¿De dónde viene la energía?

Practicamente toda la energía disponible sobre nuestro planeta de una u otra forma, proviene en última instancia del Sol.

En efecto:

-Energía solar.- No precisa explicación, pues tanto la fotovoltaica, como la termosolar o la térmica, transforman la radiación solar o en electricidad o en calor.

-Energía eólica.- Transforma la energía cinética del viento –debido a que es aire que se encuentra en movimiento-, en eléctrica mediante un generador (éste modifica las posiciones relativas de un conjunto de espiras en el seno de un campo magnético). Pues bien, la energía que posee el viento, proviene del calentamiento de las masas de aire, debido al Sol evidentemente. Masas de aire que poseen diferente temperatura, también poseen diferente densidad y por tanto, la más ligeras tienden a elevarse sobre las más densas, dando lugar al viento.

-Energía de combustibles fósiles.- Su origen también es solar. Es lo más interesante. Tanto el carbón, como el petróleo como el gas, se generan a partir de la sedimentación y descomposición de materia orgánica y por tanto su energía proviene de la que almacena la materia viva –vegetal y animal- que a su vez, proviene de los azúcares que sintetizan las plantas.

Dichos azúcares son esencialmente largas cadenas de carbono, oxígeno e hidrógeno. El carbono lo obtienen las plantas del CO2 del aire, el hidrógeno y el oxígeno (H2O) del agua, para lo cual, casi milagrosamente, utilizan un proceso complejísimo llamado fotosíntesis, basado en la rotura de la molécula de agua a partir de la radiación solar ... un milagro que sería maravilloso poder reproducir con su eficacia en los laboratorios.

Una excepción a lo anterior lo representa la energía de origen nuclear, tanto en su vertiente de fisión como de fusión, pues esta energía proviene directamente de los núcleos de los átomos y está directamente relacionada con la existencia de materia en el universo, es decir, de átomos más o menos pesados, pero estables, muy estables, o lo que es lo mismo, con núcleos formados por partículas bien “agarradas” entre sí.

El origen de esa energía de los núcleos no hay que buscarlo en el Sol, sino en el momento mismo en el que se creo cada átomo, cuando sus partículas nucleares constituyentes (protones y neutrones o si prefiere quarks) fueron lanzadas violentamente unas sobre otras con una velocidad tan elevada que las permitió acercarse tanto unas a otras como para vencer su repulsión electrostática (en el caso de los protones que son positivos) y quedar atrapados merced a la fuerza más poderosa del universo: la “interacción nuclear fuerte”.

Por ello, la energía atómica proviene del mismo big-bang y hoy estamos en condiciones de “recuperarla” para nuestros fines –pacíficos- en el caso de la fisión y a las puertas de poder hacerlo con la fusión.

Una pregunta que se me hace con frecuencia es la siguiente:

¿Cómo es posible que “romper” átomos libere energía (fisión) y “pegarlos” también (fusión)?

La respuesta es muy curiosa y depende de lo que llamamos “estabilidad nuclear” que es una magnitud física que mide lo fuerte que están unidos los protones y neutrones en el núcleo, de forma que cuanto más fuerte sea su unión, más estable, más “sólido”, es el elemento de que se trate.

Una forma de medir la estabilidad nuclear es medir la energía que hay que suministrar a ese núcleo justamente para romperlo (paradójico, ¿no?) y si encima la dividimos por su número de partículas constituyentes tendremos la energía por partícula, que nos permitirá comparar la estabilidad de unos elementos respecto a otros.

Si lo hacemos, observamos que a partir del hidrógeno (el elemento más ligero) la estabilidad comienza a crecer a medida que lo hace la masa del átomo, hasta llegar a un máximo en el hierro (el elemento más estable) a partir del cual, si la masa crece la estabilidad va disminuyendo lentamente.

Ello explica que a la izquierda del hierro, entre los elementos más ligeros (hidrógeno y helio fundamentalmente) la fusión de varios núcleos dé lugar a un núcleo más pesado, más cercano al hierro y por tanto más estable, lo cual liberará energía porque, en Física más estabilidad significa básicamente menos energía), mientras que en la zona de los núcleos más pesados (como el uranio), la fisión da lugar a núcleos más cercanos al hierro y por tanto más estables, lo cual, nuevamente genera la energía de exceso.

Por ello sería imposible la fusión de átomos de uranio, por ejemplo, o la fisión de átomos de helio.

Esto podría ser un resumen, algo técnico pero creo que bastante comprensible, del origen de todas las energías disponibles sobre la Tierra.

Saludos.
La energía más limpia es la que no se consume.