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Tierra y supervivencia

La cantidad de energía que puede almacenar una planta depende de la cantidad de luz solar que reciben sus hojas

La energía del azúcar que consumimos proviene de la remolacha azucarera o de la caña de azúcar, que han convertido en moléculas energéticas la radiación solar. La energía en el aceite de oliva proviene del olivo, que ha realizado un paso más: no solo ha convertido la energía de la radiación del Sol en azúcar, sino que, además, ha concentrado la energía del azúcar en compuestos aún más ricos en energía, las grasas. A continuación, las grasas de las aceitunas han sido exprimidas para darnos el aceite. El aceite vegetal, sencillamente, es grasa en forma líquida.

Si una planta tiene suficiente acceso a agua, minerales y dióxido de carbono (lo último normalmente no es problema para las plantas en estos tiempos de emisiones tan elevadas de dióxido de carbono…), lo que limita la cantidad de moléculas energéticas que esta puede producir es la radiación de Sol que reciben sus hojas.

Cuando hablamos de la radiación de Sol, no solo nos referimos a la radiación directa con un cielo despejado, sino que incluimos la radiación difusa e indirecta cuando hay nubes, que también puede ser utilizada por las plantas.

Arriba, la atmósfera recibe una radiación solar intensa

Después de ocho minutos de viaje desde el Sol, los rayos solares alcanzan las capas exteriores de la atmósfera de la Tierra. Así comienza un proceso complejo de reflexión y de transformaciones energéticas. Los rayos interactúan con las moléculas y las partículas compuestas en la atmósfera.

Antes del comienzo de estas transformaciones, cada metro cuadrado, en el ángulo perpendicular de la radiación, recibe 1.366 W.

Luego, se refleja una parte de la radiación hacia el espacio y una porción de la radiación UV es absorbida por la capa de ozono. Sin embargo, si no hay nubes, la mayor parte de la radiación alcanza de lleno la superficie de la Tierra.

La cantidad de radiación solar sobre una determinada superficie, depende del ángulo del Sol

La cantidad de energía solar que recibe, finalmente, una cierta ubicación de la Tierra por unidad de tiempo depende del ángulo del Sol. La mayor cantidad de energía por área se recibe cuando la luz cae en un ángulo perpendicular a la Tierra. Esto pasa cuando el Sol está en el cenit, es decir, en el centro del cielo. Cuanto más bajo está el Sol en el cielo, más oblicuamente incidirán los rayos y menos radiación alcanzará la superficie terrestre.

El ángulo por el que llegan los rayos del Sol a un sitio específico, depende de la latitud (es decir, su distancia desde el ecuador), de la estación y de la hora.

Un metro cuadrado de la superficie de la Tierra situado en un ángulo perpendicular a los rayos del Sol recibe un efecto de unos 1.000 W. Esto sucede, por ejemplo, a mediodía en los trópicos. No obstante, también en latitudes más altas se pueden producir efectos parecidos si una superficie estuviese lo bastante inclinada para alcanzar al mediodía una incidencia solar casi perpendicular. Por ejemplo, en el hemisferio norte, en una superficie inclinada orientada hacia el sur. Una placa solar con la correcta inclinación puede recibir este tipo de efecto a mediodía en verano. Por esto, los viñedos alemanes reciben grandes cantidades de Sol, ya que están situados en escarpadas terrazas correctamente orientadas.

Pero como la mayor parte del terreno no está inclinado de esta manera, la mayoría de las tierras en las latitudes altas no reciben tanta cantidad de energía solar como en los trópicos.

Cada metro cuadrado de terreno europeo recibe hasta 500 W

El territorio europeo se encuentra más o menos a mitad de camino entre el ecuador y el polo norte, en el área de 50-60^o latitud norte. Como media aproximada, se puede calcular que la incidencia será la mitad que la de los trópicos, es decir, 500 W, a mediodía en verano.

Si suponemos, todavía de forma muy aproximada, la estación de cultivo entre mayo y agosto, es decir 4 meses y una incidencia de 500 W durante 12 horas diarias, obtendremos una energía anual de 500 x 4 x 30 x 12 x 60 x 60 = 2.592.000.000 J, o unos 3.000.000 kJ por metro cuadrado.

La energía media que recibe un metro cuadrado de terreno en Europa durante un año puede ser, entonces, de 3.000.000 kJ. ¿Qué cantidad de esta energía utilizan las plantas cultivadas?

Un metro cuadrado de terreno puede dar 600 g de trigo

Las condiciones del cultivo de trigo son muy diferentes en las diversas partes del mundo. También dentro de Europa las diferencias entre países y regiones son grandes, dada la gran variedad del clima, la geología y los métodos de cultivo. Terrenos muy productivos, trabajados con las técnicas más intensas, pueden producir 1.000 g de trigo por metro cuadrado. Pero la media de toda Europa es de 600 g.

Los 3.000.000 kJ de energía recibidos cada año en cada metro cuadrado constituyen entonces la energía accesible para el trigo que crece allí. Pero ya sabemos que la fracción verde del espectro solar se refleja y no es utilizada en la fotosíntesis. Además, muchos rayos yerran su camino hacia las hojas y se estrellan en la tierra desnuda.

Podemos hacernos una idea de la eficiencia energética en el cultivo de trigo, comparando la energía total que llega al cultivo con la energía que finalmente se origina en este cereal.

100 g de trigo contienen 1.450 kJ. Esta cifra se refiere solo a la energía existente en los granos. Algo de energía también hay en la paja, pero por el momento nos interesaremos por la que llega a la mesa del comedor.

En los 600 g de trigo cosechados en un metro cuadrado de terreno, hay 6 x

1.450 = 8.700 kJ. En consecuencia, la eficiencia energética del cultivo de trigo es de 8.700/3.000.000 = 0,3%.

Las patatas contienen aproximadamente la misma energía por metro cuadrado que el trigo

No todos los terrenos son adecuados para el trigo y, además, muchas regiones del mundo basan más su alimentación en otras fuentes de almidón.

Globalmente, las patatas son, como fuente de energía, de la mayor importancia para el ser humano. Pero si el cálculo de la eficiencia energética media era difícil en el trigo, los cultivos de patatas evidencian una diversidad aún mayor y, como consecuencia, también mayores problemas de cálculo.

Pero podemos hacer un ensayo con un promedio de cosecha de patatas de 2,6 kg por metro cuadrado. En 100 g de patata hay 326 kJ. Entonces, nuestro metro cuadrado da 2,6 x 10 x 326 = 8.476 kJ. En la práctica, idéntica cifra que la cantidad de energía recogida en el cultivo de trigo convencional.

Los humanos no pueden acceder al contenido energético de la celulosa

Obviamente, la planta del trigo, para poder almacenar energía en sus granos, tiene que ser un organismo entero y ha de tener hojas que puedan recoger la luz del Sol y un tallo que soporte estas hojas y, más tarde, también los granos. Cuando el trigo madura, las hojas y los tallos se secan y mueren, y así, se tiñen de amarillo los campos al final del verano. La cosechadora separa los granos del resto de la planta muerta. El campo de trigo no solo produce los granos de trigo sino también paja. La mayor parte de las sustancias en la paja se componen de los mismos materiales, como el almidón de los granos, pero estas están enlazadas de un modo que convierte el producto en indigesto para nuestro estómago. Tampoco digerimos la hierba o la madera. El elemento problemático en la paja y la hierba es la celulosa, que constituye la mitad del peso seco de la madera.

Así pues, el contenido energético de la hierba y la madera que ha sido producido por la fotosíntesis no puede ser utilizado directamente por los humanos.

Sin embargo, la celulosa que contiene la hierba puede ser empleada por animales rumiantes, como vacas, ovejas y cabras. El contenido energético de la leche en forma de lactosa y grasa proviene en parte de la energía solar capturada por la hierba. El color blanco de la leche se debe a gotitas desmenuzadas de grasa y proteína.

Por lo tanto, los terrenos no adecuados para el cultivo de trigo o patatas pueden contribuir a la transmisión de energía a los humanos. Muchas formas de agricultura tradicionales incluyen el aprovechamiento de terrenos para usos marginales, pastos para vacas, ovejas y cabras, algo que ha influido mucho en el paisaje.

La importancia de esta forma tradicional de expandir la superficie que proporciona alimento a los humanos no debe ser excesiva. Solo los rumiantes pueden ayudarnos de este modo a utilizar terrenos al margen del cultivo agrícola. Cerdos y gallinas, por ejemplo, no son rumiantes y no pueden cumplir esta función de “expandir” el terreno utilizable por los humanos.

Un metro cuadrado de caña de azúcar proporciona casi 800 g de azúcar

Un cultivo convencional de azúcar en Sudamérica da, habitualmente, 7,5 kg de caña tierna por metro cuadrado. Antes de la cosecha, las hojas secas se queman y el método tradicional de cultivar es cortar las cañas preservando la raíz, con el fin de que esta eche brotes al año siguiente. Las cañas quemadas y cosechadas pesan aproximadamente 5,8 kg.

Cada kilogramo de caña cosechado después de ser exprimido aporta unos 740 g de zumo crudo de azúcar. Después de la evaporación del agua, quedan unos 145 g de azúcar crudo (panela). El contenido energético en 100 g de azúcar es de 1.700 kJ. Nuestro metro cuadrado de cañas nos da pues, 5,8 x 135 = 783 g de azúcar, con un contenido energético de 783 x 1.700/100 = 13.300 kJ.

Estos 13.300 kJ por metro cuadrado de cultivo de azúcar en los trópicos pueden ser comparados con los 8.700 kJ de nuestro cultivo europeo de trigo. El cultivo tropical nos proporciona un 50% más de energía, reflejando la mayor cantidad de energía solar que recibe el terreno en el trópico por su menor latitud. La eficiencia en captar energía solar es más o menos igual en cultivos tropicales y templados, en un caso típico alrededor del 0,2%.

El procedimiento fotovoltaico suministra cien veces más energía por metro cuadrado que el cultivo para producir etanol

Hoy en día, los precios de los alimentos se han visto muy influidos por el hecho de que grandes superficies de azúcar y maíz se estén dedicando a la producción de etanol (a través de la fermentación del almidón) para vehículos.

Sin embargo, los vehículos también pueden ser propulsados por electricidad a partir de paneles fotovoltaicos.

La eficiencia de la generación fotovoltaica se encuentra entre el 14 y el 22%, unas cien veces más que la energía obtenida por metro cuadrado en el cultivo de azúcar, contemplándolo antes de las considerables pérdidas por la conversión de la energía obtenida de la caña de azúcar en etanol, que es la energía que se emplea en los vehículos.

Asimismo, dado que los paneles fotovoltaicos pueden ubicarse en lugares donde es imposible que haya cultivos o pastos, como en los desiertos, esta técnica abre nuevas posibilidades para incrementar la superficie accesible para los humanos y adecuar más terreno para el cultivo agrícola.

Más de la mitad de la energía que contiene la uva se queda en el vino

En la producción de vino se emplean grandes superficies. La vid se encuentra bien en terrenos áridos y sus raíces pueden hallar agua a gran profundidad. Por esto, no es seguro que se puedan cultivar otras plantas alimentarias en terrenos que hoy son viñedos. Además, la vid no es algo que se cultive un año para luego cosechar otro producto al siguiente, como es el caso, por ejemplo, del trigo. El cultivo de la uva se sigue año tras año en el mismo terreno, con las mismas vides.

La mayor parte de las uvas se utilizan para la producción de vino. Durante la fermentación, el azúcar de la uva se transforma en alcohol y dióxido de carbono. El dióxido de carbono se elimina (si no se trata de producción de vino espumoso, en que se retiene una parte) y el alcohol permanece.

En el proceso de fermentación, se pierde alrededor del 40% del contenido energético del azúcar de la uva. El otro 60% perdura en forma del alcohol en el vino.

La misma argumentación sirve para otras cosechas utilizadas para la producción de alcohol, como patatas y trigo (vodka), caña de azúcar (ron), cebada (whisky), arroz (sake), etcétera. Alrededor de un 60% del contenido energético de la planta en cuestión permanece; así pues, las bebidas alcohólicas pueden constituir una parte importante de la ingesta calórica. Una copa de vino puede contener hasta 100 kcal; dos copas, en este caso, proporcionarían una décima parte de la necesidad energética diaria. El cultivo de materia prima para la producción de vino y otras bebidas alcohólicas, en este sentido, no puede considerarse realmente como una pérdida del terreno cultivable. Dado que el proceso de las plantas hasta la carne significa una pérdida del 90% de la energía, el cultivo dedicado a cosechar alimento para dar de comer a los cerdos representa un menoscabo cinco veces mayor.

Cada ser humano necesita cada día un metro cuadrado para mantenerse por encima del límite de la inanición

Volviendo a nuestro cultivo de trigo, podríamos constatar que un metro cuadrado proporciona 8.700 kJ al año. Ahora vamos a utilizar esta cifra para responder a la pregunta: ¿cuántos metros cuadrados necesita un ser humano para su alimentación?

Una persona en reposo consume un promedio de 100 W, es decir, 100 J/s. Esto implica que durante un día esta persona gasta 100 x 24 x 60 x 60 = 8.640 kJ. Para cubrir la necesidad energética de un día necesita, por lo tanto, un metro cuadrado, más o menos, y durante un año, 365 metros cuadrados.

No obstante, para poder trabajar este terreno no es suficiente un nivel básico de metabolismo. Un esfuerzo medio para trabajar la tierra manualmente incrementa el metabolismo unas cinco veces. Necesitamos animales para afrontar el trabajo más duro y terreno adicional para alimentar estos animales. Incluyendo también cierto margen para prever años secos, precisaremos cinco veces la superficie o unos 1.600 metros cuadrados. Además, para obtener semillas para la siembra del año siguiente tendremos que cultivar más de lo que pensábamos dedicar para nuestra alimentación, pongamos que unos 2.000 metros cuadrados en total. ¡Pero solo conseguiremos trigo y, si alguna vez, queremos comer carne, todavía tendremos que invertir diez veces más en contenido energético! Hay que tener en cuenta que otros 500 metros cuadrados, por ejemplo, solo nos proporcionaría la energía animal correspondiente a 50 metros cuadrados de energía vegetal. Sin embargo, es el modo habitual para obtener la proteína: sacrificar la abundancia de terreno que exige la producción de carne o pollo. Y, de repente, pasamos a los 2.500 metros cuadrados.

A lo sumo, disponemos de 2.000 metros cuadrados de campo cultivado por persona

La población mundial es de 7 mil millones de personas, mientras que hay unos 14.000 mil millones de metros cuadrados de campo cultivado intensamente (arado). Esto significa 2.000 metros cuadrados por persona. Dado que los cultivos “de lujo” como el café, el té y el vino no se labran, estos terrenos no se incluyen en estas cifras. Tampoco los terrenos dedicados al pasto. Por otro lado, el terreno utilizado para el cultivo de algodón está incluido, aunque no contribuya al abastecimiento de energía a los humanos.

Muchos de estos campos son delicados y están sujetos al riesgo de erosión por lluvias o vientos. La irrigación también puede constituir una amenaza a largo plazo.

Gran parte del terreno por cápita mundial que queda después de sustraer los metros cuadrados para combustible biológico no está dedicado a comida que vaya directamente a la mesa. Una fracción considerable se utiliza para alimentar vacas, cerdos y pollos y sostener su metabolismo. Puesto que este desvío significa perdidas energéticas de un 90%, 100 g de trigo para un cerdo implica que en la carne permanece la energía correspondiente a 10 g.

El número de humanos que pueden vivir en la Tierra no es una cifra absoluta

Las estimaciones sobre el número de personas que el planeta Tierra puede sostener dependen de suposiciones sobre, por ejemplo, el estándar de vida y los derechos de otras especies a los bosques silvestres. Además, para que estos cálculos se consideren adecuados, han de tener como punto de partida una agricultura sostenible y aquí llegamos a la cuestión de saber el número de humanos que puede sostener la Tierra durante miles de años. Como la información sobre el grado de sostenibilidad de las diversas formas de agricultura y pesca hoy en día no es en absoluto suficiente, es delicado presagiar nuestro futuro lejano. Hay varios signos de que muchas de las formas de agricultura actuales tienen problemas de sostenibilidad. La dependencia de energía no renovable, la acumulación de metales pesados y la erosión, entre otros, complica establecer la agricultura contemporánea como punto de partida para efectuar los cálculos.

Asimismo, hay un conflicto fundamental biológico-ético en el hecho de que una especie (la nuestra) se apropie de superficies cada vez más gigantescas en perjuicio de otras especies. La enorme destrucción de los hábitats de otras especies, como a cada segundo ocurre en el bosque tropical, tiene su precedente, por ejemplo, en la transformación experimentada por Europa, que, de un continente eminentemente boscoso, pasó a convertirse en una zona escasamente frondosa. Inglaterra casi no tiene bosques y Alemania y Francia hoy solo los tienen en la mitad de su superficie. Los cultivos de trigo que hoy en día mantienen los europeos, obviamente, se encuentran donde antes había bosques con una fauna y una flora abundantes.

Ningún campo es éticamente incuestionable. Cada metro cuadrado que el ser humano cultiva ha sido robado a especies que estaban antes que nosotros. Esta problemática y la subsiguiente humildad faltan en las discusiones sobre la resistencia de la Tierra.

La urbanización disminuye rápidamente la superficie cultivada

Los campos de hoy se destruyen rápidamente por la erosión y por otros procesos más lentos. En EEUU se calcula que estos procesos cada año convierten en inutilizables diez mil millones de metros cuadrados.

Sin embargo, la amenaza más grande es la urbanización. Edificios y carreteras se construyen donde hay humanos y los humanos viven donde es posible cultivar. Cuando la población y el consumo aumentan, la necesidad de edificios y de carreteras también se incrementa. Para seguir con cifras de EEUU, algunos cálculos indican que cada ciudadano origina 5.000 metros cuadrados de urbanización. Es decir, con cada nueva persona se pierden 5.000 metros cuadrados de nuestra base de supervivencia.

China tiene los mismos problemas. Enormes superficies de cultivo se transforman cada año en edificios y carreteras, al mismo tiempo que una población demanda una cuota cada vez mayor de carne en la alimentación.

La tendencia es la misma en todo el mundo y, obviamente, no es sostenible. Enormes ajustes hacia estas realidades son de esperar en las próximas décadas.