Come raccogliere e accumulare energia solare sulla Luna

Un team di ricerca italiano (CNR INO, INAF Osservatorio Astrofisico di Arcetri e Università di Cagliari) sta lavorando per rendere sempre più praticabile l’esplorazione e la colonizzazione spaziale, umana e robotica, su corpi planetari quali la Luna, Marte e gli asteroidi. Utopia? No, se sarà possibile viaggiare mantenendo leggero l’equipaggiamento sui veicoli spaziali ed utilizzare le risorse disponibili in situ per sopravvivere in ambienti attualmente non favorevoli alla vita umana.

Nel lavoro recentemente pubblicato sulla rivista scientifica internazionale Acta Astronautica, i ricercatori descrivono i risultati di uno studio effettuato sulla polvere che ricopre la superficie della Luna: la regolite. L’esperimento ha mostrato come è possibile modificare le sue proprietà per ricavare un materiale solido in forma di ceramica capace di raccogliere e accumulare l’energia solare.

Utilizzando un simulante della regolite, i ricercatori hanno applicato una tecnologia chiamata Spark Plasma Sintering per ottenere una ceramica capace di assorbire la radiazione solare per produrre e accumulare calore, che poi potrebbe a sua volta essere trasformato, se necessario, in altre forme utili di energia (ad esempio energia elettrica). Cambiando le condizioni di sinterizzazione, sono riusciti ad ottenere ceramiche con proprietà diverse ottimizzate per i diversi utilizzi.

I ricercatori hanno scoperto che il processo di sinterizzazione, ossia di cottura della polvere in uno stampo ad alta temperatura, modifica in realtà le proprietà ottiche della regolite, aumentando le sue capacità di assorbimento dell’energia solare e di emittanza termica. La caratterizzazione di queste proprietà ottiche è stata resa possibile dalla presenza nei laboratori del team di strumentazione spettroscopica all’avanguardia.

C’è ancora molta strada da fare nell’ambito della ricerca detta “In Situ Resource Utilisation” (IRSU), ma questo studio dimostra che la ricerca italiana è in grado di fornire risposte concrete ai bisogni tecnologici richiesti dalla futura colonizzazione spaziale.

L’Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche ha realizzato la caratterizzazione completa delle proprietà ottiche delle ceramiche e della polvere originaria. Dal 2012 è attivo il Laboratorio di Materiali Intelligenti e per l’Energia Solare, la cui strumentazione spettroscopica all’avanguardia permette la caratterizzazione dei materiali in un intervallo di lunghezze d’onda estremamente esteso, dall’ultravioletto al lontano infrarosso. Il fatto che questo intervallo spettrale sia accessibile senza soluzione di continuità rende questo laboratorio unico nel suo genere, attivo sia sul versante della ricerca scientifica d’avanguardia che nel supporto scientifico e tecnologico al mondo delle imprese.

Elisa Sani, ricercatrice al CNR-INO, risponde ad alcune domande sulla ricerca che l’ha vista coinvolta insieme ai colleghi dell’INAF Osservatorio Astrofisico di Arcetri e dell’Università di Cagliari.

Come è nata l’idea di usare la regolite per raccogliere energia sulla Luna?

In fondo è un’idea abbastanza semplice, dato che la regolite è il primo materiale che si incontra sulla superficie lunare, abbondante e diffuso. Dalla letteratura scientifica eravamo a conoscenza che la regolite “cotta” in forma di ceramica ha una diversa conducibilità termica rispetto alla polvere originaria. Ci è venuta allora la curiosità di andare a guardare cosa succede alle proprietà ottiche: nessuno finora aveva pensato di usare queste ceramiche come mezzo assorbitore di energia solare. Il gruppo CNR-INO lavora da oltre dieci anni su ceramiche innovative per assorbitori solari termodinamici di nuova generazione. Perciò, forti di questo bagaglio di esperienza “terrestre”, abbiamo cercato di estendere l’applicazione ad un ambiente completamente diverso dalla Terra. Va detto anche che la regolite ceramica è molto diversa dalle ceramiche estremamente ingegnerizzate, quasi “progettate a tavolino”, con cui abbiamo lavorato finora, dato che è un materiale eterogeneo, la cui composizione non può essere modificata in maniera semplice, e quindi molto più “rigido”. È stata una bella sfida.

Qual è stato il risultato di questo studio che ti ha dato più soddisfazione?

Senza dubbio la scoperta che le proprietà della ceramica di regolite cambiano a seconda dei parametri della sinterizzazione! Questo significa che abbiamo un modo per ovviare, o almeno mitigare, la rigidezza di cui parlavo sopra. E oltretutto permette di ottenere, dalla stessa polvere di partenza, ceramiche ottimizzate per due diversi usi (raccolta/stoccaggio di energia solare).

Qual è stato il ruolo di CNR-INO?

Noi siamo stati gli specialisti della luce. Ci siamo occupati di studiare la risposta dei materiali ai diversi tipi di radiazione con cui il materiale interagisce nei diversi utilizzi: la radiazione che arriva dal Sole e la radiazione termica da loro stessi emessa alle varie temperature a cui sono sottoposti.

Altri dettagli relativi alla ricerca sono disponibili nell’intervista di Rossella Spiga al Dott. Aldo Dell’Oro (INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri) e nell’articolo di Ivo Cabiddu sul sito dell’Università di Cagliari

Per informazioni

CNR – Istituto Nazionale di Ottica
Elisa Sani, email: elisa.sani@ino.cnr.it