¡Encuéntrate con Química en el Mundo!

Pongamos un poco de orden a esto de la Termodinámica… 💪

¡Encuéntrate con la Química en el Mundo!

¡Hola! ¡Si has acabado leyendo este post es porque te interesa hacer sencillo lo aparentemente difícil! Desde cuando el agua se nos congeló este invierno, hasta que se abrieron de nuevo los caminos, la Termodinámica siempre estuvo presente. Es un área del saber que asusta a la mayoría de las personas, ya que la asocian con gran complejidad. ¡Toca ordenarlo mentalmente! Nos puede costar un pelín, pero todo trabajo invertido tiene su recompensa. 😉

¿Cómo conecta con el gran problema después del Coronavirus, la Emergencia Climática? Soy Enrique García Franco, ingeniero de procesos químicos, y hoy vamos a hablar de las Leyes de la Termodinámica.

Como su nombre indica, Termodinámica es la rama de la Física que se dedica a estudiar el flujo de energía (Termo + dinámica). Como decía Homer Simpson, el mundo obedece a sus Leyes. Cuando se toma el concepto de Ley, adquiere el significado en cuanto que “son”, por encima de todo. Veamos las consecuencias de la Segunda Ley, puesta en palabras llanas.

Todos sabemos lo complicado que es gestionar un directorio de archivos. Es mucho más fácil grabarlo todo en el escritorio y llamarlo “este”. Como es la tendencia natural, pasa el tiempo y el desorden dentro del ordenador no para de crecer. ¿Qué toca hacer entonces? ¡Pues ordenarlo! Y para ello, toca invertir un esfuerzo en sistematizar y renombrar, para que luego sean fácilmente accesibles.

Pues ahí mismo, con un ejemplo de andar por casa, tenemos la Segunda Ley de la Termodinámica, que nos dice que dentro del ordenador (Universo), toda acción tiene una tendencia natural espontánea hacia el desorden. Y también, al revés, que ordenarlo es luchar contra lo natural y requiere un esfuerzo (trabajo).

Vamos ahora al mundo químico. Para ir entrando, vamos a imaginarnos a un ciclista como el de este GIF:

Ciclista bajando
Ciclista bajando

A él, le sale de natural el bajar, y encima marcándose una pirueta chula. Puede hacerlo “dejándose llevar”.

Sin embargo, a cualquiera con una capacidad crítica desarrollada, nos chocaría esta otra situación reversa, en donde el ciclista sube sin aparente esfuerzo:

Ciclista subiendo

Si ahora pensamos en los términos químicos que nos ocupan, la montaña que baja el ciclista tiene su homólogo en el nivel energético G, al cual se le conoce como Energía Libre de Gibbs. Nos imaginamos al ciclista arriba, ¿no?

Analogía química
Analogía química

Ahora bien, lo que nos indica la Segunda Ley de la Termodinámica a nivel químico es que la reacción avanzará bajando por la montañita del nivel energético G, por tendencia natural. A esta situación se le llama en la jerga que la reacción es espontánea, porque ocurre sin esfuerzo alguno. De hecho, se le puede sacar un provecho. Si ahora consideramos la reacción

Carbono + Oxígeno → Dióxido de Carbono

Esta reacción de izquierda a derecha es ampliamente espontánea y se le puede sacar un provecho (trabajo útil). Alguna tarde de barbacoa, todxs hemos cocinado con el calor que desprende la fogata, como en la foto de abajo:

Combustión
Combustión. Fuente: https://pxhere.com/en/photo/499714

Sin embargo, si bien quemar combustibles es quizás lo más fácil y a mano, hoy en día ya estamos viviendo las consecuencias de su abuso. Desde tiempos industriales, se viene típicamente recurriendo a la combustión para extraer energía útil (cocinar, calentarse, viajar, fabricar…). Pero el gran dilema es que todo ese dióxido de carbono, alias CO2, se acaba concentrando en la atmósfera. Y parece que hay algo raro.

La acumulación creciente tiene una consecuencia directa en la temperatura media del planeta, según un mecanismo conocido como Efecto Invernadero. La gráfica de abajo pone de manifiesto de manera visible lo que le sucede a la radiación en su paso por la atmósfera.

Efecto invernadero
Efecto invernadero. Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/Greenhouse_effect

El rayo de luz solar atraviesa la capa atmosférica, tras su viaje por el Cosmos. Cuando es reflejado en la superficie, ha perdido parte de su energía a la entrada. Algo ha cambiado. Justo entonces se encuentra de nuevo con la atmósfera, en donde resulta que el CO2 ahora interactúa con el haz y atrapa parte de la energía de la onda. El resultado neto es un calentamiento de la atmósfera, que se propaga a lo largo del planeta, incluyendo las corrientes marinas y los casquetes polares.

Este efecto, muy a pesar de los negacionistas, se evidencia en el siguiente gráfico, extraído de la NASA. Se observa evidente una correlación directa entre niveles crecientes de CO2 y aumento de la temperatura media del planeta. Clarinete, ¿no?

Correlación
Correlación. Fuente: https://www.giss.nasa.gov/

Podría pensarse que la tendencia es inevitable y que avanzamos hacia el final de una era. Como científico aplicado, yo creo que no. La gráfica obedece a una tendencia de consumo. Un modelo de vida. Lineal, rápido y orientado exclusivamente a la máxima plusvalía económica. ¿Pero qué pasaría si se tuviesen otro tipo de consideraciones a desarrollar una industria? ¿Hay espacio para ello, dentro de la competición feroz?

La respuesta a eso la ha dado Europa, aunque ha pasado desapercibida en el medio del COVID. Los modelos que se mantendrán en el tiempo son aquellos que aúnen las llamadas People, Profit and Planet. Su actividad tiene un impacto controlado sobre el medio ambiente, a la vez que generan un beneficio económico que las proyectan hacia el futuro. Además, las comunidades allí donde están asentadas se benefician de su implantación. Las diferentes plusvalías son compartidas en estos tres actores.

Esto, aparentemente propio del mundo de la gestión, encuentra su punto común con la Termodinámica.

El ciclista siempre ha de bajar la cuesta, obedeciendo a la Segunda Ley. Por eso siempre se han venido quemando fósiles. ¿Pero, tenemos algún otro insumo energético en el planeta? ¡De hecho, sí! Orbitamos al redor de una estrella, el Sol, que nos irradia energía. El planeta tendería a “bajar la cuesta” perpetuamente si no le entrase el Sol. Acciona de nuevo, entre otros, el ciclo del agua, evaporando los mares para formar las nubes, y desencadenar de nuevo las lluvias.

Ciclo de agua
Ciclo de agua. Fuente: https://www.significados.com/ciclo-del-agua/

El Sol es nuestro gran aliado. Y de esto ya se han dado cuenta varios actores del mundo químico. Vamos a poner un ejemplo en claro.

Las refinerías típicamente han procesado el crudo de petróleo para ponerlo en valor. Para ello, manejan algo llamado Hidrógeno, una sustancia no presente en la naturaleza, por su elevada reactividad. En la naturaleza aparece en su forma oxidada. ¡Que no es otra cosa que el agua! Las refinerías lo necesitan combinar entre sus corrientes para dar lugar a valor añadido.

Llevar el agua a su forma reactiva, es algo energéticamente costoso. Toca luchar contra la tendencia natural. Pero ¿qué pasaría si se invirtiese energía de origen renovable? ¿Os imagináis combustible de avión sin huella de carbono? Pues combinando Hidrógeno verde con CO2 es Termodinámicamente viable. Pensad en tomar ese CO2 de desecho forestal. ¡Por unos vuelos de avión libres de emisiones! 👏👏👏

Ciclista subiendo

Como conclusiones, hemos visto que el mundo se rige por las Leyes de la Termodinámica, que “son”, en un sentido categórico. Toda conversión espontánea ha de bajar la cuesta del nivel energético G. Para subirlo, se ha de invertir un trabajo útil. Pero la Tierra no es un sistema aislado, porque nos entra energía del Sol. La combinación de la técnica y los instrumentos políticos adecuados pueden ayudarnos a luchar a tiempo con la siguiente curva, la del CO2.

Autor: Enrique García Franco, LinkedIn, canal de Youtube.

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Este vídeo es el fruto de colaboración con CID-N Red de Desarrollo de Inteligencia Colectiva, con base al webinar, puedes ver el vídeo en nuestro canal de Youtube. Para estar al tanto de nuestra actividad, conéctanos en LinkedIn.

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