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A ideia de energia solar espacial (SBSP, na sigla em inglês) existe desde pelo menos o final da década de 1960. Esse tipo de captação de energia utiliza satélites para coletar a energia solar e fazer a transmissão para pontos de coleta na Terra. Apesar de seu enorme potencial, o conceito não ganhou tração suficiente devido a problemas de custo e tecnologia.
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Com os avanços das últimas décadas, será possível resolver alguns desses problemas agora? Se sim, a energia solar espacial poderia se tornar uma parte vital da transição mundial para energias verdes, afastando-se dos combustíveis fósseis.
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Energia solar não é novidade
A energia já é captada diretamente através do que geralmente chamamos de energia solar, compreendendo diferentes tecnologias, como fotovoltaicos (PV) e energia solar térmica. A energia do sol também é coletada indiretamente: a energia eólica é um exemplo disso, pois as brisas são geradas pelo aquecimento desigual da atmosfera pelo Sol.
Mas essas formas de geração de energia verde têm limitações. Elas ocupam muito espaço em terra e são limitadas pela disponibilidade de luz e vento. Por exemplo, as fazendas solares não coletam energia à noite e captam menos energia no inverno e em dias nublados.
Energia solar espacial e o fim destas limitações
- Os painéis fotovoltaicos em órbita não serão limitados pelo início da noite.
- Um satélite em órbita geoestacionária — uma órbita circular a cerca de 36.000 km acima da Terra — fica exposto ao sol por mais de 99% do tempo durante todo o ano.
- Isso permite que ele produza energia verde 24 horas por dia, 7 dias por semana.
- Este tipo de satélite é ideal quando a energia precisa ser enviada da espaçonave para um coletor de energia ou estação terrestre, pois os satélites aqui estão parados em relação à Terra.
- Acredita-se que haja 100 vezes mais energia solar disponível a partir de satélites em órbita geoestacionária do que as estimativas das demandas globais de energia da humanidade até 2050.
- Transferir a energia coletada no espaço para a Terra requer transmissão de energia sem fio.
- O uso de micro-ondas para isso minimiza a perda de energia na atmosfera, mesmo em céus nublados.
- O feixe de micro-ondas enviado pelo satélite é 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 latitudes altas.
- 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.
Novos conceitos
Numerosos projetos foram propostos desde o primeiro conceito de Peter Glaser em 1968. Na energia solar espacial, a energia é convertida várias vezes (luz para eletricidade para micro-ondas para eletricidade), e parte dela é perdida como calor. Para injetar 2 gigawatts (GW) de energia na rede, cerca de 10 GW de energia precisarão ser coletados pelo satélite.
Um conceito recente chamado CASSIOPeiA consiste em dois refletores ajustáveis de 2 km de largura. Eles refletem a luz solar em uma matriz de painéis solares. Esses transmissores de energia, com cerca de 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 de CASSIOPeiA no fato de o coletor solar ser uma grande estrutura formada por inúmeros pequenos refletores modulares chamados helióstatos, cada um dos quais pode ser movido independentemente. Eles são produzidos em massa para reduzir custos.
Em 2023, cientistas do Caltech lançaram o MAPLE, um experimento com satélite em pequena escala que transmitiu uma pequena quantidade de energia de volta para o Caltech. O MAPLE provou que a tecnologia pode ser usada para fornecer energia à Terra.
Interesse global
A energia solar espacial pode desempenhar um papel crucial no cumprimento de metas de neutralidade de carbono em diversos países, o que mostra que o interesse nesta forma de captação de energia verde pode ser gigante. Isto acontece, principalmente, porque ela proporciona um fornecimento de energia seguro e estável.
Além disso, a aplicação deste conceito tem potencial para gerar empregos. A Agência Espacial Europeia está avaliando atualmente a viabilidade da energia solar espacial com sua iniciativa SOLARIS. Isso pode ser seguido por um plano de desenvolvimento completo para a tecnologia até 2025.
Alguns países recentemente anunciaram a intenção de transmitir energia à Terra até 2025, avançando para sistemas maiores nas próximas duas décadas.
Então, qual o impeditivo?
Se a tecnologia está pronta, por que não está sendo usada? O principal limite é a enorme quantidade de massa que precisa ser lançada ao espaço e seu custo por quilograma. Empresas como SpaceX e Blue Origin estão desenvolvendo veículos de lançamento pesados, com foco na reutilização de partes desses veículos após o voo. Isso pode reduzir o custo da empreitada em até 90%.
Mesmo usando o veículo Starship da SpaceX, que pode lançar 150 toneladas de carga em órbita terrestre baixa, o satélite para captação de energia solar espacial exigirá centenas de lançamentos. Alguns componentes, como treliças estruturais longas — elementos estruturais projetados para atravessar longas distâncias — podem ser impressos em 3D no espaço.
Desafios e riscos
Colocar estes planos em prática será desafiador e os riscos ainda precisam ser totalmente avaliados. Embora a eletricidade produzida seja totalmente verde, o impacto da poluição decorrente de centenas de lançamentos pesados é difícil de prever.
Além disso, controlar uma estrutura tão grande no espaço exigirá quantidades substanciais de combustível, envolvendo 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 estender a vida útil do satélite quase indefinidamente. Um feixe de micro-ondas suficientemente poderoso para alcançar a Terra também pode danificar qualquer coisa que esteja em seu caminho. Para fins de segurança, a densidade de potência do feixe terá que ser restrita.
O desafio de construir plataformas como esta no espaço pode parecer assustador, mas a energia solar no espaço é tecnologicamente viável. Para ser economicamente viável, requer engenharia em grande escala e, portanto, comprometimento de longo prazo e decisivo por parte dos governos e agências espaciais.
No entanto, com tudo isso em prática, a energia solar espacial pode fazer uma contribuição fundamental para alcançar a neutralidade de carbono até 2050, fornecendo energia limpa e sustentável do espaço.
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