Breus i imprecisos materials sobre l'energia

Aquest petit article vol obrir una sèrie de peces sobre què és, les formes, límits i història política i econòmica de l'energia, o en tot cas des del punt de vista de l'energia. La intenció és posar sobre la taula certs elements al voltant d'aquesta per poder encarar els reptes polítics que tenim al davant des d'una perspectiva emancipadora i materialista. Aquest primer material donarà unes pinzellades sobre l'energia en termes físics i la seva relació amb l'ecologia.

Com recollia el llibre pòstum de Paco Fernández Buey Para la tercera cultura, “sense cultura científica no hi ha possibilitat d'intervenció raonable sobre els debats públics”. I menys en un moment com l'actual, on la major part dels conflictes més importants i escenaris oberts requereixen d'un cert, sinó molt, coneixement científic. L'escola i el sistema d'estudis implantat no ajuden. Jo, havent seguit l'itinerari establert de lletres, en sóc conscient. Des de fa anys batallo per fer-me una idea sobre certs temes en els quals no tinc un base ben establerta. Penso, com pensava Manuel Sacristán, que la universitat tan sols empitjora el problema. Que la filosofia és una forma de pensar, però que sense una base de coneixements científics aquesta tan sols podrà alçar castells en l'aire.

Així doncs, què nassos és l'energia? Podem començar pel que no és, no és una cosa material, no està en els cossos. És quelcom abstracte que associem a un cos o sistema en funció de com està en cada moment (abans i després). Una forma de definir-la en poques paraules és la capacitat de realitzar treball.  Aquest pot consistir a pujar les escales amb una bossa d'un kg, impulsar un tren de Barcelona a Granollers o enviar un coet a Mart. Les modalitats de treball són il·limitades, però tan sols existeixen unes poques classes d'energia: cinètica, potencial gravitatòria, magnètica, elèctrica, química i l'energia dels enllaços nuclears. Un tipus d'energia pot transformar-se en un altre. L’única forma que tenim per aproximar-nos a ella és a través d'una sèrie de relacions matemàtiques.

La calor i el treball són processos, que no coses, o modes diferents de transferència d'energia. El treball és la transferència d'energia en una acció coherent. Quan colpegem amb el peu estem transferint l'energia cinètica d'aquest a una pilota en un moviment coherent.  La calor, o millor dit, el flux calorífic, és la transferència d'energia a través de gradients de temperatura. Quan escalfem un pot transferim energia per escalfament, però, a diferència del treball, de forma no coherent, dispersa. Quan un sistema guanya energia un altre en perd, i viceversa. La primera llei de la termodinàmica o «llei de conservació de l'energia» ens diu que aquest canvia de forma però en termes globals mai desapareix.

Una de les diferències entre treball i calor és que el primer mecanisme té una capacitat d'aprofitament de l'energia transferida major que el segon (les d'inducció són més eficients que les vitroceràmiques per exemple).

Aquí entraria en joc un concepte important, l'exergia o energia útil. Però millor ho deixem per un altre moment. No ens entortolliguem.

La idea «la natura avorreix els gradients» és aquí cabdal. Un gradient és una diferència de temperatura, concentració química o pressió, entre dos objectes o al llarg d'una distància. Perquè existeixi qualsevol canvi es necessita un intercanvi d'energia i perquè es pugui donar aquest hi ha d'haver un gradient, una concentració d'energia a dispersar. Qualsevol canvi. Aquesta mania universal, doncs, té com a resultat que els gradients tendeixin a desaparèixer, a dispersar-se conforme a la segona llei de la termodinàmica. I resulta que no hi ha agent més eficaç que els sistemes complexos en aquesta feina, vius o no vius. Pensem, per exemple, en una tempesta, un procés complex, coherent respecte al seu voltant, eficient en eliminar els gradients de temperatura i pressió. Bellíssim. També els corrents oceànics, particularment el de l'Atlàntic i el de Kuroshio. També una explosió, cert, però aquest tipus de comportaments tan sols es donen quan, per dir-ho d'alguna manera, no hi ha més remei.

El gradient per cert més bèstia i influent que existeix a prop nostre és el solar. La diferència energètica entre el Sol i l'espai. I la Terra enmig, nodrint-se'n.

La ciència s'ha dedicat a estudiar l'energia i les seves transformacions des de Newton, amb ganes i empenta però, a partir de la invenció de màquina de vapor. Primer es va inventar la màquina i després, en successius intents per comprendre que passava i millorar-ne l'eficiència, va venir la teoria: la termodinàmica tradicional. Aquesta es va dedicar a estudiar l'energia i la matèria en situacions artificials d'aïllament absolut. Una de les conclusions és que tot acaba en una paralització completa, equilibri màxim, caos, una distribució aleatòria de les partícules: apareix aquí el que coneixem com a entropia, la mencionada i famosa segona llei, formulada de forma estadística. Aquesta particularitat dels estudis científics d'estudiar sistemes tancats va fer que s'estengués aquesta noció a l'univers sencer en un intent de poder realitzar descripcions acurades i generalitzacions amb capacitat predictiva. Tot acabarà morint, o com deia T.S. Eliot “no s'acabarà amb una explosió, sinó amb un sanglot”.

Al parlar d'entropia és interessant entendre que aquesta no és equivalent a desordre. J.C. Maxwell deia que “l'ordre no és una propietat de les coses materials en si mateixes, sinó tan sols una relació per la ment que les percep”. El terme correcte seria dispersió.

Tornem al sanglot. No obstant a l'univers la regla no és aquesta, no ens trobem amb aquestes situacions, tan sols es donen en els laboratoris humans, al nostre voltant el que veiem són sistemes complexos, oberts contínuament a fluxos d'energia. I també és dubtosa l'afirmació que tot vagi morint, consumint-se en un equilibri perpetu. La vida i la seva història indiquen el contrari: un augment de la complexitat creixent. Com s'expressa la segona llei en aquest entorns doncs?

Saltem. Ja en el segle XX, va anar sorgint la «termodinàmica de sistemes oberts o del no equilibri» (TNE), una nova ciència que, a cavall entre la física i la biologia, intentà —i intenta encara— comprendre com les transformacions energètiques i els seus fluxos produeixen sistemes complexos, és a dir estructures que, tot i que obertes i connectades al seu entorn, se'n diferencien; autorganitzades, coherents, que tendeixen a créixer i reproduir-se. Des de la vida mateixa fins a remolins, fenòmens meteorològics, platges, aeroports o treballadors de la construcció. Tot el que veiem, el que som i ens envolta són sistemes oberts i complexos. L'interès a comprendre quin temps farà demà, com funcionen els ecosistemes i de quina manera ens els anem carregant va anar creixent.

Cap a la dècada del seixanta, per exemple, Ramon Margalef, un català internacional que se'n diu, introduí la termodinàmica i la teoria de la informació en els seus estudis ecològics sobre el Mediterrani i mostrar que si un ecosistema no està sotmès a un estrès determinat (contaminació, augment de la temperatura, etc.) aquest creixerà, madurarà i, passant per vàries etapes, anirà convertint-se en un sistema més organitzat, complex i eficient energèticament, capaç de degradar tots els gradients energètics disponibles de la forma més completa possible.

Aquest camí pel qual passen els ecosistemes primer produeixen molta entropia de forma basta, però en arribar a aquesta maduresa aquests deixen de créixer i es centren en el que podríem dir-li  operacions de manteniment, consumint més energia en termes globals però fent-ne un ús més eficient per perllongar-se en el temps. Sense cremar-se ni apagar-se. Màgia de la bona.

L'energia procedent del Sol i la composició original de la Terra és el que impulsa els sistemes naturals que ens envolten, vius o no. L'origen de la vida no és ja un misteri sinó un problema científic. La famosa adaptació, ens diu la TNE, es dona en l'ecosistema sencer, no tan sols en les espècies. Cada cop més l'energia juga un paper fonamental a l’hora d'entendre la natura, aquí, ara i al llarg del temps.

El que coneixem com a vida deriva d'estructures complexes transformadores d'energia que tan sols més tard van començar a desenvolupar gens. Lluny de la perspectiva clàssica darwiniana, on aleatorietat i temps es conjuguen com la font de la diversitat, la vida exhibeix processos direccionals. Eric D. Shneider i Dorion Sagan argumenten que, per ser precisos, hem de parlar de procés vital en comptes de «vida».

Segons aquest punt de vista els ecosistemes són processos captadors, degradadors i emmagatzemadors d'energia. Al llarg del temps els ecosistemes, valent-se dels diferents tipus de gradients energètics que es donen de forma natural en l'entorn, fan augmentar la producció d'entropia —sobretot en el seu entorn—, l'eficiència i la magnitud del processament energètic, la biomassa total, la diversitat d'espècies, el reciclatge, l'homeòstasi i el temps de residència dels elements biològicament importants. Tots aquests factors augmenten al llarg del temps evolutiu, conferint-li direccionalitat al mateix. Major complexitat, major capacitat de dispersió. Curiós. Com més madur és un ecosistema més i millor energia degrada i l'evolució afavoreix aquells organismes experts en la gestió dels fluxos termodinàmics.

I això no tan sols passa en la natura. També en l'economia. Pels volts dels setanta, per exemple, l'economista ecològic Georgescu-Roegen a través d'un pioner treball transdisciplinari indicà que l'economia està subjecta a límits pel que fa al creixement i que aquesta “consisteix en transformacions contínues de baixa entropia en alta entropia, això és, en residus irrecuperables, o en termes més coneguts, pol·lució.” Els recursos emprats no es poden tornar a utilitzar, sempre hi ha una pèrdua. I tot i que, com hem vist, es pot arribar a un punt de maduresa en el que els ecosistemes es dediquin a perpetuar-se en el temps aquesta sembla que no és precisament la situació —i l'objectiu— de les nostres actuals economies. Créixer i més créixer.

Es necessita energia per realitzar qualsevol activitat vinculada al PIB, se'n necessita per conrear aliments, per cuinar, per moure'ns, per escalfar-nos, per construir, per produir qualsevol mena de producte. Sense energia doncs l'economia mundial se'n va a norris. Des de principis del segle XIX el consum d'energia mundial s'ha multiplicat de forma mai vista. Entendre com funciona aquest procés, com es va donar i les conseqüències és vital.

Per fer-nos una petita idea i per acabar, un litre de petroli conté uns trenta milions de joules d'energia, és a dir, si transformem aquesta xifra en hores de treball físic humà i tenint en compte que una persona pot desenvolupar una potència muscular (energia produïda per cada unitat de temps) d'uns cents watts (transformats en joules serien cent cada segon), tenim que aquest litre equival a vuitanta-tres hores de feina seguides. En jornades de vuit hores doncs uns deu dies de curro. En cada litre.

Per esparverar-se.