EVOLUCIÓN
DE LAS FUENTES DE ENERGÍA
A TRAVÉS DE LOS TIEMPOS
Saturnina Lorenzo García
Antes de hablar de las fuentes de energía tenemos que definir la energía
como la capacidad para producir trabajo. Además existen distintas clases
de energía, transformables unas en otras.
Todos sabemos, aunque sea un poco elemental, que los hombres primitivos
sólo utilizaban su fuerza muscular y después la fuerza de los animales
que habían domesticado, para producir trabajo. Más tarde, cuando
aprendió a hacer fuego, utilizó la energía calorífica o térmica que se
produce en la combustión de la madera (leña), y así durante siglos el
calor desprendido por la leña al quemarse fue la fuente de energía
empleada por el hombre.
Cuando se quema la leña se produce luz y calor; energía luminosa y
energía térmica. ¿Por qué ocurre esto?. Por que las plantas son
seres vivos y una de las funciones vitales que realizan se llama
función clorofílica o fotosíntesis. Es una reacción química que la
planta realiza en sus partes verdes, debida a un pigmento verde llamado
clorofila, en presencia de la luz solar. Según la cual el anhídrido
carbónico (CO2) existente en la atmósfera es absorbido por la
planta en presencia de la clorofila y mediante la energía solar rompe la
molécula del anhídrido carbónico, quedándose la planta con el carbono
(C) y desprendiendo el oxígeno (O2) que pasa a la atmósfera. De este
modo la planta se va enriqueciendo en carbono, con él va construyendo
sus tejidos, lo que ocasiona su
crecimiento. Para realizar la fotosíntesis ha
necesitado absorber radiaciones solares en forma de luz y calor. Cuando
la madera se quema, se destruye, al producirse una reacción inversa a la
de su formación que se llama combustión. En ella el carbono que había
acumulado en sus tejidos se combina con el oxígeno del aire según la
reacción C+O2=CO2, formando el anhídrido carbónico (CO2) que va a la
atmósfera desprendiendo luz y calor que absorbió en la fotosíntesis.
Es evidente que si el hombre sólo hubiera dispuesto de madera, esta
materia prima habría llegado a agotarse. Sin embargo, el ser humano
haciendo uso de su inteligencia trató de buscar otros combustibles
que sustituyeran a la leña antes de que esta se acabara. Y encuentra
combustibles de mayor poder calorífico que la madera como los
carbones fósiles: antracita. hulla, lignito y turba. Veamos de dónde
proceden estos carbones fósiles.
Hace unos 300 millones de años la Tierra comenzó a formarse como
planeta. Diferenciándose en ella dos partes, una interna llamada núcleo
y una externa llamada corteza. Si nos limitamos al estudio de la
corteza, los materiales que la forman están colocados en capas llamados
estratos, El estudio de estos estratos nos ayuda a conocer la historia
de la Tierra y las transformaciones que ha sufrido. El tiempo
transcurrido desde entonces se divide en intervalos más o menos largos,
llamados eras geológicas, y éstas son cinco: Era Arcaica o Agnostozoica,
Primaria o Paleozoica, Secundaria o Mesozoica, Terciaria o Neozoica y
Cuaternaria o Antropozoica. Cada una de estas eras comprende a su vez
varios períodos. Así la Arcaica tiene dos: Arcaico y Precámbrico. La
Primaria seis: Cámbrico, Ordovícico, Silúrico, Devónico, Carbonífero y
Pérmico. La Secundaria tiene tres: Triásico, Jurásico y Cretácico. La
Terciaria cuenta con cinco: Paleoceno, Eoceno, Oligoceno, Mioceno y
Plioceno. La Era Cuaternaria, que es en la
que estamos, se compone de Pleistoceno y Holoceno.
Pues bien, en el período Carbonífero de la Era Primaria existió una
vegetación muy rica y vigorosa. Las especies de plantas que actualmente
son de pequeño tamaño, eran entonces plantas arbóreas de tamaño
gigantesco, sus troncos tenían 15 y 18 metros de altura e incluso había
árboles de 20 a 40 metros de altura. Este exuberante desarrollo de las
plantas era debido a la existencia de una atmósfera extraordinariamente
rica en anhídrido carbónico, que con la energía solar propiciaron una
intensa fotosíntesis de las plantas y como consecuencia su enorme
crecimiento. Por la actuación de agentes geológicos, estas plantas
quedaron sepultadas y fueron perdiendo lentamente sus materias volátiles
concentrando su contenido en carbono.
Por orden de antigüedad los tipos de carbón son la antracita,
hulla, lignito y turba. La más antigua, antracita, por su alto
porcentaje en carbono es el carbón de mayor poder calorífico.
Otro combustible fósil en estado líquido es el petróleo. Se trata
de un aceite mineral natural de color oscuro y olor fuerte,
constituido por una mezcla de hidrocarburos, que se ha originado a
partir de la materia
orgánica de seres vivos acuáticos vegetales y animales, especialmente
marinos, que al ser sepultados a gran profundidad tuvieron que soportar
enormes presiones, lo que unido a la acción de algunas bacterias produjo
la transformación.
En todo yacimiento de petróleo se encuentran tres capas: la inferior que
es agua salada, la intermedia de petróleo líquido y la superior de gases
procedentes del petróleo a gran presión. Si la perforación llega a la
capa superior salen los gases y el petróleo tiene que elevarse hasta la
superficie mediante bombas. Si se logra perforar la capa de petróleo
éste sale impulsado por la presión de los gases y si la perforación se
verifica en la capa de agua salada hay que sacar ésta primero y después
el petróleo.
El petróleo extraído del yacimiento ha de ser refinado para obtener
diversos productos: gaseosos como el propano, el butano; carburantes
como la gasolina, gasoil, fuel oil; aceites lubricantes como la
parafina, etc.; cuyos usos y aplicaciones son de sobra conocidos. Pero
la energía producida por los combustibles siempre genera
anhídrido carbónico que va a la atmósfera. Mientras el empleo
de los combustibles no fue abusivo, el contenido de CO2 en la atmósfera
permanecía constante, regulado por la presencia de carbonatos y
bicarbonatos en el suelo.Al aumentar el CO2 en laatmósfera, los carbonatos del
suelo absorben CO2 y agua (H2O) pasando a bicarbonatos y cuando en la atmósfera
disminuye el contenido de CO2, los bicarbonatos desprenden CO2 y H2O pasando a
carbonatos. Como las necesidades energéticas eran cada vez mayores el uso de
combustibles fue también cada vez mayor y el aporte de CO2 llegó a ser
contaminante.
Desde mucho tiempo atrás, para mover las ruedas de los molinos que molían el
grano, se utilizaba la fuerza de una corriente de agua, la energía hidráulica y
la fuerza del viento, energía eólica, ambas energías no contaminantes. El hombre
que seguía trabajando en busca de energías no contaminantes, observó que cuando
se hace girar un conductor en un campo magnético, se origina una corriente
eléctrica en el conductor.
Este fue el punto de partida para la obtención de energía eléctrica. Colocando
en un tambor bobinas de hilo conductor debidamente aislado y haciendo girar
rápidamente el tambor en el interior de un campo magnético se produce en las
bobinas del tambor corriente eléctrica. Para hacer girar rápidamente el tambor
se utiliza la fuerza motriz de un salto de agua, energía hidráulica no
contaminante. Es una central hidroeléctrica. Hay centrales eléctricas en las que
es la fuerza del vapor de agua producido en una caldera
la que pone en movimiento el tambor donde se encuentran los conductores. Éstas
son centrales térmicas, pero como para evaporar el agua hay que calentarla
quemando carbón su combustión produce CO2. Recientemente se utilizan con el fin
de producir electricidad los molinos de viento que antiguamente se utilizaban
para mover las ruedas que molían el grano.
Con el descubrimiento de la radioactividad, que lleva a formar elementos
distintos con la liberación de energía, surge la idea de utilizar la energía
liberada, que en principio se llamó energía atómica. El hombre estudia la
posibilidad de provocar artificialmente la radioactividad con el fin de utilizar
la energía desprendida. Comprueba que este fenómeno se produce por la ruptura de
los núcleos atómicos y se llama fisión nuclear y la energía desprendida,
energía nuclear.
Cuando se bombardea uranio 235 con neutrones, el núcleo del átomo de uranio
absorbe el neutrón, se hace inestable y se rompe en dos partes desprendiendo
además neutrones rápidos que alcanzan nuevos átomos de uranio. Se produce así
una reacción
en cadena. Si no se frena a los neutrones rápidos desprendidos en cada fisión
nuclear, ésta podría seguir acelerándose y provocar una explosión de efectos
devastadores. Es la bomba atómica. Pero si los neutrones rápidos desprendidos se
les hace pasar por un moderador que los transforma en neutrones lentos, la
reacción en cadena queda controlada. Es un reactor nuclear.
El hombre sigue investigando y comprueba que cuando un filamento se calienta al
paso de la corriente hasta ponerse incandescente emite electrones (cargas
negativas) y queda cargado positivamente. Si frente al conductor se coloca una
placa cargada
positivamente la nube de electrones desprendidos son atraídos por ella, y
repetidos si la placa está cargada negativamente. Siempre que la placa positiva
esté a un potencial superior al del conductor los electrones desprendidos
pasarán a la placa originando una corriente eléctrica. Los electrones pueden
también adquirir energía suficiente para escapar de un metal cuando el metal se
ilumina; este fenómeno se denomina efecto fotoeléctrico. El conjunto de los
fenómenos fotoeléctricos consistentes en la emisión de electrones provocada por
la acción de luz de pequeña longitud de onda se conoce con el nombre de
fotoelectricidad y se basa en la cesión de energía por un fotón a un electrón.
Al incidir la luz sobre ciertas sustancias, principalmente sales de cesio o de
potasio se desprenden de las mismas electrones que pueden ser atraídos por un
electrodo de potencial positivo y originar corrientes eléctricas por la acción
del flujo luminoso. Es el fundamento de las placas solares (energía solar),
una fuente de energía no contaminante y prácticamente inagotable.