Leonardo Santelices
Director Nueva Acrópolis Ecuador
«Pues el hombre no puede estar inactivo ni por un momento. Todo es impulsado a la acción irremediablemente por las tres fuerzas de la Naturaleza: las tres Gunas» Bhagavad Gita – Estancia III – Sloka 5.
Siempre el hombre está conminado a la acción, es imposible no actuar, al menos mientras estamos vivos y después probablemente tampoco, aunque en otros planos. El metabolismo del cuerpo humano es una forma evidente de acción. Toda acción requiere de energía, no solo los humanos sino la Naturaleza toda, es una fuente de perpetuo intercambio y transformación de energía.
Una definición elemental de energía es la capacidad de producir un trabajo en potencia o en acto. Esta definición abarca lo que usualmente llamamos energía potencial y energía cinética. La energía potencial es la que está disponible pero no en uso, la energía cinética es la que está siendo utilizada, es la energía del movimiento. Allí tenemos la transformación más básica de la energía, de energía potencial en cinética.
Hay muchos tipos de energía: mecánica, eléctrica, la que proviene del calor o de la luz, energía nuclear, energía muscular. Pero siempre vamos a encontrar un constante intercambio entre ellas.
La forma de energía más elemental utilizada en la acción humana es la energía muscular propia y la de los animales domesticados, pero hay otras formas que siempre ha utilizado, la energía solar en forma directa en forma de luz y calor, la energía solar indirecta asimilada por los vegetales a través de la fotosíntesis. El uso del fuego hace surgir de un leño la energía solar acumulada en él, mientras el árbol estuvo vivo. La energía del agua que le permite o dificulta navegar de un lugar a otro y que va formando cauces y quebradas que modifican el paisaje. En fin, el trabajo humano en general es parte de esta constante transformación de la energía.
En el siglo XIX, el científico británico James Prescott Joule demostró científicamente que una forma de energía puede ser transformada en otras. En su honor la unidad de energía que equivale a la energía necesaria para levantar un peso de una libra a nueve pulgadas de altura, se llama Joule.
En la física la termodinámica es la rama que estudia las transformaciones entre los diferentes tipos de energía. Las constantes transformaciones de una energía en otra y las transferencias de energía de un lugar a otro se explican a través de las Leyes de la Termodinámica.
La Primera Ley se enuncia que el calor neto absorbido por un sistema es igual a la suma del equivalente térmico del trabajo realizado por él y el cambio de su energía interna. Esta Ley es también una ley de conservación de la energía ya que la energía no se pierde sino que se transforma. Un movimiento, como el experimento de Joule con la rueda de paletas, la energía utilizada para mover la paleta en el agua, no se pierde, se transforma en calor que incrementa la temperatura del agua.
De acuerdo con este Primer Principio, la energía existente en el universo es constante aunque esté sufriendo permanentes transformaciones.
El Segundo Principio, enunciado en 1851 por lord Kelvin, afirma que «es imposible realizar una transformación cuyo único resultado sea la conversión en trabajo del calor extraído de una sola fuente a temperatura uniforme.» Este concepto se conoce como rendimiento del ciclo termodinámico que es la relación entre el trabajo conseguido y la energía puesta en juego. Esto significa que nunca vamos a conseguir aprovechar toda la energía aportada.
Por ejemplo, si utilizamos una cantidad de gasolina para hacer andar un automóvil, hay una buena parte que se va a perder en el proceso de combustión que no es completamente eficiente para aprovechar toda la energía disponible en la gasolina, otra parte se va a disipar en calor, otra en roce, en fin lo que verdaderamente se aprovecha de la gasolina utilizada es un porcentaje bastante pequeño, el resto se disipa y de alguna forma se pierde, aunque de acuerdo al Primer Principio, en realidad no se pierde, se transforma, pero esta transformación es también una degradación que hace al proceso irreversible, es decir la gasolina utilizada ya no la podemos recuperar.
Hay otro principio adosado a esta segunda ley que fue enunciado por el ingeniero francés Clausius y que dice «No es posible proceso alguno cuyo único resultado sea la transferencia de calor desde un cuerpo frío a otro más caliente» Es decir, el que se mueve es el calor, eso determina una dirección del proceso, de más caliente a más frío. La característica de este proceso determina lo que es conocido como Entropía. Es imposible pasar de un calor menor a uno mayor sin trabajo y gasto energético. En un ejemplo doméstico, si queremos calentar un poco de agua, necesitamos someter el recipiente a una fuente que tenga mayor calor que el del agua, para que ese calor se transmita.
De acuerdo con el Primer Principio la energía no puede ser creada ni destruida. De acuerdo con el segundo, la entropía no puede ser destruida, pero si puede ser creada y eso va sucediendo en los procesos termodinámicos, lo que hace que la Entropía vaya en constante aumento.
Existe también una tercera Ley que se enuncia como «la variación de entropía asociada a cualquier proceso termodinámico tiende a cero cuando la temperatura tiende al cero absoluto». Esto significa que siempre que la temperatura sea superior a cero absoluto (-273º C.) se van a producir procesos termodinámicos irreversibles lo que implica un crecimiento de la entropía.
Si como ya vimos, todas las acciones humanas requieren de energía y el uso de la energía en forma normal que es el ciclo termodinámico va degradando la energía en procesos irreversibles significa que todo el proceso de industrialización y uso de maquinarias contribuye a incrementar la entropía y como vivimos en un sistema casi cerrado que es la biosfera, el incremento de la población y la industrialización es un incremento constante de entropía y por consiguiente una degradación de la energía y un agotamiento de ella.
La tecnología ha avanzado también en esta dirección y ha desarrollado máquinas cada vez más eficientes en el aprovechamiento de la energía, pero esa eficiencia también tiene un límite y los recursos energéticos más utilizados han sido los combustibles fósiles como el carbón y el petróleo, que plantean dos problemas básicos, son recursos limitados y su proceso es contaminante. Por eso el proceso de desarrollo tecnológico e industrial ha significado un incremento de la polución y acercarse en forma cada vez más rápida al agotamiento de esos combustibles.
A pesar de la obviedad del tema, hasta la crisis del petróleo de los 70 hubo un constante incremento de consumo, el nivel de desarrollo de un país era directamente proporcional a su gasto energético per cápita. Cuando vino la crisis del petróleo se constató que era un recurso limitado contrastado con un incremento constante de la demanda.
Hasta ese momento la noción de desarrollo era solamente cuantitativa, desarrollo era lo mismo que crecimiento y esto implicaba en la mayoría de los casos un incremento del consumo energético. A partir de esa crisis comenzó a cambiar la perspectiva y la idea de desarrollo es ahora desarrollo sostenible. El consumo creciente de combustibles fósiles tiene un efecto directo sobre la calidad del aire el que día a día se iba deteriorando en las ciudades, más adelante se comprobó que esto afectaba al calentamiento global del planeta, esta amenaza hizo surgir el Protocolo de Kioto y el compromiso de disminuir las emisiones de dióxido de carbono.
Todos estos factores han despertado no solo el interés sino acciones claras para encontrar nuevas fuentes energéticas que mejoren estos parámetros, es decir, que no deterioren el aire, que no contribuyan al calentamiento global y que sean renovables. Hoy están en marcha las investigaciones y aplicaciones de las energías blandas, aquellas que se extraen del sol, el viento, el agua y la tierra.
Muchas de las energías renovables como la eólica y solar, son energías degradadas, de baja temperatura y baja densidad. La ventaja que tienen es que se dispone de cantidades inmensas de estas energías y que son renovables, la limitación que existe es que por su calidad difusa, se requiere de inmensas extensiones de terreno para obtener las grandes cantidades de energía que demanda la sociedad actual, el uso de gran cantidad de extensiones produciría un deterioro del medio ambiente también inmenso.
El gran desafío para la ingeniería en este momento es hacer uso de aquella facultad que le da el nombre, el ingenio, para poder combinar en forma armónica tres aspectos que deben ser complementarios:
El desarrollo tecnológico que también signifique un mejor aprovechamiento de las fuentes energéticas.
El cuidado y protección del medio ambiente.
El desarrollo humano en toda su extensión ya que no se trata solo de producir y consumir ya que esos son medios, pero no finalidades de la vida humana.
Lo que es indudable es que en pocos años nuestro mundo cambiará radicalmente, si la ingeniería logra vencer sus desafíos nos encontraremos ante nuevas energías como la del hidrógeno y otras que están en estudio que producirán cambios tan radicales como lo fueron en su tiempo el desarrollo de la electricidad o el uso de los combustibles fósiles cuando la ingeniería creó los artefactos adecuados para su uso.
Si la ingeniería no logra vencer este desafío, y tomando en cuenta que las reservas de petróleo no durarán más allá de unas pocas décadas, entonces tendremos que enfrentar una drástica reducción de los sistemas actuales de uso de energía.
En cualquier caso, estamos en la puerta de un mundo muy diferente al que hemos vivido en los últimos años. ¿Estamos preparados para ello?