(introducción)
El hombre y la energía
En la «prehistoria energética» el ser humano primitivo para aumentar las posibilidades de sobrevivir en el medio donde se desarrollaba generó grupos con otros humanos, conoció el fuego gracias a eventos naturales y años después logró domesticarlo, utilizándolo como energía térmica principalmente para calentarse y cocinar, a su vez convirtió la leña en su primer combustible. El hombre en sus inicios contaba con limitadas herramientas para realizar labores cotidianas y productivas, solo disponían de algunas armas de caza, como hachas de piedra, lanzas, arcos, flechas y utensilios para uso doméstico. La fuente principal de energía para el uso de las herramientas en estos tiempos era humana (muscular). La maquina humana puede transformar hasta unos 800 Wh/día de energía muscular con una potencia de entre 85 y 105W y un rendimiento cercano al 20%. Esta energía era destinada principalmente a la recolección de alimentos tales como vegetales, frutas y caza de algunos animales, por lo cual en estas condiciones debe consumir del orden de las 2.500 kcal en alimentos de manera diaria para su funcionamiento. El desarrollo de las actividades y herramientas mejoraron muy poco por una gran cantidad de años.
Fue hasta la época del Renacimiento que el hombre logró avances técnicos y tecnológicos gracias al dominio del fuego para el desarrollo de la metalurgia, inician las primeras fundiciones de cobre en Europa hace unos 4.000 años, producían hachas, dagas, joyas, utensilios y los primeros clavos, esto sumado al uso de nuevas fuentes de energías renovables, como el viento y la hidráulica permitieron el desarrollo de grandes embarcaciones, molinos de viento y molinos hidráulicos para mover el agua en la agricultura y la molienda de grano, a esta altura también tenían a su disposición la energía animal, utilizada para transporte y agricultura principalmente. La vida seguía concentrándose en zonas cercanas a fuentes de energía hidráulica. También contaba con algunas maquinas utilizadas en la industria textil, el reloj de pesas y las primeras armas de fuego. Comienza una era prolifera donde se destacarán inventos creador por los inventores más conocidos de la historia que permitieron mejorar una gran cantidad de procesos, entre los inventores destacan Galileo Galilei y Leonardo da Vinci. La sociedad necesita una fuerza motriz que permita operar las herramientas que abrirán el camino hacia un desarrollo exponencial.
El viento como fuente de energía es utilizada desde hace unos 1.000 años en Europa a través de molinos de vientos. Pero el desarrollo del molino de viento solo tuvo avances significativos a partir del Renacimiento donde se convirtió en una fuerza motriz de las más importantes, se utilizó en para bombear agua, moler granos, aserraderos y otras aplicaciones. El desarrollo de las embarcaciones también fue en crecimiento, cada vez se creaban embarcaciones más grandes capaces de surcar grandes distancias en el mar gracias al aprovechamiento de la energía eólica como fuente principal de energía. A pesar de esto la energía hidráulica seguía siendo la fuente principal de energía que impulsarían la naciente industria. Telares, sistemas de regadío, molinos y aserraderos eran movidos por ruedas de agua. El humano comenzaba a observar el potencial de la fuerza motriz del vapor y la temperatura, en el siglo XVII aparecen los primeros prototipos funcionales de la maquina a vapor.
El Marques de Wolcester en 1630 fue uno de los primeros inventores en utilizar el pistón impulsado a vapor, Denis Papin también fue uno de los primeros inventores en utilizar el pistón en una maquina de vapor y el primero en implementar la válvula de seguridad. La maquina de condensación de Savery tuvo aplicaciones prácticas muy importantes tales como uno en la minería y para suministrar agua a algunas ciudades. En 1770 el inventor inglés James Watt quién perfeccionó la maquina a vapor, incorporó el condensador separado y los sistemas de válvula y balancín incrementando la eficiencia de manera considerable, lo cual la convirtió en una fuerza motriz muy importante para la industria creciente. El desarrollo de la máquina llegó a tal punto que además de ser utilizadas en la mayor parte de la industria, se comenzaron a hacer las primeras experimentaciones para incorporarlas como fuerza motriz de propulsión para las embarcaciones.
Por primera vez en la historia el hombre contaba con una fuente de energía mecánica concentrada con total disposición para su libre uso, esto permitió que las industrian nacientes pudieran desarrollarse en sectores más alejados de las fuentes de energía hidráulica. Las maquinas a vapor que se implementaron por una parte permitieron un crecimiento exponencial en el desarrollo de la industria y la vida cotidiana de las personas, por otra parte consumían combustible de manera indiscriminada, en sus inicios utilizaban leña la cual fue devorada por las máquinas en un corto periodo de tiempo debido a la alta demanda de la industria, al poco tiempo la leña era escasa. El combustible alternativo que se abría paso para impulsar el desarrollo industrial era el carbón, este tenía un poder calorífico superior a la leña y comenzaron a explotarse de manera intensiva los yacimientos para mantener en funcionamiento el desarrollo industrial. En Chile la explotación industrial del carbón comenzó a mediados del siglo XIX, en Lota, provincia de Concepción, región del Biobío.
Para finales del Renacimiento el hombre contaba con básicamente las mismas fuentes de energía, hidráulica, eólica y muscular. Pero la máquina a vapor marcará un punto histórico en cuanto al desarrollo del hombre, nacía una nueva era.
El hombre inicia uno de los periodos más importantes de la historia, La Revolución Industrial, estos nuevos tiempos de la humanidad estarán marcados por la explotación intensiva de materias primas, la aplicación de nuevos métodos tecnológicos revolucionarios y la utilización de nuevas fuentes de energía. Existe una alta demanda de materias primas y la necesidad de un mercado para comercializar los productos de esta revolución. La industria y las máquinas deben seguir en movimiento, continúa una explotación intensiva de carbón, cuando este recurso resulta escaso se inicia la explotación del petróleo.
La maquina de vapor a mediados del año 1870 resultaba ser muy ineficiente ya que devoraba el combustible, lo hizo con la leña y lo estaba haciendo también con el carbón, este comenzaba a hacerse escaso y/o la extracción se hacía más compleja. Aparecía la alternativa del uso de petróleo como nuevo combustible lo que evidenciaba la necesidad imperiosa de un nuevo «motor» que mueva las maquinas de la industria, fue dentro de este contexto que en el año1859 un visionario Joseph Lenoir comienza con el desarrollo de un motor de combustión interna.
El motor de combustión interna, resultó ser competitivo con el motor a vapor en cuanto a eficiencia, sin embargo rápidamente pudo mejorar y superar la eficiencia del motor del Renacimiento. Este motor de combustión interna utilizaba combustibles líquidos o gaseosos para su funcionamiento, lo cual se traduciría en el comienzo de la explotación industrial del petróleo como el nuevo combustible. El petróleo era utilizado por el hombre hace más de 3.000 años en localidades específicas, para el uso de calefacción, cocina, lubricación y calafateo de los botes. Los Chinos varios siglos antes de la era cristiana ya contaban con pozos petroleros, creados con broca de percusión, tubos de bambú y fuerza humana. Se generó una primera gran demanda de petróleo para el año 1850 cuando el aceite de ballena utilizado extensamente como combustible para lámparas comenzó a escasear debido a la gran demanda de este y la caza indiscriminada de los cetáceos. En esta época en Estados Unidos comenzaban los estudios sobre el «Aceite de roca» que brotaba de forma natural en algunos ríos de Pennsylvania.
El primer pozo petrolero comercial se abrió en 1859, en Pennsylvania, Estados Unidos, fue creado por Edwin Drake en el valle de Oil Creek, para la empresa Seneca Oil, el pozo alcanzaría los 21 metros de profundidad y el trabajo demoraría varios meses para poder ver brotar el crudo en la superficie. El pozo de Drake llego a tener una producción de 30 barriles al día dando origen a la fiebre del «oro negro», este hecho también marcaría un antes y después en el desarrollo del hombre.
La electricidad era conocida desde los antiguos griegos, en el siglo V antes de cristo, Thales de Mileto documentó la atracción que sucedía al frotar el Ámbar en una tela (electricidad estática), pero fue solo hasta los tiempos de la Revolución Industrial que se comenzó a comprender este fenómeno de manera teórica a mediados del siglo XVIII, gracias a grandes científicos como Benjamín Franklin, Alexandro Volta, Michael Faraday, Georg S. Ohm, Andre M. Ampère, etc. Lo cual convertiría la electricidad en una nueva fuente de energía para el uso del hombre y su desarrollo. En 1882 en Londres comenzó a operar la primera central de generación de energía eléctrica, accionada por una máquina de vapor y desarrollada por Thomas A. Edison. La tercera central de generación de energía eléctrica construida por Thomas A. Edison sería accionada por una turbina hidráulica. Desde 1882 hasta nuestros tiempos actuales la energía eléctrica se a convertido en el motor que prácticamente hace funcionar el mundo tal y como lo conocemos hoy. ¿Te imaginas un mundo sin electricidad?
Si bien el hombre desde sus inicios a utilizado la energía solar de manera inconsciente, es hasta la segunda mitad del siglo XIX que la energía solar se estudia con el fin de convertirse en una alternativa seria como fuente de energía para aprovecharla para fines prácticos. En Chile en el año 1872 el ingeniero sueco Charles Wilson desarrollo un importante proyecto con la aplicación de la energía solar, utilizó el calor del sol como fuente de energía para destiladora de agua para la empresa salitrera «Lastenia Salinas» en el pueblo Las Salinas, ubicado a 112 km de Antofagasta. El ingeniero francés Augustin Mouchot fue el pionero en la investigación funcional de la tecnología y desarrolló la primera maquina capaz de transformar la energía extraída del sol con fines prácticos. Abel Pifre también inventor francés, trabajó en conjunto con Mouchot para desarrollar el «generador solar de vapor» con una presentación exitosa en la «Exposición universal de Paris en 1878», sin embargo ni una industria se intereso en el invento. Pifre no se dio por vencido y con el deseo de poder demostrar el potencial de la tecnología presentó su «imprenta solar» en agosto del año 1882 en Paris. Bajo condiciones de nubosidad media el motor solar de Pifre fue capaz de mover durante toda la tarde una prensa de imprenta que alumbró cerca de quinientas copias de un periódico hecho específicamente para la ocasión que llevaba por titulo «El diario solar». Nuevamente Pifre logró sorprender a todo el mundo, sin embargo nuevamente ningún inversionista se interesó en apoyarlo. Uno de los desarrolladores más ambiciosos de esta tecnología fue Frank Shuman. Fundó su propia empresa de energía solar en el año 1911 «Sun Power Co» y este mismo año desarrolló su primera planta solar en Tancony, Estados Unidos con una potencia de 20kW. El año siguiente construyó una nueva planta solar en Maddi, Egipto, de 88kW de potencia.
El uso de la energía solar como fuente de energía se convertía en una alternativa real. Varios ingenieros de la época desarrollaron prototipos de artefactos funcionales donde se podía utilizar la energía del sol de manera práctica, sin embargo fue rápidamente desplazada por el uso del motor de combustión interna que era más liviano, potente y barato que los motores solares.
El desarrollo de los primeros motores de combustión inicia con el avance de los conocimientos de la energía y de las propiedades termodinámicas de los gases, en Alemania en 1816 el ingeniero Wilhelm Shmidt pudo establecer las condiciones teóricas y los procesos básicos para el funcionamiento de los motores de combustión interna. Al francés Joseph Lenoir se le reconoce como el primero en desarrollar un motor de combustión interna en el año 1859, tenía una eficiencia de tan solo el 5%, para el encendido de la combustión del combustible integró una bujía. Este motor era de un solo pistón y de un solo tiempo, por lo cual necesitaba de una segunda explosión para que el pistón volviera a su posición inicial. El combustible que utilizaba este motor era una mezcla de gas de carbón con aire, el uso práctico de este motor quedó demostrado en el año 1860 cuando fue utilizado por primera vez en un automóvil, Lenoir marcó la pauta para que los nuevos ingenieros pudieran mejorar la eficiencia de este motor. De esta manera Rudolf Diesel logró tener mejoras en la eficiencia gracias a sus trabajos realizados entre 1893 y 1898 con su motor a «Diesel», para el año 1897 cuando Rudolf Diesel pudo demostrar el uso práctico de su motor. De forma paralela se estudiaban alternativas de motores de energía eléctrica para impulsar los ferrocarriles, sin embargo esta fue rápidamente desplazada por el motor de combustión interna. En el año 1957 se presentaron nuevos avances con el motor de combustión interna rotativo, gracias a los estudios del inventor alemán Félix Wankel. Los motores más eficientes de la época utilizaban combustibles fósiles para su funcionamiento, el uso de estos motores en automóviles comenzaba a crear los primeros focos de contaminación en Los Ángeles, Estados Unidos en los años «40». El refinamiento del petróleo (combustible) y el estudio de los científicos a permitido el desarrollo del motor de combustión interna hasta como lo conocemos hoy.
Los motores que han abierto paso al desarrollo de la industria, la creación de productos y la organización del mercado han sido alimentados por la principalmente por fuentes de energía hidráulica y fuentes de combustibles fósiles, ambas fuentes con decreciente disponibilidad que auguran una limitación de disponibilidad en unas pocas décadas. La primera se ve amenazada por las sequías producidas por el calentamiento global asociado a la contaminación producida por las grandes industrias, sumadas al robo de agua de grandes agricultores y la sobreexplotación de materias primas que se ven devoradas por un sistema productivo que sufre de un hambre que no sabe como satisfacer. La segunda se ve amenazada ya que los recursos de fuentes fósiles son finitos, se han generado en un proceso de millones de años y que han sido intensamente arrasados en unas pocas décadas, provocando un problema de contaminación peligrosa en muchas de las grandes ciudades de todo el mundo. El petróleo se transformó en un combustible de primera necesidad para el funcionamiento de los países desarrollados como por ejemplo, Estados Unidos, que de manera histórica a invadido diferentes países ricos en estos recursos con el fin de tener el control del crudo, esto debido a la evidente escases de este valioso recurso a corto plazo.
El hombre necesita de manera imperiosa abrir paso a las energías renovables no convencionales como fuentes de energías limpias, junto con esto debe buscar un desarrollo de manera armónica con el entorno que lo rodea. Los recursos naturales que son explotados para el funcionamiento de la maquinaria mundial y la creación de productos, son consumidos día a día a gran velocidad. Estamos en los tiempos donde el hombre debe cuestionarse si la aplicación de los conocimientos, el desarrollo de la técnica, de los nuevos métodos y las innovaciones tecnológicas han permitido satisfacer sus mínimas necesidades. Hoy la obligación del hombre es desarrollar una producción eficiente, que no permita el despilfarro de recursos naturales finitos en la creación de productos efímeros. A esto debe sumar el uso eficiente de la energía en los procesos mineros e industriales causantes principales de la contaminación mundial. Si seguimos sin una visión clara de desarrollo sostenible y seguimos devorando los recursos naturales al mismo ritmo, terminaremos bailando también al ritmo de las guerras, la contaminación, el hambre y la sobreexplotación del hombre contra el hombre.
