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La energía: una de las bases de la vida

Por: Mou D. Khamlichi
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¿Dónde encontramos la energía? Probablemente en estos momentos estás leyendo esto desde un ordenador o un teléfono, es decir, un dispositivo que requiere de energía para funcionar. Desde un principio se debieron desarrollar amplios conceptos físicos para comprender este fenómeno que permite realizar distintos trabajos.

Hoy en día dichos conceptos resultan prácticamente indispensables para el desarrollo de las actividades del ser humano. Tanto en los ámbitos académicos, económicos y sociales podemos encontrarnos con distintos tipos de energía. Desde las máquinas de una industria hasta la computadora de un estudiante.

El uso de la energía en nuestro pasado, presente y futuro

Desde la aparición de la energía se han creado sistemas que facilitan todo tipo de tareas. Si bien se suele relacionar su uso con la tecnología, este fenómeno ha estado presente desde mucho antes. Hablamos de una época en la que las actividades humanas eran más rudimentarias.

Hay una fuente energética que ha sido útil desde antes de la invención de los sistemas eléctricos. ¿Dónde?, sencillo, nos referimos al Sol. Ese gran astro que alumbra nuestros días es también un gran depósito de energía que ha sido clave en la evolución humana.

Fenómenos provenientes de la energía solar

Al estudiar el efecto que produce el Sol sobre el planeta es fácil saber su importancia energética, por ejemplo:

  • La fotosíntesis. Este es un proceso que requiere primordialmente energía lumínica proveniente del sol. De esta manera las plantas pueden crecer y producir el oxígeno, un elemento indispensable en la mayoría de los organismos pluricelulares y algunos unicelulares.
  • A través del mismo procedimiento de la fotosíntesis, las plantas pueden cumplir con todo su ciclo. Esto incluye servir de alimento para las especies que habitan la tierra, incluidos los humanos.
  • Los rayos solares también están encargados de generar cambios de temperatura en la atmósfera. De esta manera se generan fenómenos asociados a otros tipos de energía. Este es el caso de los vientos, las precipitaciones y las mareas.

Características generales de la energía

Antes de hablar de los tipos de energía y de su evolución conviene conocer la definición de las características de la misma. Después de todo, se trata de un fenómeno físico único que debe ser definido en su totalidad. Las características generales de la energía son:

Característica de la EnergíaDefinición
    No se crea ni se destruyeEste es el principio básico que rige la existencia de la energía. No es posible crear o destruir energía por ningún medio. Esta solo puede transformarse de un estado a otro.
    Se almacenaEs posible crear depósitos de energía, tal y como ocurre con los combustibles y la electricidad. Esto es fundamental cuando queremos movilizarla de un lugar a otro.
    Se puede medirLa energía cuenta con sus propios sistemas de medición. Por ejemplo, el KiloVatio por hora es una forma de cuantificar energía eléctrica.
                        Inicia cualquier procesoCualquier reacción física y química se produce por la acción de energía. Esta es la que se encarga de producir cualquier movimiento.
  Sufre degradaciónUna vez que se realiza un trabajo en el cual se ha utilizado energía, esta se degrada. Por esta razón no puede volver a ser utilizada.
  Puede cambiarYa habíamos dicho que la energía no se crea ni se destruye. Sin embargo, sí que puede cambiar de un tipo a otro.

La energía y sus categorías

Al día de hoy el manejo de la energía ha evolucionado tanto que es difícil poder hablar de todas las clases existentes. Fue gracias al ensayo y error que pudimos aprender a dominar cada tipo. Y así ha sido desde que se descubrió la existencia del fuego hasta que se construyó el primer reactor nuclear.

Sin embargo, para seguir dándole forma a la definición de energía debemos hablar de las diversas clasificaciones de la misma:

Energía cinética

Quizás la primera forma de estudiar energía fue a través del movimiento de los cuerpos. Precisamente dicha acción es atribuida al concepto de energía cinética, la cual puede ser transferida de un objeto a otro. Por ejemplo, cuando lanzamos una pelota de béisbol, la energía cinética del brazo es transferida a la pelota para que esta pueda recorrer una distancia.

Es la forma más básica de energía que podemos encontrar y es la que siempre ha estado presente junto con la lumínica. Cabe destacar que esta energía se mantiene constante a menos que otra fuerza actúe sobre el objeto en movimiento. Es lo que sucede cuando la gravedad hace que la pelota arrojada caiga poco a poco y hace que se detenga.

Energía potencial

El segundo concepto más importante es la energía potencial. Otra forma de definirla será como energía almacenada, la cual se encuentra en algún depósito a la espera de ser liberada. La podemos hallar en:

  • La glucosa. Molécula que es utilizada en el organismo para producir energía química.
  • En los combustibles fósiles. Los cuales almacenan energía química que permite el desplazamiento de un vehículo.
  • Cuando tensamos un arco con una flecha. La energía potencial será liberada en el momento de soltar el mismo.
Energia fosil

Energía química

Esta es la energía que se encuentra almacenada en los enlaces químicos de distintas sustancias. Cuando ocurre una reacción química, la rotura y formación de enlaces permite la liberación de distintos tipos de energía.

Principalmente hablamos de energía térmica, aunque con ella también se puede generar energía sonora y mecánica, como en el caso de los dispositivos explosivos. Los fenómenos químicos han acompañado al ser humano en distintos procesos sumamente importantes:

Ejemplos de energía químicaExplicación
      CombustiónEl calor siempre fue una necesidad para el hombre primitivo y el descubrimiento del fuego fue muy importante para ello. Inconscientemente, se estaba utilizando la energía química liberada de la formación de enlaces de CO2 y agua para obtener energía térmica a partir de química.
        Combustibles fósiles.Sería muy extenso hablar de la importancia de los combustibles fósiles para el mundo contemporáneo. Sin embargo, podemos decir que la energía química depositada en la gasolina es la que permite que un coche se mueva. Lo mismo ocurre con todo tipo de máquinas usadas en las industrias.
        El organismo usa energía químicaNo podemos pasar por alto la importancia de la energía química en la alimentación. Esta es aprovechada por nuestro organismo para realizar toda clase de procesos químicos. Se sabe que la glucosa es la fuente principal de energía. Este es otro claro ejemplo de cómo este fenómeno siempre ha estado presente en nuestras vidas.
  BateríasLa producción de electricidad a través de baterías también se relaciona con reacciones químicas que ocurren dentro de estas.

La energía química se ha manifestado desde el momento en el que la vida se hizo posible en la tierra. Esta es la que permite que por ejemplo tu teléfono funcione, y también nos permite movernos. La misma se trata de un fenómeno indispensable para la humanidad.

Energía eólica

Si algo debemos destacar de los métodos tradicionales para la obtención de energía es que suelen ser sumamente contaminantes. Es por eso que la humanidad ha buscado nuevos métodos que permitan disminuir el impacto que tiene, por ejemplo la quema de combustibles. De allí nace este concepto.

La energía eólica es aquella que proviene de las corrientes de aire, es decir, en un principio es cinética. Sin embargo, con la ayuda de los conocidos aerogeneradores de los parques eólicos se puede aprovechar este fenómeno. Es decir, obtener electricidad a través de una fuente renovable y que no contamina.

Energia eolica

Recordando que los vientos provienen de los efectos que produce la radiación solar en la atmósfera, este tipo de energía es totalmente limpia. Además, una de las grandes ventajas que ofrece con respecto a otros métodos de obtención de electricidad es que esta se obtiene a un coste mucho menor. Es decir, beneficia enormemente a la economía.

Además, también esto ayuda a evitar que se gasten excesivamente los recursos naturales del planeta. Se sabe que actualmente la mayor parte de la electricidad se genera a partir de la quema de combustibles fósiles, los cuales pueden acabarse.

Energía hidráulica

Siguiendo con la línea de las energías renovables, nos encontramos con una que supone el 7% del consumo mundial. Por supuesto que nos referimos a aquella que proviene de la fuerza de los ríos.

Energia hidraulica

Los sistemas de producción de electricidad de este estilo buscan aprovechar el caudal de agua para movilizar turbinas en las presas hidroeléctricas. De esta manera se produce la energía que luego tiene la particularidad de que se puede almacenar. Es decir, luego puede ser trasladado a otros lugares como grandes ciudades.

Por supuesto, hay países con mayor facilidad para construir represas por la presencia de grandes ríos. Sin embargo, hay casos donde la producción eléctrica de dichos sistemas es capaz de llegar hasta naciones vecinas.

Energía solar

Hace algunos párrafos mencionamos la importancia del Sol en la producción de otros tipos de energía. Lo que se desconoce muchas veces es que las radiaciones provenientes de este astro también podían ser aprovechadas directamente desde nuestro hogar.

Energia fotovoltaica

Existen distintas maneras de aprovechar las radiaciones electromagnéticas provenientes del sol. Tal vez algunas sean más conocidas que otras, pero de igual manera es importante conocer todas las opciones que tenemos:

Tipo de Energía SolarDetalles
    Paneles fotovoltaicosEs la forma más conocida para aprovechar la radiación solar. Las placas fotovoltaicas son capaces de transformar dichos rayos en electricidad aprovechable.
    Captadores solaresSe sabe que la radiación electromagnética viene acompañada de calor. A través del uso de captadores solares, se pueden convertir las altas temperaturas en electricidad. Esta es una realidad tanto para casas como para industrias.
      Arquitectura BioclimáticaMás que utilizar dispositivos encargados de recoger la radiación solar, lo que se busca es desviar la propia energía solar a través de técnicas especializadas de construcción. De esta manera se puede equilibrar la temperatura durante el día y en la noche.

Trabajar directamente con la energía solar ha ayudado a independizar el consumo de casa y edificios. Además, cuenta con una serie de beneficios muy importantes cuando nos referimos al ahorro y la conservación del ambiente:

  • Disminuye la producción de electricidad a través de combustibles fósiles.
  • Permite modernizar el sistema eléctrico.
  • Es una de las metodologías para la obtención de energía que menos afecta tanto al ambiente como a la fauna.
  • Se trabaja con un recurso prácticamente inagotable, como es el caso del Sol.

Energía Nuclear

Uno de los grandes avances tecnológicos del siglo pasado fue el conocimiento de la energía contenido dentro de un núcleo atómico. En pocas palabras, nos referimos a las fuerzas que permiten que al mismo tiempo los protones y neutrones se mantengan unidos en esta zona.

Energia Nuclear

En los reactores nucleares se llevan a cabo una serie de reacciones que permiten liberar enormes cantidades de energía térmica así como radiaciones. Es aquí cuando hablamos de energía nuclear, obtenible principalmente mediante dos procesos concretos:

  • La fusión nuclear. Proviene de los principios de producción de energía del sol. Es decir, hay una unión entre núcleos de átomos. Estos forman un nuevo núcleo mucho más denso en comparación.
  • La fisión binaria. Es un proceso en el cual se divide el núcleo ubicado dentro de un átomo pesado en varios núcleos ligeros. De esta manera, la energía que solía mantener los protones y al mismo tiempo los neutrones unidos se libera.
  • Además, las partículas subatómicas pueden interactuar con un nuevo núcleo pesado y formar la conocida reacción en cadena, la cual es autosustentable. 

Luego de que ocurre el proceso de fisión o fusión, se manifiesta la liberación de energía térmica. Esta es usada para producir vapor de agua a altas temperaturas, capaz de generar electricidad a través de una turbina especial. Actualmente se sigue estudiando cómo se pueden aprovechar estas reacciones en nuestra vida cotidiana.

Energía Geotérmica

Sabemos que el calor es una forma de energía muy útil en nuestra vida cotidiana. Sin embargo, hay muchas más formas de obtenerla, como por ejemplo, a través de nuestro propio planeta. Las aguas subterráneas y las rocas fundidas permanecen a altas temperaturas incluso al salir a la superficie. Esto principalmente a través de géiseres y erupciones volcánicas.

Energia geotermica

Dichos elementos pueden ser utilizados como fuentes de energía térmica, la cual puede ser transformada en electricidad. Además, los sistemas de bombeo geotérmico permiten mantener una excelente temperatura, tanto en invierno como en verano.

Incluso, se aprovechan los yacimientos geotérmicos para suministrar agua caliente de uso doméstico en los hogares. Por último, debemos acotar que se trata de un nuevo recurso renovable, por lo cual permite disminuir el uso de combustibles fósiles.

El uso de la energía a través de la historia ha ido cambiando

Si algo podemos entender hasta ahora es que la energía no es creada por el hombre. A lo largo de los años la humanidad solo ha buscado métodos para canalizar y transformar energía natural y convertirla en algo más útil. El objetivo siempre ha sido realizar trabajos con mayor facilidad.

Pensemos un momento en cómo los seres humanos se han desplazado en el agua a través del tiempo. En un principio solo podían utilizar su propia fuerza para nadar de un lugar a otro. No hace falta decir que es un método poco práctico, ya que no se podían recorrer largas distancias.

Pero así fue como poco a poco se fueron creando distintos sistemas a través de los cuales se facilitaba el tránsito marítimo. La energía siempre estuvo presente para modernizar el desplazamiento sobre el agua:

  • Es difícil saber en qué momento se comenzaron a fabricar balsas para transitar a través del agua. Lo importante es conocer que comienza por el uso de remos para facilitar el desplazamiento, aunque esto tenía un inconveniente. No era posible luchar contra la fuerza de las mareas solo el uso de estos.
  • La energía eólica hace acto de presencia en el momento en el que se empieza a utilizar la vela, aproximadamente en el siglo XVII. El uso de naves como carracas y carabelas permitió llevar a cabo todo tipo de viajes comerciales durante estos tiempos.
  • Hacia el siglo XIX inicia la construcción de barcos con hierro en el casco. Gracias a esto, se comienza a utilizar la propulsión a vapor, Es aquí donde el carbón toma un papel fundamental como combustible, el cual generaba energía térmica que impulsaba las embarcaciones a través de una turbina.
  • El siglo XX trajo consigo la aparición de los motores de combustión interna. Estos utilizaron combustibles fósiles para impulsar embarcaciones modernas y naves de guerra.

A partir del año 1958 y con un importante interés militar, empieza la construcción de buques impulsados por energía nuclear.

Otros usos de la energía a través del tiempo

La energía varía mucho en un solo aspecto de la humanidad como lo es el transporte marítimo. Esto tiene una razón de ser y se trata de la modernización. Las nuevas tecnologías permiten realizar trabajos más fácilmente. Antes parecía imposible navegar a través de las aguas del mar, mientras que hoy en día hay barcos que pueden dar la vuelta al mundo.

Siempre ha habido una gran diferencia entre la accesibilidad que tiene la población a las nuevas tecnologías con respecto a la clase pudiente. Es por eso que hasta el siglo XVII; el uso de la madera y el carbón era lo más accesible para la mayoría de las personas.

Algunos casos distintos podrían ser el aprovechamiento de energía hidráulica en la construcción de molinos. Estos permitieron desde el siglo I a.C., moler los granos para obtener harinas. La energía eólica también era aprovechada en los molinos que permitían la extracción de agua desde pozos subterráneos.

Pero, como ya habíamos dicho, es a partir del siglo XVII que realmente la energía cobra mayor importancia en la vida cotidiana. ¿Algún otro hecho histórico que haya ocurrido en esta época? Por supuesto que nos referimos a la Revolución Industrial.

Las máquinas de vapor impulsadas principalmente por carbón dieron cabida a un largo proceso de industrialización. Poco a poco se comenzaban a crear todo tipo de maquinarias que hacían que los trabajos que antes eran difíciles se volvieran más fáciles. Los ingenieros dieron pie a toda su creatividad para transformar el mundo rural en uno mucho más moderno y automatizado.

La ayuda de la energía y las revoluciones industriales

Pero no solo el famoso movimiento del siglo XVII se produjo por la implementación de una nueva forma de energía. En el siglo XIX se comienza a explotar el petróleo, el cual se convertiría en el «oro negro». Además, a finales de ese mismo siglo se comienza a utilizar la energía eléctrica, la más común en nuestra vida diaria.

Energía aparecida en el Siglo XIXUsos
        Petróleo y combustibles fósilesGracias a la explotación petrolera, se inventan los motores de combustión interna. De esta manera los medios de transporte evolucionan de una manera abismal, especialmente con la aparición de los automóviles (1903) y los aviones (1890). Por un momento se usó también el gas natural para lámparas que alumbraban las ciudades durante las noches y para sistemas de calefacción.
        Energía EléctricaPara el año 1882 se construye en Nueva York la primera de tantas centrales eléctricas que dominarían el mundo. No hace falta explicar por qué esta se volvió la energía principal usada en todo el mundo. Alumbrado, tranvías, teléfonos, radios, fonógrafo y cinematógrafo. El mundo que hoy conocemos también nace del descubrimiento de la electricidad.

El ser humano nunca deja de innovar, de encontrar nuevas formas de resolver problemas existentes. Es por eso que la energía  ha cambiado tanto desde la prehistoria hasta nuestros días. Anteriormente dependíamos únicamente de nuestras piernas para poder llegar a cualquier lugar. En pleno siglo 21 puedes recorrer largas distancias sin apenas moverte.

También debemos considerar que en muchas ocasiones se ha actuado inconscientemente con respecto a las nuevas tecnologías. Aquí es donde debemos mencionar las consecuencias que han venido del consumo de energía a nivel mundial.

La dependencia de la energía ha causado muchos problemas

Los grandes avances tecnológicos de los siglos XIX y XX sentaron las bases de lo que vivimos hoy en día. Un mundo moderno e inspirado en el futuro, pero que siempre parte de la misma base. Es decir, por más que se puedan crear nuevos automóviles de alta tecnología, estos seguirán utilizando electricidad o combustibles fósiles.

Sin embargo, resulta importante destacar el daño que se le está haciendo al medio ambiente por un mal uso de la energía. Es decir, nos encontramos en una situación en la que la que los combustibles fósiles ocupan la mayor parte del consumo energético a nivel mundial.

Daños ocasionados

No solo nos referimos a su uso para mover vehículos de todo tipo. La misma producción de electricidad está enfocada principalmente en la quema de este tipo de sustancias, y esto genera daños importantes:

  • La combustión realizada en motores de pequeña y gran escala termina por generar una gran cantidad de gases como Monóxido de carbono y CO2.
  • Los gases mencionados contribuyen a acentuar el fenómeno del efecto invernadero. Es decir, el aumento de la temperatura en la atmósfera que desemboca en el temido calentamiento global.
  • Uno de los efectos más letales del uso de combustibles fósiles es la lluvia ácida. Al buscar la energía desprendida por la combustión controlada, los gases liberados ascienden a la atmósfera. Especialmente el Dióxido de Azufre se mezcla con el agua de lluvia formando ácido sulfúrico que se precipita a la tierra.
  • Con la lluvia ácida, las aguas marítimas y fluviales terminan seriamente contaminadas. Esto imposibilita tanto el consumo como la vida de la fauna. Por otro lado, los suelos se vuelven infértiles a la vez que las plantas mueren por exponerse a sustancias ácidas.
  • El aire también se satura con gases tóxicos emanados de la combustión, El resultado es que se producen enfermedades respiratorias severas, especialmente por la presencia del CO2.

Una lucha entre la energía renovable y no renovable

Para seguir disfrutando de la energía y de la vida a la que estamos acostumbrados ha resultado necesario buscar alternativas. Los recursos no renovables en algún momento se acabarán, y en el camino habrán dejado daños muy serios. Si bien el uso de los combustibles fósiles es el más popular, debemos destacar algo que hemos aprendido a lo largo de todo el texto.

Existen muchas opciones alternas que pueden ofrecernos un rendimiento igual o superior a través de los recursos renovables. Claro que los grandes detractores de los mismos siempre han argumentado que en muchos casos la disponibilidad de estos es muy incierta.

Por ejemplo, un río que pasa por una represa puede tener un periodo de sequía. O también en un parque eólico puede faltar fuerza por parte del viento.

Sin embargo, hay un dato que nos permite anular este tipo de críticas. Un mayor acople del sistema eléctrico mundial al uso de la energía renovable no solo ayuda a combatir la contaminación. También permitirá llevar a cabo una mejor administración de los combustibles fósiles.

Siempre pensar en la energía que usaremos en el futuro

El crecimiento poblacional que se prevé para dentro de unos 30 años es de aproximadamente 2.000.000.000 de personas. Esto significa que ya es necesario pensar cómo alimentar la demanda energética que se verá aumentada, especialmente en las ciudades.

Las grandes empresas se están preparando no solo para aumentar la producción de energía, sino para cambiar dicho procedimiento. El uso de procesos más amigables con el medio ambiente permitirá darle un respiro a nuestro planeta luego de tantos maltratos:

  • Shell, una de las principales empresas productoras de hidrocarburos, apuesta por una migración paulatina hacia el gas natural. De esta manera se podrá trabajar con los combustibles que menos efectos tienen sobre el ambiente en los próximos años.
  • Zunum Aero nos ha enseñado que no solo los coches están migrando hacia la energía eléctrica. Esta empresa está desarrollando aviones que funcionan con energía limpia. Claro, de momento solo pueden realizar vuelos de corta y media distancia, pero los avances han sido gigantes.
  • Repsol se ha visto muy interesada en la innovación energética en los últimos años. Prueba de esto son las cuantiosas inversiones realizadas en startups con propuestas interesantes en este sector. Uno de los proyectos más llamativos es la conexión de válvulas críticas industriales a través de un control IoT.
  • Iberdrola se ha anticipado a todo este proceso de migración hacia energías renovables. Por es que figura en muchos países como uno de los principales productores de electricidad con bajas emisiones de CO2.
  • Sinn Power últimamente es noticia por las propuestas energéticas que ofrece. En esta ocasión, presentan una plataforma capaz de captar energía a partir del viento, las olas y el sol. Es decir, si una falla, se toma la energía de las restantes, haciéndolo un método infalible de producción energética.

La educación es clave en la energía y el futuro

A través de los años, la energía ha sido objeto de estudio por parte de todo tipo de laboratorios y universidades en el mundo. Es interesante ver cómo el ingenio latente en los centros de educación superior termina por crear innovaciones increíbles. Es por eso que la educación es tan importante, porque de allí saldrán las nuevas ideas que podrás renovar el sector energético:

  • En la Cambridge University se ha trabajado en un proyecto de fotosíntesis que produce combustible. Puede sonar a locura, pero es una realidad que se está investigando, usar el CO2 de la atmósfera en conjunto con la luz solar y el agua. El resultado aparte del oxígeno sería el ácido fórmico, usado en la producción de combustible de hidrógeno.
  • En la Universidad de Stanford han mostrado interés por crear un sistema para la energía solar que sea funcional en las noches. Se trata de un proyecto complicado a través del cual se utilizan paneles que captan los rayos infrarrojos producidos durante el enfriamiento radiativo.
  • En la University of Massachusetts han decidido estudiar la posibilidad de producir energía a partir de bacterias. En este caso, nos centramos en la especie Geobacter sulfurreducens. Esta produce nanocables capaces de conducir electricidad que los mismos microorganismos producen. La idea es aumentar el espesor de dicho cable y con ellos la energía producida.

Para las próximas generaciones la energía es fundamental

No hay duda de que existe una preocupación mundial por el futuro de la energía. De allí que tantas instituciones y empresas estén trabajando arduamente en desarrollar planes para aumentar la producción energética sin efectos colaterales.

Es evidente que muchas personas ya están pensando en los próximos 50 años. Esto es necesario para asegurar no solo nuestra vida cotidiana. Sino para crear una plataforma sobre la cual edificar el nuevo futuro, esto con energías limpias y renovables.

Referencias:

www.eleconomista.es/empresas-finanzas/noticias/10829510/10/20/Repsol-apoya-a-seis-nuevas-startup-de-innovacion-energetica.html

https://sites.google.com/site/geografia2bat/historia-contemporanea/5-segunda-revolucion-industrial

http://icaen.gencat.cat/es/energia/que_es/

www.fisicalab.com/apartado/energia-fisica#:~:text=Caracter%C3%ADsticas%20de%20la%20Energ%C3%ADa,mismos%20o%20sobre%20otros%20cuerpos.


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