Energía solar espacial

Energía solar espacial (en inglés Space-based solar power, SSP), término estrechamente relacionado con satélite de energía solar (en inglés Solar Power Satellite), es la conversión de energía solar adquirida en el espacio en cualquier otro tipo de energía (principalmente electricidad), la cual se puede usar en el propio espacio o bien se puede transmitir a la Tierra. Desde mediados del siglo XX se vienen usando paneles fotovoltaicos en el espacio a bordo de satélites espaciales para producir la electricidad necesaria para su funcionamiento a partir de la luz solar. La novedad del concepto de SSP reside en la idea de adquirir energía a gran escala en el espacio y transmitirla a la Tierra de forma inalámbrica para su consumo sobre la superficie del planeta.

La energía solar es una fuente de energía renovable e inagotable y por ello tiene el potencial de resolver los problemas socioeconómicos y ambientales asociados con la dependencia de los recursos fósiles y de la energía nuclear. La energía solar espacial presenta pros y contras respecto a otras fuentes energéticas, en especial respecto a su variante terrestre. El aprovechamiento de los paneles en el espacio es mucho mayor que el de los paneles terrestres, al no verse afectados por la atenuación de la radiación solar en la atmósfera terrestre ni por las fases nocturnas, si bien la energía debe transmitirse a largas distancias con las correspondientes pérdidas energéticas. Por otro lado, la energía solar espacial tendría la ventaja de estar ubicada fuera del sistema ecológico terrestre, no generando prácticamente ningún desecho una vez en funcionamiento.

Los mayores frenos al desarrollo de los sistemas de SSP son el alto coste de la puesta en órbita de los paneles y ciertos obstáculos técnicos, especialmente la baja eficiencia de las células fotovoltaicas cuando trabajan a alta temperatura y la difícil transmisión de la energía a la superficie de la Tierra. Desde que a finales del siglo XIX se sentaron las bases teóricas de la tecnología fotovoltaica, el desarrollo de todas las tecnologías involucradas ha sido notorio. En la primera década del siglo XXI, equipos de investigadores europeos, estadounidenses y japoneses siguen trabajando para hacer esta tecnología posible algún día.

Para la SSP se han propuesto varias aplicaciones posibles así como diversas opciones tecnológicas, como por ejemplo el tipo de satélite o la frecuencia de emisión de la energía a la Tierra. Igualmente, incógnitas como los posibles efectos medioambientales de la transmisión de energía a la Tierra, la esperanza de vida de los paneles en el espacio, el tiempo de retorno energético o el papel que podría jugar la Luna siguen sin una respuesta clara.

Nacimiento de la energía solar fotovoltaica

Los estudios realizados en el siglo XIX por Michael Faraday, James Clerk Maxwell, Nikola Tesla y Heinrich Hertz sobre inducción electromagnética, fuerzas eléctricas y ondas electromagnéticas, y sobre todo los de Albert Einstein en 1905, proporcionaron la base teórica al efecto fotoeléctrico, que es el fundamento de la conversión de energía solar a electricidad.

Este efecto había sido reconocido empíricamente por primera vez en 1839 por el físico francés Alexandre-Edmond Becquerel, pero no sería hasta 1883 cuando Charles Fritts construyera la primera célula solar, recubriendo una muestra de selenio semiconductor con un pan de oro para formar el empalme. Este primitivo dispositivo presentaba una eficiencia de sólo un 1%.

La era moderna de la tecnología fotovoltaica no llegó hasta el año 1954 cuando los Laboratorios Bell descubrieron, de manera accidental, que los semiconductores de silicio dopado con ciertas impurezas eran muy sensibles a la luz. La producción industrial a gran escala de paneles fotovoltaicos comenzó en la década de los 80.

Transmisión inalámbrica de energía

La transmisión de energía entre el satélite y la rectenna en tierra plantea problemas de seguridad aun no resueltos. El haz de energía debe apuntar sólo a la rectenna, sin desviarse sobre otras zonas. También deben idearse sistemas que eviten interferencias con las aeronaves que puedan cruzarse en el camino del haz, así como realizar estudios para asegurarse de la ausencia de efectos nocivos de las microondas o del láser sobre la salud y el medio ambiente.

Por otro lado, la viabilidad económica de los sistemas SSP requiere que las estaciones de recepción sean lo más pequeñas posible. Para ello existen dos medios: aumentar el diámetro de la antena emisora o aumentar la frecuencia de la radiación transmitida. Sin embargo, una antena emisora mayor implica mayor peso a poner en órbita y una frecuencia más alta conduce a menores eficiencias de transmisión. También hay que tener presente que una radiación de frecuencia muy alta se convierte en ionizante, pudiendo generar trastornos ecológicos o biológicos al alcanzar la Tierra. En la primera década del siglo XXI no existe una solución clara a este problema, barajándose la posibilidad de repartir la energía de cada satélite entre varias estaciones receptoras simultáneamente.

Suministro de electricidad a la Tierra

El objetivo principal previsto para la energía solar espacial desde su invención en los años 60 es el suministro de electricidad a la Tierra a gran escala. A fin de satisfacer la demanda energética de la creciente población mundial, los diferentes estudios realizados han propuesto sistemas capaces de suministrar varios gigavatios de electricidad de forma constante, bien mediante unos pocos satélites gigantescos bien mediante constelaciones de satélites más pequeños.

En los años 2000 ha surgido además el interés por satélites SSP de menor escala, del orden de unos cuantos megavatios. Una de sus aplicaciones podría ser el suministro de electricidad a bases militares aisladas en países sin infraestructura energética. También se ha evocado la posibilidad de utilizar la SSP para suministrar electricidad de emergencia a zonas afectadas por catástrofes naturales y así facilitar las tareas de reconstrucción.

Pros y contras

Factores a favor
Beneficio ambiental: El posible beneficio ambiental sería importante. Para poder abastecer de energía a la creciente población del planeta se necesita una fuente limpia e inagotable de energía. Las microondas provenientes del espacio podrían calentar la atmósfera ligeramente (extremo no probado) pero la ausencia de emisiones dañinas (p. ej. CO2), que presentan otras fuentes energéticas, compensaría esa posible desventaja.
Flexibilidad y seguridad: La energía solar espacial eliminaría la necesidad de complejas redes eléctricas intercontinentales y reduciría también la cantidad de apagones, ya que una interrupción de una emisión de microondas es muy improbable. Otra ventaja es el hecho de que la fuente de energía se encontraría a una distancia de 36.000 km, haciéndolo muy inaccesible como objetivo terrorista. El sistema permitiría también intercambiar con facilidad una fuente transmisora por otra y reanudar el abastecimiento de forma inmediata en caso de interrupción.

Erupción del Monte Saint Helens en 1980 en Washington, EE. UU.
Energía en caso de un invierno global: En esa situación la energía solar espacial podría ser la única forma de adquirir energía solar directa para complementar los combustibles fósiles, la energía nuclear y las otras energías renovables (hidráulica, eólica, geotérmica) bajo condiciones extremas, como por ejemplo en un invierno volcánico o en uno nuclear. Se cree que la erupción de alguno de los supervolcanes riolíticos existentes en unas pocas docenas de puntos calientes de la Tierra podría dar lugar a una glaciación repentina. En épocas geológicas relativamente recientes se han producido erupciones de tal escala. Entre ellas cabe destacar por partida doble la caldera de Yellowstone, en una ocasión hace 2,2 millones de años y en otra más reciente hace 640.000 años. En esta última expulsó 800 veces más materia que la despedida en 1980 por el monte Saint Helens. Las mayores erupciones conocidas fueron las de la caldera Garita en las montañas San Juan en Colorado (5 veces mayor que la caldera de Yellowstone) y la del Lago de Toba en Indonesia (3 veces mayor que la caldera de Yellowstone). Se estima que esta última erupción causó hace 75.000 años una glaciación global que pudo haber durado 1000 años y acabado con el 60% de la población global.

Factores en contra
Costes económicos: Los costes económicos necesarios para desarrollar la SSP siguen siendo excesivamente elevados en la primera década del siglo XXI, de forma que solo serán rentables si se reducen los costes de lanzamientos al espacio; se encuentra la forma de fabricar satélites con materiales extraterrestres (ej. de la Luna); los costes energéticos convencionales se elevan drásticamente; o se renuncia al uso de los combustibles fósiles. Hasta que uno de estos extremos no sea realidad, las barreras económicas seguirán siendo un impedimento para su implementación.
Papel en el calentamiento global: La transmisión de energía desde un satélite espacial a la Tierra no se realiza con una eficiencia energética del 100%, sino de entre un 50 y un 80%.55 56 La energía perdida se disipa en la atmósfera en forma de calor causando, en principio, un incremento de temperatura en la atmósfera. Esta afirmación es cierta pero debe ser puesta en contexto. Una central nuclear o de carbón generan un 50% más de calor que lo que se espera de la energía solar espacial. Por ello, si todas esas centrales fueran sustituidas por satélites solares el resultado sería una reducción del calentamiento global.

Búsqueda de inteligencia extraterrestre

Casi el 100% de la energía radiada por el Sol se propaga en direcciones diferentes de las que ocupa la Tierra. Quizás sea posible en un futuro lejano aprovechar de alguna forma tan vasta fuente de energía que hoy en día se pierde en el cosmos.

Se especula con que precisamente este tipo de tecnología podría ayudar en la búsqueda de vida extraterrestre, ya que se supone que una civilización avanzada podría ser capaz de hacer uso de una proporción importante de esta energía perdida de los cuerpos solares. Es muy difícil identificar planetas fuera del Sistema Solar capaces de albergar vida inteligente, pero identificando estrellas con luz modificada para aplicaciones de energía solar espacial a gran escala se podría señalar la existencia de civilizaciones extraterrestres avanzadas.

Fuente: Wikipedia

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