Energia eolica per alimentare le abitazioni umane su Marte

 

In caso di future esplorazioni con equipaggio sul pianeta rosso, è necessario trovare un modo per generare energia in loco in modo efficiente e sembra che il vento potrebbe dare una mano.

 

Se la Nasa sta preparando nuovi razzi più potenti per l’esplorazione umana di Marte, deve parallelamente pianificare come far sopravvivere gli astronauti sul pianeta rosso utilizzando energia prodotta in loco, per minimizzare il carico da trasportare sulle navi spaziali.

L’energia eolica potrebbe aiutare ad alimentare le missioni umane su Marte, secondo uno studio che ha utilizzato il Mares Global Climate Model della NASA Ames per calcolare la variabilità a breve termine e stagionale dell’energia eolica che sarebbe generata dalle turbine eoliche sul Pianeta Rosso.

Guidato da Victoria Hartwick della NASA, il team di ricerca suggerisce che il vento potrebbe fornire energia sufficiente da solo o essere utilizzato in combinazione con l’energia solare o nucleare.

Il successo di una missione con equipaggio su Marte si baserebbe su molti fattori, tra cui la selezione del sito. Precedenti studi sulla fattibilità del sito si sono concentrati sull’accesso alle risorse fisiche, compresa la disponibilità di acqua o riparo, e non hanno necessariamente tenuto conto delle capacità di generazione di energia dei potenziali siti.

Mentre ci sono state molte ricerche sull’energia solare e nucleare come fonti di energia marziana, l’energia nucleare nasconde potenziali rischi umani e gli attuali modelli di sistemi solari non hanno la capacità di stoccaggio dell’energia per compensare le variazioni di generazione giorno / notte (diurno) e stagionale. È quindi prudente considerare una fonte alternativa come l’eolico per una produzione di energia stabile.

L’energia eolica è più efficiente quando le atmosfere sono spesse, ma la bassa densità atmosferica di Marte significa che il vento sul pianeta produce molta meno forza del vento sulla Terra.

Per questo motivo, il vento marziano non era stato considerato una risorsa energetica praticabile. Hartwick e colleghi hanno sfidato questa ipotesi e hanno dimostrato che le fluttuazioni diurne e stagionali dell’energia solare potrebbero essere compensate dall’energia eolica.

Hartwick dice che “sono stati sorpresi di scoprire che, nonostante la sottile atmosfera di Marte, i venti sono ancora abbastanza forti da produrre energia su grandi porzioni della superficie marziana”.

Lo studio suggerisce che l’eolico potrebbe funzionare in combinazione con altre risorse energetiche come il solare per aumentare la produzione di energia.

Ciò potrebbe essere particolarmente utile durante le tempeste di polvere locali e globali, quando l’energia solare diminuisce e l’energia eolica disponibile aumenta. Il vento sarebbe anche una risorsa utile di notte e intorno al solstizio d’inverno.

Il team ha esaminato un ipotetico sistema di generazione che comprende pannelli solari e una turbina eolica di medie dimensioni, disponibile in commercio che ha un diametro del rotore di 33 m ed ha una potenza nominale di 330 kW sulla Terra. Hartwick e colleghi calcolano che la turbina potrebbe funzionare con una potenza operativa media di circa 10 kW su Marte.

I calcoli del team mostrano che la turbina aumenterebbe la percentuale di tempo in cui la potenza del sistema combinato supera i 24 kW dal 40% (solo pannelli solari) al 60-90% (solare più eolico). Il valore di 24 kW è significativo perché è considerato il requisito minimo di potenza per supportare una missione di sei persone.

Mentre lo studio dimostra che la produzione energetica dal vento è possibile, sarebbe utile solo se potesse essere fatto in luoghi su Marte adatti per l’abitazione umana. Il lavoro precedente ha considerato la geologia, il potenziale delle risorse e le limitazioni ingegneristiche per valutare i siti di atterraggio.

Utilizzando questi criteri, lo Human Landing Site Study della NASA ha identificato 50 potenziali regioni di interesse. Questo studio non ha considerato la disponibilità di energia regionale al di là della semplice latitudine e considerazioni di ombreggiatura per il solare.

Hartwick ritiene quindi che l’energia eolica potrebbe consentire di prendere in considerazione più regioni per l’esplorazione e l’insediamento.

“Utilizzando il vento in combinazione con altre risorse energetiche”, dice Hartwick, “potrebbe essere possibile accedere ad alcune regioni del pianeta che sono state precedentemente scartate, ad esempio, le medie latitudini di Marte e le regioni polari che sono scientificamente interessanti e sono più vicine a importanti serbatoi di ghiaccio d’acqua sotto la superficie”. Questi siti non sarebbero praticabili con l’energia solare come risorsa energetica predominante.

Hartwick suggerisce che la stabilità è la considerazione più importante per alimentare le future missioni con equipaggio su Marte – deve essere prodotta molta energia ininterrotta.

L’utilizzo di una combinazione di turbine eoliche e pannelli solari potrebbe consentire alle missioni di localizzarsi in gran parte del pianeta.

L’energia eolica potrebbe anche rivoluzionare il modo in cui gli esseri umani ottengono energia altrove nel sistema solare. Hartwick dice di essere “particolarmente interessata a vedere il potenziale di potenza su una luna come Titano, che ha un’atmosfera molto spessa ma è fredda”.

Tuttavia, c’è ancora un lavoro interdisciplinare da fare – soprattutto dal punto di vista aerospaziale e ingegneristico – per determinare l’efficienza operativa e la fattibilità tecnica.

Un altro fattore che deve essere considerato è il trasporto di turbine eoliche e materiali associati su Marte, un processo che dovrebbe ridurre al minimo la massa inviata attraverso lo spazio interplanetario.

Nel trasporto dovrebbero essere incluse attrezzature di scavo, ma il suolo marziano potrebbe essere utilizzato come sostituto del calcestruzzo che viene utilizzato per ancorare le turbine sulla Terra.

Man mano che vengono identificati più potenziali siti di atterraggio marziani, studi futuri potrebbero sfruttare simulazioni ad alta risoluzione con l’obiettivo di comprendere meglio come la topografia specifica e le condizioni della superficie influenzano il vento. Ciò potrebbe cambiare le capacità delle future operazioni spaziali.