José Ygnacio Pastor, catedrático de la Universidad Politécnica de Madrid, centra su investigación en el estudio del comportamiento mecánico y la fractura de materiales estructurales avanzados, en particular, de materiales para la energía. Un trabajo que desarrolla también en el ámbito docente, por el que recibió el Premio a la Excelencia Docente de la UPM en la festividad de Santo Tomás de Aquino.
A continuación, abre una reflexión acerca de los retos que plantea para el futuro la dependencia energética, y propone como alternativa la investigación en nuevos materiales para alcanzar un ahorro sostenido de energía.
Devoradores de energía
“Hace aproximadamente millón y medio de años nuestros ancestros se acercaron por primera vez al fuego, fuente primaria de energía, y descubrieron sus beneficios. Desde entonces no hemos parado de aumentar nuestras necesidades energéticas. Inicialmente utilizamos la energía residual, el calor de los fuegos naturales para hacer más comestibles y digeribles la carne y otros alimentos. Esto permitió que la longitud de los intestinos se acortara, y contribuyó a que la masa cerebral pudiera crecer”.
“Esta mayor encefalización permitió ingeniar nuevos usos de la energía y su dominio básico: el fuego ya se podía controlar y generar a voluntad. Todo un avance tecnológico que no es fácil de reproducir, e invito al lector a que trate de hacer fuego por medios naturales. Es mucho más complicado de lo que parece… Cocinar alimentos, calentar el hogar, y ahuyentar a los depredadores fueron las principales necesidades durante milenios. Durante la mayor parte de este periodo, la energía se obtuvo a partir de la quema de madera y de la explotación de animales y hombres (la esclavitud es una forma de obtener energía a cambio de alimento).
Esta disponibilidad de la energía permitió el desarrollo humano en todos sus aspectos, y en especial del dominio de los materiales. Hace unos cuarenta mil años surgieron nuevas aplicaciones: una primitiva industria cerámica que con el paso del tiempo terminaría dando lugar a la metalurgia de la Edad de los Metales. A partir de ese momento las demandas energéticas han crecido de forma exponencial. Un procesos sinérgico entre materia y energía permitió el desarrollo de nuevos materiales con los cuales obtener un aprovechamiento más eficiente de la energía: herramientas, arados, energía hidráulica, energía eólica a través de molinos,... El proceso de desarrollo ha sido aparentemente lento, y tuvimos que esperar hasta el florecimiento de la Revolución Industrial para dar el siguiente gran paso en el uso de la energía. La llegada de la máquina de vapor permitió nuevas y más eficientes formas de aprovechar la energía. Esta se seguía extrayendo básicamente de la quema de la madera; como ejemplo, hubo momentos en que un tercio de la superficie de Inglaterra se dedicaba al abastecimiento de combustible.
Quemar lo que la naturaleza nos ofrece
Fue con el desarrollo de nuevas aleaciones (nuevos materiales) y la introducción del carbón, cuando se dio un salto cualitativo en las posibilidades de la utilización de la energía. Ahora ya era posible tener combustible barato y de una forma casi ilimitada. La Revolución Industrial era imparable y empezó a extenderse por todo Occidente. Sin embargo, el concepto de extracción de la energía seguía siendo el mismo, quemar lo que la naturaleza nos ofrece.
El carbón, con ser un buen sustituto a la madera (tiene mayor capacidad calorífica y hay importantes minas distribuidas por todo el mundo), presentaba un par de serios inconvenientes. Al ser sólido, su dosificación ha de hacerse de forma manual y su combustión deja abundantes residuos sólidos y gaseosos. La solución al problema vino de nuevo en la sinergia entre materiales y energía: el petróleo es líquido, con una capacidad energética mucho mayor y apenas deja residuos. Esto permitió que el motor de combustión interna fuera el gran protagonista del siglo XX. De su mano, llegó la revolución de los materiales y la alborada de una nueva supradisciplina: la Ciencia en Ingeniería de Materiales, que tomó cuerpo a partir de los años 50 del siglo pasado. Sus consecuencias pueden verse en todos los campos de la ciencia y la ingeniería: polímeros, aleaciones ligeras, cerámicos, semiconductores,… que dieron lugar a avances inimaginables en construcción, medicina, transportes, comunicaciones,… y energía. Nuevas centrales de generación de energía, abundante y barata, pero que siguen centradas en un mismo principio: quemar recursos naturales (madera, carbón, petróleo, gas natural, uranio y, más recientemente, biocombustibles).
Limitaciones de las “tozudas” leyes de la termodinámica
Actualmente, en los procesos de transformación de los combustibles en energía los rendimientos siguen siendo muy limitados, y en los mejores casos apenas alcanzan el 50%, pero lo habitual es estar muy lejos de estos valores. Lo peor de todo es que las “tozudas” leyes de la termodinámica limitan que podamos llegar mucho más allá de lo conseguido. Sólo en los últimos decenios se ha vuelto la vista hacia las energías renovables (solar, eólica e hidráulica, aunque estas dos últimas con mayor o menor intensidad ya se explotaban desde hace mucho tiempo) como opciones alternativas. No obstante, el reto que tenemos por delante no es fácil de responder, y para ello es necesario que de nuevo materiales y energía colaboren. Según las previsiones de la Agencia Internacional de la Energía, de seguir el aumento de población y de consumo energético al ritmo actual, la demanda mundial se multiplicará en un factor entre 3 y 5 de aquí a final de siglo. Para responder a estas necesidades tenemos varias opciones:
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Fuente: www.upm.es