Este artigo faz parte da nossa seção especial sobre o evento Climate Forward, que incluirá líderes políticos e climáticos de todo o mundo.
Ali Hajimiri acha que existe uma maneira melhor de fornecer energia ao planeta – uma maneira que não está recebendo a atenção que merece. O professor de engenharia elétrica do Caltech prevê milhares de painéis solares flutuando no espaço, desobstruídos pelas nuvens e pelos ciclos diurnos e noturnos, transmitindo sem fio enormes quantidades de energia para receptores na Terra.
Este ano, essa visão aproximou-se da realidade quando Hajimiri, juntamente com uma equipe de pesquisadores do Caltech, provou que a transferência de energia sem fio no espaço era possível: painéis solares que eles anexaram a um protótipo do Caltech no espaço converteram com sucesso eletricidade em microondas e transmitiram essas microondas para receptores a cerca de 30 centímetros de distância, acendendo dois LEDs.
O protótipo também transmitiu uma pequena mas detectável quantidade de energia para um receptor no topo do prédio do laboratório em Pasadena, Califórnia. A demonstração marca um primeiro passo na transferência sem fio de energia utilizável do espaço para a Terra – uma fonte de energia que o Sr. acredita que será mais seguro do que os raios solares diretos. “A intensidade do feixe deve ser mantida menor que a intensidade solar na Terra”, disse ele.
Encontrar fontes alternativas de energia é um dos temas que serão discutidos por líderes empresariais, científicos e de políticas públicas durante o evento Climate Forward do The New York Times, na quinta-feira. A demonstração do Caltech foi um momento significativo na busca pela concretização da energia solar baseada no espaço – uma tecnologia de energia limpa que há muito tem sido ofuscada por outras ideias remotas de energia limpa, como a fusão nuclear e o hidrogénio limpo de baixo custo.
Se a energia solar espacial puder funcionar em escala comercial, disse Nikolai Joseph, analista sênior de tecnologia do Goddard Space Flight Center da NASA, essas estações poderão contribuir com até 10% da energia global até 2050.
A ideia da energia solar baseada no espaço existe pelo menos desde 1941, quando o escritor de ficção científica Isaac Asimov ambientou um dos seus contos, “Razão”, numa estação solar que transmitia energia por microondas para a Terra e outros planetas.
Na década de 1970, quando um aumento de cinco vezes nos preços do petróleo despertou o interesse em energias alternativas, a NASA e o Departamento de Energia conduziram a primeira iniciativa significativa estudar sobre o assunto. Em 1995, sob a direção do físico John C. Mankins, a NASA deu outra olhada e concluiu que eram necessários investimentos em tecnologia de lançamento espacial para reduzir o custo antes que a energia solar baseada no espaço pudesse ser realizada.
“Nunca houve qualquer dúvida de que isso seria tecnicamente viável”, disse Mankins, hoje presidente da Artemis Innovation Management Solutions, um grupo de consultoria tecnológica. “O custo era muito proibitivo.”
Hoje, porém, o cálculo pode estar mudando.
O advento da SpaceX de Elon Musk trouxe um declínio acentuado no custo do lançamento de foguetes. De 1970 a 2000, o custo médio de lançamento de foguetes em órbita baixa da Terra foi cerca de US$ 18.500 por quilocarneiro, ou 2,2 libras, de peso; hoje, o custo caiu para apenas US$1.500 o quilo. Essa redução ajudou a reduzir drasticamente as estimativas para a construção de centrais eléctricas fora da atmosfera terrestre.
Uma revisão de 1980 pela NASA concluído que o primeiro gigawatt de energia solar espacial (energia suficiente para abastecer 100 milhões de lâmpadas LED) custaria mais de US$ 20 bilhões (US$ 100 bilhões hoje). Em 1997, a NASA estimado que esse número caiu para cerca de US$ 7 bilhões (US$ 15 bilhões hoje); agora, estima-se que esteja perto de US$ 5 bilhões, de acordo com um estudar realizado para a Agência Espacial Europeia em 2022.
“Eu costumava ser um crítico da energia solar baseada no espaço”, disse Ramez Naam, um investidor climático e de energia limpa. Naam está agora procurando ativamente empresas de energia solar baseadas no espaço para investir. “A mudança drástica no custo dos lançamentos espaciais mudou tudo”, disse ele.
A energia solar baseada no espaço requer a transmissão sem fio de energia elétrica através do espaço usando microondas ou feixe de energia a laser. Ao contrário dos raios laser, as microondas podem penetrar nas nuvens e nas chuvas, tornando-as as principais candidatas para maximizar a capacidade solar.
Ainda assim, existem obstáculos de engenharia. Embora a equipe de Hajimiri na Caltech tenha provado que a transferência de energia sem fio de microondas no espaço era possível – e até mesmo transmitido uma quantidade detectável de energia para a Terra – eles não irradiaram energia suficiente para a Terra para convertê-la em uma forma utilizável.
“Ninguém demonstrou transmissão de energia a mais de alguns quilómetros”, disse Paul Jaffe, engenheiro do Laboratório de Investigação Naval dos EUA especializado em tecnologia de transmissão de energia. O Sr. Hajimiri acha que isso pode ser feito. O engenheiro do Caltech diz que está a trabalhar em tecnologias que permitiriam que uma grande variedade de naves espaciais leves, semelhantes a velas, utilizando milhares de milhões de pequenas antenas de transmissão, criassem um feixe focalizado que poderia viajar milhares de quilómetros até à Terra e transportar megawatts de energia.
A escala das estruturas de energia solar baseadas no espaço também é assustadora. O edifício mais proeminente no espaço hoje é a Estação Espacial Internacional, que mede 357 pés de ponta a ponta. Os sistemas de energia solar baseados no espaço teriam vários milhares de pés de largura e seria necessário um exército de robôs para montar autonomamente as estruturas enquanto estivessem em órbita.
Além de superar desafios técnicos, os pesquisadores também devem garantir a segurança da transmissão de energia sem fio para a Terra. Os feixes de microondas e laser representam um risco conhecido para a saúde humana quando operados em determinadas densidades de potência. Os pesquisadores dizem que a densidade de potência da energia solar espacial seria projetada para operar dentro dos limites estabelecidos pelos órgãos governamentais internacionais. Ainda assim, nenhum estudo se concentrou no efeito da transmissão espacial na saúde humana, no ambiente ou na atmosfera – um passo crítico para a aceitação pública da tecnologia.
Depois, inevitavelmente, surgirão desafios regulamentares. A transmissão de ondas de rádio a partir da órbita — incluindo telecomunicações, GPS e satélites meteorológicos — requer licenciamento para evitar interferências de diferentes utilizadores. Os satélites de energia solar precisariam provavelmente da aprovação da União Internacional de Telecomunicações, uma agência das Nações Unidas, para proteger e licenciar as suas frequências operacionais.
A complexidade destes desafios coloca a chegada esperada da maioria dos projectos de energia solar baseados no espaço nas décadas de 2030 ou 2040, caso cheguem a esse ponto. Isso não impede os investigadores de prosseguirem com o sonho de aproveitar um fornecimento ininterrupto e inesgotável de energia a partir do espaço.
Sanjay Vijendran, engenheiro da Agência Espacial Europeia, passou grande parte do trabalho da sua vida em projetos de exploração de Marte, mas as alterações climáticas trouxeram o seu foco de volta para a Terra. “Há mais que o espaço poderia fazer para ajudar diretamente na crise climática?” Vijendran se lembra de ter perguntado a si mesmo e a seus colegas em 2020. O resultado foi Solarisum programa que ele lidera que divulgará um relatório até 2025 sobre a viabilidade técnica e econômica da energia solar baseada no espaço.
A Virtus Solis, com sede em Michigan, e a Space Solar, no Reino Unido, estão entre as várias start-ups que trabalham com energia solar espacial. Agências governamentais – incluindo a NASA, a Força Aérea dos EUA, a Agência de Exploração Aeroespacial do Japão, a Agência Espacial Europeia e a Academia Chinesa de Tecnologia Espacial – planeiam partilhar relatórios sobre energia solar baseada no espaço dentro de uma década. Desde 2019, o Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA lançou várias demonstrações de transmissão de energia.
Jaffe acha que não há certeza de que a energia solar espacial funcionará ou mesmo será necessária. “Pode ser que criemos um portfólio de alternativas que sejam boas o suficiente para a nossa energia projetada e que tornem desnecessária a energia solar espacial”, disse ele.
Vijendran também está pronto a admitir que a energia solar baseada no espaço poderá não funcionar sem financiamento adequado. Mas ele vê uma necessidade absoluta de explorar a opção, especialmente tendo em conta o quão pouco dinheiro foi investido na tecnologia em relação a outras soluções.
“Estamos investindo bilhões em pesquisas sobre fusão nuclear todos os anos”, disse Vijendran. “Se você investir US$ 1 bilhão por ano em energia solar espacial, teremos isso pronto em 10 anos.”
