L'audace piano per collocare fattorie solari nello spazio e riportare l'energia sulla Terra

Hajmiri scherza sul fatto che intende far stampare le risposte su un biglietto. "Lo terrò nel portafoglio per mostrarlo alla gente", ha detto.

Inizialmente scettico sul solare spaziale, l'interesse di Hajimiri si è acceso quando ha iniziato a esaminare più da vicino l'idea. "In media, si ottiene una potenza otto volte superiore nello spazio" rispetto al solare terrestre, ha dichiarato alla CNN. Il raggio non ucciderà nemmeno gli animali. E per quanto riguarda la Morte Nera? Il raggio non sarà abbastanza potente da poter essere utilizzato come arma, ha aggiunto.

Quest'anno Hajimiri e il suo team hanno fatto un passo avanti verso la realizzazione del solare spaziale.

A gennaio hanno lanciato Maple, un prototipo solare spaziale lungo 30 centimetri dotato di trasmettitori flessibili e leggeri. L'obiettivo era raccogliere energia dal sole e trasferirla senza fili nello spazio, cosa che è stata fatta, riuscendo ad accendere una coppia di LED.

Ma l'obiettivo era quello di vedere se Maple potesse anche trasmettere energia rilevabile sulla Terra. A maggio, il team ha deciso di lanciare una "prova generale" per vedere cosa sarebbe successo. Su un tetto del campus Caltech di Pasadena, in California, Hajimiri e gli altri scienziati sono riusciti a captare il segnale di Maple.

La quantità di energia rilevata era minima, troppo piccola per essere utile, ma erano riusciti a trasmettere energia dallo spazio in modalità wireless. "Solo a posteriori ci siamo resi conto che si trattava di qualcosa di molto speciale", ha dichiarato Hajimiri.

Il solare spaziale può sembrare un'idea selvaggia e futuristica, ma non è una novità. Già nel 1941 era stata descritta in un racconto dello scrittore di fantascienza Isaac Asimov. Nei decenni successivi, paesi come gli Stati Uniti, la Cina e il Giappone hanno esplorato l'idea, ma per anni è stata scartata. "L'aspetto economico era semplicemente fuori discussione", ha dichiarato Martin Soltau, amministratore delegato dell'azienda britannica Space Solar.

Le cose potrebbero cambiare ora che i costi di lancio dei satelliti si riducono drasticamente, la tecnologia solare e robotica progredisce rapidamente e la necessità di energia pulita in abbondanza per sostituire i combustibili fossili che riscaldano il pianeta diventa sempre più urgente.

C'è un "nesso di tecnologie diverse che si uniscono proprio ora che ne abbiamo bisogno", ha dichiarato Craig Underwood, professore emerito di ingegneria dei veicoli spaziali presso l'Università del Surrey nel Regno Unito.

Il problema è che queste tecnologie dovrebbero essere impiegate su una scala mai vista prima.

Cos'è il solare spaziale?

Il concetto di solare spaziale è piuttosto semplice. Gli esseri umani potrebbero sfruttare l'enorme potenza del sole nello spazio, dove è disponibile costantemente - senza essere influenzata dal maltempo, dalla copertura nuvolosa, dalle ore notturne o dalle stagioni - e trasmetterla sulla Terra.

Esistono diversi concetti, ma il funzionamento sarebbe più o meno questo: enormi satelliti a energia solare, ciascuno con un diametro di oltre un miglio, verrebbero inviati in un'orbita molto alta.

A causa delle dimensioni colossali di queste strutture, esse sarebbero composte da centinaia di migliaia di moduli molto più piccoli e fabbricati in serie, "come i mattoncini lego", ha dichiarato Soltau alla CNN, che verrebbero assemblati nello spazio da macchine robotiche autonome.

Le celle solari del satellite catturerebbero l'energia del sole, la convertirebbero in microonde e la trasmetterebbero alla Terra in modalità wireless attraverso un trasmettitore molto grande, in grado di colpire con precisione punti specifici del terreno.

Un operaio pulisce i pannelli solari in una nuova base energetica in Cina.

Le microonde, che possono facilmente viaggiare attraverso le nuvole e il maltempo, verrebbero dirette a un'antenna ricevente (o "rectenna") sulla Terra fatta di rete - "pensate a una sorta di rete da pesca appesa a pali di bambù", ha detto Soltau - dove le microonde verrebbero riconvertite in elettricità e immesse nella rete.

Con la Stazione Spaziale Internazionale e l'edificio più alto del mondo, il Burj Khalifa, mostrati in scala, questa illustrazione dimostra quanto sarebbe imponente l'array CASSEioPia.

La rectenna, del diametro di circa 6 chilometri, potrebbe essere costruita sulla terraferma o in mare aperto. Poiché queste strutture a rete sarebbero quasi trasparenti, l'idea è che il terreno sottostante possa essere utilizzato per pannelli solari, aziende agricole o altre attività.

Un singolo satellite solare spaziale potrebbe fornire fino a 2 gigawatt di potenza, più o meno la stessa quantità di due centrali nucleari medie negli Stati Uniti.

Un'idea che ha fatto il suo tempo?

Non c'è "nulla di fantascientifico" nel solare spaziale, ha dichiarato alla CNN il professore britannico Underwood. La tecnologia è matura, ha detto. "Il grande ostacolo è stato semplicemente il costo di mettere in orbita una centrale elettrica".

Nell'ultimo decennio, questa situazione ha iniziato a cambiare grazie allo sviluppo di razzi riutilizzabili da parte di aziende come SpaceX e Blue Origin. I costi di lancio odierni, pari a circa 1.500 dollari al chilogrammo, sono circa 30 volte inferiori a quelli dell'epoca dello Space Shuttle, all'inizio degli anni Ottanta.

E mentre il lancio di migliaia di tonnellate di materiale nello spazio sembra avere un'enorme impronta di carbonio, l'energia solare spaziale avrebbe probabilmente un'impronta almeno paragonabile a quella dell'energia solare terrestre per unità di energia, se non addirittura inferiore, grazie alla sua maggiore efficienza in quanto la luce solare è disponibile quasi costantemente, ha dichiarato Mamatha Maheshwarappa, responsabile dei sistemi di carico utile presso l'Agenzia spaziale britannica.

Alcuni esperti si spingono oltre. Underwood ha detto che l'impronta di carbonio del solare spaziale sarebbe circa la metà di quella di un impianto solare terrestre che produce la stessa energia, anche con il lancio di un razzo.

Ma questo non significa che il solare spaziale debba sostituire le energie rinnovabili terrestri, ha aggiunto. L'idea è che possa fornire energia "di base" che può essere utilizzata 24 ore su 24 per colmare le lacune quando il vento non soffia e il sole non splende sulla Terra. Attualmente, l'energia di base tende a essere fornita da centrali elettriche alimentate con combustibili fossili o energia nucleare, che sono in grado di funzionare con poche interruzioni.

L'energia sarebbe "molto portatile", ha dichiarato Peter Garretson, senior fellow in studi sulla difesa presso l'American Foreign Policy Council. Potrebbe essere teletrasportata dallo spazio, ad esempio, in cima all'Europa e poi in fondo all'Africa.

Molti sostenitori sottolineano il potenziale che potrebbe offrire ai Paesi in via di sviluppo con un forte fabbisogno energetico ma con una mancanza di infrastrutture. Tutto ciò di cui avrebbero bisogno è una rettenna. "Si otterrà una vera e propria democratizzazione dell'energia abbondante e a prezzi accessibili", ha detto Soltau.

L'energia solare spaziale potrebbe anche aiutare ad alimentare le città e i villaggi artici remoti, che rimangono quasi completamente al buio per mesi all'anno, e potrebbe trasmettere energia alle comunità che subiscono interruzioni durante i disastri climatici o i conflitti.

Le sfide

C'è ancora un enorme divario tra l'idea e la commercializzazione.

Sappiamo come costruire un satellite e come costruire un impianto solare, ha detto Maheshwarappa dell'Agenzia spaziale britannica. "Quello che non sappiamo è come costruire qualcosa di così grande nello spazio".

Maheshwarappa ha fatto l'esempio del Burj Khalifa di Dubai, l'edificio più alto del mondo, che si eleva per circa 830 metri, ovvero circa 2.700 piedi. "Le strutture di cui stiamo parlando sono il doppio", ha detto Maheshwarappa alla CNN. "Non abbiamo ancora costruito qualcosa di così grande a terra, figuriamoci nello spazio".

Gli scienziati devono anche capire come utilizzare l'intelligenza artificiale e la robotica per costruire e mantenere queste strutture nello spazio. "Le tecnologie abilitanti sono ancora in una fase di preparazione tecnologica molto bassa", ha detto Maheshwarappa.

C'è poi da regolamentare questo nuovo sistema energetico, per garantire che i satelliti siano costruiti in modo sostenibile, che non ci sia il rischio di detriti e che abbiano un piano di fine vita, oltre che per determinare dove dovrebbero essere collocati i siti di rettenna.

L'accettazione da parte del pubblico potrebbe essere un altro grande ostacolo, ha detto Maheshwarappa. Può esserci una paura istintiva quando si tratta di trasmettere energia dallo spazio.

Ma questi timori sono infondati, secondo alcuni esperti. La densità di energia al centro della rectenna sarebbe circa un quarto del sole di mezzogiorno. "Non è diverso dallo stare davanti a una lampada termica", ha detto Hajimiri.

Per costruire un satellite in grado di nuocere alle persone, dovrebbe essere molto più grande dei concetti attualmente in fase di sviluppo, ha detto Hajimiri. "Chiunque cerchi di iniziare a costruirlo, tutti gli altri lo sapranno".

Questo non significa che non si debbano fare domande, ha detto. L'idea è quella di "portare benefici all'umanità, e se così non fosse, non avrebbe senso".

L'energia verrebbe trasmessa senza fili sotto forma di microonde a stazioni riceventi dedicate sulla Terra, chiamate

Per alcuni, tuttavia, l'intero concetto di solare spaziale è fuori luogo.

Amory Lovins, fisico e professore aggiunto all'Università di Stanford, ha affermato che il mondo farebbe molto meglio a concentrarsi sulle energie rinnovabili terrestri. L'energia extra nello spazio e la possibilità di raccoglierla quasi 24 ore al giorno "non è abbastanza preziosa da pagare il costo della raccolta e del trasporto dell'energia verso il basso", ha dichiarato alla CNN.

Per Lovins, anche le promesse che il sistema sarebbe una grande fonte di energia di base non reggono. Esistono tecniche per adeguare la domanda di energia all'offerta, anziché il contrario, senza che i consumatori se ne accorgano. Avere un'enorme fonte di energia che produce in continuazione è "indesideratamente inflessibile", ha detto.

"Perché spendere soldi per qualcosa che non ha alcuna possibilità di successo commerciale, il cui bisogno sarà già stato soddisfatto prima di poterlo costruire e il cui costo futuro, secondo le stime più ottimistiche, è pari all'attuale prezzo dell'energia solare terrestre e delle batterie?

Il futuro

Ma i governi e le aziende di tutto il mondo ritengono che l'energia solare spaziale sia estremamente promettente per soddisfare la crescente domanda di energia pulita e abbondante e per affrontare la crisi climatica.

Secondo Soltau, mancano ancora cinque o sei anni per un programma di sviluppo in grado di dimostrare la validità del concetto. Ci vorranno poi altri cinque o sei anni per industrializzare e scalare il sistema su scala gigawatt per renderlo pienamente operativo.

Un forte sostegno da parte del governo sarà fondamentale. "È una cosa ambiziosa creare una tecnologia energetica completamente nuova".

Negli Stati Uniti, l'Air Force Research Laboratory ha in programma di lanciare un piccolo dimostratore chiamato Arachne nel 2025, mentre l'US Naval Research Laboratory ha lanciato un modulo nel maggio 2020 a bordo di un veicolo di prova orbitale, per testare l'hardware solare in condizioni spaziali.

La China Academy of Space Technology, un'azienda che progetta e produce veicoli spaziali, punta a inviare un satellite solare in orbita bassa nel 2028 e in orbita alta entro il 2030, secondo un rapporto del South China Morning News del 2022.

Operazioni di perforazione per l'idrogeno bianco da parte di Natural Hydrogen Energy nel Midwest degli Stati Uniti.

Il governo del Regno Unito si è dato da fare. Il governo britannico ha commissionato uno studio indipendente che nel 2021 ha riferito che l'energia solare spaziale è tecnicamente fattibile, evidenziando progetti come CASSIOPeiA, guidato dal Regno Unito, un satellite del diametro di 1,7 chilometri (1 miglio) che mira a fornire 2 gigawatt di potenza. Nel giugno di quest'anno, il governo ha annunciato un finanziamento di quasi 5,5 milioni di dollari a università e aziende tecnologiche "per promuovere l'innovazione" nel settore solare spaziale.

L'Europa ha il suo programma Solaris, per stabilire la fattibilità tecnica e politica del solare spaziale, in preparazione di una possibile decisione nel 2025 di lanciare un programma di sviluppo completo.

"Ovviamente, prima di costruire qualcosa, tutto è speculazione", ha detto Garretson, "ma ci sono forti ragioni per pensare che questo potrebbe essere economicamente possibile e fattibile".

Tornati in California, Hajimiri e il suo team hanno trascorso gli ultimi sei mesi a sottoporre a stress test il loro prototipo per estrarre dati da utilizzare per la prossima generazione di progetti.

La visione finale di Hajimiri è quella di una serie di vele leggere e flessibili che possono essere arrotolate, lanciate e spiegate nello spazio, con miliardi di elementi che lavorano in perfetta sincronia per inviare l'energia dove è necessaria.

Egli considera il loro progetto come "parte di questa lunga catena di persone che si basano sul lavoro degli altri e si aiutano a vicenda", ha detto. "Quindi stiamo facendo un passo importante, forse, ma non è l'ultimo".