La importancia cualitativa de la materia y la energía

De sobra es conocido el primer principio de la termodinámica o principio de conservación de la energía (La energía, ni se crea ni se destruye, se transforma) y la ley de Lavoisier o de conservación de la masa (La masa de los reactivos es igual a la masa de los productos). No es casualidad que ambas leyes se parezcan ya que, como Einstein demostró, materia y energía están relacionadas y pueden transformarse la una en la otra.

Es necesario matizar que estas leyes por sí mismas definen pero no explican los cambios que ocurren en los sistemas termodinámicos y químicos. Es decir, la aplicación directa de ambos principios nos llevaría a decir que podríamos obtener energía de cualquier cosa (y no como ocurre en la realidad, de un combustible, por ejemplo). Dicho de otra manera, si necesitamos calentar un café y esto supone cederle energía por valor de 10 kJ, no necesitaríamos calentar en un fogón o en un microondas. Simplemente, del mismo aire ambiente, podría nutrirse de esa energía suficiente pasado cierto tiempo. Esto que se menciona aquí es rigurosamente cierto: la energía del aire en una habitación es enorme, y por tanto no debería haber ningún problema en que nuestro aire ambiente se enfriara un poquito y nos cediera gustosamente calor para nuestro café.

Obviamente, la experiencia nos dice lo contrario. Nunca hemos visto hervir un café expuesto al aire, sin ninguna fuente de calor cercana. Aunque, insisto, el aire tendría más que energía suficiente para hacer hervir el café. Con esto debemos entender que no sólo es necesario que haya energía en el entorno para hacer cualquier actividad, como por ejemplo, calentar, sino que es requisito indispensable que esta energía sea de calidad.

Lo mismo ocurre con la materia. No es posible, en principio, usar excrementos como alimento, ya que su calidad nutritiva (que en definitiva podemos considerar energética) es muy pequeña respecto a cualquier alimento, hasta tal punto que, dejando a un lado la intoxicación más que probable, sería muy complicado obtener nutrientes de material agotado, a pesar de que químicamente contienen los mismos elementos, o gran parte de éstos.

La calidad de la energía se puede calcular a través de varias magnitudes, entre ellas la más famosa es la exergía. Personalmente, es una magnitud que me disgusta, ya que se pierde la perspectiva científica del fenómeno en gran parte, pero es bastante intuitiva y divulgativa. Una fuente con mucha exergía o mucha calidad energética sería aquella que, por ejemplo, produjera una temperatura muy alta en relación con el ambiente. Aunque se entrega la misma energía, una fuente de energía que produzca 10 kJ a 300ºC es de mejor calidad que otra que produzca 10 kJ a 100ºC, a pesar de lo cual ambas ceden la misma energía. De la misma manera, una fuente que produzca muchos residuos es de peor calida que otra que produzca menos, ya que se obtiene energía con mucha menos materia.

Así pues, el aire, que es una fuente inmensa de energía, se muestra muy pobre e incluso incapaz de calentar ningún café, ya que su temperatura no es suficiente y las leyes naturales le impiden el aumento espontáneo de temperatura. Y sin embargo, con unos gramos de gas natural podríamos calentar el café sin problemas.