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Energía: ¿agua o petróleo?

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En los dos artículos anteriores enumeré las múltiples fuentes de energía que el hombre ha descubierto y desarrollado para ejecutar todo el trabajo que significa habitar y desarrollar las potencialidades del planeta, desde proveer el alimento para la vida hasta impulsar naves espaciales o suministrar energía eléctrica al mundo digital que en esta época utiliza toda la humanidad.

El problema con la energía es que su fuente no necesariamente está en la forma como el hombre la necesita en un punto y momento determinados. Además de las fuentes de energía, son necesarias las tecnologías de transformación para encauzarla y poder realizar el trabajo específico que se desea. La oscuridad de la noche pudo ser derrotada por energía lumínica. La fuente era cercana y la tecnología sencilla: transformar la madera como combustible, lo que requería derribar los árboles circundantes y hacerlos manejables. De esa fuente también podía obtenerse la energía calórica necesaria para la cocción de los alimentos. Las herramientas llegaron cuando se pudo manejar los metales. 

Para los mismos propósitos se descubrió otra fuente de características interesantes: el carbón. Para usarlo se necesitaron nuevas tecnologías de minería, transporte y almacenamiento. Su eficiencia energética resultó extraordinaria y ayudado por los avances en la química y muchas otras disciplinas el ser humano pudo crear la máquina de vapor, con la cual transformó la capacidad del ser humano para movilizarse y producir múltiples aplicaciones que requerían energía. 

La tecnología de manejo del carbón llegó a tal nivel que la humanidad calificó su uso como una revolución: la revolución industrial. Para ello, hubo que desarrollar nuevas tecnologías y herramientas al tiempo que se buscaban aplicaciones de uso de la energía. Se llegó entonces a la carboquímica, que abrió horizontes insospechados años atrás. Se transformó toda la actividad sobre la Tierra, desde la agricultura hasta la industria pesada, los ferrocarriles, el automóvil y la aviación. La humanidad se lanzó a buscar carbón en toda la superficie terrestre y lo encontró en muchos países, lo que impactó a toda la sociedad e incidió en sus relaciones.

Y siguieron encontrándose más fuentes de energía: el petróleo. Una vez más, la fuente de energía estaba allí en el subsuelo, pero había que desarrollar tecnologías para extraerlo, destilarlo y procesarlo. Se desarrollaron tecnologías y herramientas para ese propósito. El transporte de las partes que componen un taladro petrolero requiere más de 30 tractomulas; perforar un pozo puede abarcar de 15 días hasta 6 meses, según las circunstancias técnicas y geológicas. Los costos pueden llegar a decenas de millones de dólares. Y si sale productivo, un pozo de cada cinco se considera un éxito. 

El petróleo puede salir mezclado con agua o con gases, por lo que las plantas de separación son necesarias. Luego viene la tecnología de destilación en las refinerías, cuyos costos son multimillonarios. Su productividad y la trasformación que se logró con su desarrollo transformaron la vida sobre la Tierra. Un nuevo horizonte se abrió con la petroquímica y los múltiples derivados del petróleo.  

Otra fuente de energía apareció en el siglo XIX: la energía eléctrica. Su uso transformó los hogares, las ciudades, las máquinas, las industrias, la educación, la economía, la medicina y muchos ámbitos más. 

Sin embargo, la electricidad no se encuentra silvestre en la naturaleza. Es necesario transformar otro tipo de energía para convertirla en energía eléctrica utilizable. Incluso hay que transformarla de corriente continua a corriente alterna. Para ello, se requirió el desarrollo de una nueva ciencia, nuevas tecnologías, nuevas herramientas y el uso de muchas otras ramas del conocimiento. Para obtener energía eléctrica se usó primero el carbón como recurso primario y se desarrollaron las termoeléctricas a carbón, que consumían la energía potencial de este y a través de máquinas la convertían en energía eléctrica que se transportaba hasta los sitios de consumo con nuevas tecnologías de transporte de electricidad. El petróleo sirvió también como fuente primaria y finalmente el gas, que es otro hidrocarburo.

Para satisfacer la creciente demanda de la humanidad se desarrolló otra tecnología de producción de electricidad en cantidades mayúsculas y a un costo competitivo con las térmicas: la energía hidráulica. Las montañas y sus ríos son fuente de energía potencial que a través de tecnologías desarrolladas en los últimos 150 años la convierten en energía eléctrica. Como las condiciones adecuadas para la construcción de una hidroeléctrica no se ubican cerca de las ciudades y los centros de consumo, fue necesario desarrollar tecnologías, herramientas e instrumentos para su transporte a grandes distancias en altísimos voltajes y luego rebajarlas para distribuirlas a los hogares, fábricas, comercio, etc. La construcción y la puesta en operación de una hidroeléctrica toma entre cinco y siete años, si no hay inconvenientes importantes ‒que usualmente los hay‒.

Un resultado del desarrollo de las diferentes fuentes de electricidad ha permitido que cuando aparecen debilidades de uno de los sistemas ‒como las sequías en las hídricas‒, se suplen con las térmicas, que solo dependen de la disponibilidad de la materia prima. En épocas normales o de alta hidrología, los costos operacionales son menores porque se consume más la energía hidráulica. La planeación y operación de un sistema con diferentes fuentes es una tecnología altamente desarrollada.

Después de la segunda guerra mundial los científicos buscaron lo que se llamó “átomos para la paz”, que en la práctica significa usar los conocimientos adquiridos en el estudio del átomo como una fuente de energía, con el fin de transformar la energía potencial del átomo en energía eléctrica. Obviamente, esto requirió toda la ciencia, la tecnología, las máquinas, los computadores, las herramientas y diseños para lograr esa transformación. Los costos de construcción y protección son muy altos; la fuente son átomos y la productividad es alta. Los países desarrollados llegaron a incorporar una importante cantidad de megavatios producidos en las plantas atómicas a la red que lleva electricidad a los sitios de consumo.

Con estas tecnologías se cableó y electrificó todo el planeta, hasta el punto que estar conectado a la electricidad se ha convertido en un derecho mínimo del ser humano. Los países ricos demandan cada vez más electricidad para sus múltiples aparatos de la vida diaria en los hogares, en las empresas, en las sociedades. Los países pobres también demandan esa energía al irse incorporando a las formas de vida que en grado importante dependen de la electricidad para su funcionamiento. Se necesita energía en forma de combustible o en forma de energía eléctrica para hacer funcionar y progresar la raza humana, el planeta y el universo en que vivimos.

Para atender la creciente demanda y resolver problemas de diversa naturaleza, en los últimos 50 años la humanidad ha buscado otras fuentes de energía, como la luz solar, las mareas, los vientos y el hidrógeno. Están identificadas, pero las tecnologías y los instrumentos de transformación no han sido suficientemente desarrollados para proveer en sumas millonarias de megavatios lo que hoy producen las tecnologías del carbón, el petróleo, el agua, el gas, el átomo y todavía en algunos sitios, la madera. Mientras una planta hidráulica fácilmente supera los 500 megavatios de producción, una planta solar de 10 MW es ya un proyecto grande en esa tecnología.

Otra tendencia es tratar de que todo se electrifique, pero por una parte requiere tecnologías de acumulación de energía en baterías, cuya capacidad hasta ahora es muy limitada. Por otra parte, la electricidad que se consuma debe provenir de alguna fuente que está utilizando alguna o algunas de las fuentes ya desarrolladas.

En el siguiente artículo, analizaré los resultados colaterales que conllevan las fuentes y tecnologías hasta ahora diseñadas para usar energía.

Carlos Torres H.

Enero, 2023

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Fuentes de energía

La física nos enseña que no puede realizarse ningún trabajo sin un consumo de energía. Trabajo y energía son dos magnitudes físicas estrechamente relacionadas y la vida requiere energía. 

En la evolución humana sobre el planeta encontramos la forma como el ser humano ha obtenido la energía para su existencia. Su primera fuente es el alimento que se procesa y permite el consumo de energía que requiere la vida diaria, por simple que sea. Cualquier movimiento de una masa (trabajo) requiere energía. Si el hombre no quiere ser la fuente de energía con su esfuerzo, la busca en los animales (caballos, bueyes…), los cuales a su vez la obtienen de su alimento. 

En las ciudades, hasta hace unos cuantos años, uno de los sistemas de transporte de los objetos era la tracción animal. Ante esta situación, los grupos defensores de los animales protestaron y lograron su prohibición. La energía animal fue reemplazada por la humana y ahora se ven los recicladores cargando enormes carretas y bicitaxis movidos por la energía de los más jóvenes o necesitados.

Sabemos que la energía no se crea ni se destruye, se transforma. Los seres humanos han buscado fuentes de energía su alrededor, al tiempo que progresaban en el conocimiento de los elementos, las propiedades y las consecuencias de los procesos de manejo y uso de las diferentes fuentes de energía útil para realizar trabajos en el sentido de la magnitud física.

En su historia, e hombre necesitó alimentarse y calentarse en los inviernos; para ello tuvo que indagar en los alrededores que lo circundaban y buscar fuentes de energía. Las encontró en los bosques, en las plantas comestibles y en los animales. Luego, su avance en los conocimientos de la naturaleza le permitió desarrollar la agricultura, para lo cual diseñó y elaboró herramientas. Clasificó, entendió y con su propia energía y la del medio ambiente dominó y explotó la “tierra”. Todo ello supuso consumo de energía de una forma u otra. En ese proceso modificó su hábitat y mejoró su calidad de vida. 

Ha sido un largo proceso de milenios de diálogo entre el hombre y la naturaleza, el cual le permitió entender mejor el mundo circundante y a su vez le proveyó de recursos de todo tipo para acelerar y generar nuevas realidades.

El hombre encontró los metales y los usó para su vida en múltiples formas creativas. Después halló sustancias con gran poder energético al ser combustibles y liberar su energía potencial. Descubrió que el agua, fundamental para la vida, era también una fuente de energía y ejecutó obras maravillosas, usando la energía potencial que resulta simplemente de aprovechar las diferentes altitudes en las cuales se encuentra el agua y la diferencia con el punto en el cual va a usarse. Transportó el agua utilizando la gravedad. Navegó usando el viento y diseñando sistemas para dirigir esa energía y pudo realizar trabajos superiores a su misma capacidad “natural”.

Usó el agua y el fuego para cocinar sus alimentos. Para conseguir fuego permanente, encontró la madera de los árboles circundantes. Así descubrió que había elementos de mayor y mejor capacidad de combustión. Entre los materiales combustibles halló el carbón, uno de los más poderosos para producir energía calórica para cocinar y para generar luz.

Combinando carbón y agua pudo dominar el vapor como fuente de energía para mover grandes masas por tierra y mar. Encontró así la gran capacidad de la energía cinética, la energía de los cuerpos en movimiento. De allí obtuvo como fuente principal la energía hidráulica. Logró transformar la energía potencial del carbón en energía eléctrica. 

Con las diferentes formas de energía logró desarrollar máquinas, herramientas y tecnologías que le permitieron descubrir nuevas fuentes. En el último siglo encontró que en lo profundo del planeta se había concentrado una gran energía, producto de presiones y temperaturas acumuladas por millones de años, y logró extraer combustibles fósiles en forma líquida, como petróleo, o gaseosa, como gas combustible. Usó esta energía para combustión que moviera máquinas en tierra, mar y aire. De esta manera, transformó energía potencial en energía cinética. También empleó esa energía proveniente de los combustibles fósiles para generar energía eléctrica.

Como todo en la evolución del ser humano, en las últimas décadas se ha acelerado la búsqueda y se han encontrado y analizado otras fuentes de energía para satisfacer la creciente e insaciable demanda de energía para la vida del hombre sobre la Tierra. Así se encontró la energía atómica, que mantiene unidos los átomos del universo, y que puede ser utilizada para transformar la energía potencial atómica en energía calórica o eléctrica, e incluso en energía destructiva.

En toda esta larga historia del hombre buscando, transformando y usando energía de sus diferentes fuentes, recientemente miró que a su alrededor la más fuerte, abundante y perceptible forma de energía: la energía solar, que es la fuente principal de la actividad, el trabajo y la vida en nuestro mundo planetario. De igual forma, ha visto otras fuentes aprovechables sin mayor esfuerzo, como son el viento y las mareas. 

La química le permitió desarrollar otras fuentes de energía y sistemas de guardar energía acumulada en baterías, con diferentes elementos de la tabla periódica. Ha buscado transformarla en energía eléctrica que impulse sus vehículos en la Tierra e incluso hasta para viajes espaciales.

El ser humano no solo ha encontrado fuentes múltiples de energía, sino su uso y capacidad de transformación. Su utilización varía en la forma, el precio y la cantidad equivalente de unas y otras. Cómo transformar esas fuentes en formas de energía utilizables es el esfuerzo realizado en las últimas décadas con relativo éxito.

A continuación, mostraré los requisitos y los efectos indeseados del uso de las diferentes fuentes de energía. Una de las formas más útiles y usadas es la energía en forma de energía eléctrica, cuya transformación requiere un costoso y difícil proceso a partir de otras fuentes.

Carlos Torres H.

Diciembre, 2022

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La tensión es cada vez más notoria. Los legisladores aprueban más y más leyes de protección del medio ambiente. En los diferentes estamentos de la sociedad se expande el discurso de “Salvar el planeta”. Apenas hace unos días, el Congreso aprobó el acuerdo de Escazú, primer tratado ambiental de América Latina y el Caribe.

A los niños se les inculca el valor de un árbol o de una planta e incluso los llevan a defender como humanos los derechos del ambiente. Los medios ya no disimulan u ocultan de qué lado están; quienes desarrollan actividades de todo tipo se encuentran muy rápidamente con la oposición de la “comunidad”, que desea preservar el ambiente ‒lo cual, en la práctica, se entiende como no tocar nada que parezca verde‒. Los funcionarios encargados de estudiar proyectos están presionados por los defensores de lo ecológico para negarlos por el solo hecho de desarrollar terrenos; ya cualquier pasto es el “pulmón” de una ciudad y cualquier charco es un “humedal”.

Los hechos dan bases abundantes para respaldar los movimientos ambientalistas: los cambios climáticos extremos, el esmog (esa niebla mezclada con humo y partículas en suspensión), la capa de ozono y la extinción de especies demuestran que hay una realidad en el abuso que el hombre ha hecho a través de siglos sobre la tierra habitada.  

Durante siglos ignoramos lo complejo que son las interrelaciones que conforman y se dan en la Tierra. Es más: todavía ignoramos muchas de las interrelaciones y consecuencias de nuestros actos sobre nuestro planeta, el sistema solar, el cosmos y, en otra dirección, sobre el microcosmos. 

Paradójicamente, los grandes desarrollos que ha logrado el hombre en la Tierra y en el espacio le permiten entender mejor su responsabilidad y le dan herramientas para lo que se ha llamado un “desarrollo sostenible”, para buscar la calidad de vida que desea y que ha logrado la humanidad para extenderla a todos los habitantes del planeta.

En los países democráticos, los diferentes grupos tienen el derecho de expresar no solo su opinión, sino incluso oponerse de hecho a las actividades o programas que consideren perjudiciales para el ambiente. Se observan todos los extremos: los que de manera simple consiguen adeptos para luchar contra la minería o los desarrollos viales, con el argumento de que “prefieren el agua al oro”, y los que de manera científica buscan medir los impactos de la actividad humana sobre la Tierra y proponen avances para un desarrollo sostenible para todos los seres humanos. 

Por otra parte, los hay que consideran que el hombre tiene el derecho de usar los recursos naturales y también de manera simple defienden proyectos con el solo argumento de que son beneficiosos para el hombre en el inmediato futuro.

En esta serie de cinco artículos trataré de aportar algunas ideas que nos permitan entender nuestro papel en el universo y las realidades que ofrece ese universo a los seres humanos. Para ello, quiero concentrarme en uno de los frentes más frecuentes de confrontación entre ambientalistas y desarrollistas: la energía y sus fuentes. ¿Podemos vivir sin fuentes abundantes de energía? ¿Podemos cambiar las fuentes que nos han soportado energía hasta ahora? ¿Podemos abandonar lo que ahora llaman el modelo extractivo? 

En los siguientes artículos iniciaré el análisis, que espero que ayude a comprender esta problemática.

Carlos Torres Hurtado

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