Boletín AsoVAC, Caracas, (39), 30-33 (2000).

La ciencia de la energía: un tigre en su tanque

Benjamín Scharifker
Departamento de Química, Universidad Simón Bolívar
Apartado 89000, Caracas 1080-A. benjamin@usb.ve

La actividad científica nos da la oportunidad de entender el mundo y genera conocimiento útil que mejora la calidad de vida. La historia asocia avances trascendentales del conocimiento con al menos dos grandes revoluciones sociales. La primera fue la revolución agrícola, que desde hace unos diez mil años nos ha venido conduciendo de comunidades nómadas, cazadoras y recolectoras, hacia sociedades sedentarias, agrarias y constructoras. La segunda gran transformación surgió a partir de la invención de la máquina, que impulsó la producción de bienes de consumo y transfiguró profundamente la economía y la organización social.

Las máquinas anularon la viabilidad de la esclavitud para la generación de plusvalía, convirtiendo lo que hasta entonces era visto como una práctica natural desde tiempos inmemoriales, en lo que hoy percibimos como una fórmula social de explotación humana universalmente aborrecida y moralmente inaceptable. La invención de la máquina, producto del avance del conocimiento, produjo también medios de transporte y con ellos la consolidación de los centros urbanos. La revolución industrial fue, en suma, la base tecnológica sobre la cual surgió la sociedad urbana, de consumo, de ideas igualitarias y de información. Debido a la información contenida en el diseño y manufactura de productos y servicios, su valor supera ampliamente el costo de los materiales, la energía o la mano de obra que se requieren para producirlos; la información agrega valor. La frase ‘sociedad del conocimiento’ reafirma entonces la muy estrecha relación que existe entre ciencia, tecnología y sociedad, vínculo que ofrece a corto plazo retorno al esfuerzo invertido en la generación de conocimientos científicos fundamentales sobre la materia, la energía o la vida. El lazo de retorno es aún mayor en virtud de la hoy muy intensa relación entre diversos bloques económicos, facilitada por el desarrollo de las comunicaciones, otro producto de la revolución industrial.

Pero la industrialización requiere de energía y se ha nutrido de la explotación intensiva de recursos naturales, lo cual pone en duda su posibilidad de seguir siendo la base fundamental del desarrollo económico y social. Una consecuencia del uso intensivo de energía para la industria humana parece ser que la Tierra se está calentando debido a la acumulación de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera. El interés en limitar la emisión de CO2 en el mundo es por lo tanto cada vez mayor. La producción de CO2 depende de cuatro variables:

La primera se refiere al tema demográfico, ciertamente importante, pero que no abordaremos. El segundo factor no representa una posibilidad real para disminuir la acumulación de CO2. La disminución de la productividad económica no es un escenario posible dado que la pobreza, el escaso producto económico generado por persona, es un problema mayúsculo que afecta a la mayor parte de los pobladores del planeta. Metas como las establecidas en los acuerdos de Kyoto de 1997, de reducir las emisiones de CO2, podrán lograrse entonces solamente afectando las dos últimas variables que tienen que ver con la eficiencia del consumo energético: bien sea reduciendo la energía requerida por unidad de producto económico generado, o disminuyendo la cantidad de carbono emitida por unidad de energía consumida.

Aún cuando los países en desarrollo no hemos asumido compromisos con relación a nuestras propias emisiones de CO2, la demanda ambiental pudiera llegar a ser un factor que afecte las perspectivas económicas de nuestro principal producto. Pero el mundo continuará demandando energía y el petróleo sigue siendo el insumo fundamental para proveerla. El petróleo vale por la energía que porta, así que la preocupación por el ambiente no es la única razón por la que tengamos que fijarnos en la eficiencia de conversión de la energía.

La forma habitual de liberar la energía contenida en un combustible (gasolina, por ejemplo) es la de combinarlo directamente con el oxígeno contenido en el aire, es decir, quemarlo, para producir calor y CO2. El calor provoca un aumento de la temperatura que sirve para producir trabajo. Los motores de combustión interna de los automóviles por lo general convierten el calor en trabajo con eficiencias menores al 30 %.

Las celdas de combustible [1] son una manera más eficiente de aprovechar la energía. Se parecen a las baterías, la diferencia es que producen energía durante tiempo indefinido siempre y cuando las mantengamos alimentadas de combustible. Debido a que la generación de corriente eléctrica en celdas de combustible ocurre en forma directa, las eficiencias de conversión son mucho mayores. Como se mencionó más arriba, el mejor aprovechamiento de la energía aumenta el valor del petróleo. Además, debido a que la conversión se realiza sin ignición, el nitrógeno del aire no interviene en el proceso, por lo que las celdas de combustible no producen los óxidos de nitrógeno que son parte importante de la contaminación atmosférica urbana y que causan dolor de cabeza, sobre todo a los ambientalistas.

En virtud de las ventajas expuestas, las celdas de combustible empezaron a aparecer en el mercado de la conversión de energía hace ya una década. La capacidad de generación instalada alcanza varios miles de megavatios de potencia y está en rápido aumento [2]. Prácticamente todos los grandes fabricantes de automóviles han demostrado la viabilidad de prototipos de vehículos eléctricos que operan con celdas de combustible. El combustible más usado en ellas actualmente es el hidrógeno. Éste presenta ventajas debido a su bajo impacto ambiental al ser usado en celdas de combustible, pero esto no necesariamente constituye una amenaza inminente para la posición de los hidrocarburos en el mercado mundial de la energía. Si bien es posible producirlo por electrólisis de agua, por ejemplo durante nivelación de carga en centrales hidroeléctricas, la manera más usual y económica como se lo obtiene actualmente es por ‘reformación’ de combustibles líquidos o gas natural que lo contienen.

Lo ideal sería alimentar las celdas de combustible directamente con hidrocarburos líquidos; de esa manera acrecentaríamos y prolongaríamos el valor de este recurso. Los principios que rigen los cambios químicos nos indican que las celdas de combustible de conversión directa de hidrocarburos son factibles y que serían eficientes; no obstante en la actualidad no somos capaces de construirlas. Podemos aducir varias razones para justificar esta insuficiencia, por ejemplo que la necesidad de hacerlo no parecía perentoria hace apenas pocos años. No menos importante es que el estado actual del conocimiento nos impide lograrlo. Por un lado se requiere de electrocatalizadores aún desconocidos, que promuevan la oxidación de los hidrocarburos sin descomponerse o recubrirse de residuos carbonosos que detengan el proceso, por el otro se necesita desarrollar materiales capaces de conducir iones de oxígeno con la velocidad requerida y que sean compatibles con estos catalizadores.

La resolución de problemas como el desarrollo de celdas combustibles de conversión directa de hidrocarburos, que son de particular interés para nosotros y al mismo tiempo de importancia global, requieren del concurso de conocimientos científicos muy diversos. Resultaría difícil adquirirlos, dominarlos y concentrarlos en una sola persona en el lapso de una vida. Es un ejemplo del tipo de problemas que no admiten soluciones rápidas o improvisadas, que requieren de trabajo intenso, sostenido y concertado en equipos multidisciplinarios conformados por personas apropiadamente capacitadas y motivadas. Objetivos de esta naturaleza no sólo convocan la capacidad de soñar, o lo que algunos llaman la visión a largo plazo, sino tomar conciencia de nuestra supina ignorancia, a fin de nutrir el interés genuino por penetrar lo desconocido. Requiere, en definitiva, de la posibilidad de que la ciencia se desarrolle con amplitud, diversidad y profundidad. La sociedad humana se ha venido estructurando con las herramientas del conocimiento desde hace cientos de miles, tal vez incluso millones de años; el conocimiento nos ha brindado posibilidades (agrícolas, industriales, informáticas) para el desarrollo sostenible. No hay razones para suponer que la creatividad humana se detendrá durante el próximo milenio [3].

Notas:

[1] V. Báez B., W.M. González G., G.M. Aponte F. y V. Rodríguez, "Las celdas de combustible: fuente energética del futuro", Visión Tecnológica, 7, 91 (2000).

[2] J.W. Weidner y M. Doyle, "Report of the Electrolytic Industries for the Year 1999", J. Electrochem. Soc., 147, 3953 (2000).

[3] K. Jaffé, "Step back to see how science and humanity fit in the big picture", Nature, 407, 128 (2000).