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Categoría: Energía
Necesitamos energía limpia y almacenable

Una energía limpia es un sistema de producción de energía que excluye cualquier tipo de contaminación medioambiental, es decir que no provoca daños en la atmósfera, ni en los recursos hídricos, ni en el suelo o el subsuelo, etc. Son pues aquellas que no generan ningún tipo de residuos y en cuya producción no interviene ni la combustión, ni reacción química alguna.

Dicho lo anterior, es interesante hacer notar que los recursos capaces de producir este tipo de energía provienen de la propia naturaleza (el sol, el viento, el agua). Por tanto, no es casualidad que la mayor parte de energías limpias sean, además de limpias, renovables, es decir, recursos inagotables de los que siempre podremos disponer. En efecto, durante miles de millones de años, no hay que preocuparse de que el Sol vaya a apagarse, o de que un día deje de soplar el viento, o de que desaparezca el agua del planeta.

Aunque de momento, hoy por hoy, el conjunto de todas las energías renovables (solar, eólica, geotérmica, biomasa, hidroeléctrica, mareomotriz, etc.) no constituye una verdadera alternativa que nos permita prescindir de los combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural, esquistos bituminosos, etc.) o de la energía nuclear (reactores de fisión nuclear); eso no significa que no podamos, y hasta debamos, contemplar la posibilidad de un futuro modelo energético limpio y renovable.

En este punto nos encontramos con algunos serios problemas; el primero de ellos es que la demanda y el consumo de energía crece de forma alarmante, y eso a pesar de que los conocidos como países del tercer mundo, o países en vías de desarrollo, no han dado todavía el paso, al que tienen todo el derecho del mundo, de pasar a ser países desarrollados, en condiciones de igualdad con los del primer mundo. ¿Podría el mundo actual enfrentarse al escenario que supondría el que esos países nos llevaran a subir ese enorme escalón de consumo energético, sin suicidarnos globalmente, desde el punto de vista climático?

La respuesta es evidentemente NO, ni ahora ni dentro de varios decenios o incluso siglos. Pero planteemos otra pregunta ¿Podría ese mundo futuro abastecer el creciente consumo esperado y previsible, SÓLO con energías limpias y renovables? Nuevamente la respuesta, vista desde nuestros conocimientos actuales, sería NO, pero en este caso está en manos de la ciencia, y de su inseparable compañera la tecnología, el que esa respuesta se convierta en SI.

Un caso, en principio muy sencillo y evidente, pero que se lleva un importante porcentaje de consumo energético, es el tema de la climatización (frío-calor) de nuestras viviendas o, más en general, de todos nuestros recintos de ocio o de trabajo, individual o colectivo; consideremos los ciclos meteorológicos (día-noche) o los climáticos (verano-invierno) ¿No sería una magnífica solución utilizar el fresco de las madrugadas estivales para hacer más llevaderos los calores de las horas centrales de esos días? O pasando del caso diario al estacional ¿No sería estupendo guardar el calor del verano para calentar nuestros inviernos o el frío de esos inviernos para resolver el problema contrario en los veranos?

Pero lo malo es que “guardar energía térmica directamente” pasa por almacenarla y esa energía guardada requiere, en principio, grandes volúmenes y además tiende a escaparse por todas partes. No debemos por tanto pensar en almacenar energía térmica, sino que se debe recurrir a los llamados “vectores energéticos”, que se pueden definir como elementos “portadores de energía”, es decir que no son en sí una fuente de energía primaria, puesto que no se encuentran libres, y por tanto aprovechables directamente, en la naturaleza, pero sí son capaces de suministrarnos la energía a voluntad.

Ejemplos típicos de vectores energéticos son las baterías, las pilas, los condensadores, el hidrógeno, el agua contenida en una represa, y multitud de variantes más, como los volantes inerciales, o incluso los depósitos de aire comprimido o un simple resorte. Entre los citados, un ejemplo claro de vector energético es el hidrógeno, que puede obtenerse a partir de energías primarias.

A partir del agua (H2O) pueden separarse el hidrógeno y el oxígeno de sus moléculas por métodos electrolíticos, que se basan en la ruptura de la molécula de agua, según la reacción (Agua + Energía => Hidrógeno + Oxígeno) y posteriormente, en la combustión del hidrógeno, que es la más limpia que podemos imaginar, se produce la reacción en sentido inverso, es decir (Hidrógeno + Oxígeno => Energía + Agua).

Es decir, renunciando un poco al rigor de una explicación más detallada, partimos de agua, separamos sus componentes, y tras utilizar el hidrógeno para obtener energía, recuperamos el agua como residuo de la combustión. Por tanto, la acumulación de hidrógeno sería ya una forma de aproximación a la solución del problema de la acumulación de energía cuando está disponible para utilizarla cuando es necesaria. Y eso es tan sencillo, y a la vez tan complicado, como resolver eficaz y eficientemente el tema de su almacenamiento.

Pero las energías limpias y renovables, como la solar, la eólica o la hidroeléctrica, entre otras, tienen dos serios inconvenientes, el primero su discontinuidad en el suministro, ya que no siempre luce el sol, no siempre hay viento suficiente, no siempre llueve adecuadamente, etc., y el segundo que se trata de energía poco concentrada, por lo que hemos de recurrir a su concentración previa.

La penetración de fuentes renovables en las redes de los sistemas eléctricos de potencia, se ha incrementado notablemente en los últimos años. Sin embargo, la potencia suministrada por estas fuentes de energía no es tan segura y fácil de ajustar a los cambios en la demanda, como la potencia suministrada por los sistemas energéticos tradicionales. En consecuencia, y para garantizar la fiabilidad, calidad y continuidad de estos sistemas, se están integrando ya en las redes, simultáneamente con estas fuentes, dispositivos de almacenamiento de energía.

Pero si bien es cierto que la electricidad no se puede almacenar como tal, también es cierto que se puede recurrir a algunos vectores energéticos, con lo que se puede transformar en formas de energía almacenable. Para entender la necesidad del almacenamiento de energía eléctrica debe tenerse en cuenta que, en la actualidad, la generación y el consumo de electricidad no son ni constantes ni simultáneos, sino que varían fuertemente a lo largo del día, de la semana y por supuesto a lo largo del año.

Como hemos dicho, una de las principales limitaciones de las fuentes renovables de energía, como la solar fotovoltaica, la solar térmica o la eólica, es su intermitencia. El camino para que esas fuentes puedan sustituir eficazmente a las convencionales como los combustibles fósiles es, nuevamente, disponer de formas baratas (o al menos no demasiado caras) y masivas de almacenamiento de la energía que no se consume de inmediato.

En el caso concreto de la energía solar, uno de los grandes retos es la capacidad de almacenamiento, para poder aprovechar su uso cuando no luce el sol o durante la noche. La alternativa de acumular ese calor en sales minerales fundidas es una de las opciones de futuro que se está demostrando más operativa en este campo.

La tecnología solar más madura y extendida a escala comercial, es la cilindro-parabólica, en la que se utiliza un aceite sintético como fluido portador del calor, desde el campo de colectores, en el que ese aceite se calienta hasta una temperatura máxima de 300 a 400ºC, hasta la sala de alternadores, en los que se genera la energía eléctrica. Pero esa temperatura, siendo elevada, no es suficiente para que los alternadores funcionen con un rendimiento adecuado; por ello, en los últimos años la tecnología de torre ha ganado impulso respecto a la cilindro-parabólica. Las instalaciones de torre pueden utilizar como fluido de transferencia tanto vapor como sales inorgánicas que permiten mayores temperaturas de operación, en el rango de los 500 a 600ºC, lo que permite mayores eficiencias de conversión de la energía térmica a energía eléctrica.

En estas dos tecnologías, al igual que en cualquier otra central de generación de energía, los dispositivos de almacenamiento de energía térmica ayudan a estabilizar la producción, para alargar los periodos de suministro, lo que posibilitará una mayor integración de las energías renovables, en la red eléctrica de suministro, evitando vertidos indeseados de energía limpia en periodos valle, y al mismo tiempo aportará más seguridad al sistema eléctrico.

La energía eléctrica puede ser generada, transportada y transformada con facilidad, sin embargo, resulta muy complicado almacenarla en grandes cantidades, de ahí que una opción muy esperanzadora, pensada en concreto para los parques eólicos y para las centrales fotovoltaicas, sea el uso de hidrógeno como combustible limpio, porque es un elemento abundante en el Universo y además porque puede actuar como vector energético para el almacenamiento de energía, con la ventaja de que su reconversión en energía eléctrica, a través de las pilas de combustible, respeta el medio ambiente.

La empresa alemana Siemens ha construido la instalación más grande del mundo para el aprovechamiento del exceso de las energías renovables, consiguiendo procesar hasta seis megavatios de electricidad y almacenando el hidrógeno en contenedores especiales durante largos periodos de tiempo. Con ello, se consigue evitar que se desperdicie la energía eólica y solar fotovoltaica, que no puede ser inyectada a las redes eléctricas, por no coincidir su generación con la demanda.

Se piensa que la combinación del hidrógeno con las pilas de combustible podría tener un enorme futuro en la racionalización del aberrante modelo energético actual; naturalmente siempre y cuando el hidrógeno utilizado sea totalmente limpio, para lo cual debe haber sido producido mediante energías limpias, como la solar o la eólica,

Adolfo Marroquín Santoña

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El agua crea vida y ayuda a mantenerla

El agua y en general el conjunto de los recursos hídricos del planeta, son ya esenciales en la actualidad, pero pueden pasar a ser nuestro único medio de supervivencia y de desarrollo sostenible a medida que avanza el siglo XXI.

Aparentemente el agua es un fluido enormemente simple, cuya molécula (H2O) está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, elementos muy simples a su vez, de forma que la estructura química del agua parece en efecto muy sencilla. Por otra parte, el agua es la sustancia que más abunda en la Tierra y es la única que se encuentra en nuestro planeta, de forma simultánea, en los tres estados, líquido, sólido y gaseoso.

Esto resulta ya una propiedad no muy frecuente, pero si profundizamos un poco más en “las cosas del agua”, encontramos aspectos que hacen de éste elemento un fluido esencial para la vida, a pesar de que su comportamiento a menudo difiera bastante de lo que podría considerarse un fluido “normalito”. De hecho, actualmente se conocen decenas de anomalías en la composición, estructura y comportamiento del agua. Una de esas anomalías, muy útil por cierto, es el hecho de que su máxima densidad se presenta a una temperatura de 4 ºC, gracias a lo cual los peces y muchos otros seres vivos pueden sobrevivir en ríos, mares o lagos helados, puesto que el hielo flota en la superficie, mientras que el agua en estado líquido queda al fondo.

 

A la presión atmosférica normal (1013 milibares o 760 mm de mercurio) el punto de fusión del agua pura es de 0ºC, cristalizando en el sistema hexagonal, presentándose como nieve o hielo, que son dos aspectos de la misma cosa; al congelarse aumenta de volumen, por lo que su densidad como hielo es menor que la del agua líquida, flotando por tanto sobre ésta.

Como decíamos, el agua alcanza su densidad máxima a una temperatura de 4 ºC, siendo esa densidad de 1 gramo por centímetro cúbico, y su capacidad calorífica es muy alta, con un calor específico de 1 caloría/gramo, gracias a lo cual una masa de agua puede absorber o desprender grandes cantidades de calor, sin experimentar apenas cambios de temperatura, lo que tiene gran influencia en el clima de nuestro planeta, donde las grandes masas de agua de los océanos tardan más tiempo en calentarse y enfriarse que el suelo terrestre, jugando por ello un importante papel en el clima terrestre.

 El calor latente de evaporación o condensación del agua, es decir la energía necesaria para pasar de líquido a vapor o de vapor a líquido, es de 540 calorías por gramo (cal/g) y el calor latente de congelación o fusión  del agua,es decir la energía necesaria para pasar de líquido a sólido o de sólido a líquido, es de 80 cal/g. Ambos valores resultan ser excepcionalmente elevados y excepcionalmente útiles a la hora de formar las nubes, de recargarlas de energía y de transportar esa agua y esa energía, de unas áreas a otras del planeta.

 

Otro ejemplo de lo raro que es el comportamiento del agua (sin impurezas), es el hecho de que puede alcanzar temperaturas extremadamente bajas en estado líquido y sin congelarse, pudiendo llegar hasta los -47 ºC, dentro de una planta, permaneciendo en estado líquido, y en el laboratorio se puede llegar hasta los -92 ºC, sin que el agua llegue a congelarse; ciertamente son estados metaestables, es decir estados del sistema que se encuentran un en equilibrio aparente, pero que cambiarán a un estado más estable, ante cualquier pequeña modificación de su entorno, pero, mientras eso no ocurre, la naturaleza lo aprovecha.

 De entrada, simplemente observando su aspecto, nadie diría que el agua líquida, el hielo y el vapor de agua son la misma cosa, la misma sustancia. En efecto, comparando un salto de agua como el de unas cataratas, con un glaciar, o con la cumbre nevada de una montaña, se podría pensar que se trata de cosas diferentes. Y sin embargo es prácticamente la misma composición química molecular, las mismas moléculas de agua, con su hidrógeno y su oxígeno, variando “casi únicamente” su aspecto final.

Hasta el siglo XVIII se creyó que el agua era en sí un único elemento, y fue el químico ingles Cavendish quien obtuvo agua a partir de una combustión de aire e hidrógeno; sin embargo, los resultados de este experimento no fueron interpretados hasta años más tarde, cuando Lavoisier concluyó definitivamente que el agua no era un elemento simple, sino un compuesto formado por dos elementos simples, oxígeno e hidrógeno.

Como queda dicho, el agua es absolutamente esencial para la vida; de hecho, cuando el hombre trata de encontrar vida por el espacio, en cualquiera de los planetas de nuestro sistema solar o en los exoplanetas, exteriores a nuestro sistema, empieza por buscar agua o bien huellas de las que se pueda deducir que al menos hubo agua allí, alguna vez.

Lo cierto es que, a pesar de ser un elemento esencial y enormemente abundante, que está presente casi por doquier, formando parte de casi todos los seres y objetos, vivos o inanimados, a pesar de ello digo, escasea en muchas y grandes áreas de nuestro planeta, y lamentablemente es escasa para millones de personas en todo el mundo.

Los desastres naturales relacionados con el agua como sequías, inundaciones, tormentas tropicales, tsunamis, etc., tienen una enorme repercusión en la vida del día a día de nuestro planeta. Gran importancia tiene, en estos aspectos, la forma bajo la que se presenta el agua. Sabemos que, bajo la forma líquida, la ausencia o la excesiva presencia de este elemento nos crea bastantes problemas, puesto que la sequía azota periódicamente a muchos países, entre ellos algunos de los más pobres del planeta y, por otra parte, las inundaciones provocan grandes daños, a veces en esos mismos países. Estos aspectos perjudiciales de ausencias o excesos del agua, en su fase líquida, están básicamente ligados al clima y a la meteorología, respectivamente y, si lo ampliamos a la fase sólida, con el agua bajo la forma de nieve o hielo, resulta que su importancia sobre nuestras vidas y haciendas crece enormemente.

La acumulación de nieve puede servir como depósito de bienestar (“Año de nieves, año de bienes”, dice el refrán), pero también puede ser fuente de serios problemas si se acumula en las poblaciones o en las carreteras, o si se funde rápidamente y a destiempo, puesto que daría lugar a inundaciones. Por otra parte, evidentemente su caída, en forma hielo, desde las nubes al suelo tiene aspectos muy negativos para los cultivos agrícolas, e incluso para la integridad de las casas y de las cosas, terrazas, tejados, cubiertas, vehículos, etc.

Al mismo tiempo, el papel del agua, una vez depositada sobre el terreno, bajo su forma sólida, juega un papel absolutamente esencial en el clima de nuestro planeta; pensemos que los mayores depósitos de hielo que existen en la Tierra, la Antártida, el Ártico y los glaciares, son, junto con las corrientes oceánicas (también agua; aunque esta vez en fase líquida),los auténticos rectores del clima.

Prácticamente todas las reacciones químicas que ocurren en el organismo humano, y en los de la mayoría de los seres vivos, tanto animales como vegetales, utilizan el agua como solvente. En las diferentes funciones vitales de su cuerpo, el hombre pierde grandes cantidades de agua, que deben ser recuperadas; de ahí las frecuentes recomendaciones de tomar agua cada día, aparte de la que ya ingerimos a través de los diferentes alimentos.

 

Otro aspecto, de los muchos que podríamos seguir añadiendo a la importancia fundamental del agua en nuestro planeta, es el hecho de que, más allá de cubrir las necesidades básicas del ser humano, en muchas partes del mundo, el agua constituye una de las principales fuentes de energía, a través de la producción hidráulica. Pero, a no mucho tardar, es muy probable que esta ayuda energética del agua, se vea aumentada notablemente.

La dramática disminución de las reservas mundiales de petróleo llevará en pocos años, si no se encuentra antes una solución alternativa, a una crisis energética sin precedentes que obligaría a cambiar drásticamente el actual modelo energético, y con él nuestro modo de vida. Llegados a esa situación, todo parece indicar que el futuro de la energía pasa por el hidrógeno, el combustible más limpio que existe, muy versátil y eficaz, que puede transformar las relaciones sociales y económicas en todo el mundo, al tiempo que supone una esperanza en la conquista de una economía energética sostenida y sostenible.

Las ventajas de la utilización del hidrógeno como carburante son evidentes: es una fuente de energía abundante y su combustión sólo origina vapor de agua como residuo, siendo un sistema energético absolutamente no contaminante.

Un problema es que no existen yacimientos de hidrógeno en los que acceder directamente a él, pero sabemos que éste se encuentra en la madera, el carbón, el petróleo, el gas, etc., y sobre todo en el agua, de la que la manera más simple y limpia de extraer ese hidrógeno es por medio de la llamada electrólisis, que separa el hidrógeno del oxígeno mediante una corriente eléctrica. En la línea de proteger el medio ambiente sería muy deseable que esa corriente eléctrica provenga de fuentes de energía renovables, como las instalaciones solares fotovoltaicas o bien de los parques eólicos, con la gran ventaja de que, al ser el hidrógeno un gas, podría almacenarse, ayudando así a resolver uno de los mayores problemas de la energía, como es la acumulación para poder disponer de ella, cuando y donde se necesite.

Así las cosas, como decíamos al principio, los recursos hídricos del planeta, que ya son esenciales en la actualidad, pueden pasar a ser uno de los pocos medios de supervivencia y de desarrollo sostenible a lo largo del actual siglo XXI.

Adolfo Marroquín Santoña

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Catatumbo, la electricidad al acecho

 

Las descargas eléctricas no son simples exhibiciones de fuerza por parte de la naturaleza, por muy impresionantes que resulten, sobre todo para quien se encuentre próximo a ellas, sino que son el resultado de la búsqueda del equilibrio eléctrico entre las nubes, el suelo y la atmósfera de su entorno. El camino preparatorio de la descarga entre una nube y la tierra, o entre dos nubes, comienza dentro de las propias nubes de tormenta; con chorros de cargas negativas (electrones), que saliendo de la zona negativa (centro-inferior) de la nube se van acercando hacia tierra o hacia la zona positiva (superior) de otra nube, dando lugar a la llamada guía escalonada, que va trazando potenciales caminos de descarga.

En el caso de descargas nube-suelo, en el suelo, bajo la nube, se ha producido la acumulación de cargas positivas (iones), que han sido atraídas por las negativas de la base de la nube. Se sabe que en las nubes de tormenta la parte superior posee cargas positivas, mientras que en la parte central e inferior de la nube predominan las cargas negativas, con lo que la nube tomaría forma de “dipolo eléctrico”. Pero, frecuentemente se presenta también un pequeño centro, con cargas positivas, en la base de la nube, pasando por tanto a formarse un “tripolo eléctrico”.

Desde la tierra, las cargas positivas intentan también cerrar el circuito eléctrico, alzándose hacia la nube, dando lugar a las sondas de conexión que van subiendo, aunque con mucha más lentitud y “torpeza” que las cargas negativas que están bajando.

Cuando la guía descendente enlaza con la sonda ascendente, tiene lugar el contacto y se produce la primera descarga de retorno, que va de suelo a nube, descarga que es mucho más potente, intensa y brillante que los tramos en zigzag descendentes. Posteriormente se repetirán varias réplicas, descendiendo de nube a suelo las cargas negativas y ascendiendo de suelo a nube las positivas, continuando el proceso hasta quedar neutralizadas las cargas.

Ahora bien, cuando las circunstancias del entorno hacen que la carga eléctrica de las nubes presentes se regenere y mantenga, prácticamente continua, entonces el proceso de descarga se hace también prácticamente continuo, dando lugar a tormentas eléctricas recargadas y reiteradas, cuya duración puede llegar a ser de varias horas. Estos casos no son inusuales, dentro de ciertos límites, pero los que sí resultan extraordinarios son los casos como el que ocurre en Catatumbo (Venezuela)

 

Catatumbo es un rincón de Venezuela donde caen nada menos que 1,6 millones de rayos por año; tras las investigaciones del porqué Catatumbo es un punto con tanta actividad de descargas eléctrica, se ha llegado a la conclusión de que los vientos cálidos y húmedos en niveles bajos, próximos al suelo, procedentes del Mar Caribe y la presencia de los Andes y las sierras de Perijá que rodean al lago Maracaibo, crean condiciones ideales para recargar las tormentas eléctricas, especialmente en la zona suroccidental de la cuenca del lago. Las altas montañas pueden conducir al desarrollo y la persistencia de grandes nubes, que se recargan cuando los vientos sostenidos aportan más y más humedad a la zona.

El origen de este fenómeno está en el efecto orográfico de estas cordilleras que encierran y frenan a los vientos del noreste produciéndose nubes de gran desarrollo vertical, concentradas principalmente en la cuenca del río Catatumbo. Este fenómeno es muy fácil de ver desde cientos de kilómetros de distancia, es decir, desde el propio lago por lo que también se conoce el fenómeno como el Faro de Maracaibo, ya que las embarcaciones que surcaban la zona podían navegar durante la noche sin problemas en la época de la navegación a vela.

Este singular fenómeno meteorológico consiste en una sucesión de tormentas, casi continuas, con abundantes descargas nube-nube, nube-tierra y viceversa, formando un arco voltaico semipermanente a media altura de la zona de desarrollo de las nubes de tormenta, a unos cinco kilómetros sobre el terreno, con una gran carga eléctrica que se mantiene “al acecho” sobre los cielos del Estado de Zulia, en Venezuela, estimándose que se producen descargas eléctricas sobre la desembocadura del rio Catatumbo entre 240 y 260 noches al año, con flashes de sus relámpagos que pueden verse durante 7 o 10 horas cada noche, lo que supone una actividad eléctrica en su atmósfera muy por encima de lo normal en el resto del planeta.

El estatus de Catatumbo como capital de las tormentas eléctricas del mundo fue reconocido oficialmente en enero de 2014, cuando fue incluido en el Libro Guinness de los Récords como el lugar con más alta concentración de relámpagosen el mundo,estimados en 250 por kilómetro cuadrado al año. El récord anterior lo tenía la región de Kifuka, en la República Democrática de Congo, con 152 relámpagos por kilómetro cuadrado al año.

 

Al fenómeno constituido por todos los relámpagos que se producen en aquella zona, considerado como el conjunto de tormentas eléctricas que ocurren a lo largo del año en toda la cuenca del Lago de Maracaibo, lo que supone un número global del orden de 250 por kilómetro cuadrado, se le denomina “Relámpago del Catatumbo”, porque avistándose desde lejos las distintas tormentas y sus descargas parecen ser una sola, tendiendo a situarse con mayor frecuencia cerca de la desembocadura del río Catatumbo, en el suroeste del Lago. Como decíamos antes, al fenómeno se le denomina “Relámpago de Catatumbo”, si bien ocasionalmente se les suele denominar también “Faro de Maracaibo”, dado que su permanencia en la zona ha servido de guía a navegantes, pescadores y viajeros.

Hace aproximadamente unos 500 años que existen referencias a estas descargas, observándose la ocurrencia de este fenómeno electro-atmosférico de características singulares, y desde hace ya algunos decenios, la observación satelital y el estudio detallado de las condiciones del contorno, ha permitido poner en marcha modelos de predicción a medio y largo plazo, orientados a la explotación del fenómeno como atracción turística, a lo largo de una extensa zona de la costa suroeste del Lago de Maracaibo.

Adolfo Marroquín Santoña

 

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Quita y no pon, se acaba el montón

Tengo un especial cariño a este refrán, porque recuerdo habérselo oído decir a mi madre en algunas ocasiones; con él se recomienda, ser previsor, una recomendación que conviene no olvidar nunca, a todas las escalas, desde la doméstica hasta la planetaria, y en todos temas, desde la economía hasta los recursos naturales. Como ejemplo, dedicaré éste artículo a mostrar la validez de este refrán, en varios aspectos que nos rodean en nuestro día a día, desde el agua hasta los recursos en general, pasando por ejemplo por la energía.

Lo primero que debemos tener muy en cuenta para poder hacer previsiones de futuro, es precisamente la previsión de la población futura, recordemos que a mediados del siglo en curso, se estima que el planeta Tierra alcanzará la cifra de 10.000 millones de habitantes; sería absolutamente insensato plantearnos un modelo y un ritmo de vida, basados en un desarrollo insostenible, es decir aquel que va tomando lo que necesita, e incluso más de lo que necesita, de “los montones” que la naturaleza pone a nuestra disposición, sin pararnos a pensar en la diferencia esencial que supone el que esos montones sean de algo renovable o de algo finito y por tanto perecedero.

Si se trata de algo renovable, como es el caso de ciertas energías (solar, eólica, hidráulica, mareomotriz, etc.), o como las producciones agrícolas, ganaderas, piscícolas, etc., que también podrían considerarse como algo renovable, naturalmente si se procede a una cuidada reposición, en tiempo, forma y lugar. En estos casos no existiría el riesgo de acabar el montón, puesto que la cuota de reposición de la propia naturaleza hará que el montón no se resienta al seguir tirando de él.

Pero, en el lado contrario están esos otros montones, que son de algo evidentemente finito, como es el caso de las extracciones mineras de cualquier tipo de minerales o materiales, incluyendo claro está los combustibles fósiles. En este tipo de montones, todas las extracciones son irreversibles, irrecuperables y no renovables, por lo que una primera medida debería ser el tratar de reducir al mínimo, y si es posible a cero, toda “quita”, toda extracción, de esos montones.

Empezando por algo tan elemental como esencial el agua, un elemento absolutamente imprescindible para la vida, resulta que “tenemos la que tenemos”, que en realidad no es poca en opinión de la mayoría de los expertos mundiales en la materia, pero eso siempre y cuando mejoremos su gestión, puesto que en caso contrario entraremos en conflicto. Para arrojar luz sobre este tema, recurriremos al concepto de huella hídrica, que básicamente es un indicador que permite determinar el volumen de agua usado para la producción de un bien o de un servicio, teniendo en cuenta tanto el volumen de agua consumido, como el que ha sido contaminado en el proceso.

Como ejemplo, vamos a fijarnos en las cantidades de agua utilizada en los procesos necesarios para la obtención de determinadas cantidades de algunos de nuestros alimentos; en el siguiente cuadro aparecen algunos de esos valores, que muestran el despilfarro actual de agua.

 

Multipliquen ustedes estas cifras por los miles de millones de habitantes del planeta, y llegarán a la conclusión de que, si queremos asegurar nuestro futuro, es esencial mejorar la eficiencia de los procesos que estamos utilizando hoy en día, para ir rebajando esa huella hídrica.

Fijándonos ahora en el caso de la producción textil por ejemplo, el hecho aislado de utilizar una simple camiseta de algodón tiene también su impacto en el medioambiente; el cultivo de la materia prima, la fabricación del tejido, el transporte del mismo y, cómo no, un lavado tras otro una vez que llega a nuestras manos… ¿saben qué huella hídrica arrastra?, pues teniendo en cuenta que el cultivo de algodón es el mayor consumidor de agua en la cadena de suministro de materia prima para prendas de vestir, y que el algodón se utiliza en el 40 % de toda la ropa en el mundo, conviene saber que esa simple camiseta de algodón supone 2.700 litros de agua. Por tanto, debemos aumentar la eficiencia hídrica de este proceso.

También en el tema de la energía, si guardamos tendremos, pero si seguimos tirando de la que está bajo tierra, acabaremos agotándola. Sin duda el ahorro es una gran virtud, pero no se trata ahora de ahorrar ¡que también!, sino de no olvidar que los combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas, etc.) son finitos y por tanto agotables si, como hemos hecho hasta ahora, nos dedicamos al “quita y no pon”, donde al hombre se le da muy bien el quitar, pero de poner no tiene ni idea, puesto que en esta materia la encargada de poner, fue, desde tiempos inmemoriales, la naturaleza.

Al mismo tiempo, una ayuda también podría ser el ir tratando de guardar cuando sobra para cuando falta. Si estamos hablando de energía, eso es tan simple, y a la vez tan complicado, como resolver eficaz y eficientemente el tema del almacenamiento.

Analicemos, como un simple ejemplo, el problema de la climatización (frío-calor) de nuestras viviendas o de todos nuestros recintos de ocio o detrabajo, individual o colectivo, y consideremos los ciclos meteorológicos (día-noche) o los climáticos (verano-invierno). ¿No sería una magnífica solución utilizar el fresco de las noches estivales para hacer más llevaderos los calores de los días? ¿No sería estupendo guardar el calor del verano para calentar nuestro invierno, o el frío de éste para resolver el agobio de aquel?

 

Lo malo es que “guardar energía térmica” directamente pasa por almacenarla y esa energía guardada requiere grandes volúmenes y además tiende a escaparse por todas partes. No debemos por tantopensar en almacenar energía térmica, sino que se debe recurrir a los llamados “vectores energéticos”, que se pueden definir como sustancias o dispositivos que almacenan energía, de tal manera que ésta pueda liberarse posteriormente de forma controlada.

Un vector de energía, bien conocido, es el hidrógeno, y la combinación de las energías renovables, la generación de hidrógeno a partir de ellas y la posterior utilización de células de combustión, podría ser una interesante ayuda para conservar lo poco que va quedando del enorme montón de energía fósil que nos entregó la naturaleza.

Y ¿qué decir de los recursos minerales del planeta Tierra? , pues que los estamos explotando como si no hubiera un mañana, o más bien deberíamos decir… como si el mañana fuera nuestro, sin pensar para nada en los miles de millones que vendrán después de nosotros.

 

Es muy probable que la futura demanda de recursos minerales, siga en adelante siendo alta, e incluso que crezca con el paso de los años, para poder satisfacer las nuevas necesidades del aumento de la población mundial, y para atender los crecientes niveles de vida de la población de aquellos países que se incorporan al desarrollo.

Son centenares los minerales (hierro, aluminio, cobre, manganeso, níquel, cromo, estaño y un largo etcétera) que estamos arrancando cada día de las entrañas de la Tierra, en grandes cantidades. Minerales que, formando montones, han sido puestos ahí a nuestra disposiciónpor la naturaleza, pero montones que son finitos frente a la ávida extracción humana. Poco importa que el agotamiento de algunos de esos montones tarde en llegar decenios o siglos; lo cierto es que su final llegará, puesto que son casos paradigmáticos del “quita y no pon”.

En la actualidad, nos encontramos frente a una escalada en la demanda de bienes y servicios del planeta en todo el mundo; necesitaremos más agua, más alimentos, más energía y más recursos, minerales y de todo tipo. Y estas demandas se van a incrementar precisamente en un momento en el que la actividad humana y el cambio climático están mermando los recursos naturales disponibles, como el volumen de agua potable accesible, las energías convencionales, la superficie de tierra agrícolamente productiva (a la baja por la aridez y la desertificación), y los recursos minerales.

Visto lo visto, en mi opinión, y espero que también en la de ustedes, no son sólo los gobiernos, sino también los propios productores y consumidores de todos los países y de todos los productos, que arrastran esas grandes deficiencias de reposición, deberían concienciarse y jugar un papel importante para alcanzar una mejor gestión global de los recursos disponibles, retrasando todo lo posible que… PUEDAN IRSE ACABANDO MUCHOS DE LOS MONTONES QUE LA NATURALEZA NOS CONFIÓ.

Adolfo Marroquín Santoña

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Nos urge la energía del Sol, es decir la fusión nuclear

Una de las principales causas del actual deterioro del medioambiente, así como del cambio climático a que nos ha llevado, es la generación de energía a gran escala a partir de combustibles fósiles. Con frecuencia se habla ahora de salir de ese agujero ambiental en que nos hemos metido, recurriendo para ello a energías alternativas, lo que está muy bien, pero aclarando antes que no se debe confundir energía alternativa con energía renovable.

El propio diccionario de la RAE (Real Academia Española), que acierta cuando define la energía renovable como “aquella energía cuyas fuentes se presentan en la naturaleza de modo continuo y prácticamente inagotable, p. ej., la hidráulica, la solar o la eólica.”, se equivoca después, al poner el ejemplo, tras definir la energía alternativa, como “aquella energía procedente de fuentes distintas a las habituales como el carbón, el petróleo o el gas; p. ej., la energía eólica.”, puesto que la energía eólica que es una magnífica fuente de energía renovable, no es, sin embargo, una energía alternativa. En efecto el propio citado diccionario define una alternativa como lo que es “capaz de alternar algo con función igual o semejante.”, y resulta totalmente evidente que ni la eólica sólo, ni siquiera el conjunto de todas las energías renovables que hoy conocemos, serían capaces de alternar, con función igual, con el actual modelo energético global.

Dicho lo anterior, la que sí sería una energía alternativa es la energía nuclear de fusión, pero que nadie se alarme, puesto que esta energía tiene muy poco que ver con la nuclear de fisión, que es la que ahora se maneja todos los reactores en funcionamiento. En efecto, la fusión es una importante fuente de energía alternativa a largo plazo, que puede solucionar gran parte de nuestros problemas energéticos.

Hace ya bastante tiempo, concretamente el 11 de marzo de 1992, publicaba el Diario HOY de Extremadura, una entrevista que amablemente me hicieron con motivo del regreso de uno de mis viajes a la Antártida, y en aquella entrevista decía, entre otras cosas que mantengo hoy, lo que figura en el recorte de prensa que adjunto en la columna de la izquierda.

La fusión nuclear es el proceso que genera la energía del sol y de las estrellas. Desde que la ciencia se dio cuenta por primera vez, en los años veinte del siglo pasado, cuál era el verdadero origen de la cantidad ingente de energía que irradia el Sol, ha sido un sueño de la humanidad aprender a controlar esta fuente de energía en la Tierra. Al inicio de los estudios sobre la fusión nuclear se predijo que un reactor basado en la fusión podría entrar en funcionamiento en unos veinte años, pero esta estimación se ha mostrado demasiado optimista. Reconozco que yo mismo decía, en la entrevista antes mencionada de 1991, que para el año 2030 estarían en funcionamiento los primeros reactores comerciales basados en la energía nuclear de fusión, pero habrá que seguir esperando.

En un reactor de fusión se fusionan núcleos de átomos ligeros (isótopos de hidrógeno), liberando mucha energía en el proceso. La reacción de fusión se produce a temperaturas extremas, del orden de decenas de millones de grados centígrados. Cuando se calienta la materia a estas temperaturas, se encuentra en el estado de plasma, que es el término que se usa para un gas caliente de partículas cargadas eléctricamente (iones). Un plasma se puede contener (“confinar”) en un reactor en forma de anillo, mediante campos magnéticos, para así evitar que el plasma caliente entre en contacto con la vasija que lo rodea.

A partir de ahí, la enorme cantidad de energía que se libera en las reacciones de fusión puede usarse para generar electricidad, como forma más sencilla para ser distribuida a través de las redes eléctricas, con importantes ventajas medioambientales y de seguridad. Seguridad que se basa en que la reacción de fusión no es una reacción en cadena, por lo que no es posible que se pierda el control de la misma.

En cualquier momento se puede parar la reacción, cerrando sencillamente el suministro de combustible, cuyos componentes serían deuterio y litio, disponibles en cualquier parte, y hay suficiente materia combustible para la generación de energía durante millones de años. Además, la fusión no produce gases que contribuyan al efecto invernadero. La reacción en sí sólo produce helio, un gas inofensivo, usado habitualmente para inflar los globos de los niños, que flotan así en el aire.

La meta de la investigación internacional sobre este tipo de nueva-vieja energía está puesta en diseñar un prototipo de central de generación de energía de fusión, que cumpla con los requisitos que exige y necesita la sociedad, es decir que sea segura, fiable, sostenible, sin dañar el medioambiente, y económicamente viable.

En la energía nuclear de fusión, pese a los tradicionales retrasos que venimos arrastrando en alcanzar la fase comercial de esta fuente de energía, tenemos puestas nuestras esperanzas de disponibilidad, prácticamente ilimitada de energía y sin los riesgos de la nuclear de fisión, garantizando además la limitación del aumento de las emisiones de los Gases de Efecto Invernadero (GEI) y con ello el freno al calentamiento global del planeta y al cambio climático asociado.

Adolfo Marroquín Santoña

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Algunas preguntas y respuestas, sobre el ambiente que nos rodea

Durante el pasado mes de agosto, mi amigo José Manuel Gordillo, competente periodista de la Cadena COPE y hombre multidisciplinar donde los haya, me propuso mantener algunos diálogos, bajo el formato Pregunta-Respuesta, dentro del espacio Las mañanas de la COPE, dirigido por él. Puesto que los temas tratados durante aquellas entrevistas me parecieron de interés general, me animo a publicar un resumen de lo tratado, con el mismo formato con el que se emitieron:

¿A QUÉ SE DEBE EL ACTUAL CALENTAMIENTO GLOBAL DEL PLANETA?

. – La energía que nos llega del Sol no ha variado en siglos e incluso milenios, manteniéndose en la conocida como constante solar, que son 1.367 vatios por metro cuadrado (w/m2), y ANTES, gran parte de esa energía alimentaba los procesos del Sistema Climático (atmósfera, litosfera, hidrosfera, criosfera y biosfera), y el resto, es decir lo que el planeta no necesitaba, se devolvía al espacio. Pues bien, AHORA esa devolución está frenada por los Gases de Efecto Invernadero (GEI).

. – La concentración de CO2 en la atmósfera ha aumentado, desde mediados del s. XIX, por la actividad humana, debido fundamentalmente al uso de combustibles fósiles y a la deforestación.

. – Las concentraciones actuales de los citados GEI: CO2, CH4 (metano) y N2O (óxido nitroso) son muy superiores a los últimos 800.000 años, sobre los que se dispone de datos, procedentes de los testigos de hielo obtenidos de los glaciares continentales y, sobre todo, antárticos. Superándose en la actualidad las 400 partes por millón en volumen (ppmv).

. – Los océanos se han calentado y ese calentamiento llega hasta los 2.000 m de profundidad, lo que supone un enorme almacenamiento de calor. El nivel medio del mar ha aumentado 20 cm, desde el comienzo del siglo XX y la temperatura media del planeta ha aumentado más de 1 ºC y crece cada vez con mayor rapidez.

¿CUÁLES HAN SIDO LAS ANOMALÍAS TÉRMICAS MÁS RECIENTES?

. – Cada una de las últimas tres décadas ha sido más cálida que las anteriores desde 1850, siendo la primera década del siglo XXI la más cálida de todas, y todo parece indicar que la segunda lo será aún más. Según la NASA, la temperatura media en los primeros seis meses de 2016 superó en 1,3 °C, los valores de comienzos del siglo XX, lo que supone un auténtico record.

. – Por otra parte, en 2016 todos y cada uno de los meses se batieron récords, tanto de temperaturas, como en la menor extensión mensual del hielo en el Ártico.

¿CUÁLES SON LAS PREVISIONES PARA EL PLANETA, EN EL S. XXI?

. – Cambios en las variables climáticas: incremento de la temperatura, disminución de las áreas de hielo y nieve, subida del nivel del mar, irregular distribución de las precipitaciones, por ejemplo, disminuciones del 20% en algunos países de la Cuenca Mediterránea, pudiendo alcanzarse hasta el 40% en la Península Ibérica.

. – Aumento del número de tormentas y su intensidad.

. – Mayor presencia de riadas e inundaciones, con largos períodos de sequía intermedios.

. – Mayor frecuencia de incendios forestales.

. – Extensión de plagas y enfermedades hacia nuevas zonas, debido a los cambios de las variables del clima.

. – Pérdida de capacidad productiva agrícola e incremento de la erosión del suelo.

¿CUÁNTAS CUMBRES DEL CLIMA SE HAN CELEBRADO Y CÓMO VAN LOS RESULTADOS?

. – Aunque con diferentes nombres van ya unas 16 Cumbres o Reuniones Globales sobre el Clima, con resultados más bien escasos; y la última la llamada “Acuerdo de París”, de diciembre del 2015, hay que admitir que aparentemente plantea grandes soluciones y expectativas, pero personalmente abrigo algunas dudas, como pueden ser:

1.- Todos los países (196) acordaron mantener el aumento de la temperatura mundial por debajo de 2 ºC y, si es posible, no llegar a 1,5 ºC respecto al comienzo del s. XX; lo que me parece muy difícil, en primer lugar porque ya ha aumentado 1 ºC y además porque, en mi opinión, el Acuerdo presupone un elevado “buenismo” de los firmantes, que la realidad vivida hasta ahora demuestra que es muy dudoso.

2.- Por ejemplo, el Acuerdo crea mecanismos voluntarios de revisión. Los países deberán presentar un primer balance en el 2023 y, después cada cinco años. Pero los compromisos de reducción de GEI (Gases de Efecto Invernadero), por los países no serán jurídicamente vinculantes, es decir tal como solicitó Estados Unidos.

 3.- Los países firmantes se comprometen a alcanzar el máximo de emisiones de GEI “tan pronto como sea posible”, para después reducirlas. O sea, cada uno a su aire. Además, a las potencias emergentes como China e India no se les obliga a reducir emisiones y sólo se les pide que hagan esfuerzos. También se excluyen del tratado las emisiones de la aviación y el transporte marítimo, pese a que suponen un 8% de las emisiones mundiales de GEI.

¿A MEDIO Y LARGO PLAZO SE VA A NOTAR MUCHO EL CALENTAMIENTO GLOBAL? ¿EN TODO EL PLANETA? ¿Y EN EXTREMADURA?

. – Sí, el calentamiento será efectivamente global y afectará por tanto a todo el planeta, pero en algunos países para BIEN (Canadá, norte de EEUU, Noruega, Suecia, etc., y en general altas latitudes, tanto en Hemisferio Norte como en el Hemisferios Sur);  y en otros para MAL (caso de España en general y de Extremadura en particular); p. ej. en el caso de BADAJOZ, una subida MEDIA de 2 ºC, nos llevaría en ENE y FEB a disfrutar de unas temperaturas máximas medias que pasarían de los 14 ºC actuales a los 16 ºC , lo que resultaría agradable, pero en JUL y AGO esas temperaturas medias pasaría de los 34 ºC actuales a los 36 ºC, lo que ya no sería tan agradable, pero además daría lugar a días de temperaturas máximas absolutas por encima de los 46 ºC, muy desagradables.

¿QUÉ SON LAS GLACIACIONES Y CUÁNDO LLEGARÁ LA PRÓXIMA?

. – Las glaciaciones, son secuencias de miles de años durante los que el planeta ha permanecido casi cubierto de hielo. Son épocas en las que los hielos polares, tanto del Ártico como en el Antártico, se extienden hasta cubrir gran parte del planeta. Desde hace millones de años se han producido numerosas glaciaciones, cada una de ellas de unos 100.000 años de duración y con una variación de la temperatura media, del orden de 10 ºC.

. – Algunas posibles causas de las glaciaciones son, entre otras: Los cambios en la composición de la atmósfera (GEI); los cambios en la órbita terrestre (ciclos de Milankovitch); los movimientos de la corteza terrestre; las variaciones en la propia actividad solar; la dinámica orbital Tierra-Luna; el impacto de meteoritos de grandes dimensiones; y por supuesto las erupciones volcánicas.

. – La última glaciación terminó hace unos 10.000 años, y en condiciones normales, deberíamos estar ya camino de la próxima, y así estaba ocurriendo, puesto que en los últimos milenios la temperatura media del planeta estaba disminuyendo a razón de  -0,1 a -0,2 ºC cada 1.000 años, hasta que hace poco más de 150 años, hemos cambiado la tendencia, pasando de un enfriamiento a un calentamiento de  +1º a +2 ºC cada 100 años.

SI LLEVÁBAMOS MÁS DE 1.000 AÑOS CAMINO DE OTRA GLACIACIÓN ¿POR QUÉ CAMBIÓ LA TENDENCIA?

Algunas causas de los cambios de esa tendencia de las temperaturas, de valores decrecientes a crecientes, fueron:

. – En el siglo XVIII el invento de la máquina de vapor, por Newcomen y Watt, máquina que resultaría fundamental para el desarrollo de la revolución industrial en todo el mundo.

. – En el siglo XIX, el petróleo, conocido hacía siglos, pero poco utilizado, se convirtió en fuente combustible, vía gasolina, para millones de vehículos que proliferaron a partir de entonces.

. – En los siglos XX y XXI, el masivo consumo de combustibles fósiles (petróleo, carbón, gas), que ha acompañado al desarrollo insostenible, que estamos viviendo.

YA QUE NOSOTROS NO LO ARREGLAMOS ¿PODRÍAN LAS ERUPCIONES VOLCÁNICAS AYUDARNOS CON EL CLIMA? ¿SERVIRÍAN PARA REBAJAR EL CALOR GLOBAL?    

. – La inyección de aerosoles (cenizas y otras partículas, en la estratosfera), por grandes erupciones volcánicas cada vez más frecuentes, es capaz en efecto de enfriar el planeta. Los aerosoles, hacen disminuir la irradiación solar incidente, durante semanas y hasta años.

. – La litosfera, parte sólida del planeta, ayuda así al sistema climático en su conjunto. Existen muchas referencias desde mediados del siglo XVIII, sobre el papel de los aerosoles en el balance radiativo del planeta, reduciendo la entrada de la radiación y con ello el calentamiento de la Tierra.

. – Se conoce bien el efecto de algunas erupciones históricas de los siglos XIX y XX, sobre las temperaturas. Algunas de estas enormes erupciones fueron, entre otras,  las de TAMBORRA (Indonesia) en 1815, la del KRAKATOA (Indonesia) en 1883, la del SANTA HELENA (EEUU) en 1980, o la de EL CHICHÓN (Méjico) en 1982.

. – Los datos climáticos históricos planetarios demuestran que 15 de los 16 veranos más fríos ocurrieron después de grandes erupciones volcánicas.

Adolfo Marroquín Santoña

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Adolfo Marroquín, Doctor en Física, Geofísico, Ingeniero Técnico Industrial, Meteorólogo, Climatólogo, y desde 1965 huésped de Extremadura, una tierra magnífica, cuna y hogar de gente fantástica, donde he enseñado y he aprendido muchas cosas, he publicado numerosos artículos, impartido conferencias y dado clases a alumnos de todo tipo y nivel, desde el bachillerato hasta el doctorado. Desde este blog, trataré de contar curiosidades científicas, sobre el clima y sus cambios, la naturaleza, el medio ambiente, etc., de la forma más fácil y clara que me sea posible.