L'energia eolica potrebbe alimentare le abitazioni umane su Marte

L'energia eolica potrebbe aiutare ad alimentare le missioni umane su Marte, secondo uno studio che ha utilizzato il modello climatico globale Ames Mars della NASA per calcolare la variabilità a breve termine e stagionale dell'energia eolica che verrebbe generata dalle turbine eoliche sul Pianeta Rosso. Guidato dalla NASA Vittoria Hartwick, 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 dipenderebbe da molti fattori, inclusa la selezione del sito. Precedenti studi sulla fattibilità del sito si sono concentrati sull'accesso alle risorse fisiche, inclusa la disponibilità di acqua o riparo, e non hanno necessariamente tenuto conto delle capacità di generazione di energia di potenziali luoghi. Mentre ci sono state molte ricerche sull'energia solare e nucleare come fonti di energia marziane, l'energia nucleare nasconde potenziali rischi umani e gli attuali modelli di sistemi solari non hanno la capacità di immagazzinare energia per compensare le variazioni giorno/notte (diurne) e stagionali nella generazione. È quindi prudente considerare una fonte alternativa come l'eolico per una produzione stabile di energia.

Meno potente, ma comunque utile

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 contestato questa ipotesi e 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 vaste porzioni della superficie marziana".

Lo studio suggerisce che il vento 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.

Sistema combinato

Il team ha esaminato un ipotetico sistema di generazione che comprende pannelli solari e una turbina eolica Enercon E33. Quest'ultimo è un sistema di medie dimensioni disponibile in commercio che ha un diametro del rotore di 33 me ha una potenza nominale di 330 kW sulla Terra. Hartwick e colleghi calcolano che la turbina potrebbe funzionare a 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 di potenza minimo per supportare una missione di sei membri dell'equipaggio.

Sebbene lo studio dimostri che la generazione del vento è possibile, sarebbe utile solo se potesse essere effettuata in luoghi su Marte adatti all'abitazione umana. Il lavoro precedente ha preso in considerazione la geologia, il potenziale delle risorse ei limiti ingegneristici per valutare i siti di atterraggio. Utilizzando questi criteri, lo studio del sito di atterraggio umano della NASA ha identificato 50 potenziali regioni di interesse. Questo studio non ha preso in considerazione la disponibilità energetica regionale al di là delle semplici considerazioni sulla latitudine e sull'ombreggiatura per il solare. Hartwick ritiene pertanto che l'energia eolica potrebbe consentire a più regioni di essere prese in considerazione per l'esplorazione e l'insediamento.

Più opportunità

“Utilizzando il vento in combinazione con altre risorse energetiche”, afferma Hartwick, “potrebbe essere possibile accedere ad alcune regioni del pianeta precedentemente ignorate, 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 sotterranei. 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 in altre parti del sistema solare. Hartwick afferma di essere "particolarmente interessata a vedere il potenziale di potenza su una luna come Titano, che ha un'atmosfera molto densa ma è fredda". Tuttavia, c'è ancora un lavoro interdisciplinare da svolgere, soprattutto dal punto di vista aerospaziale e ingegneristico, per determinare l'efficienza operativa e la fattibilità tecnica.

Turbine diverse

Mentre la parte principale della ricerca si è concentrata sull'Enercon E33, il team ha anche esaminato diverse dimensioni di turbine, dalle microturbine utilizzate per piccole esigenze di alimentazione unifamiliari alle turbine standard del settore da 5 MW (sulla Terra) e altro ancora. L'uso di tali sistemi potrebbe variare dalla fornitura di energia per gli habitat di superficie e i sistemi di supporto vitale alla manutenzione delle attrezzature scientifiche. Un altro fattore da considerare 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. Mentre questo trasporto dovrebbe includere attrezzature di scavo, c'è qualche suggerimento che il suolo marziano potrebbe essere utilizzato in sostituzione del cemento utilizzato per ancorare le turbine sulla Terra.

La lunga strada per Marte

Man mano che vengono identificati più potenziali siti di atterraggio marziano, gli studi futuri potrebbero comportare simulazioni ad alta risoluzione con l'obiettivo di comprendere meglio in che modo la topografia specifica e le condizioni della superficie influenzano il vento. Ciò potrebbe cambiare le capacità delle future operazioni spaziali. Hartwick afferma che questo "è davvero il gold standard quando consideriamo i requisiti energetici per una potenziale missione umana su Marte".

La ricerca è descritta in Astronomia naturale.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/wind-energy-could-power-human-habitations-on-mars/