Termodinámica básica (VII)

Tras conocer todas las funciones termodinámicas en capítulos anteriores, conviene recordar que la energía es una magnitud fundamental del universo, si no la más importante de todas las magnitudes o características del mismo. Las funciones anteriores nos permiten realizar un juicio crítico de la actual situación energética mundial y pensar si las actuales fuentes de energía son realmente sostenibles o son un invento de algunos gurús que pretenden enriquecerse a costa de los honrados ciudadanos.

Como ya se vio en capítulos anteriores, la primera ley de la termodinámica admite que la energía se trasfiere de un cuerpo a otro o se transforma en otro tipo de energía mediante los mecanismos de calor y trabajo. También se aprendió que, mientras que el trabajo puede convertirse completamente en calor, el calor puede transformarse en trabajo sólo en parte, llegando a determinarse el concepto de rendimiento del proceso. El problema fundamental de la termodinámica es cómo aumentar este rendimiento lo máximo posible.

Cabría ahora preguntarse si justificacadamente las nuevas formas de energía (incluyendo las renovables) son fuentes energéticas sostenibles y acertadas desde el punto de vista termodinámico.

Optemos por analizar las energías convencionales. El carbón, el petróleo o el uranio son tecnologías maduras que además contribuyen en una proporción muy alta (por encima del 60%) al mercado energético mundial. Nótese que no estamos discutiendo cuánto tiempo van a durar estas energías o si son muy o poco contaminantes. Sólo vamos a considerar su rendimiento energético.

Sabemos que U = W +Q. Tanto en la combustión de petróleo como en la fisión del uranio (o cualquier otra fuente de energía) hay que diferenciar el mecanismo en sí (combustión, fisión) del proceso (generación eléctrica, movimiento de un vehículo, etc.). Así, podemos decir que la combustión del carbón o del petróleo es prácticamente un 100% de rendimiento, ya que la energía de Gibbs en estas reacciones es muy negativa y por consiguiente esto significa que la reacción se da prácticamente en su totalidad. Sin embargo, el proceso o ciclo puede tener un simple 30%, ya que sólo un 30% de la energía producida por la combustión se ha convertido en trabajo.

Así pues, lo que se convierte en un problema termodinámico no es la generación de energía, sino la conversión de dicha energía en trabajo. Esto podría parecer, a priori, una cuestión puramente técnica y no física, es decir, una cuestión de falta de aislamiento, mejora del proceso, etc. Sin embargo no lo es. El rendimiento máximo de un ciclo termodinámico lo determina el rendimiento del ciclo de Carnot, cuya fórmula es 1-T fría/T caliente, siendo T la temperatura. Entonces, el rendimiento del proceso estará condicionado por la temperatura máxima y mínima. Por lo general, la temperatura mínima es el ambiente o bien una temperatura situada entre la máxima y la temperatura media entre máxima-ambiente.

Pongamos un ejemplo: supongamos que tenemos que generar electricidad mediante un ciclo de combustión a 600 K y que cede su calor a 300 K. El rendimiento de Carnot sería: 1-300/600 = 0,5 (50%). En cambio, si la temperatura de combustión fuera de 3000 K, el rendimiento del proceso sería 1- 300/3000 = 0,9 (90%). Curiosamente, el ciclo de Carnot es más eficiente cuanto más alta es la temperatura del combustible, al contrario de lo que pudiera parecer (ya que habitualmente, los políticos insisten en no aumentar la temperatura de la calefacción para ahorrar energía).

Estudiemos ahora el caso de las energías renovables. Comúnmente se nos insiste en que las energías renovables son una garantía de eficiencia, rendimiento y escasa contaminación ambiental, pero deberíamos saber que...

- La energía solar no es muy eficiente: tan sólo el 14% de la energía que incide sobre un módulo fotovoltaico es convertida en electricidad (en una central de petróleo, del 40%).

- El hidrógeno como combustible requiere que o bien el agua se convierta en hidrógeno o bien un hidrocarburo (metano, por ejemplo) reaccione con agua para obtener hidrógeno. Estos dos procesos reducen considerablemente el rendimiento final y lo hace inviable como combustible (ya que en ambos procesos o bien se requiere energía adicional para fabricar hidrógeno y/o la contaminación producida es mayor que la que se obtendría sólo consumiendo combustibles).

- La biomasa no elimina la generación local de dióxido de carbono. Sus procesos son exactamente iguales que los de combustión convencional.

- La geotermia sólo reduce en un porcentaje muy bajo el consumo energético de la vivienda, a diferencia de lo que pregonan sus defensores, ya que, como en el caso del hidrógeno, sólo considera el proceso de manera aislada y no según el segundo principio de la termodinámica al ambiente.

En conclusión: la energía es otra de las muchas guerras que tendremos que librar en el siglo XXI, así que más vale que conozcamos sus pros y sus contras.

Encomendarse a Dios en los tiempos difíciles

Estos momentos tan complicados desde el punto de vista económico han hecho a más de uno encomendarse a la ayuda divina. Como niños perdidos, solicitamos la intervención de Dios, conviniendo que su poder nos librará de todos los males que estamos padeciendo.

Dejando a un lado, obviamente, la realidad transcendental de esos momentos, queda claro que la inmensa mayoría de las personas necesita creer en algún tipo de entidad divina que nos otorgue gracias en el presente y en el futuro, al mismo tiempo que nos proteja de todo mal. Esta creencia es inherente, como hemos dicho, al ser humano y en caso de querer ser sustituida, lo que se consigue es cambiar el objeto de culto aunque no el culto en sí. Es por ello por lo que se dice "creo en la ciencia" o "creo en la magia" o en cualquier otra cosa que nos permita mantener una conciencia mística entre el mundo y nuestras almas.

Hay una ventaja en encomendarse a Dios en lugar de encomendarse a la ciencia, al trabajo o al dinero. Incluso suponiendo que Dios no existiera, cosa que resulta más complicado si cabe que la demostración de su inexistencia, es mejor encomendarse a Dios que a cualquier otra cosa, ya que Dios simboliza el conjunto de todo lo bueno y de las buenas esperanzas. La ciencia puede demostrarnos fenómenos o creer en la riqueza nos puede proporcionar una visión mucho más realista de la vida. Sin embargo, creer en Dios proporciona una creencia lo bueno en sí y en la Justicia eterna. Este concepto de Justicia eterna es sinónimo de tranquilidad eterna: la tranquilidad de que por muchos pesares e injusticias que pasemos, un Dios padre nos va a conceder en última instancia una solución a cualquier problema.

Según Freud, la necesidad de un padre fue la causa del origen de las religiones. Este padre primitivo habría sido matado en sus inicios por los hijos varones para conseguir las hembras o concubinas del padre. Al sentirse culpables de este delito y evitando las confrontaciones entre los hermanos, idearon la imagen de un padre omnipotente que podría regresar del inframundo para castigar a los que se portaran mal. Estas ideas de Freud pueden ser acertadas, aunque esa hipótesis plantea más dudas que la hipótesis primera, que es la existencia de un Dios todopoderoso.

Encomendarse a Dios sólo puede tener buenas consecuencias, salvo cuando Dios es usado exclusivamente como un medio para obtener beneficios. Insistimos en que, incluso en el caso de que Dios no exista, encomendarse a Dios sólo como medio de obtener beneficios es un craso error, ya que estamos incluso desvirtuando nuestra propia conciencia. Creer exclusivamente cuando las cosas van mal no ayuda más que a lo que Marx llamaba "alienación". Así hubo en todas las épocas religiosos que motivaban a los fieles a ser temerosos de Dios, cuando Dios es precisamente lo contrario, es decir, amor. De esta manera, Dios se convierte en un ser al que temer cuando somos malos pero al que olvidar cuando las cosas van bien.

Hemos hablado de Freud y de Marx. Ambos no encuentran en Dios más que un medio de control de las mentes humanas. Para Freud, Dios no es mas que un invento de control mental de las pulsiones sexuales, mientras que para Marx Dios no es más que un intento de control del burgués de la mente y el trabajo del proletario. A estas dos versiones, habría que añadir la de Nietzsche. La visión de Nietzsche sobre Dios no es de invento de control exterior sino un tipo de control interior. Dios no sería más que la mala conciencia que impide el desarrollo completo del individuo (es decir, alcanzar el superhombre). No obstante, el concepto de Dios para Nietzsche no es tan radical como en Marx: Nietzsche no considera a Dios como algo que erradicar del individuo, sino que hay que eliminar de la vida lo que representa a Dios como excusa. Por ejemplo, si nuestra creencia en Dios nos va a excusarnos de dejar nuestras obligaciones porque es domingo, Nietzsche dirá que ese concepto de Dios ha de desaparecer de nuestra mente. De hecho, como recuerda Nietzsche, Cristo reprende a los fariseos que lo acusan de trabajar en domingo por curar, alegando que el buen pastor no deja de buscar a la oveja perdida en domingo, sin ser por ello trabajo u ofensa al sabbath.

Deberíamos pensar que nuestra vida son nuestras creencias y que lo más importante es creer en la verdad. Dios es la esencia de la verdad y por tanto, hablar de Dios es hablar de la verdad. Creer en la verdad sólo puede traer consecuencias buenas. Por tanto, creer en Dios nunca puede ser malo, salvo que Dios sea manipulado. Y ya se sabe qué ocurre cuando la verdad es manipulada.

Temores infundados al fin del mundo o al desastre natural

La amenaza de los mayas, como ya fue la profecía de principios del siglo XX tomando como base medidas de la Gran Pirámide de Keops o como fue el terror al fin de los tiempos en el año 2000, no será más que otra anécdota de mal gusto del 2012. Pasado el tiempo ya nadie se acordará de ella y llegado el caso esbozaremos alguna leve sonrisa al recordarlo.

De todas maneras no seré yo el que niegue la posibilidad de alguna hecatombe para esa fecha, no basándome en alguna profecía de pueblos primitivos como los mayas sino en datos rigurosamente científicos. El hecho de que el pueblo maya tuviera un método muy exacto de medición del tiempo no supone un mérito más allá que el que tuvieron muchos siglos antes mesopotámicos, indios o egipcios. No niego que fueran un pueblo civilizado, pero en ningún caso podemos hablar de los mayas como un pueblo culto y científico, sobre todo si los comparamos con los pueblos europeos, árabes y chinos de finales del siglo XV, donde existía desde hacía siglos una considerable evolución en la filosofía, la ciencia y las artes.

Henos aquí en la tesitura de que muy pocos conceden a este siglo XXI que no vaya a ser el siglo del colapso ecológico del planeta. Hemos dicho muchas veces en esta bitácora que la ecología es un concepto muy relativo. A la ecología le ocurre lo mismo que al tiempo atmosférico: cuando llueve y hace viento en algún lugar del mundo, tenemos la extraña sensación de que llegara algo parecido al fin del mundo (motivado muy probablemente por aquella imagen del Apocalipsis de San Juan). Sin embargo, unos km más allá, tal y como muestran los satélites, se ven amplios claros donde el sol brilla. Si alguien ha tenido la oportunidad, es muy parecido a cuando el avión sale del aeropuerto nevando o lloviendo y minutos más tarde, en la troposfera, si es de día, se puede observar un vigoroso y brillante sol que inunda todo el cielo. Así pues, en la ecología ocurre igual: pensamos que nuestra ciudad o nuestro país es el mundo o que al mundo le puede ocurrir igual.

Nada más lejos de la realidad. En los siguientes párrafos demostraremos algunas de las más grandes falacias sobre la ecología.

1. El desastre nuclear global

Las consecuencias de una hipotética guerra nuclear ya han sido muchas veces consideradas. Es el momento de pensar si esto ha sido una invención para asustarnos o tiene una base científica.

En primer lugar, habría que analizar cómo funciona una bomba atómica y qué efectos produce. Existen tres tipos de bombas atómicas: de fisión, de hidrógeno (bombas H) y de neutrones. Aunque cada una lleva consigo un mecanismo concreto, todas requieren al menos una etapa de fisión. La fisión nuclear consiste en que un elemento muy pesado (por ejemplo, el uranio o el plutonio) se rompe en elementos más pequeños. Esto conlleva que haya una liberación de energía muy alta y una posterior contaminación por radiación.

Hay algo que no debemos olvidar nunca: el primer principio de la termodinámica. La energía de un sistema puede ser modificada,  pero su valor global permanece constante. La radiactividad no es más que un fenómeno natural de algunos núcleos pesados (como el uranio) en el cual se transfiere masa y energía al romperse en otros más pequeños. Por tanto, la energía máxima que podríamos obtener de estos núcleos de uranio no sería mayor que la existente de manera natural. Incluso en las bombas H, que llevan una etapa de fusión y por tanto hidrógeno (elementos, como sabemos, presente en el agua), no tienen un mecanismo de funcionamiento capaz de generar tanta energía como para destruir el mundo, ya que esa energía está ya albergada en el mundo y no lo destruye.

Hay algo más que deberíamos añadir a esta idea y es que la radiación del planeta es constante y que por tanto un posible ataque nuclear no conllevaría una contaminación global, sino una contaminanción localizada, tal y como pasó en Chernobil o en Hiroshima, ya que no se pueden fabricar más átomos de uranio o plutonio que los que existen en el planeta. No debería insistirse más en este punto.

Lo que sí parece plausible es que ante una guerra nuclear existiera algo parecido a una nube de polvo que pudiera provocar como un enfriamiento global ante la ausencia de radiación solar. Sin embargo, es muy posible que por cuestiones catastrofistas se haya exagerado tanto el tiempo de permanencia de este polvo en la atmósfera como sus efectos de enfriamiento. Se piensa en una atmósfera estática y no en una atmósfera dinámica capaz de llevar este polvo, caso de producirse a los polos,  o se piensa tal vez en una atmósfera donde las lluvias son inexistentes.


2. La inundación global

De sobra es conocido por todos las historias que se comentan desde antiguo del diluvio universal, desde el canto de Gilgamesh hasta la Biblia u otras tradiciones. No es del todo original este pensamiento, más si cabe que hoy en día, en pleno siglo XXI, todavía nos sorprenden las imágenes de inundaciones y maremotos.

El caso es que a todas esta catástrofes hay que añadir esa que dice que gracias al calentamiento global va a producirse el deshielo general del mundo y por tanto aumentaría el nivel del agua. Como consecuencia muchísimas ciudades se hundirían y moriría muchísima gente.

Merece la pena observar que estos ingenuos catastrofistas ya no saben qué inventar. Para empezar, ante un posible deshielo, como ellos dicen, el nivel del agua no aumentaría en minutos o en horas, sino quizá en meses o años, tiempo suficiente para salvar a la población (aunque es evidente que no a las ciudades ni a los edificios). Dicho esto, lo menos malo habría ocurrido. Así pues, tranquilos por si el hielo se derrite, porque de hecho, como todos sabemos por nuestro vaso de refresco o de whisky on the rocks, la entalpía de fusión del hielo es bastante alta y requiere un tiempo largo para derretirse y no solamente un aumento global de 3 o 6 grados como dicen los "expertos".

Por otro lado, quien dice esto del deshielo global parece que sabe poco no sólo del clima sino también de la física más elemental. A saber, el agua, a presión atmosférica, congela a 0º C (necesita algo menos de temperatura, alrededor de -5ºC cuando forma charcos debido a las propiedades coligativas de las disoluciones). Por tanto, para un deshielo mundial total, deberían derretirse los polos.

La pregunta es, ¿quién o qué derretiría los polos? La respuesta es obvia: ¡el Sol! Pero he aquí que nuestros afanados "expertos" no contaron con que el Sol, en los polos, sólo aparece en el llamado verano polar (6 meses al año). El resto del tiempo pasa en el invierno polar, con temperaturas en torno a los -50ºC. Dicho de otra manera: la congelación sería inminente, quisiéramos o no. Por otro lado, en el verano polar, las temperaturas no suben de los -20ºC. No es posible ese famoso deshielo global

En todo caso, supongamos que mi argumento no fuera cierto. Aún me quedaría otro razonamiento. Parte del hielo mundial (aunque no la mayor) está contenida en el mar. Es decir, forman una capa que flota sobre el agua. Un error de principiante es considerar que si el hielo se funde, hay más líquido. De hecho es al contrario. El hielo ocupa un mayor volumen que el agua, por tanto, en caso de un deshielo global, el nivel del agua bajaría y no subiría.

Por supuesto, esto sólo sería verdad en el hielo marítimo (prácticamente el hielo del polo norte). El hielo de la Antártida sí que haría subir el nivel del mar ya que a priori no está sumergido en agua, sino en tierra firme.

Por otro lado, hay que reírse de aquellos que presuntamente esgrimen la historia de las glaciaciones como demostración de que el deshielo provocó una subida del nivel del mar. Es cierto. Durante las glaciaciones, aunque hubo un aumento del hielo, no ocurrió lo que hemos mencionado (un aumento del nivel del mar) sino todo lo contrario. De hecho, estrechos como los de Gibraltar o Dardanelos se creen que estuvieron secos. De todas formas esto no desmiente lo dicho anteriormente. Supongamos un vaso de agua con hielo. Como hemos dicho, si se funde todo el hielo, tal y como dice la física, el nivel del agua desciende. Lo contrario es cierto, si el agua se solidifica, el nivel del agua crece. Sin embargo, supongamos el siguiente experimento. Tenemos una probeta con varias marcas. A medida que el hielo crece, el nivel del agua sube. El hielo, además, como flota, puede que incluso salga de la probeta. Pero estamos analizando exclusivamente el nivel del agua (la fase líquida). Al principio, como hemos dicho, el nivel aumentará pero llegaráun momento en el que el volumen de hielo será mayor que el volumen de agua. En ese momento, el nivel del agua baja, ya que el hielo se forma a partir de la fase líquida y por tanto no hay suficiente como para mantener el nivel inicial. Así pues el nivel del agua pasa por un máximo y luego desciende.


Estas y otras falacias serán muy propias del año 2012. Esperemos desestimarlas todas.