Ilustración artística de una base lunar, que fue diseñada por Foster + Partners.(Crédito de la imagen: ESA/Foster + Partners)
El polvo lunar se está convirtiendo rápidamente en un material mágico, del que se puede extraer oxígeno y otros elementos como el titanio, que se puede compactar hasta formar ladrillos para construir refugios lunares, o «hormigón lunar» para unir esos ladrillos. Y ahora, los científicos han demostrado cómo el regolito lunar puede convertirse en células solares.
«Desde la extracción de agua para combustible hasta la construcción de casas con ladrillos lunares, los científicos han ido encontrando formas de utilizar el polvo lunar», afirmó en un comunicado Felix Lang, de la Universidad de Potsdam (Alemania). «Ahora, también podemos convertirlo en células solares, posiblemente proporcionando la energía que necesitará una futura ciudad lunar».
Las células solares tradicionales incorporan vidrio fabricado en la Tierra, que puede ser relativamente pesado, lo que aumenta los costes de lanzamiento. Fabricar células solares en la Luna a partir de materiales locales es, por tanto, una propuesta atractiva.
Visión de la futura fabricación de células solares en la Luna, utilizando regolito en bruto. Se muestran robots que extraen el regolito en bruto y lo llevan a una planta de producción, donde se fabrican células solares lunares a base de perovskita. Posteriormente, los robots o los astronautas instalan las células solares producidas para alimentar futuros hábitats lunares o incluso ciudades. (Crédito de la imagen: Sercan Özen)
Para probar la idea, Lang dirigió un equipo que experimentó con un simulante de polvo lunar. Las muestras de material lunar escasean y son muy valiosas para los científicos. Por eso existe una industria artesanal, encabezada por el Laboratorio de Desarrollo de Simulantes de la NASA, que crea distintos tipos de regolito lunar simulado. (Regolito es el término técnico para el material que se encuentra en la superficie de la Luna, compuesto de polvo y fragmentos de eyecta de impacto).
El grupo de Lang fundió parte de este regolito simulado para formar «vidrio lunar». Se trata de un proceso sencillo que no requiere ninguna purificación difícil y que puede lograrse simplemente enfocando la luz solar que incide sobre la luna para alcanzar altas temperaturas.
El vidrio lunar se combina entonces con perovskita, que es un material cristalino utilizado habitualmente en las células solares que se encargan de absorber la luz solar, que excita electrones en su estructura atómica. A continuación, un electrodo atrae estos electrones excitados y crea una corriente eléctrica.
Un equipo de científicos de Blue Origin, la empresa aeroespacial de Jeff Bezos, ha propuesto anteriormente una forma similar de construir células solares en la Luna.
El vidrio lunar presenta varias ventajas con respecto al vidrio normal fabricado con material terrestre. En el espacio, el vidrio ordinario tiende a oscurecerse, lo que empieza a bloquear parte de la luz solar entrante, reduciendo la eficiencia de una célula solar. El vidrio lunar ya tiene un tinte marrón natural debido a las impurezas del regolito, lo que impide que siga oscureciéndose. También es más resistente a la radiación, lo que es importante en el espacio, donde los rayos cósmicos vuelan a diestro y siniestro.
Simulante de regolito lunar, vidrio lunar y células solares lunares. El recuadro muestra una micrografía transversal y la estructura cristalina de la perovskita. (Crédito de la imagen: Felix Lang)
Las células solares basadas en el vidrio lunar presentan lagunas en cuanto a su eficiencia. Las células solares tradicionales utilizadas en el espacio tienen una eficiencia -es decir, el porcentaje de luz solar incidente que convierten en electricidad- de entre el 30% y el 40%. En la actualidad, las células solares de vidrio lunar sólo tienen una eficiencia del 10%, pero el equipo de Lang cree que puede alcanzar el 23% eliminando algunas impurezas del vidrio lunar.
Incluso si no pueden, sin embargo, la menor eficiencia no es necesariamente un problema. «No se necesitan células solares ultraeficientes al 30%; basta con fabricar más en la Luna», explica Lang. Además, fabricar las células solares en la Luna tiene sus ventajas: reduce la masa y el coste de lanzamiento desde la Tierra y ahorra el 99% del peso del material de transporte.
Todavía hay preguntas sin respuesta. Fabricar células solares a partir de un simulante de polvo lunar en gravedad normal terrestre es una cosa; fabricarlas en baja gravedad es otra, y podría ser que la baja gravedad afecte a la forma del vidrio lunar. Los disolventes utilizados para procesar la perovskita también podrían degradarse cuando se exponen a condiciones de vacío, mientras que las grandes variaciones de temperatura entre el día y la noche lunares podrían afectar a la estabilidad de la célula solar a medida que los materiales se expanden y contraen.
Para intentar dar respuesta a algunas de estas incertidumbres, el equipo de Lang aboga por una misión a pequeña escala a la Luna para probar las células solares en condiciones lunares reales. La recompensa, en caso de éxito, podría ser enorme: suministrar energía a las bases lunares y hacer más plausible el asentamiento a largo plazo en la Luna. Una base de este tipo podría situarse en el polo sur de la Luna, donde hay abundante hielo de agua oculto en cráteres permanentemente sombreados, y desde donde el sol es visible constantemente, evitando las noches de dos semanas en otros lugares de la Luna que acortan cualquier misión con energía solar.
La investigación se describe en un artículo publicado hoy (3 de abril) en la revista Device.
