Avanços em Tecnologia Solar Tornam Soluções Baseadas no Espaço Plausíveis

Por bastante tempo, uma extensa pesquisa sobre maneiras de capturar e utilizar energia solar baseada no espaço está em andamento. Cientistas e especialistas em tecnologia acreditam que a energia solar baseada no espaço pode ser uma adição eficiente ao conjunto de fontes de energia sustentáveis disponíveis. 

Funcionalmente, o conjunto teria painéis de coleta e colheita de energia em níveis orbitais, que emitiriam energia solar de volta para seus receptores correspondentes colocados na Terra. E, como envolve o espaço, a Terra e a rota de transmissão entre esses dois pontos, deve ser constituído de soluções tecnológicas sofisticadas. 

Prometedoramente, os avanços alcançados em tecnologia solar em todo o mundo têm tornado a produção de energia solar baseada no espaço plausível. Mas, antes de mergulharmos mais profundamente neles, vamos dar uma olhada rápida no que as soluções de energia solar baseada no espaço significam e quais são suas vantagens. 

Energia Solar Baseada no Espaço e Suas Vantagens

De acordo com os dados apresentados pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos, a cada hora na Terra, recebemos mais energia solar do que podemos usar em um ano. Quase 30% dessa energia volta inutilizada para o espaço pela atmosfera. Essa energia pode ser capturada e usada de forma eficiente se tivermos mecanismos robustos de energia solar baseada no espaço em funcionamento. 

Nesse sistema, painéis solares baseados em satélites podem capturar e transmitir mais energia do que os painéis solares colocados na superfície da Terra. Eles funcionam melhor devido às vantagens que têm por estarem no espaço. De acordo com a descrição da DEA, esses: 

“Satélites equipados com painéis solares, coletam radiação solar de alta intensidade, ininterrupta.” 

O fornecimento é ininterrupto porque, no espaço, não há nuvens e não há noite. 

A tecnologia envolve implantar espelhos gigantes que refletem grandes quantidades de raios solares em coletores solares menores, para que possam ser transmitidos sem fio para a Terra de forma segura e controlada, seja como um feixe de micro-ondas ou laser. 

Como esse processo envolve tecnologia sofisticada, atrai soluções inovadoras de todo o mundo. A NASA agora publicou um relatório sobre Energia Solar Baseada no Espaço para equipar-se com as ‘informações necessárias para determinar como pode apoiar o desenvolvimento desse campo de pesquisa.’

O relatório tenta avaliar os parâmetros que teriam um papel crucial a desempenhar para tornar a energia solar baseada no espaço uma opção competitiva, onde o destino final seria alcançar a emissão líquida zero de gases de efeito estufa. 

Algumas barreiras tecnológicas que a NASA identificou para os pesquisadores e tecnólogos ativos nesse campo trabalharem são as seguintes:

• Eles teriam que encontrar maneiras para que grandes sistemas sejam montados e mantidos em órbita.
• Pesquisa seria necessária para que esses sistemas operem de forma autônoma e tenham transmissão de energia eficiente para trazer a energia colhida para a Terra. 
• O relatório da NASA também destaca que, antes de colocar os sistemas de energia solar baseada no espaço em uso, é importante lidar com os custos de lançamento e construção deles. Isso porque enviar todo esse material para o espaço exigiria muitas missões contínuas para transportar a infraestrutura para a órbita.

O relatório da NASA acredita que os sistemas de energia solar baseada no espaço podem se tornar totalmente produtivos e operacionais até 2050. Através do relatório, alguns dos avanços importantes realizados nesse campo vieram à tona. Por exemplo, lembrou-nos dos cientistas da JAXA que provaram que era possível transmitir energia sem fio com precisão como micro-ondas por uma distância notável para, finalmente, convertê-la em eletricidade utilizável. 

Levando adiante o essencial desse feito, cientistas da Caltech, em março de 2023, criaram o Demonstrador de Energia Solar Espacial (SSPD-1) como a primeira espaçonave a transmitir energia solar colhida no espaço para a Terra.

A NASA também ofereceu algumas estimativas sobre a viabilidade econômica da energia solar baseada no espaço. Alguns especialistas intimamente ligados a essa área por muito tempo desafiaram essas estimativas. No entanto, não houve praticamente nenhuma negação dos benefícios que esse sistema de geração de energia promete entregar. Pode ajudar no alívio de desastres, alimentar sensores remotos e remover os gargalos existentes do nosso sistema tradicional de produção de energia e sua cadeia de suprimentos. 

Olhando para seus benefícios, governos nacionais de todos os países desenvolvidos começaram a investir nisso. Grandes entidades empresariais que têm os recursos para investir, como a Airbus e a Northrop Grumman, também vêm trabalhando nisso incansavelmente. 

Agora vamos olhar para alguns de seus feitos nos segmentos a seguir. No entanto, é importante lembrar que é um espaço em evolução e muitas das empreitadas ainda estão na fase de prototipagem.

#1. Airbus Power Beaming

Uma das principais empresas a trabalhar no avanço da tecnologia solar para tornar soluções baseadas no espaço possíveis é a Airbus. Sua tecnologia Power Beaming, desenvolvida pelo departamento de Pesquisa e Tecnologia Central e pelos departamentos Blue Sky, fez demonstrações credíveis de como isso poderia ser um divisor de águas na cena da tecnologia solar baseada no espaço. 

De acordo com Jean-Dominique Coste, que é responsável por desenvolver Power Beaming junto com Yoann Thueux e seus colegas: 

“O potencial da tecnologia é capturar a luz solar e, em seguida, emitir energia sem fio.” 

Esses cientistas acreditam que essa solução de energia poderia ser capaz de fornecer energia suficiente para cidades, fábricas, residências e aeronaves com eletricidade.

Os desenvolvedores de tecnologia da Airbus demonstraram primeiro o Power Beaming na fábrica de inovação X-Works da empresa em 27 de setembro de 2022. Embora tenha sido realizado em uma escala menor, a demonstração pôde explicar suficientemente o que era necessário para fazer o Power Beaming funcionar. 

Coste, Thueux e seus colegas usaram feixes de micro-ondas para transmitir energia verde entre dois pontos que representavam ‘Espaço’ e ‘Terra’. A distância entre esses dois pontos era de 36 metros. A demonstração também produziu hidrogênio verde para alimentar uma cidade modelo. 

Depois que a demonstração terminou, Yoann Thueux disse: 

“Agora que testamos com sucesso os principais componentes de um futuro sistema de energia solar baseada no espaço em uma pequena escala, estamos prontos para levar o Power Beaming para o próximo nível.”

A Airbus espera que essa tecnologia se torne uma realidade em breve. Acredita que os primeiros protótipos operacionais de Power Beaming estarão disponíveis para uso no início dos anos 2030. 

Em sua forma aplicada final, a tecnologia teria um painel solar colocado na órbita geoestacionária, a cerca de 36.000 km acima da Terra. Esse painel solar seria emparelhado com um painel solar do mesmo tamanho na Terra. 

A energia coletada no espaço seria emitida para uma área que teria muitas antenas espalhadas por ela. Essas antenas capturariam os feixes para que a energia pudesse ser reorganizada para produzir eletricidade. 

Uma vez que o sistema atinja uma escala específica, custaria o mesmo para produzir energia com ele quanto custa em grandes projetos de energia na Terra que dependem de energia nuclear, petróleo ou outras fontes de energia renováveis. De acordo com as estimativas, uma fazenda solar geoestacionária geraria cerca de dois gigawatts de eletricidade. 

Em 15 de fevereiro de 2024, a Airbus publicou seus resultados anuais de 2023, relatando receitas anuais de 65,4 bilhões, com um EBIT ajustado de 5,8 bilhões de euros. 

#2. Northrop Grumman

Outra grande entidade global que completou os testes necessários para validar suas capacidades de tecnologia solar espacial é a Northrop Grumman. A empresa demonstrou com sucesso sua capacidade de emitir energia de frequência de rádio em direção a várias antenas, direcionando o feixe. Está confiante em criar seu protótipo até 2025. 

Esse protótipo exibiria a capacidade da empresa de emitir energia de RF para o planeta. A tecnologia é desenvolvida pelo programa SSPIDR da Northrop Grumman. 

De acordo com Tara Theret, a diretora do programa SSPIDR: 

“Agora, é apenas construir, testar e integrar o restante do hardware em um cronograma desafiador.”

Trabalho adicional a ser feito nesse processo inclui reduzir componentes eletrônicos e aumentar o número de ‘sanduíches de telhas’. Sanduíches de telhas não são nada mais do que painéis de células fotovoltaicas que coletam energia solar e transmitem energia para a próxima camada, que têm componentes que permitem a conversão solar-RF e ajudam a formar os feixes. 

A empresa também está fabricando o hardware de voo necessário para montar o sistema e lançá-lo na plataforma ESPAStar da empresa. A plataforma ESPAStar é um ônibus de satélite que permite payloads com propulsão, energia, controle de atitude e comunicação. 

Em uma validação do trabalho que tem feito, o Laboratório de Pesquisa da Força Aérea dos EUA incentivou os esforços da Northrop Grumman com um contrato de US$ 100 milhões em 2018, pelo qual desenvolveria uma carga útil para demonstrar componentes-chave do protótipo do sistema de energia solar baseada no espaço.

As autoridades da Força Aérea visavam catalisar os esforços de desenvolvimento necessários para construir um protótipo de sistema baseado no espaço que pudesse fornecer energia para as bases militares dos EUA com energia solar. 

No geral, ao apontar o potencial que as soluções baseadas no espaço na tecnologia solar têm para o futuro, Tara Theret disse: 

“A energia solar baseada no espaço tem o potencial de fornecer energia em qualquer lugar da Terra a qualquer momento. Essa tecnologia poderia tornar a energia disponível para locais remotos que precisam de equipamentos médicos e de comunicação.”

A Northrop Grumman registrou vendas totais de US$ 36,6 bilhões no ano que terminou em 31 de dezembro de 2022. A receita gerada pelo fluxo de sistemas espaciais foi de cerca de US$ 12,3 bilhões, um aumento notável em relação aos US$ 10,6 bilhões do ano anterior. Dos US$ 12,3 bilhões de receita gerada em 2022, 94% vieram do governo dos EUA, enquanto o restante de 3%, 2% e 1% vieram de vendas internacionais, vendas para outros clientes e vendas entre segmentos, respectivamente. 

#3. CESI

A CESI, com sede em Milão, Itália, tem três décadas de experiência em realizar pesquisas, desenvolver e produzir células solares de alta eficiência para aplicações espaciais. Mais importante ainda, é um dos principais fornecedores globais de células de junção múltipla que usam Arsênio de Gálio e Fósforo de Índio Gálio. 

A CESI tem uma gama de células espaciais de junção tripla. Essas células, além de Arsênio de Gálio e Fósforo de Índio Gálio, também incluem Germânio. Essas células provam ser eficazes para satélites em Órbita Terrestre Baixa e Órbita Geoestacionária. Esses produtos também estão em conformidade com os padrões ECSS E ST20-08C exigidos. A CESI agora está a caminho de lançar células de junção quádrupla que terão níveis de eficiência mais altos do que as células de junção tripla. 

No futuro, a CESI pretende oferecer uma ampla gama de produtos de células solares espaciais que atendam a qualquer requisito de programa espacial. Até o momento, os esforços da CESI resultaram em mais de 200.000 células solares, alimentando mais de 70 satélites civis para clientes espalhados por 25 países. 

A CESI tem sua própria tecnologia para fabricar células solares em Milão. Ao longo dos anos, construiu uma rede estreitamente tecida e profunda com muitas agências espaciais e atores internacionais. 

Assim como a Northrop Grumman, a CESI também trabalha com o governo nacional italiano e recebeu financiamento da Agência Espacial Italiana (ASI) e da Agência Espacial Europeia (ESA). Produziu células solares avançadas para atender às necessidades do Programa Espacial Europeu e de muitas missões interplanetárias. 

De acordo com a última divulgação financeira disponível, a empresa arrecadou uma receita de mais de 87 milhões de coroas tchecas no ano fiscal que terminou em 31 de dezembro de 2022. 

Avanços em Tecnologia Solar Espacial: O Caminho à Frente

A tecnologia solar espacial encontrou seu lugar provando seu valor para a comunidade global, levando governos nacionais em todo o mundo a começar a investir nela com grande entusiasmo. Nos Estados Unidos, isso se traduziu em ação quando o Laboratório de Pesquisa Naval realizou um experimento em 2020 para capturar a luz solar e convertê-la em energia elétrica direta. Usou o avião espacial X-37B da Força Aérea para esse propósito. 

Enquanto isso, esforços internacionais também estão ganhando impulso. As autoridades chinesas estabeleceram metas ambiciosas com seu plano de 2028 para uma demonstração baseada no espaço liderada pela Academia de Tecnologia Espacial da China. Na Europa, o Solaris se destaca como um programa de pesquisa bienal bem financiado, tendo recebido a luz verde da Agência Espacial Europeia. O Reino Unido também está na corrida, pois tem oferecido subvenções para estudos sobre a captação de energia solar no espaço. 

Evidentemente, empresas inovadoras, organizações globais grandes e recursos, e governos de todo o mundo têm trabalhado juntos para capturar e aproveitar a energia que o espaço tem a oferecer. Com essa energia solar ininterrupta e inutilizada esperando para ser aproveitada e utilizada para o benefício do planeta, o futuro parece de fato promissor.

Clique aqui para uma lista das dez principais ações de energia solar.