Mesmo para os padrões da Corrida Espacial, a ideia parecia arrojada, talvez um pouco louca.
Em 1968, antes do primeiro ser humano pisar na lua, um engenheiro que trabalhava em uma das experiências da missão Apollo propôs uma nova forma de alimentar o mundo. Centrais de energia solar gigantes em órbita poderiam absorver a luz constante do sol no espaço - sem serem impedidas por nuvens, noites ou estações do ano - e transportá-la de volta para a Terra, escreveu Peter Glaser na revista Science.
Só a energia solar baseada no espaço e talvez a fusão nuclear tinham potencial para um dia substituir os combustíveis fósseis como principal fonte de energia da civilização, e a fusão estava tão longe que Glaser a considerou “o sonho dos físicos”.
Em maio deste ano, pesquisadores amontoados em um telhado em Pasadena, Califórnia, receberam um sinal de energia de um experimento que passava por cima deles. Concebida no Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) e lançado em um foguete SpaceX em janeiro, o experimento transferiu energia sem fios, mudou a direção do feixe sem partes móveis e o apontou para a Terra.
É uma das três experiências do Caltech, reunidas em um único satélite, que está agora testando componentes-chave de um sistema de energia solar com base em órbita espacial. O sonho de Glaser aproxima-se cada vez mais da realidade.
“Quando pensei nisto pela primeira vez, parecia absurdo”, diz o professor Harry Atwater, líder do Projeto de Energia Solar Espacial do Caltech. “Mas depois comecei a pensar, e a ideia ficou me remoendo e não consegui largá-la.”
Atwater faz parte de uma nova geração de engenheiros, impulsionada pelas mudanças climáticas e munida de tecnologias que não estavam disponíveis para Glaser, que morreu em 2014. Essa geração aposta que o tempo da energia solar espacial chegou finalmente. As células solares de película fina e os materiais de construção em fibra de carbono reduziram o peso potencial das centrais em órbita e as empresas de lançamento privadas, como a SpaceX, reduziram o custo de as levar para o espaço. A construção não exigiria astronautas altamente qualificados; os componentes das plantas armazenados para o lançamento poderiam desdobrar-se no espaço.
Centrais elétricas em órbita
Em 2020, o Laboratório de Investigação Naval dos EUA utilizou o avião espacial militar X-37B para lançar um dispositivo que converte a energia solar diretamente em micro-ondas, um elemento fundamental para futuras centrais elétricas em órbita. A Agência Espacial Europeia tem seu próprio programa solar espacial, embora ainda esteja a anos de realizar experiências em órbita, tal como a China, o Japão e o Reino Unido.
Nikolai Joseph, analista da Nasa, disse no ano passado que a agência iria analisar novamente a viabilidade da ideia, mas até agora a famosa organização não parece estar ativamente envolvida na corrida.
No entanto, a criação de uma rede de centrais de energia solar em órbita continua a ser uma tarefa difícil, não só para conceber as centrais, mas também para provar que podem fazer sentido do ponto de vista econômico. Os obstáculos que, no passado, impediram o desenvolvimento da energia solar espacial não são apenas técnicos, mas também financeiros.
“Ninguém demonstrou que algum dos desafios não pode ser resolvido”, diz Sanjay Vijendran, líder da iniciativa Solaris na Agência Espacial Europeia (ESA). “Não há obstáculos. Há, evidentemente, enormes desafios. Mas temos de começar em algum momento. Não temos uma década a perder.”
Um relatório elaborado pela consultoria Frazer-Nash para o governo do Reino Unido em 2021 concluiu que a energia solar com base em órbita espacial poderia um dia ter um custo nivelado de energia (que inclui os custos de capital e as operações) de 35 a 79 libras (US$ 43 a US$ 96) por megawatt-hora, após um programa de desenvolvimento de 18 anos.
Isto parece otimista, considerando que a BloombergNEF diz que um novo parque eólico nos EUA com baterias de reserva - tecnologias comprovadas e frequentemente utilizadas - terá um custo nivelado de US$ 63 a US$ 103 por MWh.
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Lixo espacial
As pessoas que procuram a energia solar baseada no espaço compreendem o seu status como um daqueles avanços há muito procurados que parecem estar sempre a uma década de distância. Para gerar uma quantidade significativa de energia, as centrais teriam de ser muito maiores do que quaisquer objetos que os humanos tenham colocado em órbita até hoje. Poderiam ser danificadas por micrometeoritos ou lixo espacial e teriam de superar a perda de energia inerente à transmissão por micro-ondas - o método mais provável, porque as micro-ondas perfuram as nuvens.
A ideia básica é ainda mais antiga do que Glaser. O autor Isaac Asimov ambientou o seu conto “Reason”, de 1941, a bordo de uma estação espacial que absorve a energia do sol e a transporta para uma Terra distante, embora a tecnologia que a estação utiliza nunca seja explicitada. Ali Hajimiri, colega de Atwater, encontrou uma tradução do conto enquanto vivia no Irã. “Fui exposto a isso desde muito cedo”, diz ele. “Para mim, era ficção científica.”
O bilionário do setor imobiliário Donald Bren, administrador do Caltech, leu sobre a energia solar baseada no espaço na revista Popular Science e, em 2011, discutiu a criação de um programa de investigação com o presidente do instituto. Desde então, ele e a sua mulher, Brigitte, também administradora, doaram mais de US$ 100 milhões para o projeto. O instituto contratou Atwater, veterano de várias startups de energia solar, e Hajimiri, especialista em circuitos integrados e transferência de energia sem fio. Sergio Pellegrino, cujos interesses incluem estruturas leves, completou a equipe.
Decidiram que a abordagem que os defensores da energia solar com base em órbita espacial tinham adotado no passado não iria funcionar. Sua alternativa é radicalmente diferente, algo que Hajimiri descreve como passar de um elefante para um exército de formigas.
Em vez de uma estrutura sólida e maciça no espaço, cada uma das centrais elétricas do Caltech seria uma frota de painéis solares destacados que orbitariam em formação conjunta. Cada matriz seria lançada dobrada e depois desenrolada em órbita. Pequenos propulsores os manteriam em posição relativa aos demais. Juntos, constituiriam uma única central que poderia ter um quilômetro de largura, mas sem qualquer estrutura física que ligasse os painéis.
Conceitos solares espaciais anteriores previam que as centrais enviassem energia através de um grande prato de micro-ondas. Na versão do Caltech, os transmissores localizados em todas as matrizes transportariam sua energia em conjunto, fazendo uso de interferência construtiva e destrutiva para direcionar a energia precisamente para onde é desejada.
Rede de galinheiro
Essa energia seria recolhida no solo por um receptor com um quilômetro de largura, feito de uma rede de arame que Atwater compara a uma rede de galinheiro. E a central em órbita pode facilmente mudar o local para onde irradia sua energia. Poderia abastecer uma zona de catástrofe ou uma zona de guerra onde a rede elétrica tivesse sido cortada.
“É possível ter uma estrutura semelhante a um tapete que pode ser aberta e transformada em uma estação receptora”, diz Hajimiri.
É difícil falar sobre este último passo da energia solar espacial - ou seja, a transmissão da energia - sem evocar imagens de um raio da morte. O que aconteceria aos pássaros ou aviões que voassem através dos feixes? A equipe do Caltech afirma que a densidade de potência do feixe seria comparável à densidade de potência da luz solar.
“Seria possível caminhar sob o feixe correndo mais perigo de queimaduras solares devido à luz solar do que devido ao próprio feixe de micro-ondas”, diz Atwater. “Portanto, isso tende a atenuar o que as pessoas chamam de problema do ‘pássaro fumegante’”. No entanto, convencer o público da segurança do sistema pode ser um desafio.
Por enquanto, a equipe está recolhendo dados dos seus experimentos em órbita. Para além da experiência de transmissão de energia, uma outra testará a forma como se desenvolve uma versão em pequena escala de um sistema e uma terceira verificará o desempenho de diferentes materiais fotovoltaicos desprotegidos no ambiente hostil do espaço. Um sistema na escala real, diz Hajimiri, ainda está a uma década de distância. Mas os defensores da energia solar espacial insistem que a ideia pode funcionar, se a sociedade tiver vontade de a concretizar.
“Há uma grande oportunidade e as pessoas só têm de mudar a mentalidade de que a energia é algo que tem de ser terrestre”, diz Vijendran, da ESA. “Há um recurso lá em cima que ainda não explorámos.”/ WP BLOOMBERG