidade) e parte dela é perdida na forma de calor. Para injetar 2 gigawatts (GW) de potência na rede, cerca de 10 GW de potência precisarão ser coletados pelo satélite.
Um conceito recente chamado CASSIOPeiA consiste em dois refletores orientáveis de 2 km de largura. Estes refletem a luz do sol em uma série de painéis solares. Esses transmissores de energia, com aproximadamente 1.700 metros de diâmetro, podem ser apontados para a estação terrestre. Estima-se que o satélite possa ter uma massa de 2.000 toneladas.
Outra arquitetura, SPS-ALPHA, difere da CASSIOPeiA porque o coletor solar é uma grande estrutura formada por um grande número de pequenos refletores modulares chamados heliostatos, cada um dos quais pode ser movido independentemente. Eles são produzidos em massa para reduzir custos.
Em 2023, cientistas da Caltech lançaram o MAPLE, um experimento de satélite em pequena escala que transmitia uma pequena quantidade de energia de volta para a Caltech. A MAPLE provou que a tecnologia poderia ser usada para fornecer energia à Terra.
O SBSP poderia desempenhar um papel crucial para atingir a meta de zero líquido do Reino Unido até 2050 - mas a estratégia atual do governo não o inclui. Um estudo independente descobriu que o SBSP poderia gerar até 10 GW de eletricidade até 2050, um quarto da demanda atual do Reino Unido. O SBSP fornece um fornecimento de energia seguro e estável.
Também criará uma indústria multibilionária, com 143.000 empregos em todo o país. A Agência Espacial Europeia está atualmente avaliando a viabilidade do SBSP com sua iniciativa SOLARIS. Isso pode ser seguido por um plano de desenvolvimento completo para a tecnologia até 2025.
Outros países anunciaram recentemente a intenção de transmitir energia para a Terra até 2025, passando para sistemas maiores nas próximas duas décadas.
Um enorme satélite
Se a tecnologia está pronta, por que o SBSP não está sendo usado? O principal limite é a enorme quantidade de massa que precisa ser lançada ao espaço e seu custo por quilo. Empresas como a SpaceX e a Blue Origin estão desenvolvendo veículos de lançamento de cargas pesadas, com foco na reutilização de peças desses veículos depois de terem voado. Isso pode reduzir o custo do empreendimento em 90%.
Mesmo usando o veículo Starship da SpaceX, que pode lançar 150 toneladas de carga na órbita baixa da Terra, o satélite SBSP exigirá centenas de lançamentos. Alguns componentes, como treliças estruturais longas - elementos estruturais projetados para abranger longas distâncias - podem ser impressos em 3D no espaço.
Desafios e riscos
Uma missão SBSP será desafiadora - e os riscos ainda precisam ser totalmente avaliados. Embora a eletricidade produzida seja totalmente verde, o impacto da poluição de centenas de lançamentos de cargas pesadas é difícil de prever.
Além disso, controlar uma estrutura tão grande no espaço exigirá quantidades substanciais de combustível, o que envolve engenheiros trabalhando com produtos químicos às vezes muito tóxicos. Os painéis solares fotovoltaicos serão afetados pela degradação, reduzindo a eficiência ao longo do tempo de 1% a 10% ao ano. No entanto, a manutenção e o reabastecimento podem ser usados para prolongar a vida útil do satélite quase indefinidamente.
Um feixe de microondas poderoso o suficiente para atingir o solo também pode prejudicar qualquer coisa que esteja no caminho. Por segurança, a densidade de potência do feixe terá que ser restrita.
O desafio de construir plataformas como está no espaço pode parecer assustadora, mas a energia solar baseada no espaço é tecnologicamente viável. Para ser economicamente viável, requer engenharia em larga escala e, portanto, compromisso de longo prazo e decisivo de governos e agências espaciais.
Mas com tudo isso em vigor, o SBSP poderia fazer uma contribuição fundamental para entregar zero líquido até 2050 com energia sustentável e limpa do espaço.