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La energía solar en el futuro de la vida en Marte

Una concepción artística de un laboratorio de biofabricación futurista en Marte, alimentado por tecnología fotovoltaica (energía solar). También fabricará alimentos y medicinas, y fabricará otros materiales necesarios, mientras recicla los desechos. (Crédito: Davian Ho.)

En algún momento de las próximas dos décadas, los humanos se dirigirán a Marte en misiones de larga duración de más de 400 días. Estas largas estadías significan construir ciudades en Marte, completas con hábitats, laboratorios y otra infraestructura. Los futuros habitantes de Marte tendrán que hacer mucho para sobrevivir. Construirán sus ciudades, harán su propia comida, destilarán agua, producirán combustible, medicinas y otros suministros. Para ello, utilizarán las instalaciones de fabricación que traen consigo. Todo esto requiere fuerza. Montones. Como todos sabemos, Marte carece notablemente de formas obvias de generar electricidad. Entonces, ¿qué harán nuestros intrépidos exploradores para impulsar su nueva vida en el Planeta Rojo?

Este diagrama de flujo muestra el proceso que usarán los humanos en Marte para sintetizar los materiales que necesitan a partir de las materias primas del planeta.  El equipo que utilizan se retirará del suelo (inicialmente), pero necesitarán energía confiable.  (Crédito: Aaron Berliner y Davian Ho, UC Berkeley)
Este diagrama de flujo muestra el proceso que usarán los humanos en Marte para sintetizar los materiales que necesitan a partir de las materias primas del planeta. El equipo que utilizan se retirará del suelo (inicialmente), pero necesitarán energía confiable. (Crédito: Aaron Berliner y Davian Ho, UC Berkeley)

¡Marte necesita energía!

La sabiduría convencional dice que las unidades de energía nuclear similares a las que se suministran a otras naves espaciales son la mejor opción. Es limpio, fiable y duradero. Lo malo es que pesa mucho. Una nave espacial con destino a Marte estará muy limitada en lo que puede transportar. Eso sí, contará con tripulación y combustible. Sin embargo, todas estas personas necesitarán suministros, incluidas las unidades de energía, para usar en el techo. Resulta que la mayoría de los misiles actuales solo pueden transportar alrededor de 100 toneladas (sin incluir el combustible). Solo una planta de energía nuclear que suministre alrededor de un kilovatio de energía sería de alrededor de 9,5 toneladas. Sin embargo, esto no es insuperable. Sin embargo, los planificadores de misiones desean reducir el peso de la misión para aprovecharla al máximo. Entonces, ¿qué pasaría si hubiera una alternativa más ligera a la energía nuclear? ¿Te gusta la energía solar?

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Esa es la pregunta que un par de estudiantes graduados de UC Berkeley querían responder. Por lo tanto, emprendieron un proyecto de investigación buscando futuras fuentes de energía para los colonos de Marte. Aaron Berliner se especializa en ingeniería nuclear mientras que Anthony Abel está interesado en desarrollos en energía solar fotovoltaica. Juntos, analizaron las necesidades energéticas de una misión de seis hombres para permanecer en la superficie de Marte durante 480 días. En particular, buscaron lugares en Marte donde la energía solar podría tener mucho sentido. Lo que encontraron parece confundir la sabiduría convencional.

La energía fotovoltaica sería la mejor opción si los futuros asentamientos planificados se ubicaran en la región amarilla de este mapa plano de Marte.  También se muestran las ubicaciones de misiones anteriores que aterrizaron en Marte, incluido el cráter Jezero (arriba a la derecha), que ahora está siendo explorado por el rover Perseverance de la NASA.  (Crédito de la foto: Anthony Appel y Aaron Berliner, UC Berkeley)
Los futuros exploradores de Marte que se establezcan en las latitudes medias del planeta (que se muestran en amarillo) podrían usar energía fotovoltaica. Tenga en cuenta las ubicaciones de otras misiones enviadas anteriormente a Marte. Muchos también están ubicados en las mismas áreas y han utilizado energía solar en algunos aspectos de sus exploraciones. Crédito: Anthony Appel y Aaron Berliner, UC Berkeley)

Si los futuros marcianos se asientan en latitudes medias, particularmente alrededor de los trópicos del planeta, las plantas de energía solar pueden superar a la energía nuclear. ¿porqué es eso? En primer lugar, las latitudes medias reciben mucha luz solar, así que ¿por qué no aprovechar eso? En segundo lugar, las células solares pesan menos que las plantas de energía nuclear. Para obtener la misma energía que una planta nuclear, la nueva generación de tecnología solar solo requerirá unas 8,3 toneladas de carga. Este es un ahorro de peso significativo en la energía nuclear.

Marte y la próxima generación de energía solar

¿De qué tipo de celdas de energía estamos hablando aquí? Berliner y Abel estudiaron sistemas que utilizan energía fotovoltaica con electrólisis. Es decir, usan electricidad para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. Los estudiantes también calcularon que parte de la energía generada durante el día se usaría para producir gas hidrógeno para usar en celdas de combustible. Esto es más o menos similar a la forma en que algunos hogares y negocios aquí en la Tierra usan la energía solar para almacenar energía en paredes eléctricas y baterías para uso nocturno.

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¿La gran noticia? Toda esta bondad de la energía solar es posible con las tecnologías fotovoltaicas actuales. Por supuesto, la tecnología siempre está mejorando, por lo que para cuando una misión a Marte esté lista para despegar, versiones completamente nuevas de las células solares actuales estarán listas para usar.

Abel dijo en Comunicado de prensa de la Universidad de California en Berkeley«Pero estos paneles más nuevos que son tan livianos y flexibles de repente, realmente cambiaron esa conversación».

Característica: energía solar

Las ventajas de la energía solar en Marte superan los problemas. Aunque los colonos pueden tener que desempolvar las celdas con más frecuencia, su peso más ligero significa que se pueden enviar más placas a Marte. Incluye copias de seguridad de los principales sistemas. Con la puesta en marcha de nuevas células más ligeras, la energía solar podría ser la principal fuente de energía para las futuras colonias de Marte. Esto tampoco significa que la energía nuclear no existirá. A la larga, los colonos pueden necesitar todas las tecnologías de generación de energía que puedan tener en sus manos, por su confiabilidad y flexibilidad. Y en un futuro cercano, con la necesidad de reducir los costos, la energía solar puede ser el camino a seguir.

Para más información, el título del artículo de Abel y Berliner ‘La producción de motores fotovoltaicos podría apoyar la exploración humana en Marte’publicado en Fronteras en astronomía y ciencia espacial. Su trabajo fue financiado por la NASA y la Fundación Nacional de Ciencias.

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