Breus i imprecisos materials sobre l'energia II

Si en el primer article intentava fer una petita i barroera foto sobre el concepte d'energia des d'un punt de vista físic i ecològic. En aquest ens detindrem en alguns conceptes tècnics des del punt de vista del metabolisme energètic de les societats humanes. Anirem al gra i simplificant sense cap més remei.

Tot i que hi ha tres formes fonamentals en què utilitzem l'energia: treball, calor i llum (la primera d'alta qualitat i que serveix per fer un fotimer de coses, la segona de baixa qualitat i que ens proporciona escalfament o la capacitat per fondre metalls i la tercera menyspreable pel que fa a la despesa que significa), en l'àmbit humà podem dir que aquesta pot ser endosomàtica, la nostra potència muscular, l'origen de la qual és l'alimentació (vector en última instància de la radiació solar) i que ens permet viure i treballar o exosomàtica.

Dins d'aquesta última podem trobar el foc, cremant llenya, torba o petroli i que sempre ens ha acompanyat, les renovables, com ara l'ús de l'aigua o el vent, l'ús d'animals domèstic (sigui per emmagatzemar aliment o per realitzar treball) i d'altres vectors més recents com ara la benzina o l'electricitat. A tot això se li ha de sumar la mateixa matèria, la gestió de la qual, en un entorn obert pel que fa a energia però tancat quant a matèria, com és el sistema Terra, és cabdal.

La major part de la nostra història com a espècie l'hem passat utilitzant energia endosomàtica —els nostres músculs i el cervell— i el foc bàsicament. Fa uns deu mil anys més o menys, durant la revolució del neolític, vam començar a utilitzar el treball animal, l'aigua, amb les rodes hidràuliques una mica més tard i fa docents anys vam començar a incorporar-ne les fòssils.

Una de les característiques pròpies dels éssers humans és la seva capacitat de fer servir i apropiar-se  d'energia exosomàtica. Sense aquesta el grau de complexitat (nombre de nodes, xarxes d'intercanvi, població, especialització o diversitat) de les societats humanes seria molt menor. Com veiem en el primer article els sistemes complexos precisen de fluxos i densitats energètiques alts.

Es denominen fonts d'energia primària a aquella energia que, tractada de la forma adequada i gràcies a la presència d'algun gradient, es converteix potencialment en fonts a emprar directament per les societats humanes: l'energia química emmagatzemada al petroli, el carbó, la llenya o el gas natural, l'energia radioactiva de l'urani, la cinètica del vent, les marees o les onades, la radiació del Sol o la gravitatòria d'un salt d'aigua.

Els vectors energètics serien en realitat allò que podem utilitzar com a font energètica: el treball humà o animal, la gasolina, l'electricitat, i calor bàsicament. Però necessitem certes tecnologies —energia, materials i coneixements condensats— per transformar les fonts primàries: un arc i una fletxa, un camp de conreu, centrals nuclears, tèrmiques o hidroelèctriques, refineries, una estufa, etc.

Necessitem utilitzar vectors energètics per transformar l'energia primària en vectors energètics i alhora més vectors i tecnologia per al seu transport i distribució. L'energia no surt del no-res, per  accedir-hi, extreure-la, transformar-la, acumular-la, transportar-la, distribuir-la i emprar-la necessitem energia. Per cremar llenya, primer l'hem de tallar. Obvi, però complex i autoreferent. La física i la dinàmica de sistemes entre altres disciplines s'encarreguen d'estudiar-ho.

Com saber doncs quin és el guany i la pèrdua? Quina font primària és potencialment més útil i per a quines tasques, com està estructurat el metabolisme energètic que sustenta tota activitat humana actual? Com podem valorar, tècnicament i social, les mesures de transició energètica des d'aquest punt de vista? No respondré a aquestes preguntes aquí ni de broma, és clar, però mencionaré alguna eina que pot ser útil.

Aquí entraria el concepte de Taxa de Retorn Energètic (TRE) —o EROEI en anglès (Energy Returned on Energy Invested)—. Tot i que hi ha diferents formes de calcular-la  en guiarem aquí per alguns dels treballs que fan al grup GEEDS (Grupo de Energía, Economia y Dinámica de Sistemas) [1] de la Universidad de Valladolid, un dels participants del projecte MEDEAS [2]. L'objectiu de la TRE tractaria de mesurar la relació entre l'energia que va a la societat, en concret aquella que és utilitzable, i l'energia invertida en aconseguir això.

La formulació, doncs, de la TRE seria el quocient de l'energia total que és capaç de produir una determinada tecnologia o font energètica entre la quantitat d'energia que és necessària invertir per obtenir aquest flux d'energia. Qualsevol ràtio menor 1:1 no extrau energia, en drena. Un exemple, als primers pous de petroli es calcula que la ràtio era 100:1, gastant 1 unitat d'energia se n'obtenia un guany de 100. En el present aquesta ràtio està pels volts del 15:1, sinó menys. A diferents fonts diferents ràtios. El concepte de peak oil hi està íntimament relacionat. Doneu-vos un volt pel blog de l'Antonio Turiel [3] per més informació.

De fet és un indicador per avaluar rendiments que es fa servir en diverses disciplines. Un exemple intuïtiu seria el de les migracions de les aus, el guany de recórrer milers de kilòmetres per accedir a noves fonts d'aliment ha de ser major que la pèrdua de calories causades pel viatge, si la gasela s'escapa durant massa temps ja no val la pena la corredissa.

Precisar aquest càlcul, tot i que difícil, és important en un moment com l'actual, ja que qualsevol transició energètica ha de valorar no tan sols el cost econòmic sinó també el cost energètic i mineral. No “disposem” d'energia il·limitada i segons quins camins ens poden portar al que s'anomenen trampes energètiques. Si la disponibilitat energètica va disminuint, farem bé de mirar en què i com gastem el que ens va quedant. Però això ho deixarem per a un posterior material, que sinó ens passem de rosca.

Des d'un punt de vista físic, l’única diferència entre una font d'energia renovable i una que no ho és, és que el temps de reposició dels gradients energètics que les defineixen serà diferent. En el cas de les renovables la taxa és ràpida, pocs anys en el cas de la llenya, de vegades immediata, com amb la radiació solar o un salt d'aigua. En el cas de les fòssils seran uns quants milions d'anys, o cap, en el cas d'un mineral com l'urani. Per això, pel que fa al càlcul de la TRE i les característiques físiques de les diferents fonts primàries es parla de potència —energia per unitat de temps—. D'energia n'hi ha molta, moltíssima. Recordem, no es destrueix. El problema al qual ens enfrontem no n'és la falta, és si es pot mantenir l'actual flux continu d'energia útil.

Útil? Sí, no qualsevol forma d'energia ens val. Quan cremem un litre de benzina no destruïm l'energia que emmagatzema, passa a ser calor sobretot, canvia de forma. A una que ja no podem aprofitar. Quan parlem de fonts d'energia en realitat hauríem de dir “fonts d'energia útil”, l'exergia, és a dir la quantitat d'energia d'una determinada font que pot ser aprofitada per a realitzar un treball útil per a nosaltres. Aquest concepte està íntimament relacionat amb el segon principi de la termodinàmica que mencionàvem al primer material. No desapareix i alhora sempre hi ha una pèrdua. Com més suau i lent sigui el procés menor serà el peatge i major el rendiment.

Una coseta per acabar. Es calcula que s'extrauen 130.000 litres per segon de cru a nivell mundial, però als informes de les agències internacionals la TRE no apareix per enlloc. It's magic!

[1] https://geeds.es/

[2] https://www.medeas.eu/

[3] https://crashoil.blogspot.com/