Energía del espacio a la Tierra

Nuestro Planeta tiene carencias para la demanda energética. Y un sistema de microondas, podría solución y también se conservaría el medio ambiente.

La fecha es diciembre del año 2000 y el Gobernador del Estado de California oprime un interruptor para encender el árbol de Navidad estatal en los prados de la Capital. Veinte minutos más tarde el Gobernador ordena a sus ayudantes que apaguen las luces del árbol. ¿Por qué? Insuficiente energía en California.

El Ministro de Energía de los Estados Unidos ordena que una docena de Compañías de Electricidad de fuera del Estado le vendan energía a California para evitar apagones. Pero esto no ocurre sólo en California.

En áreas metropolitanas por todo el país, se ha pedido a los residentes limitar el consumo de energía durante los periodos pico del día. En noviembre pasado, durante las elecciones más disputadas de la historia, Tom Brokaw, un popular anunciador de TV, se refirió a los incidentes de apagones como “La verdadera lucha por el poder.”

¿Entonces, qué es lo que está pasando aquí?

“El consumo de energía en los Estados Unidos es casi constante,” dice el Dr. Neville Marzwell, gerente técnico del programa Conceptos Avanzados y Nuevas Tecnologías del Laboratorio de Propulsión a Chorro de NASA. “Sin embargo estamos sacando de servicio plantas nucleares por todo el país, las cuales no están siendo reemplazadas.” Veintitrés Estados se han unido a California en liberar de controles federales la industria de la energía, un paso que está forzando a muchas compañías a analizar con más cuidado la inversión de miles de millones de dólares en la construcción de nuevas plantas.

Teniendo en cuenta que las proyecciones de incremento de la población indican que esta crecerá rápidamente hasta los 10 mil millones de personas para el año 2050, la posibilidad ce suministrar energía eléctrica barata, al mismo tiempo que compatible con la conservación del medio ambiente, será un desafío amedrantador.

“Necesitamos nuevas fuentes de energía eléctrica,” dice John Mankins, Director de Estudios de Conceptos Avanzados en la Oficina Principal de Vuelo Espacial de NASA, “y hemos estado estudiando varios conceptos sobre energía solar espacial. En los quince años pasados se han hecho grandes avances en muchas tecnologías pertenecientes a este campo.”

Arriba: Imagínese el suministro a la Tierra o a una base en la Luna, de energía solar recogida en el espacio, o viajando por el espacio sin tener que regresar a la Tierra a reabastecerse de combustible. Esta es la idea detrás de los generadores de energía solar con base en el espacio tales como esta Torre Solar. Crédito: NASA [ más información]

La participación de NASA en energía solar espacial o SSP en ingles, se inició poco después del embargo petrolero de los años 70, cuando la agencia espacial (trabajando bajo la dirección del Ministerio de Energía de los Estados Unidos) empezó los estudios sobre fuentes alternativas de energía que resultasen en menor dependencia del petróleo extranjero.

Los sistemas propuestos de energía solar espacial utilizan principios de física bien conocidos — es decir la conversión de la luz solar en electricidad por intermedio de células fotovoltaicas. (Usted puede observar estos paneles en los techos de muchos vecindarios o en pequeñas instalaciones de alumbrado en la calle.) Estructuras gigantes formadas por paneles fotovoltaicos (PV) dispuestos en muchas hileras, podrían colocarse en órbita geoestacionaria en la Tierra o en la Luna. Un sistema completo recogería energía solar del espacio, la convertiría en microondas, y transmitiría la radiación de microondas a la Tierra, donde ésta sería recolectada por una antena y transformada en energía eléctrica.

Según un artículo en la Revista del Instituto de Investigación de Energía Eléctrica (EPRI) de abril del año 2000, paneles fotovoltaicos en órbita geoestacionaria en la Tierra (a una altitud de 22,300 millas) recibirían, en promedio, ocho veces más luz solar de la que se recogería en la superficie de la Tierra. Estos paneles no serían afectados por una cubierta de nubes, polvo atmosférico o por el ciclo día-noche de la Tierra.

Cuando la idea fue inicialmente propuesta, hace más de 30 años, la tecnología fotovoltaica o PV estaba aún en su infancia. La tasa efectiva de conversión — la fracción de la energía solar incidente convertida en electricidad — era de solo 7 a 9 por ciento.

“En la actualidad tenemos la tecnología para convertir la energía del sol a la tasa de 42 a 56 por ciento,” dice Marzwell. “Hemos logrado un gran progreso.”

Aún así, el envío de miles de toneladas de paneles solares al espacio sería prohibitivamente costoso. Sin embargo puede haber una manera de reducir el área necesaria de los paneles concentrando la luz solar.

“Si a través de enormes espejos o lentes podemos concentrar los rayos del sol, conseguiríamos más energía por el mismo valor porque la mayor parte del costo está en los paneles PV” dice Marzwell.

Un obstáculo de la concentración de luz solar es que el proceso genera mucho calor. La radiación que no se convierte en electricidad se convierte en calor — suficiente para dañar los paneles si se generan altas temperaturas. Marzwell y sus colegas del JPL están estudiando la posibilidad de capturar este calor de desecho y convertirlo en electricidad a través de un proceso termo voltaico. El recubrimiento de la superficie de los espejos y lentes con materiales especiales puede también servir para rechazar parte del espectro solar que no es utilizado por los paneles fotovoltaicos, reduciendo aún más el exceso de calor.

¿Quién ensamblará y mantendrá los paneles solares en órbita? Posiblemente un robot como estos, en desarrollo por la NASA. ” Excepto como supervisores, ya no necesitamos de humanos para el ensamblaje”, dice Marzwell.

¿Una vez que la energía del sol ha sido recolectada en el espacio, qué hacemos con ella?

Una posibilidad es la de convertir la energía solar almacenada en radiación por microondas y enviarla a la Tierra en una combinación de rectificador y antena llamada rectena, localizada en una área remota. La rectena convertiría la energía de microondas otra vez en energía CD (corriente directa). De acuerdo con Marzwell, el peligro de estar cerca del haz de microondas es similar al peligro de transmisiones de teléfonos celulares, hornos de microondas o líneas de transmisión eléctricas de alta tensión.

“Existe un elemento de riesgo, pero este puede reducirse,” dice Marzwell. “Usted puede colocar los pequeños receptores en el desierto o en las montañas, lejos de áreas pobladas.”

La utilización de rayos láser también se ha considerado para transporte de la energía del espacio. El uso del láser eliminaría la mayoría de los problemas asociados con microondas, pero bajo un tratado en vigencia con Rusia, está prohibido a los Estados Unidos el uso de láser de alta energía en el espacio.

En resumen, los aspectos positivos de un sistema de esta clase parecen sobreponerse a los negativos. La energía solar con base en el espacio ofrece una fuente inexhaustible sin emisiones y con muy leve impacto sobre el medio ambiente.

De acuerdo con Marzwell, usando tecnologías existentes un sistema de energía solar espacial podría general energía a un costo de 60 a 80 centavos de dólar por kilovatio-hora. Este estimado incluye los costos de construcción del primer sistema.

Para recibir Noticias Científicas de Actualidad, Suscríbase Aquí
“Creemos que en unos 15 a 25 años podremos reducir el costo de 7 a 10 centavos por kilovatio-hora,” dice Marzwell. El precio actual en el mercado es de 5 a 6 centavos por kilovatio-hora.

“Con financiación y apoyo oficial podemos continuar desarrollando esta tecnología,” dice Marzwell. “Ofrecemos una ventaja. No se necesitan cables, tuberías, gases o alambres de cobre. Podemos enviar a usted la energía como si se tratara de una llamada celular — donde usted la quiera, cuando la necesite, en tiempo real.”