La termodinámica y la economía

Llevo un tiempo leyendo (a ratos) el libro del economista Jeremy Rifkin “La Economía del Hidrógeno“. Tuve ocasión de leer un artículo de este autor (de un tema completamente distinto) y me llamó la atención su trabajo. El libro, publicado en 2002 habla de la transición a nuevo modelo energético basado en el vector hidrógeno como medio de almacenamiento de la energía producida a partir de fuentes renovables. Este modelo plantea la autonomía energética de las naciones al no depender de combustibles fósiles provenientes de regiones en conflicto, y reta a construir un nuevo modelo económico. Jeremy Rifkin hace tiempo que habla de la tercera revolución industrial.
El caso es que en el tercer capítulo del libro “La energía y el auge y caída de las civilizaciones” hace un planteamiento interesante, y es que, por encima del dinero, es la energía la que mantiene nuestro nivel de vida, y es la capacidad de gestionar los flujos de energía la que determina que una región prospere o decaiga. Hablar de flujos de energía significa adentrarse en las leyes de la termodinámica, que a fin de cuentas son las que dictan las normas para el uso de la energía. Resulta curioso que un economista se meta en conceptos propios de físicos y químicos, y es precisamente eso lo que me ha llamado la atención del libro, que es capaz de explicar esos conceptos que a mí me enseñaron en forma de expresiones matemáticas y números como algo más asequible a personas con menos base científica.

Copia a continuación un extracto de este capítulo.

La primera y la segunda ley de la termodinámica establecen que  “la energía total que contiene el universo es invariable y la entropía total aumenta constantemente”. La primera ley, según la cual la energía total contenida en el universo es invariable, recibe a veces el nombre de ley de la conservación. Significa que la energía ni se crea ni se destruye. La cantidad de energía contenida en el conjunto del universo permanece fija desde el origen de los tiempos y seguirá así hasta el final de los mismos. Todos los seres humanos que han nacido y todas las cosas que los seres humanos han construido en el curso de la historia son energía que ha sido transformada de un estado a otro. (…) Cuando un ser humano muere y se descompone, así como cuando nuestros objetos materiales se desintegran, la energía que se libera encuentra su camino de vuelta a la naturaleza.

Aquí es donde entra en juego la segunda ley de la termodinámica. La energía ni se crea ni se destruye, sino que se transforma constantemente, pero siempre lo hace en una dirección: pasando de disponible a no disponible. Si quemamos un trozo de carbón, por ejemplo, la energía permanece, pero se transforma en dióxido de sulfuro, dióxido de carbono y otros gases que se liberan en el espacio. No se ha perdido ninguna cantidad de energía en el proceso y, sin embargo, ya no podremos volver a quemar jamás ese pedazo de carbón y convertirlo en trabajo útil.

La segunda ley dice que siempre que la energía se transforma, una parte de la energía disponible se pierde en el proceso, es decir, ya no está en condiciones de realizar trabajo útil. Esta pérdida de energía aprovechable recibe el nombre de entropía y es uno de los conceptos más importantes y al mismo tiempo menos comprendidos y apreciados de la física. (…)

Clasius* observó que para convertir energía en trabajo debe existir una diferencia en la concentración de energía (por ejemplo, una diferencia de temperatura) en partes diferentes del sistema. El trabajo se produce cuando la energía pasa de un nivel mayor de concentración a otro menor (o de una temperatura más elevada a otra más baja). (…)Y lo que es igual de importante, cuando la energía pasa de un nivel a otro el resultado es que hay menos energía disponible para realizar trabajo la próxima vez”

(…)

Es posible invertir el proceso entrópico, pero sólo mediante el empleo de energía adicional. Y naturalmente esta energía adicional, una vez usada, no hace más que aumentar la entropía total. Reciclar los desechos, por ejemplo, requiere el gasto adicional de energía de recoger, transportar y procesar los materiales usados, lo cual incremente la entropía total del entorno.

Digamos, por ejemplo, que tomamos un pedazo de mineral metálico de la superficie de la Tierra y lo convertimos en un utensilio. A lo largo de la vida de este utensilio, las moléculas metálicas se escapan constantemente del producto como resultado de la fricción y el desgaste. Las moléculas liberadas no se destruyen nunca, pero se dispersan de tal forma que ya no están disponibles para realizar trabajo útil.

Fuente: La Economía del Hidrógeno por Jeremy Rifkin, publicado en castellano por Ediciones Paidós Ibérica S.A. (2007).

La idea que yo extraigo es que conocer las limitaciones que impone la termodinámica al uso de la energía es la clave para optimizar su uso.  Un ejemplo de ésto se puede ver en el sistema eléctrico actual en el que quemamos combustible, para obtener calor, que genere vapor, que mueva una turbina, que accione un transformador, o en otras palabras:

Tenemos una energía química contenida en el combustible, que mediante reacción pasa a energía térmica (1).  Esa energía térmica en forma de gases de combustión se transfiere a un fluido ocasionando su cambio de estado a vapor (2) que además contiene energía cinética (puesto que se desplaza por las tuberías por efecto de la presión), la energía cinética del vapor se transforma energía mecánica al accionar los álabes de la turbina(3) y finalmente esa energía mecánica se convierte en eléctrica mediante un alternador (4).

Son cuatro transformaciones de energía, cada una de ellas implica pérdidas en los términos expuestos (reducción de disponibilidad) y al final para obtener 1kw de energía eléctrica hemos gastado mucho más de 1kw de energía primaria en forma de combustible.

En este sentido,  la eficiencia en la producción eléctrica pasaría por reducir el número de transformaciones intermedias. Las pilas de combustible van en esta línea, pues la energía química se convierte directamente en electricidad en base a procesos electroquímicos.

Pero además, el hecho de que un economista se haya puesto a explicar las leyes de la termodinámica nos demuestra que para buscar soluciones a las cosas es necesario abordar los problemas considerando diferentes ópticas y no sólo la que nos da nuestro bagaje profesional y personal.

Esto es todo por hoy,

Un saludo.

* Rudolf Clausius , físico alemán que acuñó el término entropía en 1868.

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Una respuesta to “La termodinámica y la economía”

  1. eragon Says:

    donde puedo conseguir el libro…La energía y el auge y caída de las civilizaciones..si estubiese en formato digital mejor.


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