Simetría en un mundo asimétrico

Pedro Gómez RomeroEste artículo, en una versión drásticamente modificada, apareció publicado en la revista Quo, marzo 2002

El mundo en el que vivimos nos presenta mil caras de variedad sin límites y no parece que se deje dominar por cánones ni simetrías. ¿Es entonces la simetría uno de esos caprichos de nuestra sesgada percepción humana?. Si nos ponemos a hurgar en el universo que nos rodea descubriremos que hay mucho más que eso. La simetría nos ha estado esperando en los lugares más insospechados.

Desde que el Homo es sapiens nuestra especie favorita ha mostrado rasgos colectivos que la han diferenciado de todas las demás. Entre estos rasgos destacan la capacidad de usar energía para alimentar actividades sociales y también un peculiar uso de herramientas. Y no es que el Homo –habilis primero, sapiens después- fuese el único animal experimentado en el manejo de utensilios. Ahí tenemos los ya clásicos documentales que nos muestran hábiles simios como los chimpancés usando pajitas para pescar termitas o incluso aves como el alimoche que quiebra incluso huevos de avestruz con la ayuda de piedras. Sin embargo, la fabricación de incluso las más primitivas herramientas humanas presenta ya un sello inequívoco de identidad. Y es que muchos de nuestros parientes simios serían capaces de fragmentar un canto rodado o un bloque de sílex golpeándolo con otra piedra y podrían así obtener una especie de herramienta lítica cortante simple (unifaz). Pero a ninguno se le ocurriría la brillante idea de darle la vuelta a esa primera piedra mellada para conseguir mediante otro golpe certero añadir un segundo tajo simétrico del primero y dar lugar a un bifaz, uno de los grandes descubrimientos de nuestra más antigua tecnología paleolítica. Vemos así cómo, aunque en un principio fuese de forma intuitiva más que racional, nuestra especie

comprende lo simétrico desde sus orígenes y ha sabido encontrar relaciones de simetría en los lugares más insospechados y concebir modos de explotarla o simplemente de celebrarla.

La construcción de templos y obras monumentales como las pirámides Mayas o las del antiguo Egipto son un buen ejemplo de celebración de la simetría. Independientemente de su función, ritual o astronómica en unos casos, funeraria en otros, la perfecta proporción de esos conjuntos marca la huella del arquitecto humano desde antiguo, como si pretendiera distinguir

su propia obra de la de su madre naturaleza. Y cuando cambian las culturas y creencias; y aunque los dioses sufran metamorfosis milenarias, aunque cambien las formas de los templos, la estética simétrica perdura y se nos muestra en el Partenón griego y en el Coliseo romano, sólo quebrada por los siglos, y se plasma en los diseños murales de la Alhambra de Granada, y se cuela en las plantas de las iglesias románicas y en los diseños de las catedrales góticas, y hasta

Gaudí, el más telúrico de los arquitectos inmortales sucumbe ante su fuerza y rinde simétrica su Sagrada Familia.  

El Partenón de Atenas. La Grecia clásica , fuente de simetría y canon.

Una curiosa causa de simetría. La simetría bilateral del Cristo humano se traspasa a su cruz y de ésta a las plantas de sus catedrales.

El modernista Gaudí  también sucumbió  al poder de la simetría

Y es que la simetría no es ajena a ninguna de las artes, la métrica de la poesía y de la música la encierran, las artes plásticas la ofrecen a nuestros ojos en contraposición al caos. Orden y caos pugnando por su sitio en nuestra mente, simetría y asimetría equilibrados magistralmente en lo alto de la capilla sixtina, en el Cristo de Velázquez, en los lienzos de Cezanne, o en los cuadros de Paul Klee.  

 La simetría de las manos, fuente inagotable de inspiración. Artistas consagrados y anónimos han utilizado la simetría de las manos como recurso expresivo. En lo alto de la capilla Sixtina, donde la simetría de la arquitectura contrapesa la asimetría de la composición pictórica, Michelangelo Buonarroti (1475-1564) nos presenta (izquierda) la mano de Adán a imagen (casi simétrica) y semejanza de la de su creador. El grabado del centro es obra del artista holandés Maurits Cornelius  Escher (1898 - 1972), un genio de la simetría y de las figuras imposibles. La imagen de la derecha pertenece a la abundante iconografía generada por los creadores publicistas contemporáneos.

Obras todas ellas fruto de un cerebro partido en dos, asimétrico en su función pero simétrico en su forma y enfundado en un cráneo y cabeza simétricos, con la misma simetría aproximadamente bilateral de un cuerpo que Leonardo nos mostró, desnudo en su simetría, con su famoso hombre de Vitruvio, una simetría heredada de peces de mares arcaicos y transmitida hasta nosotros a través de miles y miles de generaciones de miles y miles de especies que la heredaron antes que nosotros.

Una simetría bilateral sólo aproximada pero perceptible que a su vez nosotros imponemos a nuestros útiles y a nuestro entorno, necesariamente a veces, de forma inconsciente en otras muchas ocasiones. Gafas, pantalones, sillas o motocicletas simétricos por necesidad; pelotas de tenis o de fútbol, ventanas, carreteras, aviones o canchas de baloncesto simétricos por diseño.  

Simetría humana que parece querer imponer su orden en un mundo asimétrico. Simetría funcional, como la de carreteras y autopistas, que induce orden en la circulación y en las que florecen por necesidad asfálticos tréboles de cuatro hojas fruto de un diseño que pretende garantizar accesos y salidas en todas direcciones cuando dos autopistas se cruzan. Cuadrículas simétricas de calles y manzanas, urbes de diseño en las que las propias calles constriñen las formas de nuestros edificios, que heredan de ese modo su simetría. Campos de fútbol o de béisbol, estadios con distintas simetrías pero simétricos ambos, con equipos simétricos y simétricamente armados para brindar un inicio con igualdad de oportunidades, un punto de partida equilibrado, en igualdad de condiciones al que seguirá predeciblemente un desarrollo caótico sucedáneo de batallas más cruentas.  

Pero no se engañen, ni la simetría es rasgo exclusivo de los humanos ni el universo es tan asimétrico como parece. Es cierto que la intuición de lo simétrico viene incluida en el paquete de nuestra peculiar consciencia, pero también es cierto que la existencia de simetría no está supeditada a nuestra singular percepción. Si, por azar o voluntad divina, todo lo humano desapareciese de este mundo, o si nunca hubiese llegado a implantarse en él, ahí seguirían la simetría radial de la estrella de mar o la flor, los ordenados gajos de cualquier naranja, el caprichoso eje cuaternario del trébol de cuatro hojas, que no traería suerte a nadie, o el orden de crecimiento de árboles y tallos, complejo a nuestros ojos pero simplemente favorecido por la evolución natural.

E incluso sin vida habría simetría. De vez en cuando encontramos en la naturaleza perfectas formaciones cristalinas de minerales que nos lo recuerdan. Cuarzo o pirita, calcita o galena, la mayor parte de las veces crecen en granitos pequeños, con las mismas formas que los grandes aunque inapreciables a simple vista. Pero cuando vemos uno de esos cristales grandes como puños su proporción y armonía nos deslumbran. No sabes por qué, pero un buen cristal de cuarzo te parece un trozo de perfección. No está cortado ni pulido, crece así. No es magia, es

simetría. Es el reflejo externo del orden atómico que forma los cristales. Y no siempre son necesarios periodos de tiempo geológicos para formarlos. Los pequeños cristales de hielo que forman un copo de nieve son flor de un día y sin embargo tan hermosos como un diamante. Por mucho que De Beers nos quiera hacer pagar caro lo escaso, la simetría de sus preciosas piedras no es superior a la de los innumerables cristales de una bola de nieve. Examinados al microscopio cada uno de esos cristales es diferente del resto y sin embargo su simetría de apariencia hexagonal es común a todos. La razón se halla en el mundo submicroscópico, en los enlaces entre átomos de hidrógeno y oxígeno para formar agua, y en las interacciones entre las moléculas de agua que cristalizan en hielo, interacciones que presentan ya la misma simetría que tendrán los cristales. Porque resulta que el mundo submicroscópico, el mundo de las moléculas y los átomos es un mundo en el que también reina la simetría.  Y reina con mayor rigor incluso que en nuestro mundo de metros y kilómetros. Por nuestras venas por ejemplo, corre literalmente la simetría en forma de anillo de porfirina, el centro activo de la hemoglobina que oxigena nuestras células. Las moléculas de agua que nos forman son simétricas, como también lo son las de oxígeno que respiramos o las de dióxido de carbono que exhalamos. Las propias reacciones químicas están a menudo gobernadas o limitadas por simetría. Y si profundizamos más y nos sumimos en el mundo subatómico resulta que también los electrones se asocian en torno a los núcleos para formar átomos, no al azar, sino siguiendo pautas rígidamente marcadas por simetría. Simetría que persiste incluso más allá de nuestro mundo imaginable y se nos revela al asomarnos al mundo vislumbrado gracias a los aceleradores de partículas, un mundo en el que materia y antimateria danzan de forma simétrica.  

   

Anillo de profirina (trazado en negro) que forma el centro activo de la hemoglobina (El átomo de hierro en rojo, los azules son nitrógenos y los morados átomos de carbono)

Imagen de la formación (simétrica) de materia y antimateria. Un fotón procedente de la parte superior de la imagen se transforma en un par electrón (materia) -positrón (antimateria). El electrón sigue una trayectoria curvada en el sentido de las agujas del reloj, el positrón en sentido simétrico

Algo ocurre cuando abrimos los ojos y vemos simetría en nuestro mundo. Cuando nuestros telescopios nos permiten deducir el orden simétrico de las órbitas planetarias y de galaxias lejanas, o cuando escudriñamos con nuestros microscopios la estructura interna de un cristal de nieve o un grano de polen, el universo se mira en el espejo a través de nuestros ojos. Pero además, cuando cada uno de nosotros abrimos nuestros propios ojos y nuestra propia mente y descubrimos pautas que unen lo grande y lo pequeño, lo pasado y lo futuro nos convertimos en partícipes de la aventura del conocimiento, una aventura que nos brinda además un placer muy especial, el placer de descubrir y comprender.

Pedro Gómez Romero es investigador y divulgador científico del CSIC.

PILAS DE COMBUSTIBLE.

Energía sin humos.Pedro Gómez Romero

Una versión de este artículo fue publicada en la revista "Mundo Científico" No. 233, ABRIL  2002, p. 66

Las pilas de combustible, alimentadas con hidrógeno o metanol, son una alternativa eficiente a los motores de combustión. El trabajo de Investigación y Desarrollo (I+D para los amigos) avanza a buen ritmo hacia el abaratamiento de pilas que constituirán un engranaje clave dentro de un ciclo energético crecientemente basado en energías renovables

Imaginemos por un momento una gran avenida de una gran ciudad, pongamos una Gran Vía cualquiera, bulliciosa y llena de tráfico humano, como siempre; transitada por multitud de coches, como de costumbre. Pero hagamos un verdadero esfuerzo e intentemos imaginarla sin el estridente humo de los tubos de escape ni el apestoso ruido de motores o motos. ¿Imposible?. Lo cierto es que los humanos somos tan animales de costumbre, tan adaptables a entornos hostiles, que incluso nos cuesta un buen esfuerzo deshacernos de hábitos que sabemos dañinos. Pero el transporte sin ruido y sin contaminación es posible.  Hace justo cien años, a principios del siglo XX se respiraban en el ambiente occidental esencias de progreso científico y tecnológico. Máquinas voladoras y mensajes telegráficos sin hilos competían por algunas de las primeras páginas de los periódicos de la época, augurando un siglo de desarrollo revolucionario en los transportes y las comunicaciones. Otros avances menos conspicuos, como la publicación de Albert Einstein en 1905 sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento (que formulaba la que después sería conocida como teoría restringida de la relatividad) adelantaban igualmente el progreso científico. Sin embargo, mientras esto ocurría, la mayor parte de las casas seguían alumbrando sus noches quemando combustibles; gas del alumbrado en zonas urbanas privilegiadas, candiles o quinqués de aceite o queroseno en el resto. Y no es que no existieran alternativas. El químico e inventor británico Joseph W. Swan en 1878, y el emprendedor norteamericano Thomas A. Edison en 1879 ya habían presentado en sociedad sendos diseños mejorados de bombillas con filamento de carbono incandescente. Pero veinte o treinta años después esos inventos modernos seguían siendo curiosidades al alcance de muy pocos. Tendrían que generalizarse la producción y distribución de electricidad y perfeccionarse aún más los diseños de aquellas primitivas bombillas (finalmente con filamento de tungsteno) para que acabaran alcanzando la categoría de artilugio cotidiano.

Pero cuando finalmente las lámparas eléctricas incandescentes sustituyeron a las lámparas de combustible y desterraron su tufillo y su hoyín, las casas se volvieron más brillantes, más limpias y más seguras. Al principio sólo las familias más acomodadas podían permitirse el lujo, pero a medida que creció la demanda y cayó el precio, más y más gente se pudo permitir su propia luz eléctrica. Y no es que la antigua tecnología se hubiese agotado; seguía habiendo carbón en abundancia para producir gas y alumbrar las casas, pero la tecnología limpia había ganado la partida. A principios de este nuevo siglo XXI, la pugna entre quemar y respirar, entre tecnologías de combustión y tecnologías limpias se ha trasladado a la calle. Noventa años de producción en serie de automóviles de combustión con chimenea incorporada nos han dejado enganchados a las mieles del transporte rápido individual, pero empezando a sentir también la resaca de la contaminación de nuestro aire y nuestras aguas. Y sin embargo existen tecnologías alternativas para acabar de implantar coches eléctricos, respirables y silenciosos, en nuestras calles. Las pilas de combustible o las baterías recargables son algunas de las más prometedoras. Ambas se basan en reactores electroquímicos en los que la energía química se convierte directamente en electricidad. La diferencia estriba en que en las baterías recargables es la energía química de los materiales que forman los electrodos la que se convierte en electricidad y, una vez esa energía se agota, necesitan un proceso de recarga que regenera la energía química a partir de electricidad. En las pilas de combustible sin embargo la energía química proviene de un combustible que se alimenta desde el exterior del reactor.

Después de una etapa inicial de evaluación de ambas tecnologías para aplicación en tracción eléctrica de vehículos, las pilas de combustible parecen estar ganando la partida, aunque conviene recordar que en el campo de la innovación tecnológica no sobra nadie y que diversos dispositivos y tecnologías cubren necesidades complementarias. En el caso de un coche eléctrico por ejemplo, aunque la pila de combustible acabe siendo el dispositivo principal de generación de energía entratrán en el diseño otros elementos como baterías o supercondensadores para almacenamiento de carga. Estos dispositivosLas pilas de combustible son ciertamente mucho más que curiosidades de laboratorio y aunque todavía necesitan de diversas mejoras de materiales y diseños, constituyen una alternativa seria a los ineficientes motores de combustión, una alternativa por la que se interesan tanto la industria del automóvil como las compañías eléctricas y del sector energético.

Como en tantas otras ocasiones a lo largo de nuestra evolución tecnológica, los principios científicos básicos que sustentan nuestra actual tecnología de pilas de combustible se descubrieron mucho antes de que sus aplicaciones fueran siquiera imaginables. En 1839, el inglés William Grove, jurista de profesión y físico de vocación había hecho público un experimento que demostraba la posibilidad de generar corriente eléctrica a partir de la reacción electroquímica entre hidrógeno y oxígeno. Su original experimento consistía en unir en serie cuatro celdas electroquímicas, cada una de las cuales estaba compuesta por un electrodo con hidrógeno y otro con oxígeno, separados por un electrolito. Grove comprobó que la reacción de oxidación del hidrógeno en el electrodo negativo combinada con la de reducción del oxígeno en el positivo generaba una corriente eléctrica que se podía usar a su vez para generar hidrógeno y oxígeno.  

 Sir William Robert Grove (1811 – 1896), abogado londinense con aficiones ingenieriles desarrolló los primeros prototipos de laboratorio de lo que él llamaba

"batería de gas" y hoy conocemos como "pila de combustible"  (en 1839 realizó sus primeros experimentos y en 1845 la demostración definitiva de su sistema). Sin embargo, los principios básicos de funcionamiento de la pila de combustible los descubrió algo antes (en 1938) el profesor suizo Christian Friedrich Schoenbein

(1799 –1868).

Sir William Robert Grove  (1811 – 1896), jurista de

profesión y físico de vocación 

 Grove usó cuatro celdas grandes, con H2 y O2 para producir energía eléctrica que a su vez se podía usar para generar hidrógeno y oxígeno (en la celda superior, más pequeña).

 

   Nos podríamos imaginar fácilmente los sarcásticos comentarios de los pragmáticos escépticos de la época. ¡Valiente negocio!, emplear cuatro volúmenes de gases para generar electricidad que genera un solo

volumen. ¡Menuda pérdida de tiempo!. Sin embargo el experimento de Grove mostraba la esencia y el camino. La esencia, la interconvertibilidad entre la energía química de un combustible y la energía eléctrica; el camino, la posibilidad de convertir esa energía directamente en electricidad sin pasar por un proceso intermedio de combustión.

Y es que la manera tradicional de aprovechar la energía potencial de los combustibles quemándolos para que la energía térmica producida se convierta a su vez en energía mecánica es muy poco eficiente. Ése es precisamente el proceso que siguen nuestros motores de combustión interna  y también nuestras grandes centrales térmicas. El paso intermedio a través de la energía térmica limita drásticamente la eficiencia, y la limita de forma inherente, debido a las leyes de la termodinámica, sin que ningún proceso de optimización lo pueda corregir. En una pila de combustible, por contra, la energía química del "combustible" se convierte directamente en energía eléctrica a través de una reacción electroquímica, sin mediar proceso alguno de "combustión", y la eficiencia llega a alcanzar valores de hasta un 70%. El dispositivo es conceptualmente muy simple; una celda de combustible individual está formada por dos electrodos separados por un electrolito que permite el paso de iones pero no de electrones. En el electrodo negativo tiene lugar la oxidación del combustible (normalmente H2 aunque puede ser también metanol u otros) y en el positivo la reducción del oxígeno del aire. Las reacciones que tienen lugar son las que se indican a continuación. 

Los iones (H+ en este caso) migran a través del electrolito mientras que los electrones (e- ) circulan a través del circuito externo (el motor eléctrico de nuestro coche). Una de estas celdas individuales genera un voltaje cercano a un voltio; para las aplicaciones que requieren mayor voltaje y alta potencia se apilan en serie el número necesario de estas celdas que forman la pila de combustible propiamente dicha.  

Esquema de la estructura y funcionamiento de una pila de combustible. El hidrógeno fluye hacia el ánodo donde un catalizador como el platino facilita su conversión en electrones y protones (H+). Estos atraviesan la membrana electrolítica para combinarse con el oxígeno y los electrones en el lado del cátodo (una reacción catalizada también por el platino). Los electrones, que no pueden atravesar la membrana de electrolito, fluyen del ánodo al cátodo a través de un circuito externo y alimentan nuestros dispositivos eléctricos. La figura muestra una sola celda electroquímica que produce aproximadamente 1 Voltio. Para aplicaciones de potencia se apilan muchas de estas celdas para formar la pila de combustible, cuyo voltaje aumenta en proporción al número de celdas apiladas.

Tabla  1  Principales tipos de pilas de combustible  

Tipo y Siglas en inglés

electrolito temperatura combustible aplicaciones ventajas desventajas

poliméricas  (PEMa)

Nafion 60-100 ºC H2

transporte equipos portátiles electricidad

baja temperatura, arranque rápido electrolito sólido (reduce corrosión, fugas, etc.)

la baja temp. requiere catalizadores caros (Pt) y H2  puro.

alcalinas  (AFC)

KOH (aq.) 90-100 ºC H2militares espaciales

mejores prestaciones de corriente debido a su rápida reacción catódica.

Requiere eliminar el CO2 de aire y combustible.

de ácido fosfórico  (PAFC)

H3PO4 175-200 ºC H2 electricidad

eficiencia de hasta un 85% (con cogeneración de calor y electricidad). Posibilidad de usar H2 impuro como comb.

catalizador de Pt. corriente y potencia bajas. peso y tamaño elevados.

de carbonatos fundidos  (MCFC)

carbonatos 

Li, Na, K600-1000 ºC H2 electricidad

ventajas derivadas de las altas temperaturas.b 

las altas temperaturas aumentan la corrosión y ruptura de componentes

de óxido sólido 

(SOFC)(Zr,Y)O2 800-1000 ºC H2 electricidad

ventajas derivadas de las altas temperaturas.b El electrolito sólido reduce corrosión, fugas, etc.

las altas temperaturas facilitan la ruptura de componentes (sellos...)

conversión directa de metanol  (DMFC)

Nafion 60-100 ºC CH3OH

transporte equipos portátiles electricidad

combustible líquido, más cercano a la tecnología actual, más las ventajas de las PEM.

a) PEM (Proton Exchange Membrane, o Polymer Electrolyte Membrane)  b) mayor eficiencia, posibilidad de usar catalizadores más baratos que el platino y  flexibilidad para

usar otro tipo de combustibles (incluso hidrocarburos)  

Existen diversos tipos de pilas de combustible, clasificadas de acuerdo con el electrolito empleado y su temperatura de trabajo, y que se reúnen de forma resumida en la Tabla 1. Las más adecuadas para aplicación en tracción eléctrica de vehículos son las pilas de electrolito polimérico, también conocidas como de membrana intercambiadora de protones (PEM según sus siglas en inglés). Como su nombre indica, el electrolito de estas pilas poliméricas, está constituido por una membrana de un polímero especial, conductor de protones (H+). Actualmente el polímero más utilizado para el desarrollo de este tipo de pilas es el Nafion, un polímero perfluorado con grupos sulfonato polares cuya estructura se esquematiza en la siguiente figura  

El material usado actualmente como membrana electrolítica es el Nafion (TM) , un polímero perflurado (con átomos de flúor en lugar de hidrógeno) compuesto por cadenas de tipo teflon de las que derivan cadenas laterales con grupos iónicos. El precio elevado de este material y su baja estabilidad a temperaturas altas ha motivado que se busque su sustitución por otros materiales más baratos y resistentes

y que en presencia de agua se convierte en un excelente conductor protónico. Sin embargo este material es caro y sus propiedades conductoras poco resistentes a las altas temperaturas por lo que una de las principales

líneas de investigación para la mejora de este tipo de pilas es el desarrollo de nuevos materiales poliméricos más baratos y térmicamente estables. A su vez, la posibilidad de trabajar a temperaturas más elevadas permitiría sustituir el platino, material extremadamente caro usado como catalizador de las reacciones de electrodo, indicadas más arriba, por otros catalizadores más baratos, contribuyendo decisivamente al abaratamiento y a la generalización de esta tecnología. Otros avances en los que se trabaja actualmente incluyen el desarrollo de catalizadores más eficientes para la reducción del oxígeno (un complejo proceso que involucra el intercambio de cuatro electrones en varias etapas), así como el diseño de métodos seguros y eficaces de almacenamiento del combustible hidrógeno e incluso el desarrollo de pilas que pudieran usar otros combustibles en su lugar (metanol o hidrocarburos son algunos de los que se han propuesto).     Claramente, las pilas de combustible requieren esfuerzos multidisciplinares. En este sentido cabe destacar la reciente formación en nuestro páis de una red de pilas de combustible (de momento en el ámbito del CSIC) integrada por diversos equipos de investigación activos en el tema, que reúne a especialistas de muy diversas disciplinas y cuyos objetivos incluyen fomentar la colaboración y favorecer la integración de objetivos. Finalmente, Y a propósito del combustible, no debemos olvidar que ni el hidrógeno ni  los otros combustibles mencionados crecen en los árboles (aunque, bien pensado, se podrían generar a partir de biomasa). El hidrógeno no es un combustible que exista como tal en la naturaleza. No obstante, se puede obtener fácilmente a partir del agua, eso sí, con un aporte de energía externo (energía eléctrica o solar). El hidrógeno es por tanto un combustible de los que llamamos "secundarios", un vector energético, y como tal, será tan verde o ecológico como la energía que se haya empleado en generarlo. En otras palabras, el hidrógeno generado con electricidad de una central térmica podría servir para reducir la contaminación local en áreas urbanas pero no para reducir la contaminación global. Tampoco se podría considerar como parte de un proceso energético eficaz. Las pilas de combustible serán por tanto piezas clave pero integradas en un nuevo esquema energético que debe incluir además generación a partir de energías renovables en una sociedad que debe ir controlando, por su propio bien, su adicción al petróleo y otros combustibles fósiles. Esto no son utopías trasnochadas, sino hechos y nuevas realidades. Realidades que empiezan timidamente a hacerse sitio en nuestras ciudades, aunque sea a nivel experimental. Así por ejemplo, está previsto que para el año 2003 circulen en las calles de Madrid y Barcelona tres o cuatro autobuses equipados con pilas de combustible poliméricas, que consumirán hidrógeno. El desarrollo de este proyecto, del que se beneficiarán también los pulmones y los oídos de los ciudadanos de Amsterdam, Hamburgo, Londres,  Luxemburgo, Oporto, Estocolmo y Stuttgart,  ha sido financiado por proyectos de I+D de la Unión Europea.  

Las pilas de combustible alimentadas por hidrógeno son silenciosas y, además de electricidad y calor, sólo producen agua como residuo. El cambio paulatino de coches con motores de combustión interna por coches de motor eléctrico alimentados por pilas de combustible hará por tanto de nuestras ciudades lugares más saludables y silenciosos. Aunque estos vehículos eléctricos todavía no son

La energía que produzcan las pilas de combustible será tan limpia como la energía que se emplee para generar el hidrógeno que consumen. En Islandia se esta gestando un nuevo modelo con energías renovables como base (esp. geotérmica) y pilas de combustible como piezas clave para el uso del hidrógeno como vector energético. Este modelo contribuiría no sólo a una menor contaminación local sino también a una menor contaminación global. La tradicional actividad

rentables, en todos los países industrializados se están llevando a cabo esfuerzos de financiación de proyectos de demostración como por ejemplo en autobuses no contaminantes.

volcánica y geotérmica de Islandia podría pasar de esta forma de ser un factor de riesgo a ser además un factor de progreso.

Pero además las pilas de combustible y los nuevos modelos energéticos que representan también están empezando ya a tomar forma palpable y magnitud global en algunos rincones de nuestro planeta como Islandia, que a través de una iniciativa pionera y esperanzadora, pretende convertirse en el primer país con un nuevo modelo energético renovable basado en el hidrógeno gracias a su abundante energía geotérmica e hidroeléctrica. Para dar una idea de cómo de en serio va la cosa, podemos recordar la alianza estratégica que se ha formado entre el gobierno islandés y las compañías Daimler-Chrysler, Shell Oil, una compañía hidroeléctrica noruega, la Norsk Hydro, y la compañía canadiense líder en el diseño de pilas de combustible Ballard Power Systems. Todas están ahora en el mismo barco, un barco que podría mostrar el camino hacia la reducción drástica y necesaria de gases de efecto invernadero e inaugurar una nueva revolución limpia en nuestras calles. Seguro que nos acostumbraríamos pronto.

Energía verde para un planeta azulPedro Gómez Romero

    Nuestro planeta Tierra sólo es azul cuando le da el sol. Desde, digamos, la estación espacial internacional, su lado diurno se ve brillar en tonos que hacen honor al calificativo que algunos de sus más amantes defensores usaron para describirlo. El Planeta Azul de Félix Rodríguez de la Fuente y sus amigos se nos presenta como una espectacular geosfera a la que le ha crecido una complejísima y fascinante biosfera húmeda entre el cielo y la tierra. Y sin embargo, cuando la estación orbital se oculta del sol en la única sombra posible, cuando se adentra en el lado nocturno de la Tierra, nuestro planeta adquiere de repente otra dimensión. De noche, si las nubes no lo impiden, la negra superficie se ve salpicada de minúsculos puntos de luz, curiosamente mucho más abundantes en el Hemisferio con vistas a la estrella Polar que en el que mira a la Cruz del Sur. De noche, nuestro Planeta Azul se convierte en el Planeta Árbol de Navidad.

  

  Las luces de nuestras hogueras tecnológicas son visibles para cualquier transeúnte espacial, y si se mira con otros ojos, sensibles por ejemplo a las ondas de radio, el brillo es todavía mayor. Basta un rápido barrido de frecuencias con cualquier viejo transistor para convencernos de que nuestra atmósfera exhala un flujo inconmensurable de señales de humo electromagnéticas. Y es que nuestro Planeta Azul ha gestado una especie que se llama a sí misma inteligente y que está en el origen del crecimiento de estructuras y sistemas nunca vistos en nuestro sistema solar. A la Tierra le ha crecido una tecnosfera. Nuestra capacidad tecnológica, nuestra herencia cultural, marcan diferencias evidentes entre nuestra especie favorita y el resto. Pero esencialmente, en el origen, lo que verdaderamente nos diferencia de forma radical es nuestro uso de la energía. No es que las demás no consuman. Cualquier ser vivo, desde una ameba unicelular hasta una ballena azul, mantiene su orden biológico interno gracias al consumo de energía, energía somática que alimenta los engranajes de complejos metabolismos y ecosistemas enteros, una energía que como sabemos procede en última instancia del sol. Pero los sapiens somos la única especie que ha aprendido a hacer uso de fuentes externas de energía adicional para mantener funciones sociales, ajenas a nuestros metabolismos biológicos, funciones como el transporte y la manufactura, la comunicación y la defensa que han ido creciendo en complejidad hasta conformar un verdadero metabolismo social. Mantener la estructura y el funcionamiento de este sociometabolismo cuesta enormes cantidades de energía. Muchas, muchas kilocalorías de una energía que llamamos exosomática.     Nuestro consumo de energía exosomática ha cambiado a lo largo de las eras, pero nunca ha sido mayor que ahora. Todo empezó con la adopción del fuego, que acabó convirtiéndose en control. Un control que permitió a nuestros ancestros dejar de ser comida y convertirse en especie depredadora de recursos, un control que modificó su dieta y les permitió expandir su descendencia y poblar regiones inhóspitas Pero la sociedad del fuego lo empleó durante milenios más como un elemento cotidiano, ritual o de fabricación (bronces, cerámicas) que como verdadera fuente de energía exosomática. La fuerza del propio músculo primero, del de otros animales después y posteriormente la energía de vientos y aguas en molinos y velas impulsaron el transporte, el comercio y la producción desde que el homo fue sapiens hasta el siglo XVIII. Efectivamente, decenas de miles de generaciones humanas pasaron literalmente la antorcha del control del fuego con muy pocas modificaciones. Hasta que hace tan sólo nueve o diez generaciones, cuando los tatarabuelos de nuestros tatarabuelos compartieron el mundo con un tal James Watt, que había reinventado una máquina de vapor diseñada por un tal Newcomen, todo cambió. La primera revolución industrial arrancó una espiral de alimentación mutua entre extracción de recursos, producción, transporte y consumo energético que no ha cesado hasta nuestros días.    

Consumo social de energía  exosomática Fuente: G. Tyler Miller Jr. “Living in the Environment” 11th Ed. Brooks/Cole, 2000 

 Lo que sí ha cambiado es el combustible que alimenta nuestro metabolismo social. A la madera pura y dura siguió el carbón, de sorprendente poder calorífico; motor de fábricas, forjador de hierros y aceros, y origen de una espectacular proliferación de chimeneas industriales, ingeniosos inventos de los sapiens para delegar en los cielos la tarea de eliminar los humos indeseados. Pero después de un siglo de quemar los residuos del carbonífero, un nuevo combustible iba a cambiar, otra vez, el panorama energético de nuestro planeta. Porque en 1859, en el mismo año en que Charles Darwin publicó “El Origen de las Especies a Través de la Selección Natural”, un coronel de nombre Drake perforó en Pennsylvania el primer pozo petrolífero. Si el carbón había impulsado la revolución industrial en el siglo XIX, el petróleo iba a tomar el relevo para hacer del siglo XX el siglo de los cambios globales. Si una minería del carbón pujante había sido la marca de los estados dominantes del XIX, la industria del petróleo iba a ungir a las multinacionales hegemónicas del XX.  La industria del oro negro iba a alimentar y a alimentarse del concepto Ford-T y la producción en cadena, de dos guerras mundiales y una fría, del turismo de masas y la sociedad de consumo. Como resultado, los privilegiados por haber nacido consumidores gastamos y dilapidamos hoy más energía exosomática que nunca, y lo hacemos a un ritmo creciente. Una situación verdaderamente insostenible.

 Y ¿de dónde procede toda esa energía? Del sol, naturalmente. Del sol que brilló durante los 60 Millones de años del periodo carbonífero, hace 300 millones de años, en el caso del carbón, y del sol que brilló hace 10-200 Millones de años en el caso del petróleo y el gas natural. Plantas gigantes en el primer caso y microorganismos marinos en el segundo tuvieron a bien fijar el CO2 de aquellos aires en sus biológicos tejidos gracias a un sol prácticamente inmutado desde entonces. De forma que nuestra estirpe de revolucionarios industriales y post-industriales está convirtiendo en humo su capital de combustibles fósiles. Capital, que no renta, dada la dimensión geológica de sus plazos. Se trata de un verdadero capital, de un recurso valioso, con el que se podrían fabricar innumerables productos químicos y farmacéuticos, polímeros y plásticos, pavimentos o pistas de tenis – y ésta es sólo una lista de ejemplos que empiezan por la p – Quemar combustibles fósiles es como quemar los muebles de nuestra casa. Y los de la de nuestros hijos. Contra nuestra adicción a quemar fósiles deberían jugar también los factores medioambientales, que incluyen aspectos de escala global y con efectos a medio y largo plazo, tales  como el aumento del dióxido de carbono atmosférico y el calentamiento global [1], pero también aspectos inmediatos y urgentes como la

contaminación urbana de nuestros coches con chimenea, la lluvia ácida, las mareas negras o la contaminación social que suponen las guerras petro-preventivas. Pero es que además ya todos sabemos que el petróleo y los demás combustibles fósiles son recursos limitados y se acabarán. El petróleo será el primero. Pero no hará falta que se acabe para que notemos su falta. Será suficiente con alcanzar el ineludible punto de producción máxima, más allá del cual nos será imposible extraerlo al ritmo creciente al que estamos acostumbrados. En ese momento aún quedará más o menos la mitad de las reservas totales de crudo, es decir, tanto petróleo por quemar como el quemado desde 1859. Pero llegado ese punto, las inexorables leyes de nuestro propio mercado pasarán factura. El petróleo barato pasará a la historia, y si para entonces seguimos empeñados en necesitarlo al ritmo creciente acostumbrado, entonces sufriremos una crisis energética de verdad, no como la de 1973, basada en puros movimientos especulativos de los países productores, sino una crisis con mayúsculas debida a una verdadera y definitiva escasez de nuestro negro néctar.  

La producción de crudo en los EEUU (arriba) alcanzó su máximo en 1970, siguiendo las predicciones.  Cuando la producción mundial alcance el suyo se habrá acabado para siempre el petróleo barato

(Courtesy: Science, vol. 281, Aug. 21,1998, p.1128; C. Campbell & J. Laherrere)

La pregunta no es si llegaremos o no a ese punto, sino cuándo llegaremos. Un punto de producción máxima es una característica de todo recurso finito y el momento en el que se alcanza depende de las existencias totales, una magnitud que en el caso de los combustibles fósiles no conocemos a ciencia cierta pero que diversas fuentes intentan estimar. Y aquí es donde llegan las discrepancias, porque dependiendo de a quién preguntemos las cifras cambian. Podemos elegir entre las predicciones de las multinacionales petroleras que aseguran que nuestro planeta nos tiene guardado petróleo para los próximos cien años, sin entrar en escabrosos detalles de puntos de producción máxima, y las predicciones de un grupo de geólogos independientes, que trabajaron para esas mismas multinacionales, quienes afirman que ese punto crítico está probablemente más cerca de lo que creemos.

En todo caso, el momento de preocuparse y actuar es ahora. Porque el problema es extremadamente complejo y no admite soluciones improvisadas. Y porque, ahora mismo, con nuestro flamante siglo XXI recién nacido no tenemos la solución para alimentar su desarrollo. Se empieza a hablar del hidrógeno como panacea, pero, a diferencia del oxígeno, el hidrógeno no crece en los árboles y necesitamos fuentes primarias de energía para producirlo. Hay quienes apuestan por volver a potenciar la energía nuclear de fisión como alternativa al petróleo. Al fin y al cabo se alimentaría de uranio y no produciría gases de efecto invernadero. Pero apostar por una alternativa que genera residuos radiactivos que tardan cientos o miles de años en perder parte de su actividad parece demencial, y eso sin contar los riesgos de catástrofes, que en los tiempos que

corren podrían ser debidas antes a beligerancias terroristas que a negligencias como la de Chernobil. Cambiando el petróleo por nucleares podríamos pasar a la historia como la generación que, después de haber dilapidado su herencia milenaria de fósiles combustibles hipotecó el futuro de sus descendientes con basura radiactiva. Finalmente, la energía de fusión guarda muchas promesas, pero en un horizonte lejano. La solución próxima tiene que venir de otro sitio. Y si observamos sin prejuicios el funcionamiento de nuestro planeta azul, si analizamos desde lejos, como si fuésemos extraterrestres, las pautas de nuestra madre Gaia, podríamos extraer alguna pista. Como por ejemplo la energía verde que la nutre y los ciclos que la mantienen. Hemos aprendido que nuestro planeta funciona con ciclos y nos estamos iniciando en nuestro propio reciclaje. Un número creciente de empresas comienzan a valorar los ciclos integrales y ven oportunidades de negocio en usar como materias primas lo que otras industrias consideran desechos. La eficiencia y el ahorro energético empiezan a ser parte importante de nuestra agenda. Pero a pesar de todo nuestra tecnosfera sigue necesitando crecientes cantidades de energía exosomática para evitar el caos. El sol alimenta a Gaia y siempre la ha alimentado, alimenta su clima y su biosfera. Ahora sabemos que la radiación que llega al suelo es de unos 900 W/m2 lo que a nivel planetario equivale a unas 2.000 veces el consumo energético mundial. También sabemos que no sabemos cómo aprovecharla eficientemente, pero se nos da bien aprender. También estamos empezando a comprender que nuestra esperanza es la diversificación de fuentes energéticas y el aumento de las fuentes renovables, solar, eólica, biomasa, hidroeléctrica…fuentes que, en el fondo, salvo la geotérmica, tienen su origen en el sol. Finalmente, lo más importante será darnos cuenta a tiempo de que la energía que mueve nuestra sociedad está en transición, de un modelo obsoleto a uno desconocido, uno por hacer, y que ahora es el momento de crearlo. En 1999 más del 1 por ciento del PIB mundial (413.000 millones de dólares) se gastó en publicidad.[2] De los 10 grandes anunciantes, 4 eran empresas automovilísticas. Nuestra sociedad sólo sobrevivirá si es capaz de reflexionar acerca de sus verdaderas necesidades y reordenar prioridades. La historia de la ciencia nos muestra que es posible y que los grandes descubrimientos que han revolucionado nuestras vidas tienen su origen en pequeños núcleos de conocimiento y centros de investigación, que sólo necesitan algo de apoyo y un ambiente adecuado de libertad y creatividad para dar frutos. Y tiempo. Ahora es el momento para sembrar lo que acabará siendo la historia de nuestro futuro.  

 

[1] 1999 fue el año más caluroso desde 1866, en que se empezaron a  registrar las temperaturas. Las pérdidas económicas por desastres naturales climáticos establecieron un nuevo récord, alcanzando los 92.000 millones de dólares, más que en toda la década de los años ochenta. (Fuente: Informe del World Watch Institute. año 2000) [2] Fuente: Informe del World Watch Institute. año 2000

El Misterio de la Mona Lisa

Por Jorge A. MarionPeriodista científico Canals – Córdoba Argentina Mail: jamarion2000@yahoo.com.ar     

¿Qué misterio se oculta detrás de la sonrisa de la Mona Lisa? La ciencia y el arte se asociaron para encontrar una contundente respuesta:”es un efecto de Ilusión óptica”, pero, ¿Qué es una ilusión óptica?: Una ilusión óptica es un efecto sobre nuestro sentido de la vista, caracterizado por la percepción visual de imágenes que son falsas o erróneas. Falsas si no existe realmente lo que nuestros ojos ven, o erróneas si el cerebro interpreta equivocadamente la información visual. Éstas ilusiones ópticas pueden ser de carácter fisiológico (como es el encandilamiento tras ver una luz potente) o cognitivo (por ejemplo una malinterpretación de la dimensión relativa de dos objetos debido a la perspectiva.). Entre las ilusiones ópticas más comunes tenemos, los espejismos, la ilusión de la cuadrícula de Hermann,los estereogramas y los hologramas .Pintores como: Escher, Salvador Dalí, Giuseppe Arcimboldo y Marcel Duchamp han aprovechado las ilusiones ópticas, aplicando la perspectiva en sus obras.

 

Si bajamos todo el tiempo

¿Cuándo llegamos abajo?

M. Escher

 

Angeles o demonios

Mosaico de Escher

  Cisnes que reflejan elefantes-Salvador Dalí

 

¿Qué es lo que Usted vé ?

 

¿Cuántos animales ve?

 

¿Cuántas personas hay?

 

 

 

Sección 1 : Curiosidades - La cuadrícula de Hermann

La ilusión de la cuadrícula de Hermann es así, cuando se mira un dibujo con cuadrados negros sobre un fondo blanco, se tiene la impresión de que surgen manchas "fantasmas" en las intersecciones de las líneas. Las manchas desaparecen cuando se observa directamente la intersección. 

Cuadrícula de Hermann

 

 

Sección 2 : Utilización de la ilusión Optica

La ilusión óptica producida por una rápida sucesión de fotos es la esencia del cine. Las imágenes proyectadas en una pantalla durante una fracción de segundo no se borran instantáneamente de la retina y, al mostrar una serie de fotos con pequeñas diferencias de tiempo, se logra la ilusión del movimiento.

Mire el punto negro y acérquese a la imagen.....

 

 

 

Sección 3 : Imágenes en estéreo...

Un estereograma es una ilusión óptica basada en la capacidad que tienen los ojos de captar imágenes desde distintas perspectivas. Esas perspectivas diferentes son captadas de tal forma por el cerebro, que pareciera ser una imagen tridimensional. Se realizan, sobreponiendo dos fotografías tomadas desde ángulos ligeramente distintos.

 

Estereograma

Si se queda un rato mirando “al infinito” (desenfocando, relajando la vista)

frente a esta imagen (como a medio metro de la pantalla)

es posible que vea una especial tarjeta de San Valentín

(es difícil, pero no imposible)

 

Primera pregunta: ¿Qué es un espejismo?

 

El espejismo es una ilusión óptica natural que ocurre con frecuencia. Los espejismos más comunes son llamados "inferiores" consiste en un reflejo que se produce bajo la imagen, producido por la refracción de la luz al pasar por una capa de aire sobre una superficie recalentada. Es decir, el aire caliente sobre la ruta, actúa como un espejo. Ejemplo: ”pozos de agua en las rutas”.

 

 

Espejismo en la carretera

 

Cuanto mas baja,más grande

(Luna en el horizonte)

 

 

 

Segunda Pregunta : ¿Qué es la Holografía?

La holografía es una técnica de fotografía, que consiste en crear imágenes que por ilusión óptica parecen ser tridimensionales(hologramas: imágenes virtuales tridimensionales). Para esto se utiliza un rayo láser, que graba microscópicamente una película fotosensible. Ésta, al recibir la luz desde la perspectiva adecuada, proyecta una imagen en tres dimensiones.La holografía fue inventada en el año 1947 por el físico húngaro Dennis Gabor, quien llamó a este proceso holografía, del griego "holos" = “completo”, ya que los hologramas mostraban un objeto completamente y no sólo una perspectiva.Se utiliza en tarjetas de crédito, billetes y discos compactos, como símbolo de originalidad y seguridad.

 

Tercera Pregunta : ¿Es una ilusión óptica, la sonrisa de la Mona Lisa?

“Da Vinci pintó la sonrisa de la Mona Lisa usando unas sombras que vemos mucho mejor con nuestra visión periférica”, afirma Margaret Livingstone. Por ello, para ver sonreír a la Mona Lisa hay que mirarla a los ojos o a cualquier otra parte del cuadro, de modo que sus labios queden en el campo de visión periférica. De esa forma se la ve más sutilmente sonriente que si se miran sus labios. Livingstone explicó que la enigmática sonrisa de la Mona Lisa es “una ilusión óptica,que aparece y desaparece debido a la peculiar manera en que el ojo humano procesa las imágenes”.Así, indicó que cuando en el siglo XVI Leonardo Da Vinci pintó la Gioconda, su Mona Lisa, logró el efecto de que la sonrisa desaparezca al mirarla directamente y sólo reaparezca cuando la vista se fija en otras partes del cuadro. Por otra parte, ¿no les parece que saber algo más acerca del secreto de la Mona Lisa no resta ni un ápice al disfrute de una imagen única?. Si acaso…suma.

 

Mona Lisa – Leonardo Da Vinci

 

 

La Frase : “Por lo general, las mujeres de ensueño son una ilusión óptica.”

Autor: Peter Alexander Ustinov ,Actor