El oro solar y otras fuentes de energíA




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EL ORO SOLAR Y OTRAS FUENTES DE ENERGÍA



Autor Juan Tonda

Primera edición, 1993

Dibujos: Alberto R. García, sobre diseños del autor

La Ciencia desde México es proyecto y propiedad del Fondo de Cultura Económica, al que pertenecen también sus derechos. Se publica con los auspicios de la Subsecretaría de Educación Superior e Investigación Científica de la SEP y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología.

D.R. © 1993, FONDO DE CULTURA ECONÓMICA, S.A. DE C.V.

Carretera Picacho-Ajusco, 227; 14200 México, D.F:

ISBN 968-16-4286-4

Impreso en México
INTRODUCCIÓN

1. LA ENERGÍA ES DELEITE ETERNO

EN 1881, en la calle Pearl de la ciudad de Nueva York, Thomas Alva Edison, mejor conocido como "el mago de Menlo Park" construyó la que fue, junto con la estación Holborn Viaduct de Londres, la primera planta de potencia para generar energía eléctrica. La de Edison iluminaba parte de Nueva York mediante una instalación de alumbrado en paralelo. Antes de esa fecha, si fallaba alguna lámpara, ¡toda la ciudad se quedaba sin luz!, como sucede con las series de luces de los arbolitos de Navidad. Actualmente, ¿qué ocurriría si cuando fallara un foco toda la ciudad se quedara sin luz? Ni siquiera lo consideramos como una posibilidad. Conectar la clavija de cualquier aparato eléctrico nos parece lo más natural. Sin embargo, tener la posibilidad de hacerlo requirió de muchos años, desde que se descubrieron las leyes de la electricidad y el magnetismo hasta que se construyó la primera planta eléctrica de potencia.

Pero, a su vez, la construcción de la primera planta eléctrica necesitó la invención del foco, logro que disputaron Thomas A. Edison y Joseph Wilson Swan.

En el debate entre Edison y Swan, decía el primero, refiriéndose a Swan: "Ahí lo tienen. Tan pronto como alguien consigue hacer algo bueno, no faltan otros tipos que salen con la novedad de que hace años lograron lo mismo."

Swan, quien permaneció callado durante mucho tiempo, escribió en la revista Nature, en enero de 1880:

Hace quince años utilicé cartón y papel carbonizado en la fabricación de una lámpara eléctrica basada en el principio de la incandescencia. La hice en forma de herradura, tal como dicen ustedes que la está usando ahora el señor Edison. Entonces no logré obtener la duración que buscaba, pero desde entonces he hecho muchos experimentos y creo que durante los últimos seis meses conquisté completamente la dificultad que había causado mi anterior fracaso; ahora puedo producir una lámpara eléctrica duradera por medio de carbones incandescentes.

Años después, antes de que se realizara el juicio por la primacía del invento, Swan y Edison se unieron y formaron la compañía Edison and Swan United Electric Company, Ltd. que más tarde se convertiría en la General Electric.

En la época de Edison se producía energía eléctrica para iluminar las ciudades con los primeros focos eléctricos; el problema fundamental que éstos presentaban era no disponer de un filamento duradero (véase la figura 1).


Figura 1. Diagrama de un foco en el que pueden apreciarse las partes que lo componen.
Los avances tecnológicos se asimilan rápidamente. Sin embargo, olvidamos con facilidad la historia de su desarrollo y cuáles son sus principios de operación. La primera locomotora, por ejemplo, provocó serias protestas de los ingleses por las elevadas velocidades que alcanzaba. En México, la ciudadanía también protestó cuando aparecieron las primeras bicicletas que circulaban por la Alameda central; hoy, ¿cuántos ciclistas se atreven a circular por las calles de la capital? ¿Cuando prendemos un foco, sabemos que tiene un filamento de tungsteno y torio que permite que dure 750 horas encendido?

A través de los años el hombre ha perfeccionado la capacidad de hacer trabajos que requieran grandes esfuerzos físicos, para dejar a las máquinas las tareas pesadas y dedicarse a labores más creativas; sin embargo, como consecuencia ha aumentado el consumo de energía por habitante, el cual es más alto en los países desarrollados. Por otro lado, las máquinas han acortado el tiempo que se requería para desempeñar muchas actividades, por lo cual es fundamental producir energía utilizable a través de las diferentes fuentes. Cuando se habla de energéticos nos referimos al aprovechamiento de dichas fuentes, así como a su óptima utilización.

Los energéticos han evolucionado a lo largo de la historia. Primero se utilizó la energía mecánica de los músculos para efectuar las labores pesadas. Posteriormente, las "bestias" de carga y la tracción animal facilitaron aún más el transporte de cargas pesadas. Aquí vale la pena aclarar que los animales, incluido el hombre, necesitan de una fuente de energía fundamental para efectuar trabajo: los alimentos. De esta forma, los alimentos eran y son la fuente energética fundamental para desempeñar cualquier actividad.

La madera ocupó durante muchos siglos el primer lugar como fuente energética y hoy se sigue utilizando ampliamente, sobre todo en el campo. Desde que el hombre hizo la primera fogata, hasta ahora que se calienta en una chimenea casera, han pasado miles y miles de años. Posteriormente, el empleo del carbón ocasionó que se abandonara la leña como combustible fundamental. Además, su transformación en coque y el invento de la máquina de vapor marcaron un cambio tecnológico, económico y social de gran importancia: la Revolución Industrial.

Pocos años antes del inicio de la primera Guerra Mundial se empezó a emplear el petróleo y el gas. Antes de que terminara la segunda Guerra Mundial, Fermi realizó la primera reacción nuclear controlada y en la década de los años cincuenta aparecieron los primeros reactores nucleares comerciales, que aprovechan la energía calorífica producida por la fisión o rompimiento de los núcleos atómicos. En la década de los cincuenta y sesenta el petróleo y el gas desplazaron al carbón, situación que prevalece hasta nuestros días. Entre 1960 y 1985 proliferó la construcción de reactores nucleares, sobre todo en los llamados países desarrollados como EUA, Francia, la ex Unión Soviética (hoy Comunidad de Estados Independientes), Japón, la ex Alemania Federal, Inglaterra, etcétera. Posteriormente, los países en vías de desarrollo como India, Argentina, Brasil y México construyeron sus primeras centrales nucleoeléctricas.

Hasta 1990 había 424 reactores nucleares en todo el mundo. Actualmente se siguen construyendo centrales nucleoeléctricas, pero en un porcentaje decreciente, entre otras razones debido a los accidentes nucleares, los desechos radiactivos y los movimientos ecologistas internacionales. Algunos países, como México, que en la década pasada tenían un ambicioso programa nucleoeléctrico, han preferido continuar con el petróleo como principal fuente de energía y diversificar el aprovechamiento de ésta con distintas fuentes energéticas (geotermia, carbón, energía hidráulica, petróleo, energía nuclear, energía solar y eólica). Pese a lo anterior, los recursos energéticos que posee cada país constituyen un factor importante para adoptar una política energética. Un país sin petróleo, carbón, geotermia y con baja insolación o soleamiento, difícilmente puede aprovechar distintas fuentes de energía.

La transformación de las fuentes de energía en diversas formas de energía utilizables nos proporciona gran cantidad de beneficios: tener electricidad, agua caliente, gas para cocinar, calefacción, refrigeración, ventilación, transporte, etcétera.

La energía hidráulica, la que se obtiene del petróleo, el gas, la energía eólica o de los vientos y la que se obtiene de la biomasa tienen un origen común: la energía del Sol. Por otro lado, las fuentes de energía que no tienen un origen solar son: la energía de la fisión nuclear, la geotermia y la que se obtiene de las mareas. La fusión nuclear es un caso aparte, dado que se reproducen en condiciones artificiales las reacciones termonucleares de fusión que tienen lugar en el núcleo de nuestra estrella: el Sol. La energía solar es producto de las reacciones de fusión nuclear que ocurren en el Sol; así, la energía que recibimos del Sol tiene como origen la energía nuclear.

Según una de las teorías más aceptadas, el petróleo, el gas y el carbón provienen de la descomposición de organismos vegetales y animales que vivieron hace 300 millones de años y que fueron sepultados bajo el suelo marino y continental. Por otro lado, en las plantas se lleva a cabo la fotosíntesis debido a la acción de los rayos solares y éstas almacenan aproximadamente el 1% de la energía solar recibida. Así, los combustibles fósiles como el petróleo, el gas y el carbón, la energía que se obtiene de las plantas, árboles, desechos orgánicos y los alimentos que consume el hombre son de origen solar. La energía que las centrales hidroeléctricas aprovechan de los ríos se debe a la evaporación del agua de los océanos, provocada por el calentamiento de los rayos solares. Posteriormente, al caer el agua desde diferentes alturas, se transforma la energía potencial de los ríos en energía eléctrica. El viento se origina por la diferencia de temperaturas en la atmósfera terrestre, provocada por la forma en que inciden los rayos solares, en combinación con la rotación de la TierraSin embargo, la energía solar se origina por la fusión de los núcleos atómicos, donde se funden elementos ligeros como el hidrógeno y en el proceso se liberan grandes cantidades de energía en forma de calor, que se calculan usando la famosa fórmula de Einstein que proporciona la equivalencia entre masa y energía: E=mc² (donde E es la energía, m la masa y c la velocidad de la luz); parte de la masa de los núcleos atómicos se transforma en energía calorífica, que es precisamente la que el Sol nos proporciona en forma de radiación. Por ejemplo, si se unen cuatro núcleos de hidrógeno se forma helio, electrones positivos (positrones), rayos gamma y calor. Si se calcula la masa de los productos antes y después de la reacción de fusión nuclear se observará una diferencia o defecto de masa faltante después de la reacción. Debido a que la energía debe conservarse antes y después de la reacción, la masa faltante se transforma en energía calorífica. En el caso de la reacción mencionada, cuando se fusionan cuatro núcleos de hidrógeno se produce un núcleo de helio, neutrinos, positrones, rayos gamma y se liberan 25.7 MeV (megaelectrón-volts) de energía calorífica. Para darse una idea de lo que representa esta cantidad, la fusión nuclear que tuviera lugar en un pequeño cuarto de dos metros por lado bastaría para producir más energía que el reactor de Laguna Verde.
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