Proyecto «Día a día»: Aprovechar al máximo el día

Amigos, resulta que ahora, para generar electricidad, simplemente se instalan centrales eléctricas en el cielo y se utiliza la energía solar. Y no solo se instalan, sino que además la energía se transmite de forma inalámbrica. ¿No os suena un poco a una escena de una película de ciencia ficción? Sin embargo, ¡en China realmente lo hemos hecho realidad! Recientemente, nuestro sistema de transmisión inalámbrica de energía ha superado con éxito las pruebas: un dron se recarga mientras vuela, lo que elimina directamente los pasos de enchufarlo y aterrizar, ya que se mantiene en vuelo gracias a las microondas que recibe. Por supuesto, esto es solo el principio; el futuro de las centrales solares espaciales aún tiene un largo camino por recorrer. Se llama «Proyecto Perseguir el Sol», ¿no suena un poco romántico? Entonces, ¿por qué nos dedicamos a este «Proyecto Perseguir el Sol» desde la superficie terrestre? Porque el mayor problema de la energía solar terrestre es su carácter intermitente: por la noche o en días nublados o lluviosos no se puede generar electricidad. ¿Qué? ¿Que por qué seguir adelante con ello? Porque la tecnología de almacenamiento de energía solo resuelve el problema de la absorción de la red eléctrica, pero no aumenta la tasa de aprovechamiento de los paneles fotovoltaicos. Por eso, unos científicos ingeniosos idearon una solución: captar la energía solar directamente en el espacio. Las ventajas son evidentes: en primer lugar, al no haber interferencias de la atmósfera, la densidad energética es mayor. En la superficie terrestre se reciben unos 136 vatios de energía solar por metro cuadrado, pero en el espacio son 1360 vatios, e incluso más. En segundo lugar, la central se sitúa en una órbita sincrónica con la Tierra, a 36 000 kilómetros de altura. Al estar tan lejos, la sombra de la Tierra apenas la obstaculiza, por lo que puede generar electricidad más del 99 % del tiempo. Así pues, desde un punto de vista físico, sin duda es rentable. Sin embargo, es más fácil decirlo que hacerlo. El proyecto «Sun Chaser» cuenta con cuatro elementos tecnológicos fundamentales: captación, conversión, transmisión y recepción. Cada uno de ellos requiere superar enormes retos técnicos. En primer lugar, ¿cómo se lleva a cabo la «captación»? En el espacio no se puede acumular polvo, por lo que no se puede utilizar hormigón armado para construir la central, y las instalaciones de concentración deben ser ligeras. Por ello, los científicos chinos propusieron la arquitectura Omega, es decir, la «Orb-shaped membrane energy gathering array» (matriz esférica de membranas para la captación de energía). En pocas palabras, se trata de un enorme espejo concentrador esférico ultraligero que concentra la luz solar en una línea cercana al centro de la esfera. Este diseño es más sencillo y práctico que la arquitectura Alpha de Estados Unidos. En Estados Unidos se empezó a estudiar la generación de energía espacial ya en 1968, pero tras una evaluación se consideró que era demasiado difícil y costoso, por lo que se archivó el proyecto. No fue hasta 2011 cuando la NASA actualizó el proyecto, denominándolo «Alpha». Se trata de un sistema enorme y sofisticado, con decenas de miles de espejos orientados hacia el sol que ajustan constantemente su ángulo, apostando por la máxima ligereza y modularidad. Sin embargo, es fácil imaginar la complejidad que entraña la coordinación de los algoritmos. El Gobierno estadounidense tampoco ha destinado grandes fondos a la NASA, por lo que la puesta en marcha del proyecto avanza con gran dificultad y sigue estancada en fases como la modelización por ordenador y las pruebas de unidades de chips, sin haber llegado tan lejos como el proyecto SSPP del Instituto Tecnológico de California. China, por su parte, comenzó relativamente tarde, ya que no inició sus investigaciones hasta el siglo XXI, pero ahora ha llegado a una fase de sistema completo con un prototipo físico en tierra y circuito cerrado. Además de la determinación estratégica y el apoyo financiero del Estado para el desarrollo de las energías renovables, la razón más importante es una visión innovadora que ha abierto nuevos caminos. En lugar de complicarnos con espejos que giran sin cesar —el control dinámico por software resulta demasiado difícil—, optamos por un concentrador esférico fijo que no necesita ajustes de orientación: la luz solar, independientemente del ángulo en que incida sobre la esfera, se concentra de forma natural en una línea cercana al centro de la misma, por lo que basta con instalar en su interior una pista de captación de energía con movimiento mecánico. Hemos simplificado los complicados problemas de algoritmos de software, que dan tantos quebraderos de cabeza, convirtiéndolos en problemas de ingeniería de hardware y electromecánica, que son nuestra especialidad. Gracias precisamente a esta mentalidad práctica de ingenieros, hemos sido los primeros en completar la fase 1.0 —denominada «enlace completo en punto fijo»— y la fase 2.0 —«múltiples objetivos dinámicos»—, ambas con validaciones en tierra. En cuanto a la construcción física y la tecnología, se puede decir que llevamos una ventaja considerable. Ahora bien, una vez recogida la luz solar, el segundo paso es la «transformación». Desde el espacio hasta la superficie terrestre, se producen varias conversiones: de luz a electricidad, de electricidad a ondas y de ondas a electricidad. La dificultad radica en la eficiencia global de la transmisión inalámbrica a lo largo de todo el enlace y en cómo reducir las pérdidas. El proyecto «Zhurri» utiliza semiconductores de tercera generación, concretamente nitruro de galio, para fabricar amplificadores de potencia de estado sólido en el extremo de transmisión espacial; al tener una baja resistencia, se desperdicia menos calor. En el extremo de recepción en tierra, los diodos rectificadores tienen una velocidad de conmutación rápida, lo que permite captar con precisión las oscilaciones de microondas y convertir una mayor cantidad de estas en energía eléctrica. Uno de los importantes avances que mencioné al principio es que se ha logrado la transmisión inalámbrica de energía por microondas a nivel de kilovatios, simultáneamente a múltiples objetivos móviles, a una distancia de unos cien metros. La eficiencia de transmisión en todo el enlace, de corriente continua a corriente continua, ha aumentado considerablemente hasta el 20,8 %, lo que significa que una quinta parte de la energía eléctrica original se transmite con éxito y se reconvierte en electricidad utilizable, lo que supone uno de los niveles más altos a escala internacional. El cuarto paso es la «transmisión»: enviar microondas desde una distancia de 36 000 kilómetros. ¿Cómo se garantiza que den en el blanco en la estación receptora terrestre? El método consiste en una comunicación bidireccional: primero, desde tierra se envían señales de guía hacia el espacio, y desde allí se calcula en tiempo real la posición de la estación receptora. A continuación, el extremo emisor utiliza una antena de matriz en fase activa: es como si innumerables unidades de emisión en miniatura ajustaran el momento de emisión de sus ondas en función de la retroalimentación de la superficie, de modo que un sinfín de ondas de microondas se sincronicen para converger en una dirección específica, generando la máxima energía y impactando con precisión en la estación receptora terrestre. La eficiencia de concentración del haz más reciente alcanza el 88 %. El último paso es la «recepción»: en el futuro, es posible que se desplieguen en tierra supercomplejos formados por conjuntos de antenas para captar las microondas y convertirlas de nuevo en energía eléctrica, que se rectificará, se convertirá en corriente alterna y se inyectará a la red. Aunque se trata de una visión a largo plazo, de repente se me ha ocurrido que muchos internautas bromean diciendo que la especialidad de nuestro director Zhang es la «historia del futuro», y la verdad es que tienen razón. A menudo habla de la relación entre el orden político y el uso de la energía; por ejemplo, señala que el auge de Gran Bretaña y Estados Unidos se debió al carbón y al petróleo, mientras que ahora China está llevando a cabo una transición sin precedentes hacia las nuevas energías. De hecho, tanto el antropólogo Leslie White como el astrónomo Kardashev han expuesto ideas similares: la evolución o el grado de avance de una civilización no depende de su cultura, su política o su nivel moral, sino de la cantidad de energía disponible per cápita. Desde un punto de vista tecnológico, la civilización humana es un juego evolutivo que consiste en aumentar continuamente la densidad energética para sustentar organizaciones sociales de mayor escala y complejidad. El científico Carl Sagan calculó en su día que la puntuación de la civilización humana rondaba el 0,7, lo que la sitúa en el nivel de civilización tipo cero, atada a su estrella madre, capaz únicamente de esperar pasivamente a que la luz solar atraviese la atmósfera, se atenúe al llegar a la superficie y pueda ser aprovechada. La esencia del Proyecto «Persiguiendo al Sol» consiste precisamente en intentar romper las fronteras planetarias, salir activamente al espacio para captar la energía estelar y dar el salto hacia una civilización de tipo I a escala planetaria. Espero que sean los científicos e ingenieros chinos quienes lideren a la humanidad en este paso.