Os discos solares que podem garantir energia à Terra a partir do espaço

Usinas de energia baseadas no espaço estão deixando de ser um sonho distante para se transformar em uma séria possibilidade de engenharia, à medida que cientistas esperam poder colocar energia renovável em órbita.

Parece ficção científica: usinas solares gigantescas flutuando no espaço que enviam enormes quantidades de energia para a Terra. E por muito tempo, o conceito — desenvolvido pela primeira vez pelo cientista russo Konstantin Tsiolkovsky, na década de 1920 — foi sobretudo uma inspiração para escritores.

Um século depois, no entanto, os cientistas estão fazendo grandes avanços para transformar o conceito em realidade.

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A Agência Espacial Europeia percebeu o potencial desses esforços e agora está buscando financiar projetos nesta área, prevendo que o primeiro recurso industrial que obteremos do espaço será "energia irradiada".

A mudança climática é o maior desafio do nosso tempo, então há muita coisa em jogo. Do aumento das temperaturas globais até as alterações nos padrões climáticos, os impactos das mudanças climáticas já estão sendo sentidos em todo o mundo. Superar esse desafio exigirá mudanças radicais na forma como geramos e consumimos energia.

As tecnologias de energia renovável se desenvolveram drasticamente nos últimos anos, com maior eficiência e menor custo. Mas uma grande barreira para sua adoção é o fato de que não fornecem um abastecimento constante de energia. As fazendas eólicas e solares produzem energia apenas quando o vento sopra ou o sol brilha — mas precisamos de eletricidade 24 horas por dia, todos os dias.

Em última análise, precisamos de uma forma de armazenar energia em grande escala antes de fazer a troca para fontes renováveis.

Benefícios do espaço

Uma possível maneira de contornar isso seria gerar energia solar no espaço. Há muitas vantagens nisso. Uma estação de energia solar baseada no espaço poderia orbitar a face do Sol 24 horas por dia. A atmosfera da Terra também absorve e reflete parte da luz do Sol, de modo que as células fotovoltaicas acima da atmosfera vão receber mais luz solar e produzir mais energia.

Mas um dos principais desafios a serem vencidos é como montar, lançar e implantar estruturas tão grandes. Uma única estação de energia solar pode ter que cobrir 10 km2 — o equivalente a 1,4 mil campos de futebol. Usar materiais leves também será fundamental, já que a maior despesa será o custo de lançar a estação ao espaço em um foguete.

Uma solução proposta é desenvolver uma série de milhares de satélites menores que vão se unir e se configurar para formar um único grande gerador solar. Em 2017, pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) esboçaram designs para uma estação de energia modular, consistindo de milhares de telhas de células fotovoltaicas ultraleves. Eles também apresentaram um protótipo de telha que pesa apenas 280g por metro quadrado, semelhante ao peso de um cartão.

Recentemente, avanços nos processos de fabricação, como a impressão 3D, também estão sendo analisados no que se refere ao seu potencial para energia espacial. Na Universidade de Liverpool, no Reino Unido, estamos explorando novas técnicas para imprimir células fotovoltaicas ultraleves em velas solares.

Uma vela solar é uma membrana dobrável, leve e altamente refletora, capaz de aproveitar o efeito da pressão da radiação do Sol para impulsionar uma espaçonave sem combustível. Estamos explorando como incorporar células fotovoltaicas em estruturas de velas para criar grandes estações de energia sem combustível.

Esses métodos nos permitiriam construir as usinas de energia no espaço. Na verdade, um dia poderá ser possível fabricar e implantar unidades no espaço a partir da Estação Espacial Internacional ou da futura estação lunar, chamada Gateway, que orbitará a Lua. Esses dispositivos poderiam, na verdade, ajudar a fornecer energia à Lua.

As possibilidades não param por aí. Embora atualmente dependamos de materiais da Terra para construir usinas de energia, os cientistas também estão considerando o uso de recursos do espaço para a fabricação delas, como materiais encontrados na Lua.

Mas um dos maiores desafios pela frente será fazer com que a energia seja transmitida de volta à Terra. O plano é converter a eletricidade das células fotovoltaicas em ondas de energia e usar campos eletromagnéticos para transferi-los para uma antena na superfície da Terra. A antena converteria então as ondas de volta em eletricidade.

Pesquisadores liderados pela Agência de Exploração Aeroespacial do Japão já desenvolveram designs e apresentaram um sistema orbital que deve ser capaz de fazer isso.

Ainda há muito trabalho a ser feito nessa área, mas o objetivo é que as usinas solares no espaço se tornem uma realidade nas próximas décadas.

Pesquisadores na China desenvolveram um sistema chamado Omega, que eles pretendem que esteja operacional em 2050. Esse sistema deve ser capaz de fornecer 2 GW de energia à rede da Terra em seu pico de desempenho, o que é uma quantidade enorme. Para produzir tanta energia com painéis solares na Terra, você precisaria de mais de seis milhões deles.

Satélites de energia solar menores, como aqueles projetados para abastecer os rovers (veículos robóticos) lunares, podem estar operacionais mais cedo ainda.

Em todo o mundo, a comunidade científica está dedicando tempo e esforço ao desenvolvimento de usinas solares no espaço. Nossa esperança é que um dia elas possam ser uma ferramenta vital em nossa luta contra as mudanças climáticas.

*Amanda Jane Hughes é professora de engenharia de energia na Universidade de Liverpool, no Reino Unido, onde sua pesquisa inclui o design de células fotovoltaicas e instrumentos ópticos.

Stefania Soldini é professora de engenharia aeroespacial também na Universidade de Liverpool, e sua área de especialização engloba simulações numéricas para design e orientação de missões espaciais, navegação e controle, asteroides e missões de velas solares.

Este artigo foi publicado originalmente no site de notícias acadêmicas The Conversation e republicado aqui sob uma licença Creative Commons.