Energia

1.    ¿Qué es la energía?

En física, «energía» se define como la capacidad para realizar un trabajo. En tecnología y economía, «energía» se refiere a un recurso natural (incluyendo a su tecnología asociada) para poder extraerla, transformarla y darle un uso industrial o económico.

2.    ¿Qué unidades se usan para medir la energía?

Ø  En el sistema SI la unidad de energía es el Joule ó Julio = kg*m^2/s^2 
1 Joule = equivale a la energía necesaria para mover una masa de 1 kgr con una aceleración de 1 m/s^2, 1 metro de distancia 

Ø  En el sistema CGS es el Ergio = gr* cm^2/s^2 
1 Ergio = equivale a la energía necesaria para mover una masa de 1 gr con una aceleración de 1 cm/s^2, una distancia de 1 cm 

Ø  En los procesos termodinámicas se utiliza la Caloría 

1 Caloria = la energía calorífica necesaria para elevar 1 grado centígrado la temperatura de 1 gramo de agua pura desde 14,5 °C a 15,5 °C a presión atmosférica 

1 Caloría = 4,184 Joules 

Ø  En los procesos eléctricos se utiliza el watt-h, o su múltiplo mas conocido el kilovatio - hora ( ver boleta de consumo de luz eléctrica) 

1 kilovatio-hora = la energía desarrollada por una potencia de 1 kilovatio durante 1 hora 

1 kilovatio = 1000 vatios o watts 

1 vatio ó Watts = la potencia eléctrica producida por una diferencia de potencial de 1 voltio y una corriente eléctrica de 1 amperio (1 VA). 

3.    ¿Qué es la potencia?

Ø  Potencia: cantidad de trabajo realizado por unidad de tiempo.

Ø  Potencia eléctrica: cantidad de energía eléctrica o trabajo que se transporta o que se consume en una determinada unidad de tiempo.

Ø  Potencia (en óptica): inverso de la distancia focal de una lente o espejo.

Ø  Potencia acústica: la cantidad de energía por unidad de tiempo emitida por una fuente determinada en forma de ondas sonoras.

Ø  Etapa de potencia: un amplificador de audio.

Ø  Potencia de Planck: unidad de medida de potencia.

4.    ¿De dónde proviene la energía que consumimos?

Casi toda la energía que tenemos proviene del sol. El calor del sol calienta el aire y es la causa de los vientos, la evaporación del agua, el desarrollo de la vegetación y por tanto la aparición de los combustibles fósiles (carbón y petróleo).

Para obtener energía utilizamos fuentes de energía que pueden ser renovables o no renovables.

Ejemplo: de fuentes renovables:

(Energía Solar, aprovecha la radiación del sol)

5.    ¿Cómo se clasifican las fuentes de energía?

Una primera clasificación de las fuentes de energía:

• No renovables: se encuentran de forma limitada en la naturaleza. Se consumen a un ritmo mayor del que se producen, por lo que acabarán agotándose. Ejemplos: el petróleo o el carbón.

• Renovables: se recuperan tras utilizarse. No se agotan, pues, o bien no se consumen, como el viento o el agua, o se pueden regenerar al mismo ritmo que se consumen, como los biocombustibles.

Una segunda clasificación de las fuentes de energía atienden a su poder de contaminación:

• Fuentes de energía contaminantes: al utilizarlas producen residuos contaminantes. Ejemplos: el carbón o el gas natural.

• Fuentes de energía limpias: al utilizarlas no generan residuos contaminantes, como la energía solar o la eólica.

Una tercera clasificación atiende a su uso:

• Convencionales: son las que se han empleado tradicionalmente, como el carbón o el petróleo.

• Alternativas: se utilizan para sustituir las energías convencionales y evitar que se agoten. Ejemplos: energía solar o energía eólica.

6.    ¿Qué es la energía hidráulica y como se aprovecha?

La Energía hidráulica es la producida por el agua retenida en embalses o pantanos a gran altura (que posee energía potencial gravitatoria). Si en un momento dado se deja caer hasta un nivel inferior, esta energía se convierte en energía cinética y, posteriormente, en energía eléctrica en la central hidroeléctrica.

¿Cómo se Aprovecha?

La energía hidráulica se basa en aprovechar la caída del agua desde cierta altura para producir energía eléctrica. Actualmente, el empleo de la energía hidráulica tiene uno de sus mejores exponentes: la energía mini hidráulica, de bajo impacto ambiental.

7.    ¿Qué es la energía solar y como se aprovecha?

La energía solar es una energía renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol. La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser humano desde la Antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando. En la actualidad, el calor y la luz del Sol puede aprovecharse por medio de diversos captadores como células fotovoltaicas, helióstatos o colectores térmicos, pudiendo transformarse en energía eléctrica o térmica. Es una de las llamadas energías renovables o energías limpias, que podrían ayudar a resolver algunos de los problemas más urgentes que afronta la humanidad.²

¿Cómo se Aprovecha?

Ø  La energía solar es una de las alternativas más sostenibles para la producción de energía. Este es un hecho conocido, pero ¿qué nuevas aplicaciones damos a una de las energías renovables más importantes de nuestra vida? Si tenemos en cuenta que Greenpeace estima que la energía solar fotovoltaica podrá suministrar electricidad a dos tercios de la población en 2030, y que el Consejo Mundial de Energía cree que el año 2100 el 70 % de la energía consumida será de origen solar, no está de más repasar algunas de las aplicaciones más provechosas de esta renovable:

Ø  Electricidad

Ø  Esta es la aplicación más básica de todas: gracias a un panel fotovoltaico, usted puede aprovechar la energía del sol para generar electricidad. Ésta le servirá para alimentar, por ejemplo, el consumo (o al menos parte de él) de energía de su hogar, su hotel, o su empresa. Su panel puede almacenar lo generado en baterías o estar directamente conectado a la red.

Ø  Agua Caliente

Ø  En zonas de sol, como la mayoría de países de Latinoamérica o España, puede aprovecharse la energía solar para calentar el agua, a través de captadores solares que generan calor. En este caso, hablamos de paneles de energía solar térmica en los que el agua se calienta y puede servir en los hogares (hoteles y hospitales), para ducharse o cocinar, y se puede aprovechar también en la calefacción.

Ø  Calefacción y frío solar

Ø  Llamamos 'frío solar' al aire acondicionado ecológico, que, gracias al consumo de energías limpias puede representar un ahorro de hasta un 70% de la energía. La energía solar se emplea para producir este aire acondicionado eco a través de dos métodos: se recolecta mediante paneles fotovoltaicos que activan los equipos de frío, o mediante colectores solares que son ellos mismos quienes producen la energía térmica a baja temperatura.

Ø  Eso para el verano. En invierno, la calefacción también puede ser solar, como comentábamos en el apartado anterior: gracias a sistemas solares térmicos, donde se calienta el agua, que se puede acumular para calefacciones, o incluso para piscinas temperadas.

Ø  Por otro lado, hay quien lo tiene todo en uno, con paneles solares capaces de almacenar energía y convertirla en frío o calor, según se necesite.

Ø  Riego de plantaciones

Ø  Si desde hace mucho que el riego de plantaciones se programa y se hace por goteo para no derrochar agua, el empleo de bombas solares permite un óptimo aprovechamiento del agua hasta en los lugares más remotos y necesitados de agua. Hay varias clases de riegos solares: los de presión constante, que no necesitan baterías ni acumulación de agua, sino que se alimentan directamente de paneles solares; los de movimiento pivot para grandes fincas (el movimiento del pivot se alimenta de energía fotovoltaica); el bombeo solar directo (sin baterías, solo con paneles); o riegos completamente automatizados gracias a paneles solares.

Ø  Alumbrado de exteriores

Ø  Gracias a los paneles solares, jardines, caminos y carreteras pueden alumbrase mediante el aprovechamiento de la energía del sol y sin necesidad de tendido eléctrico.

Ø  Durante el día se genera y almacena la energía, y por la noche se utiliza para iluminar dichos exteriores. Cada punto puede tener su propia autonomía con una pequeña placa, o puede haber una central que recoge toda la energía solar (aunque ésta requiere más espacio e infraestructura de cableado). Los leds funcionan en estos casos como emisores de luz económicos y de larga vida útil.

Ø  Carros solares (y otros inventos)

Ø  Aún no se han popularizado ni mucho menos masificado (¡pero todo llegará!), pero hay grandes fabricantes desarrollando tecnología para producir carros que se muevan (y corran) gracias a la energía solar. Además del carro solar, ingenieros de todo el mundo desarrollan inventos que sólo funcionan con energía solar, como aviones, computadores portátiles, duchas o bolsos solares.

8.    ¿Qué es la energía eólica y como se puede aprovechar?

La energía eólica es la energía obtenida a partir del viento, es decir, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es convertida en otras formas útiles de energía para las actividades humanas. El término «eólico» proviene del latín aeolicus, que significa «perteneciente o relativo a Eolo», dios de los vientos en la mitología griega.

La energía eólica ha mostrado un interesante crecimiento en los últimos tiempos, gracias al desarrollo de diversos mecanismos que permiten aprovechar cada vez más la acción del viento.

Hasta no hace mucho, esta fuente de energía estaba alejada de los hogares. Pero un grupo de ingenieros de Hong Kong creó las turbinas de viento para uso hogareño, un mecanismo que permite generar electricidad con brisas de hasta dos metros por segundo.

Turbinas similares también se utilizan para proveer de energía a edificios. En este caso son túneles de viento de unos tres metros de alto que pueden ser colocados en lo alto de las torres inmuebles y generar electricidad para todos los inquilinos.

Otra llamativa innovación de los últimos años fue el puente peatonal con turbinas eólicas, que amén de posibilitar el traslado de personas también funciona como generador de electricidad.

La energía eólica también puede ser aprovechada desde el océano. Es más, en las costas de varios países ya se han instalado aerogeneradores que propician el aprovechamiento de los vientos marinos, tecnologías que también fueron diseñadas para flotar mar adentro.

Finalmente, el viento puede ser utilizado para desalinizar el agua a través de un molino. Se trata de un sistema que potabiliza el vital líquido mediante la técnica de ósmosis inversa, que la realiza aprovechando la acción del aire.

9.    ¿Qué es la energía biomasita y como se aprovecha?

La biomasa es el conjunto de recursos forestales, plantas terrestres y acuáticas, y de residuos y subproductos agrícolas, ganaderos, urbanos e industriales.

Esta fuente energética puede ser aprovechada mediante su combustión directa a través de su transformación en biogás, bioalcohol, etc.

Los métodos de conversión de la biomasa en combustible pueden agruparse en dos tipos: conversión bioquímica y conversión termoquímica. De la primera, se puede obtener el etanol y metano mediante la fermentación alcohólica y digestión anaerobia. De la segunda, se puede obtener gas pobre, carbón y jugos piroleñosos mediante gasificación y pirolisis.

¿Cómo se aprovecha?

Ø  Es renovable.

Ø   Es la única fuente de energía que aporta un balance de CO2 favorable, de manera que la materia orgánica es capaz de retener durante su crecimiento más CO2 del que se libera en su combustión.

Ø  No depende de ninguna fuerza (como en la eólica).

Ø  Los combustibles que se generan a partir de la biomasa tienen una gran variedad de usos (probablemente sean los únicos combustibles primarios que puedan sustituir a la gasolina para el transporte).

Ø  La construcción de una central y su mantenimiento generan puestos de trabajo.

Ø  Es una forma de crear infraestructura rural, abre nuevas oportunidades.

Ø   Tiene un gran potencial para rehabilitar tierras degradadas.

Ø  Se evita la contaminación del medio aprovechando los residuos orgánicos para la obtención de energía.

Ø  Ausencia de emisión de azufres e hidrocarburos altamente contaminantes (lluvia ácida).

Ø  Obtención de productos biodegradables.

10. ¿Qué es la energía geotérmica  y como se puede aprovechar?

La energía geotérmica es una energía renovable^1 2 que se obtiene mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra.

El término «geotérmico» viene del griego geo («Tierra»), y thermos («calor»); literalmente «calor de la Tierra». El interior de la Tierra está caliente y la temperatura aumenta con la profundidad. Las capas profundas, pues, están a temperaturas elevadas y, a menudo, a esa profundidad hay capas freáticas en las que se calienta el agua: al ascender, el agua caliente o el vapor producen manifestaciones en la superficie, como los géiseres o las fuentes termales, utilizadas para baños desde la época de los romanos. Actualmente, el progreso en los métodos de perforación y bombeo permiten explotar la energía geotérmica en numerosos lugares del mundo.

¿Cómo se puede aprovechar?

La energía geotérmica es una energía renovable que aprovecha el calor de las capas de la tierra para generar energía eléctrica de forma ecológica. La energía geotérmica, una de las fuentes de energía “verde” menos conocidas, fluye desde las capas internas hacia la parte más externa de la corteza terrestre, un calor que puede ser aprovechado por el hombre para multitud de usos.

11.  ¿Qué es la energía mareomotriz y como se puede aprovechar?

La energía mareomotriz es aquella energía que aprovecha el ascenso y descenso del agua del mar producido por la acción gravitatoria del sol y la luna para generar electricidad de forma limpia. Se trata, por tanto, de una fuente de renovable inagotable que utiliza la energía de las mareas producida en nuestros océanos.

¿Cómo se puede aprovechar?

La energía mareomotriz, al igual que la eólica y la fotovoltaica son alternativas que todavía están en pañales pero que llegará el día que al igual que otras como el motor de aire comprimido, el de agua o el de los imanes y otros muchos que están patentadas y compradas por grandes multinacionales saldrán tarde o temprano de los oscuros cajones y serán la energía del futuro, espero que dentro de 15 años empecemos a ver resultados. 

En las grandes rías dónde entra el mar, se puede simplemente cerrando la ría con una compuerta cuando ha llegado la marea al máximo y después se suelta el agua que pasa por turbinas que con su fuerza producen corriente eléctrica, es otra forma de energía mareomotriz, hay muchas formas. 

12. Que es el carbón y que uso tiene

El carbono (del latín: Carbo) es un elemento químico de número atómico 6 y símbolo C. Como miembro del grupo de los carbonoideos de la tabla periódica de los elementos. Es sólido a temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación, puede encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas, carbono amorfo y cristalino en forma de grafito o diamante respectivamente. Es el pilar básico de la química orgánica; se conocen cerca de 16 millones de compuestos de carbono, aumentando este número en unos 500.000 compuestos por año. Y forma parte de todos los seres vivos conocidos. Forma el 0,2 % 

Usos

Ø  El isótopo radiactivo carbono-14, descubierto el 27 de febrero de 1940, se usa en la datación radiométrica.

Ø  El grafito se combina con arcilla para fabricar las minas de los lápices. Además se utiliza como aditivo en lubricantes. Las pinturas anti-radar utilizadas en el camuflaje de vehículos y aviones militares están basadas igualmente en el grafito, intercalando otros compuestos químicos entre sus capas. Es negro y blando. Sus átomos están distribuidos en capas paralelas muy separadas entre sí. Se forma a menos presión que el diamante. Aunque parezca difícil de creer, un diamante y la mina de un lapicero tienen la misma composición química: carbono.

Ø  El diamante es transparente y muy duro. En su formación, cada átomo de carbono está unido de forma compacta a otros cuatro átomos. Se originan con temperaturas y presiones altas en el interior de la tierra. Se emplea para la construcción de joyas y como material de corte aprovechando su dureza.

Ø  Como elemento de aleación principal de los aceros.

Ø  En varillas de protección de reactores nucleares.

Ø  Las pastillas de carbón se emplean en medicina para absorber las toxinas del sistema digestivo y como remedio de la flatulencia.

Ø  El carbón activado se emplea en sistemas de filtrado y purificación de agua.

Ø  El carbón amorfo ("hollín") se añade a la goma para mejorar sus propiedades mecánicas. Además se emplea en la formación de electrodos (p. ej. de las baterías). Obtenido por sublimación del grafito, es fuente de los fulerenos que pueden ser extraídos con disolventes orgánicos.

Ø  La fibra de carbono (obtenido generalmente por termólisis de fibras de poliacrilato) se añade a resinas de poliéster, donde mejoran mucho la resistencia mecánica sin aumentar el peso, obteniéndose los materiales denominados fibras de carbono.

Ø  Las propiedades químicas y estructurales de los fulerenos, en la forma de nanotubos, prometen usos futuros en el incipiente campo de la nanotecnología.

13. ¿Qué es el petróleo y que uso tiene?

El petróleo (del griego: πετρέλαιον, lit. «aceite de roca»), es una mezcla homogénea de compuestos orgánicos, principalmente hidrocarburos insolubles en agua. También es conocido como petróleo crudo o simplemente crudo.

Se produce en el interior de la Tierra, por transformación de la materia orgánica acumulada en sedimentos del pasado geológico y puede acumularse en trampas geológicas naturales, de donde se extrae mediante la perforación de pozos.

Usos

Ø  las fibras textiles artificiales, como el nailon. presentan, sobre las fibras naturales, grandes ventajas, como resistencia ante el ataque de bacterias, hongos e insectos, se arrugan menos, se secan más rápidamente, etc.

Ø  prótesis, órganos artificiales, implantes para odontología, ácido acetil salicílico, para aplicaciones médicas, etcétera.

Ø  fertilizantes, herbicidas e insecticidas de todo tipo para la agricultura.

Ø  colorantes, conservantes, antioxidantes y otros productos aditivos para la industria alimentaria.

Ø  detergentes.

Ø  envases y embalajes variados. muchos tipos de plástico son derivados del petróleo. sus utilidades son incontables: carcasas para aparatos electrónicos (teléfonos, ordenadores, televisores, etc.); film transparente para envolver alimentos; fibra óptica para comunicaciones; encapsulados y coberturas para material eléctrico; neumáticos, etc. las aplicaciones del petróleo y sus derivados en nuestra vida diaria son muy numerosas.

Ø  productos especiales finales

Ø  dentro de los productos especiales que se generan a partir del petróleo tenemos a los siguientes

Ø  gasolinas líquidas (fabricadas para automóviles y aviación, en sus diferentes grados; queroseno, diversos combustibles de turbinas de avion

Ø  , y el gasóleo, detergentes, entre otros). se transporta por barcazas, ferrocarril, y en buques cisterna. pueden ser enviadas en forma local por medio de oleoductos a ciertos consumidores específicos como aeropuertos y bases aéreas como también a los distribuidores.

Ø  lubricantes (aceites para maquinarias, aceites de motor, y grasas. estos compuestos llevan ciertos aditivos para cambiar su viscosidad y punto de ingnición), los cuales, por lo general son enviados a granel a una planta envasadora.

Ø  ceras (parafinas), utilizadas en el envase de alimentos congelados, entre otros. pueden ser enviados de forma masiva a sitios acondicionados en paquetes o lotes.

Ø  azufre (o ácido sulfúrico), subproductos de la eliminación del azufre del petróleo que pueden tener hasta un dos por ciento de azufre como compuestos de azufre. el azufre y ácido sulfúrico son materiales importantes para la industria. el ácido sulfúrico es usualmente preparado y transportado como precursor del oleum o ácido sulfúrico fumante.

Ø  brea se usa en alquitrán y grava para techos o usos similares.

Ø  asfalto - se utiliza como aglutinante para la grava que forma de asfalto concreto, que se utiliza para la pavimentación de carreteras, etc. una unidad de asfalto se prepara como brea a granel para su transporte.

Ø  coque de petróleo, que se utiliza especialmente en productos de carbono como algunos tipos de electrodo, o como combustible sólido.

Ø  petroquímicos de las materias primas petroquímicas, que a menudo son enviadas a plantas petroquímicas para su transformación en una variedad de formas. los petroquímicos pueden ser hidrocarburos olefinas o sus precursores, o diversos tipos de químicos aromáticos.

Ø  productos de plástico que son usados para distintos utensilios de la vida diaria. así como también algunas prendas de vestir.

14. ¿Qué es el gas natural y que uso tiene?

El gas natural constituye una importante fuente de energía fósil liberada por su combustión. Es una mezcla de hidrocarburos gaseosos ligeros que se extrae, bien sea de yacimientos independientes (gas libre), o junto a yacimientos petrolíferos o de carbón (gas asociado a otros hidrocarburos gases y líquidos peligrosos).

Usos

·         calefacción de edificios y procesos industriales, mediante calderas,

·         centrales eléctricas de alto rendimiento, como son las de ciclo combinado gas-vapor,

·         centrales de cogeneración que mediante la producción simultánea de electricidad y calor alcanzan rendimientos energéticos elevados,

·         como gas natural vehicular, combustible de cada vez más empleado en camiones, autobuses o buques, en forma de gas natural comprimido (GNC) o gas natural licuado(GNL),

·         como pila de combustible para generar energía eléctrica en vehículos de hidrógeno.

Su obtención o extracción es más sencilla y económica en comparación con otros combustibles. La licuefacción del gas natural se produce por la acción combinada de la compresión y refrigeración a bajas temperaturas. El GNL permite su transporte marítimo a largas distancias, y sin la necesidad de infraestructuras terrestres, mediante buques metaneros.

15. ¿Es lo mismo energía nuclear que energía atómica?

La energía nuclear o energía atómica es la energía que se libera espontánea o artificialmente en las reacciones nucleares. Sin embargo, este término engloba otro significado, el aprovechamiento de dicha energía para otros fines, tales como la obtención de energía eléctrica, energía térmica y energía mecánica a partir de reacciones atómicas, y su aplicación, bien sea con fines pacíficos o bélicos.¹ Así, es común referirse a la energía nuclear no solo como el resultado de una reacción sino como un concepto más amplio que incluye los conocimientos y técnicas que permiten la utilización de esta energía por parte del ser humano.

Estas reacciones se dan en los núcleos atómicos de algunos isótopos de ciertos elementos químicos (radioisótopos), siendo la más conocida la fisión del uranio-235 (²³⁵U), con la que funcionan los reactores nucleares, y la más habitual en la naturaleza, en el interior de las estrellas, la fusión del par deuterio-tritio (²H-³H). Sin embargo, para producir este tipo de energía aprovechando reacciones nucleares pueden ser utilizados muchos otros isótopos de varios elementos químicos, como el torio-232, el plutonio-239, el estroncio-90 o el polonio-210 (²³²Th, ²³⁹Pu, ⁹⁰Sr, ²¹⁰Po; respectivamente).

16. ¿Cómo está constituido el núcleo de los átomos?

Un átomo es la unidad constituyente más pequeña de la materia que tiene las propiedades de un elemento químico. Cada sólido, líquido, gas y plasma se compone de átomos neutros o ionizados. Los átomos son muy pequeños; los tamaños típicos son alrededor de 100 pm (diez mil millonésima parte de un metro).² No obstante, los átomos no tienen límites bien definidos y hay diferentes formas de definir su tamaño que dan valores diferentes pero cercanos. Los átomos son lo suficientemente pequeños para que la física clásica dé resultados notablemente incorrectos. A través del desarrollo de la física, los modelos atómicos han incorporado principios cuánticos para explicar y predecir mejor su comportamiento.

Cada átomo se compone de un núcleo y uno o más electrones unidos al núcleo. El núcleo está compuesto de uno o más protones y típicamente un número similar de neutrones (ninguno en el hidrógeno-1). Los protones y los neutrones son llamados nucleones. Más del 99,94 % de la masa del átomo está en el núcleo. Los protones tienen una carga eléctrica positiva, los electrones tienen una carga eléctrica negativa y los neutrones tienen ambas cargas eléctricas, haciéndolos neutros. Si el número de protones y electrones son iguales, ese átomo es eléctricamente neutro. Si un átomo tiene más o menos electrones que protones, entonces tiene una carga global negativa o positiva, respectivamente, y se denomina ion.

Los electrones de un átomo son atraídos por los protones en un núcleo atómico por esta fuerza electromagnética. Los protones y los neutrones en el núcleo son atraídos el uno al otro por una fuerza diferente, la fuerza nuclear, que es generalmente más fuerte que la fuerza electromagnética que repele los protones cargados positivamente entre sí. Bajo ciertas circunstancias, la fuerza electromagnética repelente se vuelve más fuerte que la fuerza nuclear y los nucleones pueden ser expulsados del núcleo, dejando tras de sí un elemento diferente: desintegración nuclear que resulta en transmutación nuclear.

El número de protones en el núcleo define a qué elemento químico pertenece el átomo: por ejemplo, todos los átomos de cobre contienen 29 protones. El número de neutrones define el isótopo del elemento.³ El número de electrones influye en las propiedades magnéticas de un átomo. Los átomos pueden unirse a otro u otros átomos por enlaces químicos para formar compuestos químicos tales como moléculas. La capacidad de los átomos de asociarse y disociarse es responsable de la mayor parte de los cambios físicos observados en la naturaleza y es el tema de la disciplina de la química.

No toda la materia del universo está compuesta de átomos. La materia oscura constituye más del universo que la materia y no se compone de átomos, sino de partículas de un tipo actualmente desconocido.

17. ¿Qué es la fisión nuclear?

La fusión nuclear es el proceso que se produce en las estrellas y que hace que brillen. También es uno de los procesos de la bomba de hidrógeno. Al contrario que la fisión nuclear, no se ha logrado utilizar la fusión nuclear como medio rentable (o sea, la energía aplicada al proceso es mayor que la obtenida por la fusión) de obtener energía, aunque hay numerosas investigaciones en esa dirección. 

La fusión es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia del estado sólido al estado líquido por la acción del calor. Cuando se calienta un sólido, se transfiere energía a los átomos que vibran con más rapidez a medida que gana energía. En el ciclo del agua se lleva a cabo este fenómeno físico. 


Fusión, cambio de una sustancia del estado sólido al líquido, normalmente por aplicación de calor. El proceso de fusión es el mismo que el de fundición, pero el primer término se aplica generalmente a sustancias como los metales, que se licúan a altas temperaturas, y a sólidos cristalinos. Cuando una sustancia se encuentra a su temperatura de fusión, el calor que se suministra es absorbido por la sustancia durante su transformación, y no produce variación de su temperatura. Este calor adicional se conoce como calor de fusión. El término fusión se aplica también al proceso de calentar una mezcla de sólidos para obtener una disolución líquida simple, como en el caso de las aleaciones.

18. ¿Qué es la fusión nuclear?

En física nuclear, fusión nuclear es el proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen y forman un núcleo más pesado.¹ Simultáneamente se libera o absorbe una cantidad enorme de energía, que permite a la materia entrar en un estado plasmático.

La fusión de dos núcleos de menor masa que el hierro (en este elemento y en el níquel ocurre la mayor energía de enlace nuclear por nucleón) libera energía en general. Por el contrario, la fusión de núcleos más pesados que el hierro absorbe energía. En el proceso inverso, la fisión nuclear, estos fenómenos suceden en sentidos opuestos.

En el caso más simple de fusión, en el hidrógeno, dos protones deben acercarse lo suficiente para que la interacción nuclear fuerte pueda superar su repulsión eléctrica mutua y obtener la posterior liberación de energía.

En la naturaleza ocurre fusión nuclear en las estrellas, incluido el Sol. En su interior las temperaturas son cercanas a 15 millones de grados Celsius.² Por ello a las reacciones de fusión se les denomina termonucleares. En varias empresas se ha logrado también la fusión (artificial), aunque todavía no ha sido totalmente controlada.

19. ¿Qué es el hidrogeno y cuál es su papel como vector energético?

En los últimos años del siglo XX y primeros del XXI estamos asistiendo a un revolucionario cambio energético sin precedentes, que está marcando y marcará el futuro de las inversiones energéticas.

El modelo energético futuro debe acometer el reto suministrar energía a una nueva sociedad, utilizando una energía eficiente, inocua para el medio ambiente, no agotable y suficientemente competitiva.

La primera pregunta que nos surge, es la de saber si existe una solución factible y que también existen las tecnologías energéticas que lo harían posible.

Descubrimos que ciertamente existe un vector energético capaz de cumplir con los requerimientos establecidos, que es el hidrógeno. Y es que el hidrógeno aparte de ser el elemento más abundante del universo, suponiendo más del 75% de su masa y constituyendo más del 90% en número de átomos, tiene unas características que lo convierten en un candidato idóneo.

La reacción del hidrógeno con el también abundante oxígeno, aparte de producir energía, produce como resultado agua. El hidrogeno puede ser además obtenido a partir de multitud de recursos naturales (agua, biomasa, residuos sólidos urbanos, hidrocarburos ligeros, hidrocarburos pesados, etc.) utilizando una multitud de procesos (térmicos, eléctricos y fotónicos). El más popular y conocido de todos estos procesos es la electrolisis del agua, proceso con el cual por medio de electricidad separamos el hidrógeno del oxigeno del agua. Si analizamos detenidamente esta reacción, observamos que con este simple proceso, estaríamos cumpliendo varias de las reglas que  establecíamos en nuestro  paradigma energético (energía inocua para el medio ambiente y no agotable).

Desde un punto de vista práctico el hidrógeno, es un excelente combustible y puede ser utilizado para producir energía (electricidad y calor) mediante el uso de máquinas convencionales (motores, turbinas, etc.).

Por otro lado el hidrógeno al ser un gas puede ser almacenado bien en estado gaseoso, o líquido, incluso dadas sus características atómicas (es el primer elemento y más pequeño de la tabla periódica) puede ser almacenado en ciertos materiales (zeolitas, clatratos, nanotubos, etc.).

Por otro lado, existe una tecnología conocida bajo la denominación de pilas de combustible, que en conjunción con el hidrógeno, pueden ofrecer excelentes eficiencias, que era otro de los requisitos que establecimos en nuestro nuevo paradigma energético.

Contrariamente a lo que pudiera pensarse, las pilas de combustible, no son una tecnología recientemente descubierta, ya en el año 1839 Sir William Grove realizó los primeros ensayos sobre la reversibilidad de la electrolisis del agua, en 1889 Ludwig Mond y Charles Langer acuñan el término de pila de combustible, trabajando con aire y gas de hulla, pero no es hasta 1932 cuando Sir Francis Bacon desarrolla una pila de combustible incorporando los conceptos prácticos de la tecnología actual. Fue finalmente en los años 50 cuando la NASA, necesitada de un sistema reversible de producción energética para sus naves espaciales, dio un impulso definitivo y fundamental para el desarrollo de esta tecnología.

Las pilas de combustible actuales son dispositivos electroquímicos que utilizando hidrógeno como fuente de combustible pueden generar directamente, sin otros procesos intermedios, electricidad y calor. Las pilas de combustible están constituidas básicamente por dos electrodos (ánodo y cátodo) separados por un electrolito normalmente embebido en una membrana o matriz que lo soporta.

Por otro lado las pilas de combustible presentan interesantes características, entre ellas una eficiencia bastante superior a las de las máquinas térmicas convencionales, pudiendo llegar en algunos casos y en determinadas aplicaciones, con utilización de electricidad y calor (cogeneración), hasta valores superiores al 80%. Al tratarse de células individuales, presentan una excelente modularidad y pueden ser apiladas y puestas en paralelo hasta obtener las potencias y características eléctricas deseadas, que las habilitan para ser utilizadas en muy diversos nichos de aplicación: sistemas portátiles, en el transporte (coches) y en sistemas estacionarios de potencia.

 El único de los condicionantes establecidos en nuestro enunciado que aún no está resuelto es el de la competitividad con otras fuentes alternativas de producción energética, ya que aunque existen determinadas aplicaciones que han encontrado su nicho de mercado (unidades auxiliares de potencia, sistemas de alimentación ininterrumpida en ciertas aplicaciones, suministro energético en lugares remotos, etc.) el resto de aplicaciones tecnológicas está inmerso en un proceso de  mejora continua de sus condiciones de operatividad, búsqueda de materiales más idóneos y disminución de costes que faciliten su comercialización.

El sector del automóvil dispone ya de vehículos motorizados con pilas de combustible que esperan sean competitivos a medio plazo.

Nos encontramos embarcados en una transición energética histórica, la evolución hacia este paradigma energético y conceptual requiere aún de importantes esfuerzos e inversiones en investigación y desarrollo, ya que este cambio tecnológico no puede ser fruto del esfuerzo de empresas individuales, si no del conjunto de los actores implicados en su desarrollo y no solo de los actores tecnológicos, pues existen también existe un importante número de factores no tecnológicos que es necesario resolver (formación de los técnicos que tiene que operar con la nueva tecnología, aspectos legislativos de utilización y seguridad, aceptación de los usuarios, etc.).

En este sentido la Unión Europea facilitó hace unos años, la creación de una denominada Plataforma Tecnológica Europea del Hidrógeno y las pilas de combustible, que aunaba el esfuerzo de todos los actores involucrados en dichas tecnologías, con el objetivo de solventar los problemas aún existentes y la puesta en mercado de las mismas. Tras un periodo de trabajo y evolución ésta plataforma se consolidó en un esquema mucho más ambicioso y operativo denominado Iniciativa Tecnológica conjunta del Hidrógeno y las pilas de combustible y que con cerca de un billón de euros de inversión se organizaba a través de un conjunto de empresas industriales punteras en la tecnología y su utilización, con el apoyo de un núcleo de instituciones y organismos de investigación de alto nivel interesadas en promocionar su desarrollo, con la contribución y bajo la atenta mirada de la propia Comisión Europea.

Fruto de este esfuerzo se han desarrollado un buen número de proyectos de investigación y desarrollo que está permitiendo avanzar en la consolidación de la tecnología y un ambicioso programa de investigación y desarrollo dirigido desde la propia iniciativa con el firme compromiso y contribución de todos los actores mencionados. Cualquier investigador, empresa o institución interesada puede acceder, a través de sus convocatorias anuales, a solicitar fondos que permitan desarrollar nuevas ideas, nuevos diseños y/o mejoras en cualquier punto de la cadena tecnológica o de aplicación de la tecnología. La iniciativa desarrolló, con la contribución de todos los actores interesados, una Agenda de Investigación Estratégica donde se recogen los objetivos tecnológicos y no tecnológicos, en sus diversos aspectos y fases, que son necesarios acometer hasta su introducción en mercado (nuevas invenciones, investigación y desarrollo, proyectos piloto y/o de demonstración de la tecnología, soporte de introducción a mercado y formación y concienciación pública de la tecnología).

A nivel nacional existen dos asociaciones que promocionan y facilitan el trabajo de las instituciones y empresas interesadas en la investigación, desarrollo, promoción de las tecnologías del hidrógeno y las pilas de combustible y que son, la Asociación Española del Hidrógeno (AeH2)y la Asociación Española de Pilas de Combustible (APPICE), que abanderan los esfuerzos nacionales en estas tecnologías.