Gracias a los avances, la energía solar podría resultar muy eficiente en Marte. Tanto que, según un nuevo análisis, en muchos lugares podría resultar mejor que la energía nuclear. Algo que resulta muy interesante, porque permite poner en perspectiva cómo se está avanzando en el sector…

La energía solar en Marte puede ser una buena opción… en algunos casos

La tecnología de energía solar ha avanzado muy notablemente en los últimos tiempos. Las últimas células solares son muy eficientes, ligeras y flexibles. Por lo que la energía fotovoltaica podría resolver algunos de los grandes retos de una misión prolongada en Marte. Quizá incluso para un asentamiento permanente. Es algo que resulta muy llamativo, porque, generalmente, lo que se asume es que la energía nuclear es la mejor alternativa. A fin de cuentas, es muy fiable y puede funcionar de manera constante.

La energía solar en Marte puede ser mejor que la nuclear
Animación que muestra la creación de una colonia en Marte. Crédito: SpaceX

En la última década, se ha avanzado en los reactores de fisión nucleares miniaturizados. Tanto que la NASA ya los considera una fuente de energía segura, eficiente y clave en la exploración robótica y tripulada. La energía solar, por su parte, necesita ser capaz de almacenarse para su uso de noche. En Marte, la noche tiene una duración muy similar a la de la Tierra. En el planeta rojo, la producción de los paneles solares se puede ver afectada por el polvo rojizo que cubre todo. El róver Opportunity, de la NASA, funcionaba con paneles solares.

Su misión terminó 15 años después de comenzar, después de una gran tormenta de polvo que cubrió Marte en 2019. Ahora, en un nuevo estudio, un grupo de investigadores compara ambas tecnologías. Quieren comprender cómo se desempeñarían en una misión para seis personas, que permaneciesen allí durante 480 días. Es el escenario más plausible para una misión que busque que el tiempo de viaje sea el mínimo posible, y con una permanencia en superficie que va más allá de 30 días. En su análisis se fijan en diferentes lugares de la superficie.

Mucha eficiencia en gran parte de la superficie

En su análisis, los investigadores determinan que los asentamientos, en casi la mitad de la superficie de Marte, tendrían una capacidad de energía solar comparable, e incluso mejor, a la nuclear. Teniendo en cuenta el peso de los paneles solares y su eficiencia, mientras parte de esa energía diurna se use para producir gas de hidrógeno para usarlo en células de combustible. Esto permitirá que la colonia reciba energía de noche, así como durante las tormentas de arena. En este tipo de combinaciones, su rendimiento supera a la nuclear.

Concepto artístico de una colonia impresa en 3D. Crédito: NASA/Team Gamma

Esas regiones de la superficie del planeta se encuentran cerca del ecuador. El estudio también da una nueva perspectiva respecto a la colonización de Marte y proporcionar un mapa a seguir para decidir qué tecnologías desplegar cuando se planifique una misión a otros planetas o satélites. El estudio, según cuentan los investigadores, echa un vistazo a las tecnologías disponibles y a cómo desplegarlas. Así como ver cuáles son los mejores usos y en qué condiciones se quedan cortas. Es algo necesario para pensar en cosas como la colonización.

Permitirá enfrentarse a ello de manera segura y reduciendo los costes. Además, hay que tener presente que en una misión larga, naturalmente, necesitaremos mucha más energía. Las estimaciones de energía en Marte, por parte de la NASA, siempre se han centrado en permanencias cortas. No es necesario, en esos casos, tener procesos que pidan mucha energía, como el cultivo de alimentos, fabricación de materiales de construcción o la producción de compuestos químicos. Pero el panorama está cambiando en los últimos tiempos.

La llegada de las compañías privadas cambia el panorama

La llegada de compañías como SpaceX o Blue Origin, que buscan desarrollar cohetes que permitan viajar a Marte, permite pintar un escenario diferente. Ellos sí están planteando tener asentamientos y misiones más largas. Por lo que aquí si entra en escena el tener fuentes de energía fiables. La mayor complicación es que todos estos materiales, para la fuente de energía elegida, deben ser transportados desde la Tierra a Marte. Cada kilo de material, a lanzar, puede costar miles de euros. Así que es esencial que el peso sea el menor posible.

Una clave, además, es la capacidad de tener energía para instalaciones de biomanufacturación. En ellas se utilizarán microbios, modificados genéticamente, para producir comida, combustible para cohetes, materiales plásticos y químicos, incluyendo medicamentos. En este sentido, los investigadores añaden que, sin saber de cuánta energía se dispondría en una misión a largo plazo, es imposible determinar hasta qué punto esos procesos pueden ser realmente prácticos. Así que han creado un modelo por ordenador con diferentes escenarios.

Es un intento para entender qué cantidad de energía podría ser necesaria, para cosas como el mantenimiento del hábitat, que incluye el control de temperatura y presión. O para la producción de fertilizantes, para la agricultura; metano, para el combustible para cohetes, para regresar a la Tierra; o la producción de bioplásticos para fabricar reemplazos. A la hora de comparar la energía nuclear, de un reactor nuclear miniaturizado, frente a la energía fotovoltaica, pensaron en tres opciones de almacenamiento de energía para esta última…

Las varias opciones para la energía solar en Marte

Las tres opciones consistían en el uso de baterías, y en dos técnicas diferentes para producir hidrógeno (en forma de gas) a partir de la energía solar. Una de las técnicas es la electrólisis, la otra es el uso directo de células fotoelectroquímicas. En este último caso, el hidrógeno se presuriza y almacena para usarse posteriormente, en una célula de combustible. Así, se podrá producir energía cuando los paneles solares no lo hagan. Solo la energía fotovoltaica, junto a la electrolisis (utilizando electricidad para separar el agua en hidrógeno y oxígeno) competía con la energía nuclear.

Concepto artístico del rover Opportunity. Crédito: NASA/JPL-Caltech

La energía solar resulta ser más efectiva, por kilogramo, que la energía nuclear en más de la mitad de la superficie del planeta. El principal criterio, en este caso, es el peso. Los investigadores supusieron que un cohete, que llevase una tripulación a Marte, podría llevar una carga de 100 toneladas, sin incluir el combustible. De ahí, calcularon cuánta carga se podría utilizar para el sistema de energía. Un viaje a Marte sería de 420 días (210 en cada dirección). Lo más llamativo es que determinaron que el peso de un sistema de energía sería menos del 10% de la carga total.

En el caso de un lugar cerca del ecuador, los investigadores determinan que el peso de los paneles solares, más el almacenamiento de hidrógeno, sería de unas 8,3 toneladas, frente a las 9,5 toneladas de un reactor nuclear en miniatura. En su modelo también especifican cómo ajustar los paneles fotovoltaicos. Así se puede maximizar la eficiencia, en función de en qué lugar de Marte nos encontremos. La latitud afecta a la intensidad de la luz solar, por poner un ejemplo. El polvo y el hielo en la atmósfera pueden dispersar las longitudes de onda de luz más largas…

El avance de la energía solar es clave para su uso en Marte

Ahora mismo, añaden los investigadores, la energía solar (fotovoltaica) es muy eficiente a la hora de convertir la luz del Sol en electricidad, haciendo que sea atractivo para Marte. Sin embargo, los componentes con mejor rendimiento todavía son caros. La innovación más importante, sin embargo, es un panel solar flexible y ligero, que permite que su almacenamiento en un cohete sea mucho más sencillo. Su transporte, naturalmente, es más simple. Los paneles de silicio tradicionales no pueden competir con la energía nuclear.

La energía solar podría ser más eficiente, en Marte, que la energía nuclear. Pero solo si se tiene en cuenta el peso.
Concepto artístico de una base en Marte. En este caso, la zona de horticultura está bajo tierra. Crédito: NASA Ames Research Center

Esos paneles nuevos, ligeros y flexibles, sin embargo, pueden cambiar el panorama. Ese menor peso, además, permite transportar más paneles a Marte. De manera que no solo podemos tener la estructura principal, también repuestos. En el caso de las plantas nucleares en miniatura, al proporcionar mucha más energía, hacen falta muy pocos. De manera que, si uno falla, la colonia podría perder una cantidad importante de su energía. Según cuentan los investigadores, el estudio no deja de surgir de un dilema: ¿cuál de las dos es mejor para colonizar Marte?

Tanto la energía nuclear como la energía solar tienen, en este contexto, sus ventajas y desventajas. Todavía es pronto, de todos modos, para pensar en misiones de larga duración. No podemos olvidar que la primera misión tripulada no tendrá lugar, como mínimo, hasta 2033. En este tiempo, sin duda, ambos campos seguirán avanzando, pero no deja de ser sorprendente que, a pesar de los retos a los que se enfrenta, la energía solar pueda ser la mejor opción en Marte. ¿Seguiremos viéndolo así en la próxima década, cuando lleguen esas misiones tripuladas?

Estudio

El estudio es A. Abel, A. Berliner, M. Mirkovic et al.; «Photovoltaics-Driven Power Production Can Support Human Exploration on Mars». Publicado en la revista Frontiers in Astronomy and Space Sciences el 27 de abril de 2022. Puede consultarse en este enlace.

Referencias: Phys