Apuntes científicos desde el MIT

Te compras un porsche de los años 70 por ebay, se lo dejas a unos estudiantes del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT ), ellos se encargan de buscar quien les financie el proyecto, y a los pocos meses ya han sustituido el motor de gasolina por otro completamente eléctrico capaz de alcanzar los 150 km/h y recorrer 100 millas antes de necesitar conectarse a un enchufe convencional de nuevo.

A ver… no es un modelo que compita con los vehículos eléctricos actuales. Cuando lo enchufes deberás esperar 8 horas a que esté del todo cargado, no planees llevar maletas porque las 18 baterías donadas por Valence ocupan tanto el capó como el maletero, tampoco se te ocurra hacer un adelantamiento arriesgado con su pobre aceleración de 0-100 en 22 segundos, y quizás los 40.000 euros por los que te saldría la reforma hagan que te cueste decidirte… pero según Fernando de Sisternes, ingeniero industrial español que realiza un postgrado en el MIT y forma parte del Electric Vehicle Team , competir no es el principal objetivo. “la motivación inicial fue reunir un grupo pluridisciplinar de 40 estudiantes y ser capaces de diseñar un prototipo que nos sirviera para experimentar, aprender, hacer pruebas, y también demostrar al público que construir coches eléctricos no es tan complejo como puede parecer”, dice. “Además, el proyecto ha sido tan exitoso que estamos trabajando en un nuevo modelo mejorado cuyo tiempo de carga será de 10 minutos y su autonomía más de 300 km. Y este sí podría ser competitivo!”, añade Irene Berry, la joven directora del proyecto desarrollado enteramente por estudiantes emprendedores a los que no se les escatiman recursos...

¿Qué falta para que todos conduzcamos coches eléctricos?
La gran baza a favor de los vehículos eléctricos es obvia: eliminar la dependencia del petróleo y diseñar coches que no emitan CO2 a la atmósfera. Especialmente en países como España o Dinamarca, con un gran aprovechamiento de las energías renovables, el proceso global puede ser medioambientalmente muy limpio. Pero aunque en el peor de los casos la electricidad provenga de fuentes que sí generen emisiones, la eficiencia energética de estos coches es tan superior a los convencionales que son la verdadera apuesta a perseguir.

¿quedan limitaciones para una implantación masiva? Claro… desde el punto de vista técnico el coste, la autonomía y la rapidez de carga de las baterías todavía es una limitación fundamental, pero Fernando de Sisternes lo tiene claro: “dentro de no tantos años los vehículos eléctricos serán mejores que los de gasolina en todos los aspectos; esto no será una limitación en el futuro”.

Otro punto muy importante a considerar, como apunta este recomendable artículo , es diseñar toda la red de puntos de recarga y distribución de la energía. En Australia fracasó una iniciativa que favorecía el uso de combustibles alternativos simplemente porque los usuarios no tenían suficientes puntos de repostaje a su disposición. Construir una red inteligente que vaya intercambiando electricidad entre ella y el coche es un gran reto que requiere una clara volutad política para desarrollarse, y aquí justamente es donde encaja la investigación de Fernando en el Technology and Policy Program del MIT, un programa que implica a científicos e ingenieros en grupos de trabajos multidisciplinares encaminados a desarrollar e implementar estrategias que saquen el máximo partido a nuevas tecnologías. “Si los gobiernos quieren apostar por este cambio deben dar un empujón inicial; sin un compromiso firme será muy difícil que esto llegue a implantarse. Por suerte, España ya tiene un proyecto piloto muy ambicioso”.

Fernando de Sisternes muestra mucha confianza en el futuro del coche eléctrico; para él los biocombustibles y coches híbridos son soluciones transitorias: “los biocombustibles pueden funcionar a pequeña escala en ciertas zonas donde sea fácil generarlos, pero para una implementación masiva tienen demasiados problemas colaterales, sobre todo cuando afectan a la producción de alimentos. Los “plug-in hybrids”, que funcionan con electricidad y combustible, es algo intermedio. Existirán hasta que las baterías y la infrastructura de puntos de recarga estés suficientemente extendidos, pero al final se impondrán los coches 100% eléctricos”.

Seguro que tenéis comentarios o cuestiones. Fernando se ofrece gentilmente a contestarlas en los comentarios.

En seguida os hablo del prometedor avance que científicos del MIT han realizado en el campo de la energía solar: un nuevo catalizador que descompone el agua en hidrógeno y oxígeno de forma mucho más sencilla y eficiente que hasta ahora.
Pero antes os quiero mostrar uno de los gráficos más informativos que conozco. No es nuevo en absoluto y seguro que muchísimos ya lo habíais visto. Pero a los que no os suene, merece la pena que invirtáis medio minuto observándolo. Muestra de donde viene la energía que utilizamos, y en qué nos la gastamos. Nada más, y nada menos. Es un diagrama que ayuda sobremanera a comprender el panorama energético actual, y que deberíamos tener siempre en mente a la hora de valorar las posibilidades de las renovables, el peso relativo de la nuclear, la dependencia del petróleo, la sustitución del carbón…

El ancho de cada “tubería” indica la proporción de energía que se obtiene de cada fuente, y cómo termina distribuyéndose. La línea negra es carbón, la violeta corresponde a la biomasa, solar, eólica, geotérmica… el gris indica la energía perdida y el amarillo lo que realmente se aprovecha.
Son datos de EEUU y un poco antiguos. Aquí podéis ver cifras más actuales, pero el diagrama me perece menos ilustrativo, y la visión global no cambia sustancialmente.
Si alguien tiene acceso a una mejor fuente, que no dude en añadirlo en los comentarios.
Ahora, a por el logro del MIT:

Emular a las plantas
La idea básica no es nueva: utilizar la energía del sol para disociar el agua (H2O) en hidrógeno (H2) y oxígeno (O2), guardaros por separado, y obtener energía al unirlos de nuevo en una pila de combustible.
Las plantas hacen algo parecido con la fotosíntesis, y los científicos ya hace tiempo que son capaces de reproducir este proceso en el laboratorio.
Pero en temas energéticos lo más importante no es si algo se puede hacer o no, sino a qué precio y con qué rendimiento.
Separar el oxígeno del agua era un proceso costoso que requería unas condiciones difíciles de implantar a gran escala. El hito del grupo liderado por Daniel Nocera ha sido encontrar un catalizador formado por materiales baratos (cobalto y fósforo) que permite hacer la reacción a pH neutro y en condiciones de temperatura y presión normales.
Según Nocera , “Es lo que estábamos buscando desde hace años. La energía solar siempre se había considerado limitada, una solución lejana. Ahora podemos plantearlo seriamente como algo potencialmente ilimitado y cercano.”

En detalle: La electricidad obtenida por energía solar (o eólica) llega a un electrodo sumergido en una solución acuosa. Allí, gracias al catalizador de cobalto y fósforo se empieza a separar el H2O en oxígeno y protones (H+). Luego, otro electrodo une los protones formando hidrógeno gas (H2).
Esta segunda reacción todavía necesita mejorar, porque utiliza un electrodo de platino al que se debería encontrar un sustituto más barato. Pero no es lo que más preocupa a los investigadores. El gran reto era disociar el oxígeno de forma sencilla, y esto es lo que acaban de conseguir.
Una vez separados H2 y O2, puedes guardarlos y utilizar una pila de combustible “convencional” para volver a generar agua y liberar energía cuando la necesites.
En el fondo el hidrógeno es un vector, una manera de guardar la energía del sol (o eólica) y poder utilizarla de noche, cuando esté nublado o no sople el viento.
Almacenar energía de forma barata y en dispositivos de un tamaño que puedas alojar en tu casa es uno de los grandes problemas de fuentes de energía intermitentes, como algunas renovables.
El hallazgo de Nocera está en una etapa científica, pero puede significar un punto de inflexión en las expectativas de aprovechamiento de la energía solar. Ahora falta un laborioso trabajo de ingeniería para desarrollar dispisitivos que quizás permitirán ensanchar la fina línea violeta del diagrama con que hemos abierto el post.

Sería inocente pensar que la política científica decantará significativamente el voto hacia demócratas o republicanos en las elecciones presidenciales del próximo noviembre en US. Pero para escoger a su candidato en las primarias, quizás un votante republicano preocupado por el cambio climático prefiera elegir a McCain en lugar de a Romney. O evitar a Giuliani si considera gravemente inmoral la investigación con células madre embrionarias.

La revista Science ha publicado un artículo donde a partir de los programas electorales, declaraciones en público, decisiones políticas anteriores, y opiniones de expertos que han estado en contacto estrecho con los principales candidatos, analiza sus posiciones en temas como el futuro energético, las células madre, la educación científica, el programa espacial de la NASA, la financiación del sistema sanitario, y el cambio climático.

En Estados Unidos los debates pueden ser muy directos, y preguntar: “células madre embrionarias: sí o no?”, mostrar una Biblia y decir “Crees literalmente lo que aquí está escrito?”, o “cuanto te vas a gastar para frenar el cambio climático?”
Y no valen respuestas a medias… si dudas, es que no tienes las ideas claras, o no estás bien preparado.

Partido Demócrata

Hillary Clinton apuesta por la ciencia. Es el único candidato que ha impartido un discurso específico sobre política científica. Cuenta con gran parte de la red de asesores de su marido, pero se esfuerza en matizar que los retos del 2008 son diferentes a los del 2002. Propone una inversión de 50 mil millones de dólares y un plan de trabajo concreto sobre energías renovables dirigido a eliminar el 80% de las emisiones de CO2 de aquí al 2050. También pretende doblar los 30 mil millones anuales del presupuesto de los Institutos Nacionales de la Salud, y aumentar los programas de la NASA. Es la que promete más. Tanto, que algunos dudan que pueda cumplir sus propuestas. Una de sus bazas más fuertes es el prestigio de los expertos en política científica que la rodean.

Uno de los objetivos de Barack Obama también es rebajar el 80% de las emisiones hasta el 2050. Pretende invertir 150 mil millones de dólares en el desarrollo de biocombustibles, algo por lo que ha sufrido algunas críticas. Los que han trabajado con él aseguran que siempre toma sus decisiones en función de “evidencias y hechos”, y una de sus máximas es “utilizar la investigación científica para hacer política pública inteligente” Quiere doblar el presupuesto dirigido a investigación básica, mejorar el acceso de Internet en zonas remotas, e invertir 18 mil millones de dólares en educación científica. Fue valiente al anunciar que este dinero lo sacará retrasando la exploración de Marte, y el programa de la NASA que pretende enviar una nave tripulada a la luna. Defiende la investigación en células madre y la aplicación de la ciencia en los retos de salud pública.

John Edwards propone terminar con la “anticiencia” que ha practicado G.W. Bush. También incrementará los presupuestos para la investigación científica. Trabajará para conseguir una Internet universal de bajo coste, defiende sin miedo la inversión pública en células madre que incluya transferencia nuclear, y habla de un sistema de salud universal respaldado por el gobierno. En temas energéticos se opone tanto a la energía nuclear como a cualquier combustible fósil. Financiará la investigación en nuevas tecnologías solares, eólicas y biocombustibles.

Partido Republicano

Rudolph Giuliani tiene fama de pragmático y de ser un enamorado de las estadísticas. En Nueva York creó un sistema para analizar estadísticamente los crímenes de la ciudad y tomar decisiones policiales a partir de ellos. Propone diseñar nuevos modelos para temas de salud, energía y educación. Paradójicamente, se le acusa de cometer un grave error durante su campaña en la interpretación de las estadísticas sobre cáncer de próstata. En temas energéticos propone potenciar las fuentes internas de US como el carbón, energía nuclear, etanol y renovables. Opina que el calentamiento global es real, pero no tiene propuestas concretas al respecto. Se muestra abierto a la posibilidad de investigar con células madre embrionarias.

Durante un debate nacional Mike Huckabee afirmó sin reparos que él no creía en la teoría de la evolución. Se opone a la investigación con células madre embrionarias, y defiende la enseñanza de los 10 mandamientos en la escuela. Ha prometido que realizará enmiendas constitucionales para prohibir el aborto y el matrimonio homosexual. Durante su pasado político hizo una destacable labor expandiendo la cobertura de salud pública y educación entre las clases más pobres. Los temas sanitarios son importantes para él, y es un ferviente defensor de la prevención. Sí que se muestra preocupado por temas medioambientales, ya que “nuestra responsabilidad frente a Dios es ser buenos guardianes de esta Tierra”.

Para John McCain el cambio climático es, junto a la inmigración y la guerra de Irak, uno de los tres problemas más urgentes a abordar. Lo equipara a una cuestión de seguridad nacional, y considera vergonzosa la política de Bush en este aspecto. Según las personas que le han conocido, es alguien que se rodea de expertos, les escucha atentamente, y confía en su opinión. Se opone al aborto. Deja la puerta abierta a la investigación en células madre embrionarias siempre que no impliquen transferencia nuclear. En 2005 manifestó que no consideraba negativo enseñar en colegios las diferentes teorías sobre la creación del mundo, pero el año pasado dijo que “probablemente” el creacionismo no debería impartirse en las escuelas.

Mitt Romney se opone a la investigación en células madre embrionarias y duda del papel que ejercemos los humanos en el cambio climático. A pesar de eso, es un claro impulsor de la investigación científica y aprecia los beneficios que ésta aporta a la sociedad, sobre todo en cuanto a desarrollo económico. Promete incrementar el presupuesto en educación y estimular la enseñanza de matemáticas y ciencia en las escuelas, donde considera que no debe constar el diseño inteligente. La economía está muy por delante que el “controvertido “cambio climático. En temas energéticos habla de alguna iniciativa valiente y a largo plazo que signifique una revolución en nuestra era, equivalente a la llegada del hombre a la luna o el Manhattan Project.

A Fred Thompson la ciencia le interesa poco. No sabe nada de ella ni le importa. Son famosas sus metidas de pata en asuntos científicos. Según él, la reprogramación de células madre epiteliales se consiguió gracias a no investigar con células madre embrionarias. Considera que mientras no estemos seguros de por qué hay un cambio climático, no tienen sentido reducir el CO2. En un programa de radio dijo: “pocos planetas de nuestro sistema solar se están calentando. Y ni Marte ni Júpiter firmaron Kyoto”. Gracias a sus comentarios ha recibido calificativos que van desde desde “desinformado” a “ridículo”.

Lo que os he presentado es un resumen del resumen publicado por la revista Science, que no pretende ser un análisis exhaustivo sino dar pistas sobre las principales propuestas y visiones científicas de cada candidato. Cumplan o no sus promesas, indican la línea que tomará el futuro presidente de los Estados Unidos en algunos temas que no sólo afectarán a su país.

Uno de los momentos más gratificantes intelectualmente es el “aha!-moment". De repente descubres una idea nueva, que ni siquiera habías contemplado, y clarifica algo que en el fondo no comprendías, o que simplemente desconocías por completo.

Hoy he tenido uno de esos “aha!-moments”. Me he dado cuenta que el Universo es mucho mayor de lo que yo pensaba…

Mi visión acerca del tamaño del Universo era así de simplista: Si lleva 13700 millones de años expandiéndose, y nada puede superar la velocidad de la luz, entonces el diámetro del Universo será –más o menos- unos 27400 millones de años luz. Nunca le había dado muchas vueltas, pero me parecía una aproximación bastante lógica.

Pero esta mañana he encontrado a mi compañero Ivan Semeniuk cuando regresaba de una clase con Alan Guth (el cosmólogo que en 1981 creó la teoría del Universo Inflacionario), y hemos empezado a hablar de la expansión del Cosmos. De golpe, he visto que mi planteamiento estaba equivocado por completo, y que la realidad desafía constantemente a eso llamado “sentido común”.

Mi grave error era visualizar el Big Bang como una explosión convencional, como fuegos artificiales, y considerar que las galaxias se alejaban unas de las otras sólo fruto de este estallido inicial.
De hecho, hasta los años 90 muchos astrofísicos tenían esta visión “clásica” del Big Bang. La gran duda en ese momento era si el Universo continuaría expandiéndose por siempre, o si su densidad sería suficientemente grande como para que la gravedad detuviera del todo su expansión, y le hiciera retroceder de nuevo hasta un Big Crunch.

Pero en 1998 se obtuvo uno de los resultados más inesperados en la historia de la astronomía. Analizando la luz procedente de supernovas, los científicos observaron que el Universo se expandía... ¡cada vez más rápido! ¿¿¿Como??? Nadie esperaba este resultado tan anti-intuitivo. ¿qué fuerza misteriosa estaba acelerando la expansión del Universo?

Quizás ya habéis oído varias veces que el 96 % de nuestro Universo está formado por una materia y energía oscura desconocidas. La materia oscura no quita el sueño a los científicos, tienen varios candidatos a constituirla con nombres como wimps, axions, neutrinos… y existen varias teorías que tarde o temprano la explicarán.
En cambio, la energía oscura les tiene absolutamente desconcertados. Representa el 74% de todo lo que existe en el Universo, es la responsable su expansión, y según nos aseguró durante una charla en Harvard el astrofísico Christopher Stubbs, es el misterio más profundo de la física actual.
Evidentemente hay muchos aspectos del Cosmos que no conocemos, pero la energía oscura representa un problema diferente, implica la existencia de algún error fundamental en nuestro modelo cosmológico actual, requiere una ciencia nueva que los científicos todavía no comprenden. Stubbs dijo que están buscando algo que no encaje, y augura que cuendo lo encuentren asistiremos a una gran revolución en el mundo de la física.

¿Pero qué tiene que ver esto con el tamaño del Universo? Todo!, ya que confirma la idea más aberrante que os podáis imaginar: Las galaxias no sólo se alejan unas de las otras debido al efecto del Big Bang. El propio espacio entre ellas también se ensancha, se expande, alejándolas todavía más.

Quizás os estéis imaginando algo parecido a una gravedad negativa, que separe en lugar de unir, pero no, no es eso, es algo mucho más extraño. El mismísimo espacio se está inflando por dentro.
Os recomiendo encarecidamente fantasear sobre este inverosímil concepto, pero no pretendáis comprenderlo, nadie lo ha conseguido del todo.

Desconozco si el siguiente dato está actualizado (si conocéis algún físico quizás le podáis reenviar esta entrada y que nos lo confirme), pero en Mayo del 2004 Neil Cornish publicó que el Universo debería tener como mínimo 156 mil millones de años luz.
La paradoja es obvia: el fotón más antiguo que nos pueda alcanzar empezó su viaje por el Universo hace 13.700 millones de años, pero debido a la expansión interna del espacio, el punto del que partió se encuentra ahora a 78.000 millones de años luz.

Yo reconozco que a mi esto me deja boquiabierto. Sólo el imaginarlo ya me resulta fascinante, y me cuesta creer que pueda dejar indiferente a alguien. Aquellos que este fin de semana estéis de cena navideña con los compañeros de trabajo, si en algún momento ya no sabéis de qué hablar, siempre les podéis preguntar: tu sabes cuanto mide el Universo?