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l resultado final (o degradado) de todas las manifestaciones energéticas es el calor. Cuando un vehículo se desplaza por una carretera, una gran parte de la potencia generada por su motor va directamente a calor enviado a la atmósfera, principalmente por dos vías: el tubo de escape, y el radiador del coche, que cede al aire más de la mitad de la energía obtenida en las explosiones ocurridas en los cilindros. La parte útil de energía de esas explosiones se aplica a la transmisión, y se emplea en vencer varias fuerzas de rozamiento, tanto de las partes móviles del motor y demás elementos mecánicos del automóvil, como la resistencia del aire, que es el factor principal en este contexto. Lo que vaya a aumentar la energía potencial cuando el automóvil sube una cuesta, lo recuperará al bajar. Cuando la velocidad sea excesiva, actuaremos sobre el freno, que no es sino una fuerza de rozamiento que disipa su energía en forma de calor, que va también al aire. Cuando empleamos una lámpara eléctrica para iluminarnos, una fracción importante de la luz producida es no visible (infrarrojo principalmente) e interaccionará con la materia circundante hasta isotermalizarse con ella, cediendo calor al entorno, que a su vez lo cederá a la tierra o al aire. De la parte visible, una minúscula fracción la emplearemos para ver, absorbiendo fotones en reacciones fotoquímicas endoenergéticas que estimulan nuestro sistema neural-visual. En definitiva es energía que absorbemos, y que junto al resto de las funciones biológicas se transformará en calor que cedemos al medio ambiente (por calor sensible y por sudoración) para mantener los 37 0C de temperatura idónea para nuestro cuerpo. La gran parte de luz visible que no absorbemos correrá suerte pareja a la ya dicha de Principios Físicos del Desarrollo Energético Sostenible

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la radiación infrarroja, pues los fotones inicialmente visibles irán sufriendo dispersiones y absorciones (con reemisión de mayor longitud de onda) por lo cual van cediendo energía al medio, hasta acabar isotermalizado con él. Piénsese que la luz de una lámpara puede corresponder a una temperatura de 3.000 K o más. El medio ambiente estará a 300 K, en números redondos. Los fotones producidos irán perdiendo energía (frecuencia de su onda) a medida que interaccionen con las moléculas del medio, que están a temperatura mucho más baja. Y así será hasta que las temperaturas se igualen (dentro del contexto estocástico de lo que es la energía interna y su distribución molecular, de lo cual es la temperatura un valor medio que caracteriza la energía de las agitaciones moleculares individuales). Hemos expuesto lo que antecede como una guía clara de que la práctica totalidad de la energía antropogénica, por unas vías u otras, incluyendo los procesos que nosotros definimos como aplicaciones útiles, va a degenerar en calor dado al medio ambiente, generalmente la atmósfera (junto a una parte que se vierte a la hidrosfera, y otra a la tierra o al subsuelo) aunque el primer sumidero -la atmósfera- es quién recibe directamente la mayor carga térmica. A su vez tiende la atmósfera a isotermalizarse con la superficie del planeta, estando todo ello fuertemente perturbado y dominado por la irradiación solar, como ya dijimos al comienzo de este texto. En el análisis que efectuamos de las grandes partidas energéticas, la irradiación solar dominaba por varios órdenes de magnitud. Así pues la primera y fundamental limitación a la producción de energía sobre la tierra, para no alterar en demasía nuestro equilibrio termofísico, es no incrementar de manera sustantiva la cantidad de energía que ha de irradiar la Tierra, respecto de la que llega del sol. En este contexto hay que recordar que el flujo calorífico emitido sigue la ley de Stefan-Boltzmann, que nos indica que para un cuerpo gris de emisividad ε, que está a una temperatura T, la radiación q’’ emitida por unidad de área es

donde σ es la constante de Stefan-Boltzmann (que vale 5,67x10-8 W/(m2×K4)). De manera global a escala de planeta, la cantidad total de energía solar absorbida, más la geogénica, más la de las mareas, más la antropogénica, se

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iguala a la que el planeta emite por radiación según la ley anterior. Esa es la condición fundamental de nuestro equilibrio termofísico, que mantiene a la Tierra en temperatura apreciablemente estable en valor medio (¡no para cada paraje o localidad, por supuesto!. En esto, las variaciones tanto geográficas como temporales son notabilísimas). En valor medio o integral, la interacción de la luz solar con la Tierra se puede caracterizar por la fracción de albedo, α, que representa la cantidad de energía directamente reflejada, por lo que no contribuye al calentamiento de la superficie terrestre, y que vale aproximadamente 30%. Por otro lado, debemos contar que la Tierra ofrece a la radiación solar una sección recta π×R2 (siendo R su radio) y que a su vez tiene una superficie total para irradiar su energía que es 4π×R2. En tal sentido, el equilibrio termofísico del planeta (despreciando las pequeñas aportaciones antropogénicas y geogénicas) sería: πR2S(1-α) = 4π R2 ε σT4 donde S es la irradiación solar (1352 W/m2). Si se resuelve esta ecuación para los datos de la Tierra, como si careciera de atmósfera, para ε = 1 se obtendría que su temperatura superficial media sería aproximadamente 255 K, que corresponde a 18 0C bajo cero. La Tierra no manifiesta esta bajísima temperatura, sino unos 288 K (15 0C). Ese incremento se debe al atrapamiento de parte de la radiación solar en las capas bajas de la atmósfera, en el llamado efecto invernadero. La imagen dada al explicar el balance termofísico anterior es muy simplificada, entre otras cosas porque la temperatura del planeta depende, sobre todo, de la interacción de sus tres elementos básicos: tierra, agua y aire. Ello da pié a que tengamos que hablar posteriormente de clima (y meteorología) pero de momento tendremos que seguir durante unos párrafos con el modelo simplificado, señalando la dependencia del flujo energético radiado con la potencia cuarta de la temperatura. La Tierra, como hemos dicho, está aproximadamente a 15 0C (288 K). Si aumentáramos 1 K su temperatura, el flujo q’’ aumentaría en 1,4%. Dando la vuelta al argumento, si tuviéramos que disipar en nuestro planeta una energía antropogénica de 1,4% la irradiación solar total, nuestra temperatura aumentaría 1 0C. Si permitiéramos un aumento de 5 0C, podríamos llegar a producir antroPrincipios Físicos del Desarrollo Energético Sostenible

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pogénicamente 7,1% de la energía solar llegada a la Tierra. Así pues, cabe en este sentido un aumento sustancioso de la energía antropogénica, pues podría pasar de los actuales 11,5 TW (en potencia media) a 10.000 TW, es decir, una multiplicación de casi un factor 1000, cifra que deja un margen enorme de crecimiento en un contexto de sostenibilidad. Lo anterior sería cierto si nuestro planeta estuviera desnudo, y la temperatura anterior fuera la de su superficie. Por fortuna, está rodeado de atmósfera, en ella y gracias a ella vivimos, y aquí aparece una enorme fuente de complicaciones termofísicas, debido a las interacciones energéticas que hay en el propio seno de la atmósfera, más las de ésta con la superficie de la tierra, más la de aquella con los océanos, los cuales contribuyen a complicar más el problema (afortunadamente para nuestra vida) con la evaporación de ingentes cantidades de agua. La parte visible o percibible por nosotros de todas esas interacciones es lo que llamamos clima. Más propiamente hablando, los climas son los marcos físico-químicos de nuestra atmósfera con patrones identificables macroscópica y estacionalmente. Los climas son, pues, la materialización de ese conjunto de interacciones energético-moleculares en un entorno de características dadas, como puede ser el de las regiones continentales, el de las atlánticas, el del ámbito desértico sahariano, etc. En esa materialización concurren todos los efectos físico-químicos que afectan a las interacciones, como son la latitud y la altitud, y muy señaladamente las cadenas orográficas. También influye el efecto geostrófico que provoca desviaciones en las corrientes fluidas (de agua y de aire) como consecuencia de la rotación terrestre. Aunque hayamos hablado de patrones identificables para definir los climas, lo que propiamente observamos a escala humana es la meteorología, es decir, las manifestaciones circunstanciales de la fenomenología atmosférica, derivadas de los patrones del clima, pero no de una forma proporcionada o regular, sino notoriamente irregular, y a menudo desproporcionada. Ello se debe a la propia naturaleza de los mecanismos energéticos (mecánicos, térmicos, químicos...) que se dan en la atmósfera, y que los matemáticos bautizan de una forma escueta, pero que esconde una problemática complejísima. Los matemáticos dicen que las ecuaciones que gobiernan la fenomenología atmosférica son no-lineales. En los últimos decenios, para ser más acordes con el grado de complejidad de estos fenómenos, se les llama caóticos. Ello no quiere decir que no se puedan estudiar, en una

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ciencia notoriamente llamada Teoría del Caos, pero sí es cierto que son difíciles de entender, y sobre todo de pronosticar. Los sistemas caóticos son en cierta medida la frontera de la ciencia físico-matemática hoy día, aunque su existencia y características ya fuera prevista por el eminente ingeniero y matemático francés Henri Poincaré a principios del siglo XX. Para Poincaré, una de las peculiaridades de estos sistemas no-lineales es su falta de proporcionalidad. Estamos acostumbrados a sistemas lineales, como la física de una viga trabajando en su campo elástico (en el cual deben trabajar y trabajan todas las vigas Principios Físicos del Desarrollo Energético Sostenible

Diagrama de los flujos energéticos (en TW) en nuestro equilibrio termofísico. Los datos son valoraciones promediadas, pues las variaciones diurnas, estacionales, anuales, e hiperanuales en los diversos mecanismos de interacción son muy notorias, como se sabe por experiencias como las diferencias en temperaturas y en pluviometría de unos años a otros. No obstante, los grandes valores de irradiación solar y reflexión y re-radiación terrestre son ciertos, aunque a su vez puedan oscilar, pues hay variaciones astronómicas y de la propia actividad solar. Por lo común estas no sobrepasan ± 3% del valor dado (172.500 TW de insolación llegada a nuestro planeta). El equilibrio de la Tierra requiere que toda la energía que llegue a ella, más la generada aquí por la naturaleza o por el hombre, sea disipada, bien por reflexión (de la luz solar) bien por radiación térmica desde nuestro planeta. (Datos adaptados de diversas estimaciones, particularmente de Bent Sorensen, Renewable Energy: its physics, use, environmental impacts, economy and planning aspects).

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adecuadamente proyectadas). En este caso, si duplicamos la carga de una viga, se duplica su deformación o flecha. En un sistema no-lineal esto no es así. Una alteración pequeñísima, de 0,1% o menos, que se produzca en un coeficiente del sistema (una propiedad física, por ejemplo, la emisividad térmica) o en una condición de contorno (por ejemplo, la temperatura que suponemos en un mar adyacente a nuestro mapa en estudio) cambia sustancialmente el resultado de la meteorología, y en un sentido no siempre pronosticable. Eso bien lo saben los meteorólogos, cuya capacidad de prognosis está fuertemente condicionada por estos fenómenos caóticos. En la matemática clásica imperaba el principio de que, conocidas las condiciones iniciales y la ley que gobernaba un sistema, la evolución de éste quedaba totalmente determinada. En sistemas caóticos, los coeficientes de las ecuaciones dependen de la propia evolución del sistema, y éste pierde el carácter fatalista del determinismo a ultranza, y los fenómenos parecen tener vida propia, un tanto errática. Por fortuna, macroscópicamente muestran ciertas pautas de conducta, y a menudo acotan las oscilaciones de sus variables dentro de lo que se denominan ciclos límite. Ello hace que nuestros climas sean tan curiosamente persistentes en sus patrones principales de comportamiento. De hecho, con la cantidad de energía que nos llega del sol para activar energéticamente el planeta, los valores extremos de temperaturas, lluvias y vientos podían ser mucho más pronunciados, y en algunos momentos del pasado geológico así ha sido. En los años 60 del siglo XX, cuando comenzaron a usarse lo que entonces se consideraban grandes computadores (en potencia de cálculo realmente diminutos en comparación con un PC de principios del siglo XXI) los matemáticos que lideraban el cálculo numérico de esos momentos se atrevieron a efectuar los primeros modelos atmosféricos para estudiar la meteorología. Y aunque utilizaron ecuaciones simplificadas, eran lógicamente no-lineales. Y corroboraron con enormidad de cálculos las predicciones de Poincaré de 50 años antes acerca de la desproporción entre causa y efecto. Pequeñas perturbaciones en los coeficientes o en las condiciones iniciales y de contorno del modelo estudiado, producían cambios brusquísimos en la meteorología que el modelo daba como resultado. Ello llevó a acuñar la idea del efecto mariposa, que inicialmente se vió así, según los científicos norteamericanos: como si una mariposa aleteara en el altiplano mexicano, y a los cuatro días se produjera una tormenta en Nueva York.

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Las Limitaciones al Consumo Energético Contribución al efecto invernadero de los diversos gases atmosféricos (triatómicos y superiores) evaluado hacia finales del siglo XX. Se prevé una rápida reducción de los CFC, por los acuerdos internacionales ya adoptados en ese sentido.

Esta desproporción entre causa y efecto tiene una razón energética de ser: en la energía que llega del sol a la tierra hay potencia suficiente para hacer cada día centenares de tormentas desastrosas, y de hecho resulta sorprendente, aunque estemos acostumbrados a ello, que en los patrones de clima las cosas sean tan constantes. Al tener nuestros climas tanta energía disponible, la fenomenología en la que se concreta en cada momento puede dar meteorologías muy diversas, que pueden obedecer a efectos aparentemente secundarios, aunque no tan secundarios como la mariposa y su aletear, que fue una exageración bien encontrada para llamar la atención sobre el tema. Más que en las mariposas, piénsese en esos inmensos colectores de energía solar que son los mares, en particular el océano Pacífico. Fenómenos tales como el Niño (inundaciones en Perú y aledaños) y la Niña (sequías) son debidos fundamentalmente a la respuesta del Pacífico a la insolación en un determinado final de año, en función de la situación y profundidad de su termoclina, y el régimen de vientos que se establezca, que a su vez depende enormemente de la propia interacción océano-atmósfera. Téngase en cuenta que el océano, en el ámbito térmico, tiene mucho más poder que en el ámbito mecánico o gravimétrico. Concretamente, el peso de toda la atmósfera (1 bar de presión aproximadamente) es igual a la presión ejercida por Principios Físicos del Desarrollo Energético Sostenible

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una columna de agua de 10,5 m. Sin embargo, el equivalente térmico (en capacidad calorífica) de toda la atmósfera, se iguala con 3 m de agua tan sólo. Ello no quiere decir que el efecto térmico solar en los océanos sólo penetre 3 m, pues penetra mucho más. Raro es encontrar la termoclina (profundidad a la que cambia signficativamente la temperatura del agua) a menos de 12 metros, y normalmente se ha de llegar a más de 15 m. Así pues, en los mares hay una reserva térmica extraordinaria, que precisamente ayuda enormemente a reposar el clima, pues la inercia térmica de los oceános es un magnífico amortiguador contra los cambios bruscos. El mar es además la fuente de un elemento fundamental en nuestro clima, el vapor de agua, que es agente fundamental tanto para el control de la temperatura como para establecer el régimen de precipitaciones. Aunque ambas cosas son fundamentales en el contexto del cambio climático (temperatura y lluvias), éste se suele caracterizar básicamente por la temperatura y el nivel del mar. La cuestión de la pluviometría es mucho más compleja y en ella los niveles de incertidumbre son mucho mayores que en la temperatura. Sin embargo, de cara a los efectos positivos y negativos del cambio climático, las lluvias (o el amplio espectro que va desde las sequías a las inundaciones) son tan importantes como el tema de la temperatura, o incluso más. Por otro lado, ambas cosas tienen efectos sensiblemente distintos en función de la latitud y la altitud, y la connotación esencialmente negativa que se otorga al cambio climático, no es real para todos los parajes. Aunque es cierto que en algunos de ellos se acentuaría la desertización, en otros se incrementarían las precipitaciones torrenciales, tanto imprevistas como previsibles (p.e., monzones) y en otros habría anegamientos importantes de tierras. Por el contrario, las regiones nórdicas se atemperarían. El cambio climático y sus connotaciones negativas se establecen en relación con un fenómeno, el efecto invernadero, que sin embargo es fundamental para la vida en la Tierra, aunque el incremento de su efecto pueda comportar variaciones notables en el clima. En este sentido es indispensable separar dos aspectos del caso. El fenómeno físico del efecto invernadero; y las repercusiones que un aumento del mismo puedan tener en el clima, particularmente por un aumento de la concentración de CO2 en la atmósfera, debido a la combustión antropogénica (de combustibles fósiles y derivados). El fenómeno físico del efecto invernadero es conocido de antaño, y sen-

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Las Limitaciones al Consumo Energético Evolución de la concentración de CO2, en partes por millón molares (o volumétricas), según el observatorio de Mauna Loa (Hawai) más las estimaciones a partir del contenido de los hielos polares. (Citado en “La historia del sol y el cambio climático”, de Manuel Vázquez Abeledo, Serie McGraw Hill de Divulgación científica. McGraw Hill Interamericana de España, S.A.U. (1998) y en la ponencia de Lee Kum en la Jornada de la Fundación Iberdrola, “Desarrollo sostenido y sostenible”, del 18 de diciembre de 2002.

tido de manera intuitiva en invernaderos y locales con gran porción de ventanas o superficie acristalada. Estas superficies dejan entrar una alta fracción de la luz solar (de corta longitud de onda) por ser transparentes a ella los constituyentes típicos de los vidrios. Una vez dentro la luz solar interacciona con el medio circundante hasta isotermalizarse con él, por medio de dispersiones, absorciones y reemisiones, de tal manera que los fotones bajan de una temperatura característica cercana a 5.780 K hasta unos 300 K, con lo que su longitud de onda característica se multiplica casi por un factor 20. Ante esa longitud de onda, los vidrios poseen propiedades muy reflectantes, y gran parte de los fotones interiores son retrodispersados cuando intentan salir al exterior. De esa manera, la concentración de energía radiante dentro del invernadero aumenta, y con ello aumenta la temperatura de los objetos allí contenidos, incluido el aire. En otras palabras, el equilibrio termofísico del invernadero es totalmente distinto al de una disposición similar, pero sin vidrios en las ventanas, en la cual la luz, igual que podría entrar, podría salir, convertida en fotones de maPrincipios Físicos del Desarrollo Energético Sostenible

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Capítulo v Variaciones de la temperatura y del contenido de CO2 según las catas hechas en el macizo helado de Vostok, Antártica.

yor longitud de onda. Al interponer los vidrios, la temperatura interior tiene que aumentar, para así tener mayor potencia de emisión de radiación, y alcanzar un equilibrio termofísico en el invernadero, que tendrá temperatura notoriamente más alta que el campo circundante. La atmósfera terrestre está constituida básicamente de nitrógeno (79% en volumen) y oxígeno (21%) siendo ambos moléculas diatómicas, N2 y O2. Precisamente por ser diatómicas tienen muy poca capacidad de absorción a ningún tipo de fotón, ni de longitud de onda larga, ni corta, aunque sí absorben radiación X y ultravioleta muy energética. Otro caso ocurre con las moléculas triatómicas o superiores, como el H2O, el CO2, el O3, ó el CH4 y otros derivados de hidrocarburos gaseosos (por ejemplo, los CFC, o cloro-fluor-carbono, que corresponden en general a haluros de metilo y etilo, durante

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muchos años empleados como propelentes y fluidos frigorígenos, y que además de contribuir al efecto invernadero tienen una actuación catalítica en la destrucción del ozono de la ozonosfera. De ello se hablará más tarde). Volviendo a nuestro problema, es bien sabido que en nuestra atmósfera hay CO2 en concentración no despreciable (véase gráfico adjunto) originado por causas naturales del ciclo del carbono, relacionado con la fotosíntesis, y por intercambio con los mares, donde hay una concentración minúscula, pero que totaliza una gran cantidad, por ser tan inmenso su volumen. Pero además del CO2 ligado al ciclo natural del carbono (que experimentó cambios enormes en sus magnitudes en algunas épocas geológicas) hoy día tenemos la contribución adicional, ya citada, de la combustión antropogénica. El CO2 , como el H2O vapor y las moléculas por encima Principios Físicos del Desarrollo Energético Sostenible

Variaciones de la temperatura (escala derecha, curva baja) y del contenido de CO2 (escala izquierda, curva alta) según las catas hechas en el macizo helado de Vostok, en la Antártida, por J.R. Petit y otros. La profundidad en metros, sobre la figura, guarda correlación con los años de antigüedad, y todo ello se relaciona con los ciclos astronómicos de entre 100.000 y 150.000 años. Aunque hay coincidencia en las puntas máximas y en la evolución general del CO2 y de la temperatura, las variaciones detalladas son muy caóticas. (Presentado por Lee Kump en la Jornada de la Fundación Iberdrola sobre “Desarrollo sostenido y sostenible”, 18 de diciembre, 2002, y en Nature, Vol 419, Septiembre 2002).

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Capítulo v

de diatómicas, son muy transparentes a los fotones de escala visible e infrarroja cercana, y por tanto dejan entrar hasta la superficie de la Tierra la luz procedente del sol, sin interaccionar apreciablemente con ella. Por el contrario, esas moléculas absorben fotones de longitud de onda mucho más larga (unas 20 veces más larga) procedente de la superficie de la Tierra, que son los producidos por la isotermalización de la radiación solar con los cuerpos de nuestra superficie terrestre y marítima. Esos fotones absorbidos vuelven a ser reemitidos, pero una fracción apreciable de ellos, casi la mitad, lo son en dirección de nuevo hacia la Tierra, por lo que el resultado es como si los fotones emitidos por la Tierra se reflejaran parcialmente en la atmósfera y volvieran a ella, produciéndose un atrapamiento de la radiación térmica cerca de nuestra superficie, de manera similar a como queda atrapada en el interior de un invernadero. Ello provoca, análogamente, un calentamiento de nuestro hábitat, lo cual repercute de manera inmediata en elevación de la temperatura, y por ende en cuestiones derivadas de esta magnitud, como es la fusión parcial de los casquetes polares, con la consiguiente elevación del nivel del mar. A su vez, al ser mayor la temperatura, presumiblemente aumentará la cantidad de vapor de agua contenida en la atmósfera, por lo que la pluviometría tenderá a aumentar, aunque no de manera uniforme, ni en el espacio ni en el tiempo. Lo hará en aquellos momentos y localizaciones donde se produzcan condensaciones del vapor atmosférico, y eso a menudo está ligado a choques entre frentes de aire (caliente y húmedo contra frío) que son difíciles de pronosticar. Tal es el caso de la gota fría en nuestras costas mediterráneas o, a escala mucho mayor, los monzones subasiáticos de verano e invierno (sobre todo los primeros). Pero al hablar del vapor de agua, hay que hacer hincapié en lo que comentábamos del segundo aspecto del efecto invernadero: la repercusión del incremento de éste, y más particularmente del CO2, sobre el cambio climático. Y para tratar este tema hay que señalar que si la Tierra no tuviera esas moléculas triatómicas en la atmósfera, es decir, si no hubiera efecto invernadero, nuestra temperatura superficial no sería en media de 15° C, sino de 18° C bajo cero. ¡33 grados menos!. La vida en nuestro planeta sería absolutamente imposible, al menos tal como la conocemos, porque la Tierra sería un cuerpo helado, no menos que lo es la Luna (aunque no tenga hielo propiamente dicho, por falta de agua, que al menos no existe en

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cantidad apreciable, aunque pudiera haber en algunos cráteres no del todo explorados). La Tierra siempre ha mantenido un nivel alto (e incluso muy alto) de efecto invernadero. Gran parte de la atmósfera primitiva se creó por las fortísimas emanaciones volcánicas, con abundancia de vapor de agua y dióxido de carbono. En épocas geológicas remotas se alcanzaron altísimas concentraciones de CO2 (y también de CH4) que dieron lugar a periodos de gran actividad fotosintética, por absorción de CO2 en plantas y fitoplancton, así como al llamado ciclo de rocas, en las que el CO2 se fijó a través de combinación química con silicatos cálcicos, compuesto fundamental en la geología terrestre. Así quedó el CO2 absorbido en forma de calcita (carbonato de calcio) y también de magnesio (dando lugar a los montes dolomíticos). La mayor parte del carbono que existe en nuestra tierra está fijado de ese modo. Los plegamientos tectónicos posteriores dieron lugar a que esas rocas adquirieran formas orográficas en diversas cordilleras, de las que en España hay muchas, como la cántabra, los Pirineos, el macizo Ibérico, la costero-catalana, la valenciana, etcétera. La química de la mineralogía no acaba aquí ni mucho menos, y el proceso inverso también puede darse, pasando desde la calcita y el cuarzo (SiO2) a los silicatos de calcio y el dióxido de carbono, pero Principios Físicos del Desarrollo Energético Sostenible

Emisiones de CO2 (millones de toneladas) según los tipos de combustibles. Al tener los hidrocarburos un alto contenido en hidrógeno, particularmente los ligeros, la proporción de CO2 que emiten a la atmósfera por unidad de energía generada es menor. En el caso del metano, es algo inferior a 4/9 de la emisión del carbono puro. A esto hay que añadir la diferencia de rendimientos. Así, por ejemplo, un kWh generado en una central de carbón lanza a la atmósfera entre 800 y 950 gramos de CO2 . En el caso de centrales de gas con ciclo combinado, son entre 350 y 400 los gramos de CO2 emitidos por kWh.

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Capítulo v Desde mediados del siglo XX, el ciclo del carbono, y particularmente su compuesto el CO2 , está siendo objeto de cuidadoso estudio. Se fué apreciando desde entonces un aumento de la concentración de CO2 en la atmósfera, que se imputó a las crecientes emisiones debidas a la combustión de combustibles fósiles. Aunque los aspectos cualitativos del ciclo del CO2 parecen bien conocidos, resultó extraño que no fuera mayor y más rápida la absorción del gas por parte de los océanos, que constituyen la mayor reserva del mismo, sobre todo en capas profundas. Posiblemente, los mecanismos de difusión del gas disuelto, hacia las profundidades, son más lentos de lo evidenciado por experimentos en laboratorio, debido a efectos de estratificación que no se han caracterizado suficientemente bien en el mar profundo. En la atmósfera hay unas 2,75 Tton (billones de toneladas) de CO2. Algo similar es el contenido en el agua muy superficial, pero el total del mar es como poco 50 veces mayor, e incluso mucho mayor que este factor 50. En la materia orgánica terrestre hay fijo mucho carbono,

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ello requiere el arrastre de aquéllos hacia zonas de mayor temperatura y presión, como son las zonas de subsidiencia suboceánica. De lo cual se hace esta mención tan somera para indicar que los ciclos de formación de rocas intervienen también en la determinación del contenido de CO2 marítimo y atmosférico. No menos interviene el mar como tal, donde queda atrapado como gas disuelto, imprescindible para la vida marítima, como lo es el oxígeno disuelto para la respiración de esos seres. Como es bien sabido, al aumentar la temperatura del agua, disminuye la solubilidad de los gases en ella, y por tanto la concentración marítima disminuye, y aumenta en tal caso la atmosférica. El contenido total de CO2 en los océanos es muy superior a 100 Tton (lo que viene a representar 65 ppm en peso). En el mar, no obstante, el contenido de CO2 se estratifica mucho, y la parte existente en las zonas abisales interacciona muy lentamente con el contenido de las partes más superficiales del mar. Junto al CO2 y otros agentes del efecto invernadero cuya concentración ha podido oscilar mucho a través de las eras, por darse diversos fenómenos físico-químicos que los eliminan, como puede ser la oxidación del metano (CH4) dando CO2 y H2O, lo que resulta imprescindible señalar es el altísimo papel que el vapor de agua ha desempeñado siempre y desempeña hoy día en el efecto invernadero. En la actualidad, aproximadamente 2/3 de su efecto térmico se pueden imputar como mínimo a él. El agua atmosférica tiene incluso mayor impacto en el clima y la meteorología que el efecto como tal, pues la condensación en nubes impide pasar la luz solar, modificando en tal caso de manera ostensible los balances térmicos locales. Las nubes dispersan, y retrodispersan hacia el espacio exterior, toda la luz recibida. Cierto que parte de ella llega hasta la superficie, pero notoriamente disminuida en intensidad, lo cual provoca un enfriamiento considerable, que a su vez produce desequilibrios en la presión atmosférica, lo cual da lugar a vientos y tormentas. Martínez-Val · Perlado · Piera

Las Limitaciones al Consumo Energético ( El pie comienza en la página anterior )

Sobre este panorama dominado un tanto caóticamente por el vapor de agua, la problemática que nos ocupa hoy día es la incidencia en el clima de un aumento continuado y apreciable de la concentración del CO2 atmosférico, particularmente el producido por la actividad humana. Cabe ante todo decir que dicha concentración tiene varias causas, que podemos fijar en dos bloques: unas de tipo natural, entre las que cabe destacar las variaciones en el intercambio de CO2 entre la atmósfera y los océanos; y otras antropogénicas, que a su vez tienen tres grandes epígrafes: la deforestación, el CO2 de la combustión, y las emisiones (por lo general accidentales o inevitables) de otras sustancias gaseosas, como el CH4 o los CFC. Merece la pena comentar que la posibilidad física de que el CO2 antropogénico produjera un calentamiento en el planeta fué ya apuntada por el eminente químico sueco Svante Arrhenius (¡en 1898!), quién relacionó el uso creciente de la combustión con el efecto invernadero. Pero Arrhenius no apuntó tal cuestión como anuncio de una catástrofe, sino al revés, como posibilidad de respuesta al advenimiento de una glaciación, lo cual empezó a temerse en esa época, tal como comenzaba a conocerse la durísima meteorología de la mayor parte de la Era Cuaternaria, durante la cual Suecia había sido un manto de hielo sin vida alguna. Años después, en 1938, un científico inglés llamado Principios Físicos del Desarrollo Energético Sostenible

tanto en la que está viva (y asimila CO2 y lo respira, según se indica en el gráfico) como en la muerta (o en putrefacción). El carbono total de la biomasa marítima (contando la viva, más escasa, y la muerta, es aproximadamente de 3 Tton. El uso antropogénico de combustibles fósiles liberó a la atmósfera más de 22 Gton de CO2 en el año 2000, y superará los 25 Gton antes del 2010.

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Capítulo v

G.Collandar remitió a la Real Sociedad Meteorológica de Londres las primeras mediciones del contenido de CO2 atmosférico, señalando que en los cincuenta años precedentes el aumento había sido de un 10%, y ello estaría produciendo un aumento del atrapamiento de la radiación en cotas bajas de la atmósfera. No obstante, también señaló que el contenido de CO2 en el agua del mar debía ser en total unas 50 veces el contenido total atmosférico y apuntó, por tanto, que ese gran sumidero que son los océanos terminaría haciendo de amortiguador de esas variaciones al alza de CO2, aunque tal mecanismo requiera años, pues la solubilidad de gases atmosféricos en el mar es una reacción físico-química muy lenta. El intercambio de CO2 entre los océanos y el mar es de unos 90 mil millones de toneladas al año. Esta cifra es comparable a la que es fija por fotosíntesis en toda la biomasa, que es de unos 100 mil millones de toneladas/ año, aunque la mitad de ellas vuelven prontamente a la atmósfera, por el proceso de respiración. Aún así, unos 50 mil millones quedan fijados en la biomasa, y vuelven a CO2 cuando ésta muere y se pudre, por acción de bacterias que se alimentan de ello, o por combustión (tanto natural como antropogénica) siendo también relevante la que se destina a alimentación agropecuaria y humana. La emisión antropogénica de CO2 es de más de 20 mil millones de toneladas/año, lo cual da idea de estar en valores que pueden ser relevantes para alterar la concentración atmosférica. Téngase en cuenta que la combustión de 12 gramos de carbono produce 44 gramos de CO2, por lo que de una tonelada de carbón, aparecen por combustión más de 3,5 toneladas de CO2. Con el nivel actual de consumo de este material superior a los 2000 Mtep (del orden de tres mil millones de toneladas de carbón), resulta una cifra altísima, cercana a los 10.000 millones de toneladas, de CO2 procedente sólo de los distintos tipos de carbón (hulla, lignitos, etc; los cuales no todos tienen el mismo poder calorífico, por variar su contenido en carbono, más pequeño en los lignitos, que contienen más ganga e impurezas). Estas cifras se han de poner en el contexto del contenido total de CO2 en la atmósfera, actualmente de unos 2,75 billones de toneladas (equivalente a 555 ppm en peso, del peso total de la atmósfera, que es de unos 5000 billones, esto es 500 Tton). Con una emisión de 20 mil millones de toneladas durante 10 años, se tendrían 200 Gton añadidos, que si todos quedaran en la atmósfera, supondrían un incremento algo superior al 7%.

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Por fortuna, hay otros sumideros, como la fotosíntesis y el mar, donde se calcula que hay más de 100 Tton, por lo que el aumento que se ha detectado en 10 años de emisiones de CO2 tan altas como las dichas, no llega a 5%. Pero el efecto invernadero no es solo del CO2, y sobre algunos de los agentes de efecto invernadero, y en particular los CFC, ya se ha comenzado a actuar, y la reducción de sus emisiones es un hecho (entre otras cosas por las restricciones impuestas, que comentamos luego). Pero es sobre el CO2 de la combustión sobre el que recae básicamente la “culpa” del cambio climático que se podría derivar de un incremento sustancial de la concentración de esta molécula en nuestra atmósfera, y de ahí las restricciones que se han impuesto sobre la combustión, particularmente de carbón, en el Protocolo de Kyoto. Aunque hay que señalar el alto nivel de incertidumbre que científicamente existe sobre este efecto, los meteorólogos señalan tres puntos que a su juicio deben servir para tomar medidas precautorias, como de hecho son las de Kyoto. Estos tres puntos son: Principios Físicos del Desarrollo Energético Sostenible

Evolución de la temperatura global del planeta en este último siglo (trazo continuo, con 0 para 1975). En trazo discontinuo se muestra la evolución del contenido atmosférico del CO2. En la línea a puntos, se da el resultado de una simulación en la que además del efecto invernadero, se tiene en cuenta la actividad solar y su efecto sobre la insolación que llega a la Tierra. Hay que señalar que el efecto invernadero es tanto más acusado cuanto mayor es la insolación recibida, y que sin un conocimiento y predicción precisa de los valores de la irradiación solar, no cabe efectuar estimaciones válidas de ninguna clase acerca del cambio climático. (Datos tomados de W.Soon, citados en “La historia del sol y el cambio climático” de Manuel Vázquez Abeledo, Serie McGraw Hill de divulgación científica. McGraw Hill Interamericana de España, S.A.U., 1998)

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Capítulo v Evolución de la emisión global en España de gases con efecto invernadero. La prevención contra el cambio climático que podría desencadenar un aumento significativo del efecto invernadero, llevó al establecimiento del Protocolo de Kyoto en 1997, que ha sido suscrito y ratificado por múltiples países, pero no por Estados Unidos, el mayor productor de CO2, con casi el 40% del total. Aunque el Protocolo contiene unos baremos de ponderación y medida de los diversos gases, escuetamente se resume en que para el final de esta primera década del siglo XXI, las emisiones estén acotadas, o incluso hayan descendido. Es notorio que los países que más están incumpliendo los objetivos hasta la fecha son los de mayor desarrollo en estos años, como Canadá (+20%) Estados Unidos (19%) Austria (16%), Japón (14%) y otros varios países europeos. Curiosamente, el citado Protocolo no establece el régimen sancionador por los incumplimientos, aunque sí contempla son sistemas de transacción de emisiones entre unos países y otros. Un mercado de emisiones.

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• Se ha producido un aumento en la concentración de CO2 atmosférico en estos últimos cincuenta años, claramente atribuible a la actividad energética de la humanidad • Se ha producido paralelamente un aumento de la temperatura que se estima en 0,5 0C. Resulta cuestionable atribuir con rigor este aumento al CO2 (y los demás gases de efecto invernadero) pero en un plazo tan corto resulta difícil que las variaciones astronómicas hayan sido tan señaladas, y tampoco parece que las variaciones solares hayan sido unidireccionales, pues en general muestran ciclicidad. En tal sentido, muchos meteorólogos apuntan al aumento de la concentración de CO2 como hecho más significativo para explicar ese incremento de temperatura. • Los modelos termofísicos y meteorológicos de cálculo numérico que se han ido perfeccionando en los últimos veinte años, apuntan a que el CO2 tiene un papel notable (aunque no tan grande como el H2O) en el clima y su evolución. En todo caso, señalan que el principio físico del efecto invernadero es incuestionable (y efectivamente, es una realidad científicamente probada). Aunque todavía queden algunas incertidumbres por despejar en el Martínez-Val · Perlado · Piera

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campo meteorológico, los científicos recomiendan cautela en lo posible, y de ahí la existencia del mencionado Protocolo de Kyoto. Bajo los auspicios de la ONU, los meteorólogos están estudiando este tema agrupados en el IPCC (Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático). Sus conclusiones apuntan por ahora a reforzar las tesis anteriores, tendentes por tanto a limitar las emisiones de CO2. Hay que señalar, no obstante, que muchos científicos (generalmente no meteorólogos, pero con curricula muy respetables) creen insuficientemente probada la relación causa-efecto en el asunto del cambio climático, y acusan a la generalidad de los meteorólogos de abusar del miedo que produce dicho cambio, con objeto de conseguir mayores presupuestos de investigación. Indudablemente, el hecho de ser ecuaciones caóticas (o no lineales) hace que su estudio numérico sea complejo, pero no sólo por las ecuaciones en sí, sino por el conocimiento impreciso de los coeficientes que en ellas intervienen, a través de los cuales se caracterizan los fenómenos naturales. Aun se tardará mucho en afinar científicamente en este campo hasta un nivel que proporcione garantías suficientes de la validez de los Principios Físicos del Desarrollo Energético Sostenible

La vida en nuestro planeta se desarrolló generalmente en ambientes más cálidos que los actuales. Se dió un descenso continuado, aunque inestable, de temperaturas, desde hace unos cien millones de años, que concluyó con una enorme glaciación. En los últimos dos millones de años las temperaturas han estado muy por debajo de las actuales más del 90% del tiempo. La interglaciacion en la que vivimos comenzó hace unos veinte mil años, y se demostró con fuerza hace unos trece mil, proporcionando el clima para que los hombres paleolíticos salieran de las cavernas y se produjeran además grandes migraciones. (Peter Barrett en Nature, Enero 2003)

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Capítulo v Nivel del mar en épocas pasadas, determinado por registros fósiles de animales vivientes en la interfaz agua-aire. Se aprecia que la mayor parte del tiempo el nivel del mar fue muy inferior al actual. Ello se debió al mayor frío, que confinaba en hielo gran parte del agua total de la Tierra. Todo el hemisferio norte hasta el paralelo 45º, e incluso más abajo en el continente americano, estaba cubierto de hielo en esos periodos glaciales. Hay que destacar que la anterior interglaciación hace unos 120.000 años, no duró mucho más de 20.000 años, que es lo que dura ya la actual. Aparentemente, el final de la interglaciación fué muy abrupto, pero resulta difícil entender sus orígenes y calcular rigurosamente la evolución de dicho cambio tan drástico.

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cálculos. En todo caso, debe tenerse en cuenta que el clima ha evolucionado continuamente sobre la Tierra, sin mediar en ello para nada la actividad antropogénica. Y no nos referimos al clima en épocas geológicas remotas, sino a los propios registros históricos y, aún con mayores variaciones, a todo lo largo de la era Cuaternaria, en la que estamos. De los registros fósiles, incluyendo los que testifican el nivel de los océanos, se puede decir que solo el 10% de los 2 últimos millones de años, han sido de clima interglacial cálido, como el que gozamos ahora. La mayor parte del tiempo cuaternario la Tierra ha estado a temperaturas mucho más bajas que las actuales, en condiciones heladas en gran parte de su superficie. Tanta agua había en forma de hielo en casquetes y glaciares que cubrían la mayor parte de América del Norte, Europa del Norte y Siberia, que el nivel del mar llegó a estar a 130 metros por debajo de lo actual, que prácticamente marca el nivel máximo que ha tenido en el Cuaternario. Hace algo menos de 20.000 años comenzó lentamente la interglaciación actual, estando el mar a unos 80 m menos de nivel que en la actualidad. Hace unos 15.000 años la interglaciación era un hecho, liberándose los hielos de gran parte de esas zonas. Esa es la época de la cultura rupestre franco-cántabra (Cuevas de Altamira) y poco después los humanos dejaron las cuevas por aparecer otros modos de Martínez-Val · Perlado · Piera

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subsistencia y organización tribal, en clima crecientemente cálido. Ello dio origen a cambios biológicos y ambientales que no se conocen con detalle, pero existieron. Por ejemplo, la extinción del mítico oso cavernario, de alzada y peso mucho mayores que los osos que sobrevivieron. Residuos óseos de estos osos se encuentran en las propias cuevas que alguna vez fueron habitadas por el hombre, y las indicaciones biológicas parecen apuntar a que no se acomodaron, al igual que otras especies, al creciente aumento de temperatura que se dio. El calentamiento elevó el nivel del mar, y propició un régimen de lluvias mucho mayor, por aumento espectacular de la evaporación. Ello pudo producir acantonamiento de agua y vegetación en zonas hoy tan desérticas como el Sahara, pero en las cuales se han encontrado jilópalos (árboles fosilizados) que corresponden a esa época de transición, en la que incluso hubo población humana que dejó recuerdos pictográficos en esa zona. No obstante, el progresivo calentamiento y una estabilización del régimen de lluvias llevó a la desertización de esa zona, amén de otras. No son capaces los meteorólogos de explicar con precisión los cambios climáticos del Cuaternario, aunque hay cierta correlación con los cambios en la irradiación solar producidos por variaciones astronómicas. Tampoco resulta fácil explicar por qué comenzó la actual interglaciación ni pronosticar cuanto va a durar. De acuerdo con los registros fósiles, ya dura demasiado, y es tan intensa como la más intensa de las glaciaciones anteriores. Por supuesto las variaciones se medirían en centenares y miles de años, y por tanto se escapan del horizonte que prudentemente podemos contemplar ahora, pero esto constituye una muestra más de las dificultades de entender nuestro clima, su pasado (el paleoclima) y su futuro, que es nuestra preocupación, y en el que hay que plantear el tema de la sostenibilidad. En este sentido, y por lo que se refiere a límites físico-químicos, hay que hacer la siguiente advertencia: a muy largo plazo, y por lo que se refiere a la sostenibilidad que podemos llamar asintótica, el cuestionamiento de la combustión por el aumento del CO2 tendrá poco sentido, pues no quedarán prácticamente combustibles fósiles. Aunque con seguridad se seguirán encontrando durante un tiempo nuevas reservas de carbón e hidrocarburos, la tendencia que se evidencia hoy día señala que entre los siglos XX y XXI se habrá consumido la mayor parte del petróleo, que en el XXII se habrán extinguido apreciablemente las reservas de gas, y las de carbón Principios Físicos del Desarrollo Energético Sostenible

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Capítulo v

Aún cuando los combustibles fósiles no puedan jugar ningún papel en la sostenibilidad a muy largo plazo, por razón de su agotamiento, debe señalarse que en su explotación ya se emplean métodos tendentes a la minimización del impacto en el hábitat, clave de la sostenibilidad. Muestra de ello es este ejemplo de restauración de los terrenos en una explotación minera.

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no llegarán mucho mas allá del XXIII, salvo que haya un racionamiento considerable de su consumo, a escala actual y de las generaciones presentes, estas cifras no parecen afectarnos, y no tendrán influencia esos presumibles agotamientos en el sector energético de los próximos decenios. Sin embargo, si consideramos el tema a muy largo plazo, como sería lógico para valorar las condiciones de sostenibilidad, tenemos que concluir que en ese remoto escenario, el efecto invernadero sobreañadido por incremento del CO2, ya no tendrá sentido. Muy posiblemente, la humanidad se enfrentará entonces a otros problemas climáticos que ahora no podemos ni imaginar, por no conocer ni saber explicar la evolución de la climatología ni sus oscilaciones entre glaciaciones (dominantes en el Cuaternario) e interglaciaciones. Sin embargo, el tema del efecto invernadero es fundamental en un análisis completo de la sostenibilidad, pues hasta llegar a ese escenario habrá que pasar por un desarrollo sostenido, donde las limitaciones del planeta y los combustibles fósiles serán dos elementos básicos en su definición e implantación. De no mantenerse la sostenibilidad de nuestro sistema energético en el plazo que hemos mencionado (siglos XXI, XXII, XXIII) difícilmente se podría llegar a la sostenibilidad asintótica, pues no parece que ello vaya a ser posible con un salto en el vacío. Resulta crucial que el desarrollo en general, y el energético en particular, sea sostenido además de sostenible, y en ese sentido se han de conjugar las disponibilidades de fuentes de energía con las limitaciones físico-químicas. Quizá pueda ilustrarse la importancia del efecto invernadeMartínez-Val · Perlado · Piera

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ro señalando que las moléculas triatómicas, y en particular el CO2, actúan como relés de atrapamiento de un flujo energético superior, que es la radiación solar. En tal sentido, la repercusión energética del CO2 por su efecto invernadero, es mucho mayor que la propia aportación energética de la combustión en la que se originó el CO2. En un horizonte asintótico sin combustibles fósiles, el efecto invernadero no sería ya una preocupación para el desarrollo sostenible. Tampoco lo serían las energías renovables, que son meras transformaciones de la energía solar. Sí lo sería la Fusión Nuclear, que añadiría energía a la disipación radiante de la Tierra. El problema sería radicalmente distinto al del efecto invernadero, pues aquí no habría atropamiento de la radiación solar, sino incremento de la energía geogénica. Aunque los impactos de estos incrementos sobre el clima son difíciles de verificar y no han sido tan estudiados como el caso del efecto invernadero, se admite que una generación de energía de fusión que equivaliera, en potencia, a un 1% de la irradiación solar, sería asumible por el planeta. Ello significaría una potencia (futurible) de fusión de 103 TW, es decir, unas 100 veces superior a la tasa actual de consumo energético de la humanidad. De las pautas de evolución que se prevén en estos próximos decenios, el papel de los combustibles fósiles no solo no va a decrecer, sino que va a aumentar. Por fortuna de cara a las emisiones de CO2, el mayor aumento de consumo de combustibles fósiles se dará en el Gas Natural, que es el que produce menores emisiones de CO2 por unidad de energía producida, por la mayor contribución porcentual de la oxidación del hidrógeno (para dar agua). De las energías renovables, las únicas que de momento han alcanzado madurez industrial son la hidráulica y la eólica. La hidráulica ha experimentado un parón notable por cuestiones ambientales y su despliegue adicional se prevé mucho menor que el aumento del consumo global. La incidencia ambiental de grandes presas es un problema que de momento no tiene fácil remedio, aunque pudieran pensarse obras hidráulicas más costosas y con diversas opciones de cauces para no interrumpir éste drásticamente. En todo caso, la inundación de grandes extensiones para servir de almacenamiento hidráulico, es algo consustancial con esta fuente de energía, y de complejidad ecológico-social. El impacto ambiental es realmente mínimo en los parques eólicos, y en Principios Físicos del Desarrollo Energético Sostenible

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Capítulo v

tal sentido su despliegue debería ser estimulado, como ya lo es en España y otros países, mediante primas tarifarias a su producción. Contra la energía eólica actúa su dificultad intrínseca de funcionar con garantía de potencia. Para propiciar ésta se debería recurrir a algún modo de almacenamiento (bombeo hidráulico, producción de hidrógeno) pero ello encarecería notoriamente su coste. Por otro lado, así como ha sido fácil su integración en redes de suficiente potencia (generalmente a nivel de distribución regional) el incremento de la potencia instalada supondría problemas añadidos para la estabilidad de la red y la garantía de suministro, que exigiría cierta potencia de respaldo. Con estas perspectivas fríamente plantadas y teniendo en cuenta las limitaciones cautelares que se recomiendan sobre el CO2 y que se han recogido en el Protocolo de Kyoto, y del análisis de las fuentes de energía comercialmente disponibles, parece lógico dejar una ventana de despliegue adecuado a la energía nuclear de fisión, que en los países occidentales tiene una ejecutoria de seguridad y rentabilidad claramente reconocidas. Como se indicó en la sección correspondiente de esta monografía, la energía de fisión tiene un gran potencial de mejora en todos los sentidos (de seguridad, de economía y de explotación de sus materias primas) pero parte ya de una realidad consolidada que en brevísimo plazo puede iniciar construcciones de centrales nucleares en cualquier lugar del mundo, pues de hecho se están construyendo en Asia, donde las necesidades energéticas son más acuciantes, y la disponibilidad de combustibles fósiles autóctonos no es nada grande (en países como Japón, Corea del Sur o Taiwán). La energía nuclear de fisión presenta características muy sólidas para contribuir al desarrollo sostenido hacia la sostenibilidad, por poder ir aprovechando sucesivos estudios en el desarrollo de nuevos tipos de reactores, contribuyendo con todo ello a reducir la emisión de CO2. Esta opción quizá no se pueda considerar en el muy corto plazo de principios del siglo XXI, donde las condiciones de liberalización del mercado y disponibilidad de gas natural hacen que la opción de Central de Gas de Ciclo Combinado sea la más favorecida entre las opciones para nuevas inversiones. Sin embargo, de cara al segundo y sucesivos decenios de este siglo, la Energía Nuclear podría contribuir significativamente a armonizar los incrementos de demanda (particularmente de energía eléctrica) y las limitaciones fisicoquímicas relativas al ciclo del carbono y al efecto invernadero.

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Téngase en cuenta que de continuar la tendencia previsible (por extrapolación de la actual) en la emisión de CO2, a finales del siglo XXI la temperatura de la Tierra habrá podido aumentar entre 3 y 6 0C (aunque hay previsiones incluso de mayores cifras, si bien con mucha menor certidumbre estadística). Ello representaría cambios climatológicos considerables, que serían posiblemente muy señalados en el ámbito pluviométrico, donde se prevén mayores valores extremos, esto es, mayor índice de sequías, y mucha mayor probabilidad de fuertes aguaceros e inundaciones. Cabe señalar, para cerrar este punto sobre el CO2, que su repercusión en la climatología a través del efecto invernadero es muchísimo mayor que la directamente derivada del calor generado en la combustión. De hecho, en la actualidad, éste es despreciable en el contexto del balance termofísico global, como ya vimos en párrafos anteriores. Por el contrario, como el CO2 incide sobre al atrapamiento de la radiación solar en las cotas bajas de la atmósfera, y siendo la radiación solar el elemento fundamental de dicho balance, con miles de veces de diferencia respecto de las demás contribuciones, a través del efecto invernadero el CO2 provoca mucho mayor desajuste en ese balance. Otras moléculas que contribuyen al efecto invernadero son el CH4 y los CFC. Respecto del primero, parte de la emisión atmosférica proviene de la putrefacción de materia biológica (gas de los pantanos) incluyendo en ella los vertederos de basura. Hay que contar además con la contribución artificial como consecuencia de las fugas de gas natural. Ello hace que el montante de la parte del efecto invernadero artificial que se puede atribuir al CH4 sea alrededor del 20%. Posiblemente esta cifra irá en aumento como consecuencia de los mayores trasiegos de gas natural que se prevén en el futuro inmediato. Aunque en las operaciones industriales se intenten minimizar las fugas de gas (pues representan un peligro para la seguridad inmediata y notorias pérdidas económicas) es lógico que a mayor cantidad de material acarreado y distribuido se deban asociar mayores fugas, aunque esto habrá que constatarlo en el futuro, pues la tecnología del gas va mejorando mucho. Como efecto compensatorio a esa posible fuga cabe decir que se está dando ya una reducción notable en los CFC, a los que en el año 2000 se atribuía aproximadamente un 20% del efecto invernadero artificial. La mayor cruzada internacional contra los CFC provino de su actuación desPrincipios Físicos del Desarrollo Energético Sostenible

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Capítulo v Las pilas de combustible producen la oxidación, controlada electroquímicamente, del hidrógeno, dando agua como producto, más una corriente eléctrica, cuya generación no está sometida al rendimiento de Carnot, pues no se trata de un ciclo termodinámico, con lo cual pueden ser mucho más altos, excediendo incluso del 70%. El hidrógeno también podrá ser usado en turbinas y motores para algunas aplicaciones de combustión directa. El principal desafío consiste en la producción de H2 a partir de agua, para lo que es menester una fuente energética potente y duradera. También serán importantes sus cuestiones de seguridad.

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integradora del ozono de la ozonosfera, que tiene como virtud fundamental la absorción de los rayos ultravioletas procedentes del sol, que son cuasi-ionizantes y producen impactos biológicos en el ser humano (en particular, cancer de piel). Los CFC se usaban como propelentes en diversas aplicaciones (aún se permite su uso para algunos medicamentos) y como fluidos frigorígenos. Debido a los acuerdos internacionales de Viena (1985) y Montreal (1987), se llegó a la prohibición gradual de fabricación y uso, siendo en principio sustituidos por HCFC (con mayor número de carbonos e hidrógenos en la molécula) y posteriormente por otros fluidos frigorígenos. El resultado está siendo una disminución progresiva de su emisión y su concentración atmosférica, lo cual se espera produzca el cierre del agujero de ozono. Esta es otra incertidumbre importante, pues aquí podría haber otras causas no tan señaladas como los CFC, en los que sí se podía identificar una relación causa-efecto, bien precisada en pruebas en laboratorios. También se prevé reducción en la emisión de N2O, por eliminación de los óxidos de nitrógeno en las futuras aplicaciones de combustión industrial, bien por mejoras en los procesos de combustión (llamas más frías, con oxidación multi-etapa, para evitar reacciones endoenergéticas como las que producen dichos óxidos) o bien por limpieza de humos con amoníaco, en los procedimientos denominados Reducción Catalítica (o no Catalítica) selectiva de nitrógeno, que convierte a esos óxidos, y el amoníaco usado, en N2 y H2O. Estas actuaciones están relacionadas fundamentalmente con otra problemática de contaminación que también representa una limitación físico-química para la explotación energética: la lluvia ácida. Acerca de este problema se han establecido acuerdos importantes internacionales (pues los efectos son a menudo transfronterizos) y entre ellos merece la pena destacar el Convenio de Ginebra de 1982 y sus protocolos asociados (Hensinky 1985, Sofía 1988, Ginebra 1991, Oslo 1994, Göteborg 1999). Los acuerdos hacen referencia sobre todo a Martínez-Val · Perlado · Piera

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reducir las emisiones de SO2, producidas por el azufre que acompaña al carbón y al crudo petrolífero, y a reducir las emisiones de NOX, que terminan oxidándose e hidratándose hasta nivel de HNO3, al igual que el anhídrido sulfuroso termina en H2SO4. En el ámbito de la Unión Europea se han producido notables avances en este sentido, tanto en centrales de producción de energía eléctrica como en comburentes para el transporte y para la calefacción doméstica e industrial. Aunque la lluvia ácida no altera el equilibrio termofísico ni afecta sensiblemente al efecto invernadero, por la precipitación pluviométrica de sus contaminantes, a nivel regional sí implica un impacto notable, que en zonas tales como los lagos Principios Físicos del Desarrollo Energético Sostenible

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Capítulo v

fineses (por acumulación de lluvia procedente de Alemania y Polonia) y los lagos canadienses (por acumulación de parte de lo producido en Estados Unidos) supone un deterioro realmente grave. En algunas regiones españolas, como el Maestrazgo, se ha apreciado exfoliación importante de pinares y otros árboles como consecuencia de la lluvia ácida, aunque se ha mitigado ya enormemente dicho efecto. En tal sentido, en estos casos como son los agentes ozonolíticos y la lluvia ácida, donde la relación causa-efecto es clara y proporcional, se han tomado medidas rápidamente, buscando tecnologías complementarias o alternativas. Para el asunto del efecto invernadero la cuestión es más compleja. Mediante el protocolo de Kyoto se han fijado valores objetivos de emisión, para finales de esta década, pero no se han buscado tecnologías sustitutorias, salvo el caso de las Centrales de Gas de Ciclo Combinado, lo cual sólo disminuirá emisión de CO2 en tanto sustituya centrales de carbón, lo cual hará en pequeño porcentaje. La mayor parte de las nuevas centrales serán para ampliación del parque. Más complicado aún es este tema en el sector transporte. Una posible reacción, tanto a nivel nacional como involucrando a las empresas energéticas, sería la participación activa en los instrumentos internacionales previstos en el Protocolo de Kyoto, con actuaciones en terceros países tendentes a reducir el impacto de las emisiones de CO2. Una actuación fundamental sería la reforestación. A nivel nacional, sobre todo por la falta de lluvia, sería casi imposible abordar esto ni a nivel testimonial en el campo energético. En España, un rendimiento típico de cultivo de biomasa energética estaría entre 15 y 20 toneladas por hectárea, y como mucho se dispondría de un millón de hectáreas, lo que daría un máximo de 20 millones de toneladas año de biomasa con un poder calorífico de unos 7 Mtep en total (ó 10 Mtec, equivalentemente). El consumo total de combustibles fósiles en España es de más de 90 Mtep. No son parangonables las cifras de consumo con lo que podría subsanarse por reforestación en nuestro país. Para tener un mayor efecto en reducir la concentración de CO2 gracias a la reforestación habría que ir a latitudes y regiones con mayor extensión aprovechable y con gran capacidad de producción de biomasa, como son las selvas tropicales y ecuatoriales. Por último, y en cuanto a los efectos locales del calor total desprendido, éste puede alterar notoriamente la vida de ríos, embalses y la plataforma

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continental marina, si no se acotan sus efectos. Por fortuna, la tecnología dispone de métodos y dispositivos suficientes para que esos efectos sean mínimos, y macroscópicamente despreciables. Para ello se utilizan torres de refrigeración, tanto secas como, sobre todo, de tiro húmedo. Ello sobrecarga la aportación térmica a la atmósfera, pero como afecta sobre todo al vapor de agua, en el contexto regional, y no digamos en el global, resulta despreciable. Así se evita el sobrecalentamiento excesivo de la hidrosfera, que puede comportar perjuicios muy serios a su fauna y flora. En tal sentido, las perturbaciones térmicas locales no parecen plantear ningún problema crítico de cara a la sostenibilidad.

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