A transição para a energia limpa é imperativa — e a Europa está empenhada em alcançar zero emissões líquidas até o ano de 2050. Mas depender apenas das fontes de energia renováveis existentes não resolverá o problema. A intermitência do fornecimento, as pressões sobre o uso da terra, a escalabilidade e o desperdício tóxico limitam a rapidez e a eficácia com que essas soluções podem ser implementadas.
Mas há esperança. A Agência Espacial Européia (ESA) tem explorado uma nova solução tecnológica que pode superar todos esses desafios: energia solar fornecida sem fio do espaço para a Terra — também conhecida como energia solar baseada no espaço (SBSP).
Embora isso possa parecer ficção científica, o conceito é mais viável do que parece. O sol está continuamente disponível, inesgotável e sustentável. Aproveitar sua energia de cima da Terra seria mais eficiente em comparação com as soluções de energia solar terrestre dependentes do clima. Na verdade, a luz solar é, em média, dez vezes mais intensa no topo da atmosfera do que na superfície da Terra.
A questão é como lidamos com isso?
Qual é a visão da ESA para SBSP?
De acordo com a agência, a Europa pode usar sua experiência na construção e lançamento de satélites de comunicação para desenvolver e aumentar a energia solar equivalentes de energia.
Uma vez concluídos, esses satélites irão coletar toda a energia do sol 24 horas por dia, sete dias por semana e transmiti-la sem fio para a Terra para as estações receptoras. Estes, então, irão convertê-la em eletricidade e alimentá-la para a rede.
Mas não é uma tarefa simples e por isso a ESA criou Solaris, um programa preparatório que ajudará a Europa a tomar uma decisão final em 2025 sobre o potencial desenvolvimento total da energia solar baseada no espaço .
Em colaboração com a indústria europeia, o programa centra-se nos estudos e desenvolvimentos tecnológicos. O objetivo é amadurecer a viabilidade técnica e avaliar as vantagens, opções de implementação, oportunidades de negócios e riscos do SBSP como contribuinte para a descarbonização da energia terrestre.
Desafios, benefícios e viabilidade
De acordo com a ESA, energia solar baseada no espaço exigirá novos desenvolvimentos tecnológicos, mas é geralmente baseado em princípios tecnológicos existentes e física conhecida.
O grande tamanho das estruturas a serem enviadas ao espaço para a conclusão de satélites solares – junto com o alto número de lançamentos que isso exigiria – também não são mais um fator proibitivo. A redução substancial nos custos de desenvolvimento de hardware de lançamento e espaço na última década torna essa construção economicamente viável, especialmente porque o resultado final seria uma fonte continuamente disponível de energia limpa.
Para colocar o benefício potencial em perspectiva, um único satélite de energia solar da escala planejada geraria cerca de 2GW de energia. Isso equivale a uma usina nuclear convencional, algo capaz de abastecer mais de um milhão de residências. Em comparação, seriam necessários mais de seis milhões de painéis solares na superfície da Terra para gerar a mesma quantidade de energia.
Buscando avaliar a viabilidade e o potencial da energia solar baseada no espaço, a ESA encomendou em no início de 2022, dois estudos independentes de custo versus benefícios de Frazer-Nash no Reino Unido e Roland Berger na Alemanha.
Levando em consideração futuras demandas de mercado e tecnologia projeções, esses estudos concluem que, quando implantado em escala, a energia solar baseada no espaço forneceria benefícios ambientais, econômicos e estratégicos substanciais para a Europa.
Especificamente, até 2040, SBSP poderia contribuir para o desenvolvimento sustentável e eletricidade a preços competitivos para residências e empresas europeias de duas maneiras diferentes.
Em primeiro lugar, sendo um fonte de energia baseada em carga, SBSP pode ser comparado a fontes de combustível fóssil equivalentes (nuclear, carbono e gás com tecnologia de captura de carbono), que co eventualmente substituiria, minimizando sua pegada ambiental.
Em segundo lugar, poderia complementar as energias renováveis existentes (como solar fotovoltaica e eólica), que mesmo se expandissem para o nível necessário para Cenário Net Zero até 2025 , ainda precisará de suporte parcial da energia de carga de base. Adicionar energia solar baseada no espaço ao mix de energia renovável não apenas ajudaria a fornecer estabilidade e confiabilidade à rede, mas também reduziria a necessidade de soluções de armazenamento em grande escala.
Ainda assim, os estudos demonstram que um número significativo de desenvolvimentos tecnológicos desafiadores são necessários para aumentar o viabilidade de coletar gigawatts de energia no espaço e entregá-los de forma eficiente e segura de volta à Terra.
Quais são as tecnologias que estão sendo desenvolvidas?
Como parte do programa Solaris, a ESA convocou a indústria tecnológica europeia para testar a viabilidade dos vários desenvolvimentos tecnológicos necessários para a implementação da energia solar baseada no espaço.
Dado que SBSP é um campo amplamente interdisciplinar, há uma variedade de pontos de foco, variando de painéis fotovoltaicos e melhorias em células solares a sistemas avançados de propulsão.
Para saber mais, conversamos com duas empresas participantes do projeto: com sede na Bélgica Serviços de aplicativos espaciais e com sede na Suíça Astrostrom.
Assento robótico nbly de hardware
Os Serviços de Aplicativos Espaciais da Bélgica estão analisando a montagem no espaço de estações SBSP.
“Um sistema SBSP é tipicamente [extremamente grande] em comparação com qualquer coisa já colocada no espaço por humanos, com extensão de quilômetros, enquanto os maiores sistemas montados no espaço “não são maiores” do que um campo de futebol”, disse Diego Urbina, líder da equipe, projetos futuros e exploração, ao TNW.
Como é impossível lançar todas as peças de uma só vez, é necessária a montagem no espaço.
“Skybeam é um projeto no qual estamos estudando e simulando o uso de um Multi-Arm Robot desenvolvido no projeto ESA MIRROR (originalmente destinado a montar um telescópio), ou seja, dezenas ou centenas deles trabalhando em colaboração para construir a grande estação”, explicou Urbina.
O A ideia é que uma espaçonave entregará vários robôs multibraços ao estágio inicial da estação – seguidos por entregas separadas dos módulos restantes da estação. Esses robôs irão então agarrar e posicionar os módulos um a um até que a estação esteja completa.
Tanto os robôs quanto a estação terão propriedade da empresa Tecnologia HOTDOCKS, uma interface de acoplamento que permite a montagem de espaçonaves modulares.
De acordo com Urbina, o objetivo é “facilitar a montagem, reparo e operações em geral por meio dessa modularidade.”
Uma estação de energia solar lunar
A Astrostrom da Suíça está buscando outra abordagem para aproveitar a energia do sol a partir do espaço: a lua .
“Em vez de construir enormes satélites [de energia solar] na Terra, que devem ser altamente eficientes e caros e lançá-los da superfície da Terra a um grande custo, nossa proposta é instalar a capacidade industrial na Lua para construir satélites de energia solar a partir principalmente de materiais lunares e montá-los roboticamente em órbita”, disse Arthur Woods, CEO da empresa, à TNW.
O objetivo inicial seria fornecer energia para a lua operações e, uma vez que isso seja bem-sucedido, escalar essas operações para a construção de satélites de energia solar (SPS) que forneceriam energia à Terra.
“Embora isso possa soar como algo no futuro distante e, o roteiro e o prazo para desenvolver o SBSP da Terra ou da Lua seriam praticamente os mesmos uma vez que o compromisso fosse feito. Na verdade, esse desenvolvimento poderia ser feito em paralelo”, observou Woods.
O chamado GE⊕ Lunar Power Station (GE⊕-LPS) requer o desenvolvimento de várias tecnologias, explicou o CEO da Astrostrom. Em primeiro lugar, surge a necessidade de fabricar os componentes da central solar na lua: os fotovoltaicos (PV) e os elementos estruturais.
Como o ambiente lunar não permite a produção de alta fotovoltaicos eficientes da mesma forma que são feitos na Terra, a empresa está buscando processos de produção fotovoltaica mais simples que possam ser adaptados.
O regolito lunar também precisaria ser extraído e processado para fornecer o necessário ingredientes para PV e os elementos estruturais necessários.
De acordo com Woods, “este deve ser um processo altamente automatizado que pode ser controlado ou supervisionado por teleoperações da Terra e requer apenas uma equipe humana mínima em a Lua para resolução de problemas e alguma manutenção. Uma vez que as operações atingem o nível de produção em massa, o sistema automatizado deve produzir continuamente os elementos para transporte para a órbita lunar.”
Então, um sistema de transporte robusto seria necessário para transferir os satélites para a órbita da Lua para montagem ou da Terra para fornecimento de energia.
A Astrostrom quer evitar o uso de foguetes de lançamento – o que exigiria grandes instalações na Lua para produzir combustível de foguete a partir dos escassos recursos hídricos lunares – e está examinando o uso de um Elevador Espacial Lunar (LSE) que poderia ser desenvolvido com materiais existentes e implantado com sistemas de lançamento existentes.
“O LSE seria um cabo de 100.000-200.000 km que se estende da superfície da Lua até a Terra e as cargas viajariam por eletricidade. Como tal, um LSE se tornaria um projeto de infraestrutura espacial muito valioso que poderia levar a mais desenvolvimentos econômicos na região do espaço cislunar”, explicou Woods.
Como a implementação do SBSP beneficiaria a Europa como um todo?
A Solaris poderia lançar uma nova indústria europeia de energia espacial que fornecerá enormes oportunidades para inovação e crescimento econômico — no espaço e na Terra.
De acordo com a ESA , os desenvolvimentos tecnológicos propostos têm inúmeros benefícios de aplicação cruzada e casos de uso. Por exemplo, técnicas robóticas de fabricação e montagem poderiam ser aplicadas à produção em órbita de vários subsistemas de grandes naves espaciais, o que poderia melhorar as telecomunicações e a observação da Terra.
Desenvolvimentos feitos em tecnologia de transmissão de energia sem fio (WPT) poderia contribuir para estimular o mercado de WPT terrestre, ou o uso de WPT para permitir atividades de exploração lunar ou marciana. Trabalhar para o SBSP também pode resultar em células solares de alta eficiência e sistemas fotovoltaicos e de conversão de energia aprimorados.
Em última análise, a fabricação e manutenção de energia solar baseada no espaço tem o potencial de gerar um mercado comercial que beneficiará as empresas e a academia europeias, ajudando as empresas a entrar neste campo emergente de desenvolvimento de tecnologia espacial.
“Alguns elementos do SBSP ainda estão em estágio inicial e, portanto, precisam de pesquisa acadêmica. Enquanto isso, alguns precisam da engenhosidade de startups, alguns precisam de um bom nível de experiência de empresas espaciais, alguns precisam da perspectiva externa e da experiência de empresas não espaciais (como do setor de energia) e alguns precisam de uma visão geral em nível de sistema que pode ser fornecido por grandes integradores de sistema,” disse Advenit Makaya, Engenheiro de Manufatura Avançada da ESA.
Mas, o mais importante, SBSP pode ser a solução de que precisamos para atender às necessidades de energia de nossa sociedade e economizar o planeta.
“A Europa tem a necessidade, o know-how tecnológico e os meios financeiros para se tornar um líder neste campo,” disse Woods. Se de fato a Europa avançasse com este projeto, garantiria sua posição estratégica ção na corrida internacional em direção a soluções escaláveis de energia limpa para mitigar as mudanças climáticas.
E como a corrida internacional está esquentando – com países como EUA, China, Japão, Coréia do Sul e Rússia também buscando a tecnologia — a ESA está pedindo mais investimentos em pesquisa e desenvolvimento tecnológico.
O futuro de SBSP será decidido em 2025 e, até então, o projeto Solaris terá determinado se o espaço europeu indústria, setor de tecnologia e academia podem aproveitar totalmente o poder do sol para ajudar a salvar nosso planeta.