L’esplorazione spaziale sostenibile e la prospettiva di insediamenti umani permanenti sulla Luna richiedono fonti di energia affidabili ed economicamente vantaggiose. Sebbene le celle solari siano state la spina dorsale dell’alimentazione per numerose missioni spaziali, le tecnologie attuali presentano limitazioni significative, in particolare per quanto riguarda il costo e la massa del trasporto verso la Luna. Una nuova promettente strategia, presentata in uno studio pubblicato sulla rivista Device, propone di utilizzare le risorse lunari, in particolare la polvere di regolite, per fabbricare celle solari innovative a base di perovskite, aprendo la strada a un futuro energetico lunare sostenibile.
Le celle solari attualmente impiegate nello spazio raggiungono efficienze notevoli, talvolta superando il 30% o addirittura il 40%. Tuttavia, queste elevate prestazioni comportano costi elevati e una massa considerevole, spesso dovuta all’uso di vetro o fogli spessi per la protezione. Considerando gli esorbitanti costi di trasporto verso la Luna, stimati intorno a 1 milione di euro per chilogrammo, la necessità di sollevare grandi quantità di celle solari dalla Terra diventa un ostacolo importante per la realizzazione di basi lunari a lungo termine.
Una soluzione nata dalla polvere lunare
Per superare queste limitazioni, un team di ricercatori ha esplorato la possibilità di utilizzare la regolite lunare, lo strato di materiale sciolto e omogeneo che ricopre la superficie della Luna. L’idea chiave è quella di sostituire il vetro terrestre con un vetro lunare, o “moonglass”, fabbricato direttamente dalla regolite lunare. Questo approccio da solo potrebbe ridurre la massa del lancio di un veicolo spaziale fino al 99,4% e abbattere il 99% dei costi di trasporto, rendendo gli insediamenti lunari a lungo termine molto più fattibili.
Moonglass e perovskite: un’accoppiata vincente
Per testare questa idea, i ricercatori hanno utilizzato un simulante di polvere lunare anortositica, chiamato TUBS-T, che riproduce la composizione e le caratteristiche della regolite presente nelle regioni montuose della Luna. Questo materiale è stato fuso per creare il “moonglass”. Successivamente, hanno fabbricato celle solari accoppiando questo moonglass con la perovskite, una classe di cristalli economici, facili da produrre e molto efficienti nella conversione della luce solare in elettricità. Per ogni grammo di materiale inviato nello spazio, i nuovi pannelli solari a base di moonglass e perovskite producono fino a 100 volte più energia rispetto ai pannelli solari tradizionali.
Fabbricazione semplice e resistenza alle radiazioni
La fabbricazione del moonglass si è rivelata sorprendentemente semplice, non richiedendo complessi processi di purificazione. La luce solare concentrata, facilmente disponibile sulla Luna, può fornire le temperature estreme necessarie per fondere la regolite in vetro. Inoltre, il moonglass presenta un’interessante proprietà: la sua naturale colorazione marrone, dovuta alle impurità presenti nella polvere lunare, stabilizza il vetro e impedisce un ulteriore oscuramento dovuto alle radiazioni spaziali, rendendo le celle solari più resistenti ai danni da radiazione. Nei test di laboratorio, le celle solari a base di moonglass hanno mostrato una resistenza alle radiazioni superiore rispetto alle controparti terrestri.
Potenziale energetico e configurazioni innovative
I ricercatori sono riusciti a raggiungere un’efficienza del 10% con le celle solari a base di moonglass, ma ritengono che, utilizzando un moonglass più trasparente e ottimizzando la composizione delle celle, si potrebbe raggiungere il 23% di efficienza. Lo studio ha esplorato diverse configurazioni di celle solari, tra cui una configurazione a “superstrato” con elettrodi di rame opachi e configurazioni a “substrato” con contatti trasparenti di metallo ultrasottile o ossido di indio-zinco (IZO). Quest’ultime configurazioni hanno permesso di superare l’assorbimento parassitario del moonglass, raggiungendo efficienze promettenti.
Prospettive future
Nonostante i promettenti risultati, la Luna presenta sfide uniche. La minore gravità potrebbe influenzare la formazione del moonglass, e i solventi utilizzati per processare la perovskite sulla Terra non sarebbero adatti al vuoto lunare. Inoltre, le forti escursioni termiche lunari potrebbero minacciare la stabilità dei materiali. Per questo motivo, il team spera di condurre un esperimento su piccola scala sulla Luna per testare le loro celle solari in condizioni lunari reali.
Nonostante queste sfide, la possibilità di utilizzare la polvere lunare non solo per ricavare acqua o costruire abitazioni, ma anche per generare energia tramite celle solari, rappresenta un passo fondamentale verso la realizzazione di future basi e persino città lunari alimentate da una risorsa locale e abbondante. La combinazione della facile preparazione del moonglass con le prestazioni e la tolleranza alle radiazioni delle celle solari a base di perovskite offre una via altamente promettente per l’energia lunare sostenibile nel prossimo futuro.
Stefano Camilloni
