I settori spaziale ed energetico si sono incontrati per la prima volta più di 60 anni fa durante lo sviluppo dei pannelli solari. Oggi lo Spazio ha un ruolo chiave nel monitoraggio delle emissioni di gas serra e del loro impatto sul clima. Infatti, la metà di tutte le variabili climatiche essenziali (ECV) sono misurate dai satelliti. I recenti risultati sui cambiamenti della qualità dell’aria durante la pandemia di COVID-19 e le discussioni sull’identificazione e la regolamentazione delle perdite di emissioni di metano hanno attirato grande attenzione e continuano a guidare iniziative politiche internazionali ed europee.
Considerazioni geostrategiche, la necessità di garantire l’approvvigionamento energetico in tempi di crescente consumo energetico, volatilità dei prezzi dell’energia, ma anche la crescente consapevolezza e gli impegni internazionali per il cambiamento climatico, hanno portato alla creazione della serie di obiettivi di energia rinnovabile più ambiziosa della storia. Infatti, costruendo progressivamente una serie di strumenti politici, l’Europa sta guidando la rivoluzione mondiale dell’energia pulita. Il Green Deal ha ulteriormente rafforzato gli obiettivi esistenti e li ha integrati con il raggiungimento della neutralità climatica entro il 2050 (in conformità con gli impegni dell’Accordo di Parigi sul clima). Si tratta di una tabella di marcia dedicata con particolare attenzione alle energie rinnovabili (in particolare energia offshore), alla ristrutturazione degli edifici, alla decarbonizzazione dei trasporti (elettrificazione e 1 milione di punti di ricarica pubblici) e a un maggiore sostegno per la ricerca e lo sviluppo (il 35% dei finanziamenti per la ricerca dell’UE dovrebbe servire tecnologie rispettose del clima).
La grande crescita delle energie rinnovabili
La percentuale di produzione di elettricità da fonti rinnovabili nell’UE ha raggiunto il livello record di quasi il 35% nel 2019, con una capacità totale di 132 GW di energia solare e 205 GW di capacità eolica installata (183 GW onshore e 22 GW offshore). Le quote crescenti di energie rinnovabili sono guidate dalla competitività economica, dal sostegno dei governi nazionali per raggiungere gli obiettivi rinnovabili dell’Europa 2020 (a livello di utilità pubblica e di autoconsumo), nonché dal numero crescente di fonti energetiche distribuite.
Mentre le politiche pubbliche, gli investimenti privati, le economie di scala e le preferenze dei consumatori puntano tutti nella direzione di un maggior numero di energie rinnovabili, la transizione energetica crea numerose nuove sfide per tutte le parti interessate coinvolte: un sistema energetico alimentato da quote elevate di energie rinnovabili variabili, che a loro volta dipendono al mutare delle condizioni atmosferiche, aumenta le esigenze di flessibilità e di bilanciamento a livello di sistema. Allo stesso tempo, i piccoli produttori di energia stanno sostituendo le grandi centrali elettriche poco flessibili, portando ad una continua decentralizzazione e regionalizzazione dei mercati. I consumatori attivi non solo acquistano più energia, ma producono, immagazzinano ed eventualmente vendono l’energia generata attraverso la rete. La crescente elettrificazione e digitalizzazione delle famiglie, in combinazione con i contatori intelligenti e l’accumulo domestico, offre possibilità completamente nuove, ma anche sfide per le reti esistenti che erano state progettate per fornire energia da A a B in modo unidirezionale e con fluttuazioni limitate. Le reti intelligenti sono necessarie per garantire possibilità di stoccaggio e flussi multidirezionali di energia e informazioni attraverso la rete di trasmissione europea (con i suoi 300.000 km di linee elettriche e 355 linee transfrontaliere).
Lo spazio ha aggiunto valore nel sostenere la transizione energetica
Con l’attenzione alle energie rinnovabili e una crescente digitalizzazione e affidabilità dei dati del settore energetico, il ruolo della tecnologia spaziale e dei dati derivati dai satelliti è in costante aumento. Data la natura globale e spesso remota dell’industria del petrolio e del gas, i satelliti hanno tradizionalmente supportato i principali fornitori di energia nel monitoraggio e nel controllo del loro impatto ambientale, garantendo la comunicazione in aree remote e fornendo tecnologie in grado di limitare l’esposizione umana ai rischi. Il monitoraggio generale delle risorse dalle piattaforme offshore alle condutture è spesso più semplice ed economico dallo spazio.
Con l’attuale focus sulle rinnovabili, il ruolo dello spazio aumenta a livello di singolo asset, azienda e sistema. I satelliti identificano i luoghi più promettenti per le energie rinnovabili mappando la geometria e la radiazione solare, la velocità del vento o i flussi d’acqua. L’attuale attenzione alla produzione di energia rinnovabile offshore, compresa l’energia oceanica e l’energia eolica galleggiante o il solare fotovoltaico, richiede la raccolta strategica di dati remoti come la temperatura dell’acqua, le onde, i flussi delle maree, la velocità del vento e i gradienti di salinità. I satelliti aiutano a limitare l’impatto ambientale delle nuove risorse e a comprendere meglio l’impatto delle risorse esistenti sulle popolazioni di pesci, uccelli o mammiferi marini.
Produzione e previsione
Migliorare la produzione di energia e le previsioni a breve e lungo termine attraverso dati meteorologici accurati è importante per asset manager, banche e autorità locali. Utilizzando sistemi di dati storici e in tempo reale, i progettisti possono prevedere e reagire in modo flessibile alle fluttuazioni di energia elettrica sul lato della domanda e dell’offerta (picchi di produzione e consumo). Ciò è particolarmente rilevante nelle aree o regioni remote con accesso nullo o limitato ai dati rilevanti e infrastrutture deboli.
L’esigenza di flessibilità è fortemente sentita a livello di rete, dove l’ESA sostiene le reti intelligenti e la resilienza generale delle linee elettriche. Collaborando con gli operatori dei sistemi di trasmissione e di distribuzione a livello nazionale ed europeo, l’ESA sostiene lo sviluppo di soluzioni innovative per monitorare i movimenti dei tralicci della rete, la vegetazione lungo le linee elettriche, l’impatto degli eventi meteorologici (neve, carico di ghiaccio e vento), la conduttività della rete e punti caldi o interferenze e costruzioni provocate dall’uomo. La comunicazione bidirezionale tra contatori intelligenti e operatori di rete e la realizzazione e la manutenzione di centrali elettriche virtuali, net-metering o reti peer-to-peer stanno migliorando ulteriormente la flessibilità e il bilanciamento del sistema.
Le attività spaziali sono impensabili senza l’uso efficiente e responsabile dell’energia
Basandosi sui progressi compiuti nella produzione di idrogeno pulito, l’ESA sta studiando opzioni per produrre idrogeno verde attraverso l’elettrolisi dell’acqua per lo spazioporto europeo nella Guyana francese sia per l’alimentazione di celle a combustibile che per la produzione di idrogeno liquido (propellente). Si prevede di implementare progressivamente il progetto, avviando la produzione di idrogeno verde entro il 2025, riducendo il consumo elettrico e le emissioni di CO2 e migliorando al contempo l’affidabilità e la competitività.
Ma non solo sulla terra, anche nello spazio ha luogo la transizione energetica: la Stazione Spaziale Internazionale e i satelliti utilizzano celle solari per convertire la luce solare in elettricità e una futura base lunare includerà molto probabilmente centrali solari con sistemi rigenerativi per immagazzinare energia per la sopravvivenza notturna. Gli studi di fattibilità includono l’uso sostenibile delle risorse disponibili (ad esempio il suolo lunare) e tecnologie prive di carbonio per elaborare i materiali spaziali. Le possibilità di ricreare un ambiente artificiale che consenta il riciclo al 100% dei rifiuti per produrre ossigeno, acqua e cibo sono studiate nell’ambito di MELiSSA (Micro-Ecological Life Support System Alternative). Le soluzioni off-grid sostenibili ed efficienti sono fattori chiave per la sopravvivenza umana in ambienti estremi e missioni a lungo raggio.
Nel vuoto dello spazio non si verificano convezione, conduzione o combustione. Si tratta quindi di un ambiente unico per studiare i processi relativi ai sistemi termici (e per produrli). Gli esperimenti condotti negli ultimi anni a bordo della ISS hanno il potenziale per rivoluzionare il raffreddamento dei sistemi elettronici e dei data center che consumano circa il 2% di tutta l’energia sulla terra. Inoltre, le miscele di fluidi in assenza di gravità (ad esempio senza sedimentazione o separazione di fase) aiutano l’industria del petrolio e del gas a migliorare i processi relativi all’estrazione e alla lavorazione delle risorse.
Energia dallo spazio
Attualmente, un concetto affascinante sta vivendo una rinascita: lo studio dell’energia solare spaziale che raccoglie energia pulita dallo spazio. I satelliti solari beneficiano di una maggiore illuminazione solare, non filtrata dall’atmosfera, e hanno il potenziale per mitigare il cambiamento climatico attraverso la fornitura e la trasmissione di energia pulita, in modo flessibile, a diversi utenti remoti sulla terra, sulla luna o su altri pianeti. Gli studi hanno dimostrato che tali sistemi hanno il potenziale di fornire da 100 MW a 100 GW di energia alla Terra a un costo di costruzione paragonabile a quello di grandi progetti di ingegneria terrestre. I benefici per i cittadini europei, per il settore spaziale e per il pianeta potrebbero essere enormi.
Fonte: How Space supports the Energy Transition – ESA Commercialisation Gateway