Energia solare dallo Spazio: l'Italia a bordo del progetto Solaris dell'ESA
Seguendo l’esempio di Cina e Stati Uniti, l’Agenzia spaziale europea punta sull’energia solare dallo spazio e sceglie Thales Alenia Space per condurre uno studio di fattibilità relativo al futuro del programma Solaris.
Space Economy e Green Transition: i fondi e le opportunità disponibili
Space based Solar power, l’energia solare dallo spazio
Sembra un racconto di Asimov invece è realtà, o meglio potrebbe diventarlo nei prossimi anni. Si chiama Space based Solar power (SBSP) e consiste nel raccogliere l'energia solare nello spazio, dove il Sole non tramonta e non è oscurato dalle nubi, e spedirla sulla Terra con un flusso di microonde.
Cina e Stati Uniti sono già un passo avanti nella ricerca sullo Space based Solar power, l’Europa ha iniziato a muovere i primi passi tramite l’ESA.
L’idea di catturare l’energia del Sole nello spazio, senza l’interferenza del ciclo giorno/notte e delle nuvole, concentrarla in un fascio e quindi inviarla a Terra per la conversione in energia elettrica, non è certo nuova.
Nel 1923 il padre teorico della cosmonautica sovietica Konstantin Ciolkovskij, ipotizzò una serie di specchi orbitali che concentrassero un forte raggio riflesso verso la Terra. Secondo i suoi calcoli l’energia prodotta da un’area ricevitrice di 10 m² sarebbe stata in grado di far bollire 10 grandi tazze di caffè in 2 minuti.
Nel 1941 il racconto fantascientifico Essere Razionale (Reason in originale) di Isaac Asimov, è ambientato proprio in una stazione spaziale che fornisce energia alla Terra.
Nei decenni successivi, in seguito a diversi studi e brevetti, la Space-Based Solar Power, associata principalmente alle microonde per la trasmissione di energia, viene studiata alternativamente in Stati Uniti, Giappone, Cina, India ed Europa.
A che punto è la ricerca sull’energia solare dallo spazio?
Il fotovoltaico orbitante insomma non è più fantascienza. Anzi, per alcuni Paesi è una strada intrapresa da tempo grazie a importanti investimenti in attività di ricerca.
Si veda il caso cinese: a metà del 2022 un gruppo di scienziati dell’Università Xidian, ha testato il primo sistema completo per la cattura dell’energia solare, la trasformazione in microonde e l’invio alla Terra. Una struttura ancorata al suolo che svolge tutti i compiti degli impianti fotovoltaici spaziali che in futuro potrebbero diventare realtà.
All’inizio del 2023 anche gli Stati Uniti hanno fatto passi avanti in direzione dell’energia solare dallo spazio: la Caltech, istituto californiano di scienze e ingegneria conosciuto a livello mondiale, ha lanciato lo Space Solar Power Demonstrator attraverso la missione spaziale Transporter-6 lanciata il 3 gennaio da SpaceX. La piattaforma realizzata dalla Caltech testerà le tecnologie necessarie a raccogliere la luce solare in orbita, trasformarla in elettricità e trasmetterla wireless su lunghe distanze.
Ne abbiamo parlato con Simonetta Di Pippo, Professor of Practice di Space Economy presso SDA Bocconi School of Management dove è Direttore dello Space Economy Evolution Lab (SEE Lab).
"L’idea di posizionare un impianto o più impianti fotovoltaici nello spazio e poi trasferire l’energia prodotta sulla Terra non è nuova, e recenti sviluppi tecnologici potrebbero rendere questo concetto più vicino alla sua realizzazione. Circa il 30% della radiazione solare non raggiunge la superficie terrestre mentre nello spazio c’è irradiazione totale. Il contributo di tecnologia spaziale attraverso questi collettori solari nello spazio sarebbe fondamentale nel processo di decarbonizzazione".
"Il problema tecnologico principale non è tanto legato alla costruzione di tali infrastrutture in orbita, quanto al sistema che si dovrà realizzare per trasferire energia dallo spazio alla Terra. I paesi più avanzati nel settore spaziale stanno lavorando a diversi ipotesi di soluzione, inclusa l’ESA che ha avviato al recente consiglio ESA a livello ministeriale di Novembre 2022 il progetto Solaris. La Cina, nel contempo, ha annunciato che si sta preparando a condurre un test di generazione e trasmissione di energia solare dall’orbita bassa, utilizzando microonde, entro il 2030".
"Questo come molti altri progetti sottolineano sempre di più lo stretto legame tra space e green economy".
ESA e il progetto Solaris
Anche se in ritardo rispetto ad altri Paesi, l’ESA ha mosso il suo primo fondamentale passo verso lo sviluppo del sistema Space based solar power con il lancio del programma Solaris.
Approvato dal Consiglio ministeriale dell'ESA nel novembre 2022, l'iniziativa nasce con l'obiettivo di rendere l'Europa protagonista, e possibilmente leader, nella corsa internazionale allo sviluppo di soluzioni energetiche pulite e sostenibili per attenuare il riscaldamento globale causato dall'uomo.
In concreto, si tratta di un nuovo modello di produzione energetica che prevede la raccolta di energia solare con enormi pannelli in orbita geostazionaria all'altitudine di circa 36mila chilometri. Ogni satellite-pannello solare avrebbe una superficie di circa 15 km quadrati e dovrebbe produrre 15,7 TWh di energia elettrica all'anno.
Il concetto di energia solare spaziale integra le fonti di energia rinnovabile sulla Terra, piuttosto che competere con esse, perché l'energia solare dallo spazio è disponibile 24 ore su 24, 7 giorni su 7, garantendo così la continuità della fornitura elettrica. In quest’ottica, Solaris potrebbe essere una risposta al cambiamento climatico sulla Terra e una potenziale fonte di energia pulita e conveniente, coerentemente con l'obiettivo europeo di Net-Zero 2050.
Nonostante gli aspetti positivi che caratterizzano questo programma, non mancano le criticità a proposito del suo funzionamento e dei finanziamenti necessari alla realizzazione. Per fare il punto proprio su questi aspetti, a metà agosto 2022 l’ESA ha divulgato il risultato di due studi costi-benefici sullo Space based solar power, realizzati dalla società inglese Frazer-Nash Consultancy e da quella tedesca Roland Berger.
A fine dicembre 2022, inoltre, la stessa Agenzia ha aperto una gara d’appalto per lo svolgimento di un ulteriore studio che arricchisca le informazioni già fornite in precedenza.
I risultati della gara europea ESA
L’iniziativa, conclusa il 16 febbraio scorso, si inserisce nel quadro delle attività prevista dalla cosiddetta ‘fase zero’ del Solaris Activity Plan, una strategia che delinea le linee di intervento stabilite per il triennio 2023-2025.
Lo scopo della ‘Phase 0’ è quello di definire un concetto standard di ‘SBSP System’ per valutare la fattibilità tecnica del progetto, fornire le informazioni necessarie per i successivi sviluppi, e programmare il coinvolgimento di una determinata platea di stakeholder.
Questo step, in particolare, promuove gli studi relativi alla nascita del sistema Space based solar power su scala commerciale. Quindi, al centro di questi report ci sono i potenziali strumenti in grado di fornire 100 megawatt o gigawatt di ‘potenza di base’ al mercato energetico europeo.
I contenuti degli studi rappresentano un tassello fondamentale per individuare le sfide e affrontare i rischi relativi al progetto, contribuendo in modo significativo all'identificazione dei requisiti tecnologici e di costo per il futuro di Solaris.
La gara, gestita dal Directorate of Technology, Engineering and Quality (TEC) dell’ESA, era rivolta a soggetti provenienti dai seguenti Paesi: Austria, Belgio, Canada, Svizzera, Repubblica Ceca, Germania, Danimarca, Estonia, Grecia, Estonia, Finlandia, Francia, Gran Bretagna, Ungheria, Irlanda, Italia, Lituania, Lussemburgo, Lettonia, Paesi Bassi, Norvegia, Polonia, Portogallo, Romania, Svezia, Slovenia, Slovacchia.
Il range di prezzo previsto dalla gara andava dai 200mila ai 500mila euro.
A distanza di cinque mesi dalla conclusione della gara, l'ESA ha selezionato Thales Alenia Space - una joint venture tra Thales (67%) e Leonardo (33%) - come capo di un consorzio per l’elaborazione di una soluzione ambiziosa per l'Europa: 'raccogliere' l'energia solare in orbita, dove è disponibile senza doversi preoccupare delle condizioni atmosferiche o della notte, per poi rispedirla sulla Terra.
La joint venture condurrà uno studio di fattibilità, che mira a sviluppare un'ampia gamma di tecnologie abilitanti fondamentali, sia spaziali che terrestri, per un sistema di fornitura di energia solare dallo spazio, tra cui impianti solari spaziali ad alta efficienza, trasmissione di energia wireless e assemblaggio robotizzato in orbita. Come sottolinea la stessa Thales Alenia Space in una nota, i risultati emersi dallo studio "guideranno le successive attività di ricerca e sviluppo".
Gli studi di Solaris dovrebbero consentire all'Europa di decidere con cognizione di causa, entro il 2025, se continuare o meno un programma di sviluppo per la commercializzazione dell'energia solare nello spazio, con l'obiettivo iniziale di progettare un dimostratore su piccola scala.
Il consorzio europeo che si occupa di questi studi offre una vasta gamma di aree di competenza complementari, che spaziano dai sistemi orbitali (Thales Alenia Space), all'aviazione (Dassault Aviation), alla consulenza strategica (Arthur D. Little) e soprattutto all'energia (Engie, ENEL, Air Liquide), illustrando chiaramente il forte potenziale del progetto per l'industria energetica globale.
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