Avanços na tecnologia solar tornam plausíveis soluções baseadas no espaço

Já há algum tempo, extensas pesquisas sobre maneiras de capturar e utilizar energia solar baseada no espaço está à caminho. Cientistas e especialistas em tecnologia acreditam que a energia solar baseada no espaço poderia ser uma adição eficiente ao conjunto disponível de fontes de energia sustentáveis. 

Funcionalmente, a configuração teria painéis de coleta e coleta de energia em níveis orbitais, que transmitiriam energia solar de volta para seus equivalentes receptores colocados no planeta Terra. E por envolver o espaço, o planeta Terra e a rota de transmissão entre esses dois pontos, tem que ser constituída de soluções tecnológicas sofisticadas. 

É promissor que os avanços alcançados na tecnologia solar em todo o mundo tenham tornado plausível a produção de energia solar baseada no espaço. Mas antes de nos aprofundarmos neles, vamos dar uma rápida olhada no que significam as soluções de energia solar baseadas no espaço e quais são as suas vantagens. 

Energia solar baseada no espaço e suas vantagens

Segundo dados apresentados pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos, a cada hora na Terra recebemos mais energia solar do que podemos utilizar num ano. Quase 30% dessa energia volta ao espaço pela atmosfera sem ser utilizada. Esta energia pode ser capturada e utilizada de forma eficiente se implementarmos mecanismos robustos de energia solar baseados no espaço. 

Neste sistema, os painéis solares baseados em satélite podem capturar e transmitir mais energia do que a captada pelos painéis solares colocados na superfície da Terra. Eles têm melhor desempenho devido às vantagens que têm de estar no espaço. De acordo com a descrição da DEA, estes: 

“Equipados com painel solar, os satélites transmissores de energia coletam radiação solar ininterrupta e de alta intensidade.” 

O abastecimento é ininterrupto porque, no espaço, não há nuvens nem noite. 

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

Por envolver tecnologia sofisticada, esse processo atrai soluções inovadoras de todo o mundo. A NASA agora publicou um relatório sobre energia solar baseada no espaço equipar-se com as “informações de que necessita para determinar como pode apoiar o desenvolvimento deste campo de investigação”.

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 emissões líquidas zero de gases com efeito de estufa. 

Alguns gargalos tecnológicos que a NASA identificou para pesquisadores e tecnólogos ativos neste campo trabalharem são os seguintes:

• Eles teriam que encontrar maneiras de montar e manter grandes sistemas em órbita.
• Seria necessária investigação para fazer com que esses sistemas funcionassem de forma autónoma e tivessem uma transmissão de energia eficiente para trazer a energia colhida para a Terra. 
• O relatório da NASA também ressalta que antes de colocar em uso sistemas de energia solar baseados no espaço, é importante enfrentar os custos de lançamento e construção deles. Isto porque o envio de todo esse material para o espaço exigiria muitas missões contínuas para transportar a infra-estrutura para a órbita.

O relatório da NASA acredita que os sistemas de energia solar baseados no espaço podem tornar-se totalmente produtivos e operacionais até 2050. Através do relatório, alguns dos avanços marcantes alcançados neste campo vieram à luz. Por exemplo, lembrou-nos os cientistas da JAXA que provaram que era possível transmitir energia sem fios com precisão como microondas através de uma distância notável para, em última análise, transformá-la em electricidade utilizável. 

Levando adiante a essência desta conquista, os cientistas do Caltech, em março de 2023, criaram o Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1) como a primeira espaçonave a transmitir sem fio a 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 dos especialistas intimamente ligados a esta área há muito também contestaram essas estimativas. No entanto, quase não tem havido qualquer negação dos benefícios que este sistema de geração de energia promete proporcionar. Poderia ajudar na ajuda humanitária em caso de catástrofe, alimentando sensores remotos e eliminando os estrangulamentos existentes no nosso sistema tradicional de produção de energia e na sua cadeia de abastecimento. 

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

Analisaremos agora algumas de suas conquistas nos segmentos futuros. No entanto, é preciso ter em mente que se trata de um espaço em evolução e muitos dos empreendimentos ainda estão em fase de prototipagem.

# 1. Transmissão de energia da Airbus

Uma das principais empresas que trabalha no avanço da tecnologia solar para tornar possíveis soluções baseadas no espaço é Airbus. Sua tecnologia Power Beaming, desenvolvida pelos departamentos Central de Pesquisa e Tecnologia e Blue Sky da empresa, fez demonstrações confiáveis ​​de como isso poderia ser uma virada de jogo no cenário da tecnologia solar baseada no espaço. 

De acordo com Jean-Dominique Coste, responsável pelo desenvolvimento do Power Beaming junto com Yoann Thueux e seus colegas: 

“O potencial da tecnologia é capturar a luz solar e depois transmiti-la sem fio.” 

Esses cientistas acreditam que esta solução energética poderia ser capaz de fornecer energia adequadamente para cidades, fábricas, residências e aviões com eletricidade.

Os desenvolvedores de tecnologia da Airbus demonstraram o Power Beaming pela primeira vez na X-Works Innovation Factory da empresa em 27 de setembro de 2022. Embora tenha sido realizada em menor escala, a demonstração poderia explicar suficientemente o que foi necessário para fazer o power beaming funcionar. 

Coste, Thueux e seus colegas usaram feixes de microondas para transmitir energia verde entre dois pontos que representavam o 'Espaço' e a 'Terra'. A distância entre esses dois pontos era de 36 metros. A demonstração também produziu hidrogénio verde para alimentar uma cidade modelo. 

Após o término da manifestação, Yoann Thueux disse: 

“Agora que testamos com sucesso os elementos-chave de um futuro sistema de energia solar baseado no espaço em pequena escala pela primeira vez, estamos prontos para levar o Power Beaming para o próximo nível.”

A Airbus espera que esta tecnologia se torne realidade em breve. Ele acredita que os primeiros protótipos operacionais do Power Beaming estarão disponíveis para uso no início da década de 2030. 

Na sua forma final aplicada, a tecnologia teria um painel solar colocado na órbita geoestacionária, cerca de 36,000 km acima da Terra. Este painel solar será emparelhado com um painel solar do mesmo tamanho na Terra. 

A energia coletada no espaço seria transmitida para uma área que teria muitas antenas espalhadas por ela. Essas antenas captariam os feixes de energia para serem remontados para produzir eletricidade. 

Quando este sistema atingir uma escala específica, produzir energia com ele custaria o mesmo que custa em projetos energéticos de grande escala na Terra que dependem da energia nuclear, do petróleo ou de outras fontes de energia renováveis. Segundo estimativas, um parque solar geoestacionário geraria até dois gigawatts de eletricidade. 

Em fevereiro de 15, 2024, Airbus publicado os seus resultados anuais de 2023, reportando receitas anuais de 65.4 mil milhões de euros, com um EBIT ajustado de 5.8 mil milhões de euros. 

# 2. Northrop Grumman

Outra grande entidade global que concluiu os testes necessários para validar suas capacidades de tecnologia espacial solar é Northrop Grumman. A empresa demonstrou com sucesso sua capacidade de transmitir energia de radiofrequência para várias antenas direcionando o feixe. Está confiante em apresentar seu protótipo até 2025. 

Este protótipo exibiria a capacidade da empresa de transmitir energia de RF para o planeta. A tecnologia é desenvolvida por Northrop Grumman's Demonstrações e pesquisas incrementais de energia solar espacial (SSPIDR). 

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

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

Outros trabalhos a serem feitos neste processo incluem a redução dos componentes eletrônicos e o aumento do número de 'blocos sanduíche'. As telhas sanduíche nada mais são do que painéis de células fotovoltaicas que coletam energia solar e transmitem energia para a próxima camada, que possuem componentes que permitem a conversão de energia solar em 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 barramento de satélite que capacita cargas com a necessária propulsão, potência, controle de atitude e comunicação. 

Numa validação do trabalho que tem vindo a realizar, o Laboratório de Investigação da Força Aérea dos EUA incentivou os esforços da Northrop Grumman com um contrato de 100 milhões de dólares em 2018, através do qual desenvolveria uma carga útil para demonstrar componentes-chave do protótipo do sistema de energia solar espacial.

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

No geral, ao apontar o potencial que as soluções espaciais em tecnologia solar têm para o futuro, Tara Theret disse: 

“A transmissão de energia solar espacial tem o potencial de fornecer energia em qualquer lugar da Terra a qualquer momento. Esta tecnologia poderia disponibilizar energia para locais remotos que necessitam de equipamentos médicos e de comunicação.”

Northrop Grumman vendas totais registradas de US$ 36.6 bilhões no ano encerrado em 31 de dezembro de 2022. A receita obtida com o fluxo de Sistemas Espaciais foi próxima de US$ 12.3 bilhões, um aumento notável em relação aos US$ 10.6 bilhões do ano anterior. Da receita de US$ 12.3 bilhões obtida em 2022, 94% vieram do governo dos EUA, enquanto o restante dos 3%, 2% e 1% veio de vendas internacionais, vendas para outros clientes e vendas intersegmentos, respectivamente. 

# 3. CESI

O CESI, com sede em Milão, Itália, tem três décadas de experiência na realização de pesquisas, desenvolvimento e produção de células solares altamente eficientes para aplicações espaciais. Mais importante ainda, é um dos fornecedores globais mais procurados de células multijunções que utilizam arseneto de gálio e fosforeto de índio e gálio. 

O CESI possui uma linha de células espaciais de junção tripla. Essas células, além do arsenieto de gálio e do fosfeto de índio e gálio, também incluem germânio. Essas células são eficazes para satélites de órbita terrestre baixa e órbita geoestacionária. Esses produtos também estão em conformidade com os padrões ECSS E ST20-08C exigidos. O CESI está agora a caminho de implementar quatro células de junção que terão níveis de eficiência mais elevados do que três células de junção. 

No futuro, o CESI pretende oferecer uma vasta gama de produtos de células solares espaciais que atenderão a qualquer requisito do programa espacial. Até à data, os esforços do CESI resultaram em mais de 200,000 células solares, alimentando mais de 70 satélites civis para clientes espalhados por 25 países. 

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

Tal como a Northrop Grumman, o CESI também trabalha com o Governo Nacional Italiano e recebeu financiamento da Agência Espacial Nacional Italiana (ASI) e da Agência Espacial Europeia (ESA). Fabricou células solares avançadas para atender às necessidades do Programa Espacial Europeu e de muitas missões interplanetárias. 

De acordo com o último disponível divulgação financeira, a empresa obteve uma receita de mais de 87 milhões de coroas checas no exercício financeiro encerrado em 31 de dezembro de 2022. 

Avanços na tecnologia solar espacial: o caminho a seguir

A tecnologia solar espacial encontrou o seu lugar ao provar o seu valor à comunidade global, levando os governos nacionais em todo o mundo a começarem a investir nela com muito entusiasmo. Nos Estados Unidos, isto traduziu-se em ação quando o Laboratório de Investigação Naval conduziu uma experiência em 2020 para capturar a luz solar e transformá-la em energia elétrica de corrente contínua. Utilizou o avião espacial X-37B da Força Aérea para esse fim. 

Entretanto, os esforços internacionais também estão a ganhar impulso. As autoridades chinesas estabeleceram metas ambiciosas com o seu plano para 2028 para uma demonstração espacial liderada pela Academia Chinesa de Tecnologia Espacial. Na Europa, o Solaris destaca-se como um programa de investigação de três anos bem financiado, tendo recebido luz verde da Agência Espacial Europeia. O Reino Unido também está na corrida, pois tem oferecido bolsas para estudos sobre o aproveitamento da energia solar no espaço. 

Evidentemente, empresas inovadoras, grandes e engenhosas organizações globais e governos em todo o mundo têm trabalhado em conjunto para capturar e aproveitar a energia que o espaço tem para nos oferecer. Com esta energia solar ininterrupta e não utilizada à espera de ser aproveitada e aproveitada em benefício do planeta, o futuro parece realmente promissor.

Clique aqui para obter uma lista dos dez principais estoques de energia solar.