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Este plan espacial futurista de energía solar podría ayudar a salvar el mundo. Pero algunos dicen que es demasiado descabellado
(CNN) -- Ali Hajimiri lleva una década investigando cómo colocar paneles solares en el espacio y transportar la energía a la Tierra. Sin embargo, cuando este profesor de Ingeniería Eléctrica de Caltech habla de su trabajo, la gente siempre se hace tres preguntas, normalmente en este orden: ¿Por qué no poner paneles solares en la Tierra? ¿Vas a freír pájaros en el cielo? ¿Estás construyendo una Estrella de la Muerte?
Hajmiri bromea diciendo que planea imprimir las respuestas en una tarjeta. "La llevaré en la cartera para enseñársela a la gente", dice.
Aunque en un principio era un escéptico de la energía solar espacial, el interés de Hajimiri se despertó cuando empezó a estudiar la idea con más detenimiento. "Por término medio, se obtiene ocho veces más energía en el espacio que con la energía solar en la Tierra", declaró a CNN. El rayo tampoco matará animales. ¿Y en cuanto a la Estrella de la Muerte? El rayo no será lo bastante potente como para convertirlo en un arma, añadió.
Este año, Hajimiri y su equipo dieron un paso adelante para hacer realidad la energía solar espacial.
En enero lanzaron Maple, un prototipo solar espacial de 30 centímetros de largo equipado con transmisores flexibles y ligeros. El objetivo era recoger energía del sol y transferirla de forma inalámbrica al espacio, y lo consiguieron, logrando encender un par de LED.
Pero el objetivo era ver si Maple también podía enviar energía detectable a la Tierra. En mayo, el equipo decidió poner en marcha un "simulacro" para ver qué ocurría. En una azotea del campus de Caltech en Pasadena, California, Hajimiri y los demás científicos pudieron captar la señal de Maple.
La cantidad de energía que detectaron era ínfima, demasiado pequeña para ser útil, pero habían conseguido transmitir energía de forma inalámbrica desde el espacio. "No fue hasta después cuando nos dimos cuenta de que se trataba de algo muy especial", afirma Hajimiri.
La energía solar espacial puede parecer una idea descabellada y futurista, pero no es nueva. Ya en 1941, el escritor de ciencia ficción Isaac Asimov la describió en un cuento. Desde entonces, países como Estados Unidos, China y Japón han explorado la idea, pero durante años se descartó. "Su rentabilidad era descabellada", afirma Martin Soltau, CEO de la empresa británica Space Solar.
Puede que esto cambie ahora, a medida que el costo del lanzamiento de satélites se reduce drásticamente, la tecnología solar y robótica avanza con rapidez y la necesidad de energía limpia abundante para sustituir a los combustibles fósiles que calientan el planeta se hace más urgente.
Hay un "nexo de unión de distintas tecnologías justo cuando lo necesitamos", afirma Craig Underwood, profesor emérito de Ingeniería de naves espaciales de la Universidad de Surrey, en el Reino Unido.
El problema es que estas tecnologías tendrían que desplegarse a una escala sin precedentes.
¿Qué es la energía solar desde el espacio?
En esencia, la energía solar desde el espacio es un concepto bastante sencillo. El ser humano podría aprovechar la enorme energía del sol en el espacio, donde está disponible constantemente (sin que le afecten el mal tiempo, la nubosidad, la noche o las estaciones) y transportarla a la Tierra.
Existen varios conceptos, pero funcionaría más o menos así: se enviarían a una órbita muy alta enormes satélites de energía solar, cada uno de más de un kilómetro y medio de diámetro.
Debido al colosal tamaño de estas estructuras, se compondrían de cientos de miles de módulos mucho más pequeños, fabricados en serie, "como ladrillos de lego", explicó Soltau a CNN, que se ensamblarían en el espacio mediante máquinas de montaje robóticas autónomas.
Las celdas solares del satélite captarían la energía del sol, la convertirían en microondas y la enviarían a la Tierra de forma inalámbrica a través de un transmisor muy grande, capaz de llegar con precisión a puntos concretos del suelo.
Con la Estación Espacial Internacional y el edificio más alto del mundo, el Burj Khalifa, mostrados a escala, esta ilustración demuestra lo enorme que sería el conjunto CASSEioPia. Crédito: CNN
Las microondas, que pueden atravesar fácilmente las nubes y el mal tiempo, se dirigirían a una antena receptora (o "rectena") en la Tierra hecha de malla. "Piense en una especie de red de pesca colgada de cañas de bambú", dijo Soltau, donde las microondas se convertirían de nuevo en electricidad y se alimentarían a la red.
La energía se transmitiría de forma inalámbrica en forma de microondas a estaciones receptoras específicas en la Tierra, llamadas "rectenas", que convertirían la energía en electricidad y la inyectarían en la red local. Crédito: ESA
La "rectena", de unos 6 kilómetros de diámetro, podría construirse en tierra o en el mar. Y como estas estructuras de malla serían casi transparentes, la idea es que el terreno bajo ellas pueda utilizarse para paneles solares, granjas u otras actividades.
Un solo satélite solar espacial podría suministrar hasta 2 gigavatios de energía, aproximadamente la misma cantidad que dos centrales nucleares promedio en Estados Unidos.
¿Es una idea a la que le ha llegado su hora?
Underwood, profesor del Reino Unido, declaró a CNN que no hay "nada de ciencia ficción" en la energía solar espacial. La tecnología está madura. "El gran obstáculo ha sido simplemente el coste de poner una central eléctrica en órbita".
En la última década, eso ha comenzado a cambiar a medida que empresas como SpaceX y Blue Origin comenzaron a desarrollar cohetes reutilizables. Los costos de lanzamiento actuales, de alrededor de US$ 1.500 por kilogramo, son unas 30 veces menores que en la era del transbordador espacial de principios de la década de 1980.
Y aunque lanzar miles de toneladas de material al espacio parece que tendría una enorme huella de carbono, la energía solar espacial probablemente tendría una huella al menos comparable a la solar terrestre por unidad de energía, si no menor, debido a su mayor eficiencia ya que la luz solar está disponible casi constantemente, dijo Mamatha Maheshwarappa, jefe de sistemas de carga útil en la Agencia Espacial del Reino Unido.
Algunos expertos van más allá. Según Underwood, la huella de carbono de la energía solar espacial sería aproximadamente la mitad de la de una granja solar terrestre que produjera la misma energía, incluso con el lanzamiento de un cohete.
Pero eso no significa que la energía solar espacial deba sustituir a las renovables terrestres. La idea es que pueda proporcionar una "carga básica" de energía a la que se pueda recurrir las veinticuatro horas del día para llenar los vacíos cuando el viento no sopla y el sol no brilla en la Tierra. En la actualidad, las centrales eléctricas que funcionan con combustibles fósiles o energía nuclear, que pueden funcionar sin apenas interrupciones, son las que proporcionan la energía básica.
La energía sería "muy portátil", afirma Peter Garretson, experto en estudios de defensa del Consejo Estadounidense de Política Exterior. Podría transportarse desde el espacio a la parte más alta de Europa, por ejemplo, y luego a la parte más baja de África.
Muchos de sus defensores señalan el potencial que podría ofrecer a los países en desarrollo que tienen grandes necesidades energéticas pero carecen de infraestructuras. Todo lo que necesitarían es una "rectena". "Proporcionará una democratización real de la energía abundante y asequible", afirma Soltau.
La energía solar basada en el espacio también podría ayudar a abastecer de energía a ciudades y pueblos remotos del Ártico que permanecen en la oscuridad casi total durante meses cada año, y podría transmitir energía para ayudar a las comunidades que sufren cortes durante desastres climáticos o conflictos.
Los retos
Todavía hay un abismo enorme entre el concepto y la comercialización.
Maheshwarappa, de la Agencia Espacial Británica, afirma: "Sabemos cómo construir un satélite y cómo construir un panel solar. "Lo que no sabemos es cómo construir algo tan grande en el espacio".
Pone como ejemplo el Burj Khalifa de Dubai, el edificio más alto del mundo, que mide unos 830 metros. "Las estructuras de las que estamos hablando son el doble de eso", dijo Maheshwarappa a CNN. "Ni siquiera hemos construido algo tan grande en tierra, y mucho menos en el espacio".
Los científicos también tienen que averiguar cómo utilizar la inteligencia artificial y la robótica para construir y mantener estas estructuras en el espacio. "Las tecnologías de apoyo aún están en un estado de preparación tecnológica muy bajo", afirma Maheshwarappa.
Luego está la regulación de este nuevo sistema energético, para garantizar que los satélites se construyan de forma sostenible, que no haya riesgo de desechos y que tengan un plan de fin de vida útil, así como para determinar dónde deben ubicarse los emplazamientos de las antenas.
Según Maheshwarappa, otro gran obstáculo podría ser la aceptación pública. Puede haber un miedo instintivo cuando se trata de irradiar energía desde el espacio.
Pero esos temores son infundados, según algunos expertos. La densidad de energía en el centro de la rectenna sería aproximadamente una cuarta parte de la del sol de mediodía. "No es diferente de estar delante de una lámpara de calor", afirma Hajimiri.
Y para construir un satélite capaz de hacer daño a la gente, tendría que ser muchas veces mayor que los conceptos que se están desarrollando actualmente, dijo Hajimiri. "Cualquiera que intentara empezar a construir eso, todo el mundo lo sabría".
Eso no significa que no haya que hacer preguntas, dijo. La idea es "beneficiar a la humanidad, y si no es así, no tiene sentido".
Impresión artística de cómo podría ser un satélite de energía solar. Crédito: ESA
Para algunos, sin embargo, todo el concepto de energía solar basada en el espacio está fuera de lugar.
Amory Lovins, físico y profesor adjunto de la Universidad de Stanford, afirma que sería mucho mejor que el mundo se centrara en las energías renovables terrestres. La energía extra del espacio y la posibilidad de cosecharla casi 24 horas al día "no es lo suficientemente valiosa como para pagar el costo de recolectarla y transportarla", declaró a CNN.
Para Lovins, las promesas de que el sistema sería una gran fuente de energía de carga base tampoco se sostienen.
Existen técnicas para adaptar la demanda de energía a la oferta, y no al revés, sin que los consumidores se den cuenta. Tener una enorme fuente de energía que esté produciendo todo el tiempo es "indeseablemente inflexible", dijo.
"¿Por qué gastar dinero en algo que no tiene ninguna posibilidad de resultar rentable en caso de éxito, cuya necesidad ya se habrá satisfecho antes de poder construirlo y cuyas estimaciones de costes futuros más optimistas son iguales al precio actual de la energía solar terrestre más baterías?", preguntó.
El futuro
Pero gobiernos y empresas de todo el mundo creen que la energía solar espacial es muy prometedora para ayudar a satisfacer la creciente demanda de energía abundante y limpia y hacer frente a la crisis climática.
Según Soltau, faltan unos cinco o seis años para que se ponga en marcha un programa de desarrollo capaz de demostrar el concepto. Después se tardará otros cinco o seis años en industrializar y ampliar el sistema a escala de gigavatios para que sea plenamente operativo.
El apoyo de los gobiernos será clave. "Es algo ambicioso crear una tecnología energética totalmente nueva".
En Estados Unidos, el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea tiene previsto lanzar un pequeño demostrador llamado Arachne en 2025, y el Laboratorio de Investigación Naval estadounidense lanzó un módulo en mayo de 2020 a bordo de un vehículo de pruebas orbitales, para probar el hardware solar en condiciones espaciales.
La Academia China de Tecnología Espacial, diseñadora y fabricante de naves espaciales, pretende enviar un satélite solar a órbita baja en 2028 y a órbita alta en 2030, según un informe de 2022 de South China Morning News.
Ilustración de cómo podría ser un satélite solar espacial. Gobiernos de todo el mundo están invirtiendo en programas de investigación y desarrollo de este concepto. Crédito: Andreas Treuer/ESA
El gobierno del Reino Unido se ha puesto manos a la obra. Encargó un estudio independiente que en 2021 informó de que la energía solar espacial era técnicamente viable, destacando diseños como el CASSIOPeiA, dirigido por el Reino Unido, un satélite de 1,7 kilómetros de diámetro que pretende suministrar 2 gigavatios de energía. En junio de este año, el Gobierno anunció una financiación de casi US$ 5,5 millones destinada a universidades y empresas tecnológicas "para impulsar la innovación" en el sector solar espacial.
Y Europa tiene su programa Solaris, para establecer la viabilidad técnica y política de la energía solar basada en el espacio, como preparación para una posible decisión en 2025 de lanzar un programa de desarrollo completo.
"Obviamente, antes de construir algo, todo son especulaciones", dijo Garretson, "pero hay razones de peso para pensar que esto podría ser realmente posible y viable desde el punto de vista económico".
De vuelta en California, Hajimiri y su equipo han pasado los últimos seis meses sometiendo su prototipo a pruebas de estrés para extraer datos que alimenten la próxima generación de diseño.
La visión final de Hajimiri es una serie de velas ligeras y flexibles que puedan enrollarse, lanzarse y desplegarse en el espacio, con miles de millones de elementos trabajando en perfecta sincronía para enviar energía allí donde se necesite.
Considera su proyecto como "parte de esta larga cadena de personas que se basan en el trabajo de los demás y se ayudan mutuamente", dijo. "Así que estamos dando un paso importante, quizá, pero no es el último".
