Energía (II)

En nuestro repaso a la historia de las distintas fuentes de energía de la Humanidad nos habíamos quedado a principios del siglo XX, época en la que se empiezan a descubrir los fundamentos de la energía nuclear. La combustión de madera, carbón o petróleo se basa en enlaces covalentes, de tipo eléctrico, relacionados con los electrones que orbitan alrededor de los núcleos atómicos, pero la energía nuclear está contenida en otro tipo de enlaces, las interacciones nucleares fuertes que mantienen protones y neutrones unidos dentro del núcleo. Las correspondientes reacciones, en las que reactivos y productos pueden ser distintos tipos de átomos, no pertenecen al terreno de la Química sino al de la Física Nuclear, y en ellas se suele liberar mucha más energía. A este tema ya le dedicamos cinco entregas en julio y agosto de 2013, así que no me pararé a repetir demasiados detalles aquí.

Hay dos tipos de reacciones nucleares de las que se puede extraer energía: la fisión y la fusión. Los primeros logros prácticos al respecto se consiguieron durante la Segunda Guerra Mundial, algunos de ellos con siniestras consecuencias. En la década de 1950 se abre la primera central nuclear de fisión en Estados Unidos; este tipo de centrales proporcionan mucha energía, pero si hay un accidente los daños pueden ser catastróficos, construirlas y desmantelarlas supone mucho trabajo, recursos y dinero, y los materiales radiactivos de desecho suponen un grave riesgo para los seres vivos y hay que mantenerlos confinados en lugares seguros durante largos periodos de tiempo.

La fusión nuclear todavía no se puede obtener de forma continua, segura y controlada; se ha conseguido liberar una enorme cantidad de energía durante un intervalo de tiempo muy corto en las bombas de Hidrógeno, y también se han hecho experimentos muy breves con plasma de Hidrógeno en los que el input de energía es superior al output, lo cual lógicamente no es rentable. Si algún día conseguimos controlar la fusión, será una fuente energética más abundante, limpia y segura que la fisión, pero las investigaciones ahora mismo están un poco estancadas.

Resulta curioso pensarlo: en el interior de nuestra estrella se produce precisamente la fusión del Hidrógeno (en especial su isótopo el Deuterio) en Helio, transformándose la energía nuclear en radiación electromagnética, y esa energía solar que nos llega es la que los árboles convierten en energía química que los animales adquieren al comer plantas, y los carnívoros al devorar a sus presas. Esto incluye a los árboles del carbonífero y las pequeñas gambas que originaron el petróleo; por eso os dije en otra ocasión que los combustibles fósiles guardan un pedacito de Sol en el interior de sus moléculas (y por eso la explosión de una bomba de Hidrógeno es como una pequeña estrella fuera de control en la superficie de la Tierra)… De forma que casi toda la energía que usamos ya procede, paradójicamente, de la fusión.

Entonces, si la fusión del Sol es el origen de la energía química y los combustibles fósiles son una forma concentrada de esta, ¿por qué la fusión generada por el hombre en una bomba termonuclear libera una cantidad varios órdenes de magnitud superior a la del carbón o el petróleo? La energía química proporcionada (a corto o largo plazo) por la fotosíntesis de las plantas está menos concentrada que la de una bomba porque la energía producida en el Sol se emite en todas direcciones hacia el espacio, y nuestro planeta solo capta una pequeñísima fracción. Por eso controlar la fusión supondría un hito tan importante: sería como domesticar las estrellas (igual que ya hemos hecho con plantas, animales y fósiles), ya que tendríamos una dentro de cada reactor, aquí mismo, en la Tierra, que nos daría mucha energía pero sin llegar a destruirnos.

Ya la semana pasada dijimos que desde principios del S.XX el consumo de energía de los países desarrollados aumentó exponencialmente; en estos últimos trescientos años desde el inicio de la Revolución Industrial hemos utilizado una fracción importante de las reservas de combustibles fósiles, a una velocidad tal vez un millón de veces más rápida que el ritmo al que se han generado. El tomar conciencia de los problemas medioambientales y de lo limitado de los recursos hizo que a lo largo de los siglos XX y XXI se hayan dedicado esfuerzos a investigar cómo hacer uso de forma eficiente de las energías renovables, que se “regeneran” al mismo ritmo al que se utilizan, y por tanto son más fiables a largo plazo. Aparte de la solar (tanto térmica como fotovoltaica) tenemos la eólica, la mareomotriz (de olas y mareas), la hidroeléctrica, la de biomasa y la geotérmica. Su uso no genera residuos peligrosos, pero no están tan concentradas y la eólica y la solar, por ejemplo, no siempre están disponibles, ya sea porque no hace viento, porque está nublado o (lógicamente) porque es de noche.

Curiosamente, casi todas estas proceden también del Sol. La eólica se debe al viento, que se genera cuando diferentes zonas de la atmósfera están a distintas temperaturas, tendiendo las masas de aire caliente a moverse hacia arriba y creándose corrientes convectivas; estas diferencias de temperatura se deben a la acción del Sol. Las olas a su vez se generan en los océanos por acción del viento. La energía hidroeléctrica se obtiene, como dijimos la semana pasada, a partir del agua de los embalses, y esta baja desde las montañas cuando llueve, con lo cual procede también del Sol porque es este el que evapora el agua en los océanos y forma las nubes. Por último, la biomasa consiste en materia orgánica con energía aprovechable, y por tanto procede en última instancia de la fotosíntesis.

¿Y cuáles no proceden del Sol? Las mareas se deben en parte a la acción gravitatoria de nuestra estrella, pero también a la de nuestro satélite, la Luna. La geotérmica no tiene en absoluto su origen en el Sol: se debe al calor residual que aún queda de las colisiones de asteroides durante la formación de la Tierra, y sobre todo al calor generado por la desintegración radiactiva de elementos pesados dentro del planeta… En ambos casos estamos hablando de materiales procedentes de otros sistemas estelares cercanos, ya desaparecidos, antes de que nuestro propio Sol se encendiera. En concreto, los elementos pesados como el Uranio y el Plutonio del interior de la Tierra se sintetizaron en explosiones de supernovas anteriores a la formación del Sistema Solar, y por tanto, además de la geotérmica, podemos añadir la fisión a la corta lista de fuentes de energía que no tienen su origen en nuestra estrella.

El problema de las renovables, aparte de las trabas que algunos gobiernos y empresas están poniendo a su desarrollo por motivos meramente monetarios, es que solo con ellas no podremos seguir a este ritmo, no podremos cubrir la demanda energética actual… Recuerdo un vídeo con una clase del físico Walter Lewin que vi hace tiempo y que me impactó bastante. En él se planteaba el supuesto de que no dispusiéramos de ninguno de los avances experimentados en la Historia de la Humanidad (bueno, digamos en los últimos 10.000 años, para no abusar) y por tanto solo pudiéramos usar trabajo humano, sin animales ni máquinas, y se preguntaba cuántas personas tendrían que trabajar en este caso para cada uno de nosotros si quisiéramos seguir llevando el mismo tren de vida que ahora; llamemos a estas personas, para entendernos, “esclavos”.

Cada vez que encendiéramos una luz o usáramos el microondas sería un esclavo el que habría frotado dos trozos de madera y tendría la llama preparada. Cada vez que abriéramos el grifo no sería una bomba eléctrica la que elevaría el agua hasta nuestro piso, sino uno de nuestros esclavos que vendría de la fuente, subiendo los cubos por la escalera. Y si quisiéramos llegar al otro extremo de la ciudad en diez minutos no lo haríamos en coche, sino llevados en palanquín por cuatro de nuestros esclavos corriendo a toda pastilla. De acuerdo con los datos de consumo actuales y haciendo la correspondiente conversión, la conclusión de Lewin era que cada uno de nosotros necesitaría treinta esclavos personales trabajando al máximo de su capacidad, a buen ritmo y sin descanso, veinticuatro horas al día y siete días a la semana… ¡Treinta! No recuerdo si este cálculo era para el consumo energético de Estados Unidos, pero incluso en ese caso, aquí en España no deberían ser muchos menos…

Me he dado cuenta de que todavía me quedan bastantes puntos interesantes por tocar y no quiero hacer esta entrega demasiado larga, así que por hoy lo dejaremos aquí. La semana que viene, en la conclusión (esta vez sí) de la entrada, os daré una serie de razones de peso por las que más tarde o más temprano habrá que empezar a depender menos de los combustibles fósiles y más de las renovables, y por las que los habitantes del primer mundo tendremos que renunciar a algunos de los lujos de los que disfrutamos con nuestro actual tren de vida.