Читать книгу Energía y civilización. Una historia - Vaclav Smil - Страница 7

Todas las formas conocidas de energía son críticas para la existencia humana. Esta realidad excluye cualquier tipo de clasificación por importancia. En buena medida, el curso de la historia se ha visto determinado y circunscrito tanto por flujos de energía universales y planetarios como por sus manifestaciones locales o regionales. Las características fundamentales del universo dependen de la energía gravitacional, que ordena incontables galaxias y sistemas estelares. La gravedad también mantiene nuestro planeta a la distancia adecuada del Sol y genera una atmósfera suficientemente masiva para que la Tierra sea habitable (recuadro 1.1).

Como en cualquier estrella activa, la fusión alimenta al Sol y el producto de dicha reacción termonuclear llega a la Tierra en forma de energía electromagnética. Su flujo se extiende en un amplio espectro de longitudes de onda, incluida la luz visible. Cerca del 30% de este enorme flujo es reflejado por las nubes y la superficie, cerca del 20% es absorbido por la atmósfera y las nubes, y el resto —aproximadamente la mitad del total— es absorbido por los océanos y los continentes, se convierte en energía térmica y vuelve después al espacio (Smil, 2008a). La energía geotérmica de la Tierra genera un flujo de calor mucho más pequeño: resulta de la acumulación gravitatoria original de la masa planetaria y la descomposición de la materia radiactiva e impulsa grandes procesos tectónicos que siguen reordenando océanos y continentes y causan erupciones volcánicas y terremotos.

RECUADRO 1.1

Gravedad y habitabilidad de la Tierra

La tolerancia límite de los metabolismos basados en el carbono viene determinada por el punto de congelación del agua, cuya forma líquida es necesaria para la formación de moléculas orgánicas y sus reacciones (límite inferior), y por las temperaturas y presiones que desestabilizan los aminoácidos y descomponen las proteínas (límite superior). La zona habitable de la Tierra —región orbital que garantiza condiciones óptimas para que un planeta albergue vida— es muy estrecha (Perkins, 2013). Un cálculo reciente concluye que estamos todavía más cerca del límite de lo que pensábamos antes: Kopparapu et al. (2014) explican que, dada su composición y presión atmosférica, la Tierra orbita en el borde interior de la zona habitable, justo fuera del radio donde un efecto invernadero desbocado generaría temperaturas intolerablemente altas.

Hace aproximadamente dos mil millones de años, el océano, las arqueas y las algas secuestraron suficiente dióxido de carbono como para evitar este efecto en la Tierra. Si el planeta hubiera estado un 1% más alejado del Sol, casi toda su agua estaría encerrada en glaciares. Incluso con temperaturas incluidas dentro de una franja óptima, el planeta no hubiera podido soportar una vida altamente diversificada sin su singular atmósfera, mayoritariamente formada por nitrógeno, enriquecida por el oxígeno proveniente de la fotosíntesis y con una serie de importantes gases traza que regulan la temperatura de la superficie. Por último, este delgado envoltorio gaseoso no podría haber persistido si el planeta no hubiera sido lo suficientemente grande como para ejercer la gravedad adecuada para mantener la atmósfera en su lugar.

Solo una pequeña parte de la energía radiante entrante (menos del 0,05%) se transforma mediante fotosíntesis en nuevas reservas de energía química en forma de plantas, que proporcionan la base de cualquier forma de vida superior. El metabolismo reorganiza los nutrientes en tejidos en crecimiento y mantiene las funciones corporales y la temperatura constante en todas las especies superiores. La digestión también genera la energía mecánica (cinética) de los músculos. La transformación de energía en los animales está inherentemente limitada por el tamaño de los cuerpos y la disponibilidad de alimento. Una característica distintiva fundamental de nuestra especie ha sido la extensión de estos límites físicos mediante el uso más eficiente de los músculos y el aprovechamiento de energía exterior a nuestro propio cuerpo.

Esta energía extracorporal ha sido progresivamente desbloqueada por el intelecto humano y utilizada para un número creciente de tareas en forma de motores primarios más potentes y combustibles (cuya combustión libera calor). Los detonantes del suministro de energía dependen del flujo de información y de una enorme variedad de artefactos. Estos dispositivos han abarcado desde herramientas tan sencillas como piedras y palancas hasta complejos motores de combustión y reactores de fisión nuclear. La secuencia evolutiva e histórica básica de estos avances es fácil de describir en términos cualitativos amplios. Como ocurre con cualquier organismo no fotosintetizante, el principal requisito energético del ser humano es la alimentación. La caza y recolección de los homínidos se parecieron mucho a las prácticas de adquisición de alimentos de sus antepasados primates. Aunque algunos primates —así como otros mamíferos (como las nutrias y los elefantes), algunas aves (cuervos y loros) e incluso algunos invertebrados (cefalópodos)— han desarrollado un pequeño repertorio de herramientas rudimentarias (Hansell, 2005; Sanz, Call y Boesch, 2014; figura 1.2), solo los homínidos han hecho de la fabricación de herramientas una marca distintiva de su comportamiento.

Figura 1.2 Un chimpancé (Pan troglodytes) en Gabón abre nueces con una herramienta (Corbis).

Las herramientas nos han otorgado una ventaja mecánica a la hora de adquirir alimento, cobijo y ropa. El dominio del fuego amplió muchísimo nuestro rango de asentamiento y nos distanció aún más de los animales. Nuevas herramientas condujeron al uso de animales domesticados, la construcción de máquinas más complejas alimentadas por músculos humanos y animales, y la conversión de una pequeña fracción de la energía cinética del viento y el agua en energía útil. Estos nuevos motores primarios multiplicaron la energía que éramos capaces de controlar, aunque durante mucho tiempo su uso estuvo circunscrito por la naturaleza y magnitud de los flujos capturados. El caso más evidente es el de las velas, antiguas y eficaces herramientas cuya capacidad estuvo restringida durante milenios por los flujos de viento y las corrientes oceánicas. Estos grandes flujos dirigieron los viajes transatlánticos europeos de finales del siglo XV hacia el Caribe. También impidieron que los españoles descubrieran Hawái, a pesar de que los barcos mercantes españoles —conocidos como galeones de Manila— cruzaron el Pacífico una o dos veces al año desde México (Acapulco) hasta Filipinas durante 250 años, entre 1565 y 1815 (Schurz, 1939).

La combustión controlada en chimeneas, estufas y hornos convirtió la energía química de las plantas en energía térmica. Este calor se utilizó directamente en los hogares y también para fundir metales, cocer ladrillos y procesar y perfeccionar innumerables productos. El uso de combustibles fósiles hizo más habituales y eficientes todos estos usos directos tradicionales del calor. Gracias a una serie de inventos cruciales, pudimos convertir la energía térmica de la quema de combustibles fósiles en energía mecánica (primero en motores de vapor y de combustión interna y más adelante en turbinas de gas y cohetes). Desde 1882 hemos generado electricidad mediante la quema de combustibles fósiles y el aprovechamiento de la energía cinética del agua y desde 1956 mediante la fisión de un isótopo de uranio.

La quema de combustibles fósiles y la generación de electricidad crearon un nuevo tipo de civilización energívora que hoy abarca todo el planeta y cuyas fuentes de energía primaria incluyen una pequeña pero rápidamente creciente proporción de nuevas fuentes renovables, especialmente la energía solar (aprovechada mediante dispositivos fotovoltaicos o en centrales de energía termosolar de concentración) y la eólica (obtenida mediante grandes turbinas eólicas). A su vez, estos avances se han basado en una concatenación de acontecimientos anteriores. Por utilizar una analogía con los modelos de flujos: para liberar el flujo de la creatividad humana tuvieron que configurarse y activarse primero un conjunto de compuertas o válvulas en el orden adecuado.

Las principales compuertas que deben configurarse y activarse para liberar grandes potenciales energéticos son el acceso a la educación, un sistema jurídico estable y predecible, un sistema económico transparente, la disponibilidad de capital suficiente y condiciones adecuadas para la investigación fundamental. Por consiguiente, no es sorprendente que el crecimiento cuantitativo y la mejora cualitativa de los flujos de energía existentes —así como la difusión de fuentes de energía completamente nuevas— a menudo requiera varias generaciones. La cronología, la capacidad global y la composición de los flujos de energía que resultan de todos estos cambios son extremadamente difíciles de predecir. E incluso cuando dichas transiciones se ponen en marcha, es imposible evaluar el impacto que un cambio de motor primario o combustible tendrá en la agricultura, la industria, el transporte, las urbes, la guerra o el medio ambiente. El análisis cuantitativo es esencial para comprender nuestros límites y éxitos y requiere conocer conceptos y medidas científicos básicos.