Apuntes científicos desde el MIT

Durante mi regreso a Boston, donde placer, ciencia y trabajo se entremezclan, un amigo me aconsejó: “Deberías conocer a Rubén Juanes, un profesor español del MIT que trabaja en algo muy interesante”.

- “¿En qué?”
- “Investiga cómo los fluidos se mueven entre los medios porosos”

Sonreí y me quedé unos instantes reflexionando sobre el concepto tan raro de “interesante” que tienen los científicos…, pero cuando al rato visité la web de este ingeniero coruñés y descubrí que aplicaba dicho “movimiento de fluidos en medios porosos” a averiguar cómo mejorar el rendimiento de los pozos petrolíferos, a entender los peligrosos escapes de metano de los hidratos de gas en los fondos oceánicos, y a buscar maneras de inyectar bajo tierra el dióxido de carbono emitido por las centrales térmicas, le escribí de inmediato para pedirle que nos recibiera en su despacho del departamento de ingeniería civil y medioambiental del Instituto Tecnológico de Massachussets.

Volveremos con calma a estos temas extensísimos, pero hagamos hoy honor a la filosofía con que nació este blog llamado “Apuntes científicos desde el MIT”, y todavía desde Cambridge resumamos de manera desenfadada las principales anotaciones que realicé durante mi conversación con Rubén sobre el “movimiento de fluidos en medios porosos”.

Hidratos de gas – El hielo que se enciende
Tanto las bajas temperaturas de las zonas polares como la presión existente en los fondos oceánicos hace que se produzca un fenómeno extraño: en zonas donde la descomposición de materia orgánica genera gran cantidad de gas metano, cuando el agua se congela deja atrapado este gas en su interior y forma una especie de hielo que puede llegar a encenderse.
Los hidratos de metano se descubrieron hace más de 30 años, y según algunas estimaciones estas gigantescas capas en el subsuelo oceánico y el permafrost ártico pueden llegar a contener más carbono orgánico que todo el carbón, petróleo y gas natural existente en la Tierra.
Por tanto, la primera gran línea de investigación que apareció sobre los hidratos de gas fue averiguar cómo poder extraer el metano atrapado en ellos para quizás convertirlo en una nueva fuente de energía. Según Rubén todavía hay enormes limitaciones tecnológicas para conseguir rescatar el de los océanos, pero hay regiones de Canadá en las que se han hecho ensayos prometedores sobre los hidratos situados en capas superiores.
La otra línea importantísima, y aquí aparece el “movimiento en medios porosos” de Rubén, es entender los mecanismos por los que este metano atrapado en el hielo de los sedimentos oceánicos se va escapando hasta llegar a la atmósfera y contribuir significativamente al calentamiento global del planeta.
El metano es un gas que provoca un efecto invernadero considerable, y existe un enorme interés en comprender el rol exacto que tiene en las alteraciones del clima terrestres.

¿Cuánto petróleo queda?
Rubén me cuenta que de media, en cada yacimiento petrolífero sólo se extrae el 20-30% del petróleo que contiene. El resto está demasiado impregnado en el subsuelo y es tan complicado extraerlo que con la tecnología actual no resulta rentable hacerlo. Él, analizando el “movimiento de fluidos por medios porosos”, es uno de los muchos que investiga para mejorar la recuperación de petróleo. No es un campo que cojee en financiación, cualquier pequeño avance en este aspecto tiene unas repercusiones económicas muy considerables.
No pude resistirme a la típica pregunta acerca de cuántos años de petróleo nos quedan. “No tiene mucho sentido plantearlo de esta manera”, respondió, “el petróleo nunca se terminará, simplemente dejará de utilizarse cuando su precio suba por las nubes y resulte más barato utilizar otras alternativas energéticas”. Obvio, pero insistí un poco y le pedí que valorara el baile de cifras que solemos recibir dependiendo de las fuentes. Me explicó que para obtener tales estimaciones utilizan el “ratio R/P”, que significa la relación entre las Reservas restantes y la Producción o ritmo al que se extrae. La diversidad de pronósticos es considerable, pero admite que desde hace 40 años se está repitiendo que queda petróleo para 40 años más. El motivo de que el petróleo se resista a terminarse no está en la “P” sino en la “R”: En las últimas décadas se han ido descubriendo grandes yacimientos petrolíferos que han ido aumentando las reservas contabilizadas, y además la extracción es cada vez más efectiva. Pero ojo! Rubén advierte que está todo ya tan explorado que cada vez es más improbable descubrir ningún otro gran yacimiento oculto que añada más años de vida al petróleo. La única opción para mantener el R/P estable es aprender a mejorar ese 20-30% de rendimiento en las extracciones. Ahí está el reto, y parte del trabajo sobre “movimiento de fluidos por medios porosos” de Rubén.

La epopeya de inyectar CO2 bajo tierra
Mejorar la eficiencia energética e incrementar la producción con fuentes de energía renovables es sin duda la gran apuesta del reto energético al que nos enfrentamos, pero analizando ciertos datos parece utópico imaginar un futuro libre de combustibles fósiles. “Compruébalo”, me dijo Rubén, “pero China está construyendo alrededor de 100 centrales térmicas al año”. Todas estas centrales emiten grandes cantidades de CO2 a la atmósfera. Una posibilidad para reducir estas emisiones es capturarlo e inyectarlo bajo tierra para secuestrarlo entre diferentes estructuras rocosas del subsuelo.
El asunto es controvertido porque para conseguir por esta vía un efecto significativo en la reducción del CO2 atmosférico se requiere un proyecto faraónico. Implantar a gran escala estas costosas medidas significaría sin duda un notable aumento del precio de la energía eléctrica, y además se necesitaría una legislación a nivel global que obligara a todos los productores mundiales a implantar estas tecnologías.
Pero uno de los factores más importantes a resolver antes de ponerse a construir estos sistemas es averiguar si el CO2 se quedaría permanentemente en el subsuelo, o si de alguna manera se filtraría y volvería a escaparse a la atmósfera. Como podéis imaginar, aquí se enmarca la investigación en el “movimiento de fluidos en medios porosos”. El grupo de Rubén busca las zonas idóneas para que esta inyección de dióxido de carbono capturado a la salida de las centrales térmicas sea lo más estable posible.
Rubén confiesa sus dudas de que algo tan costoso pueda llegar a implantarse de manera global, pero al mismo tiempo advierte que se necesita una solución de este estilo; los combustibles fósiles no van a desaparecer de las ecuaciones energéticas, y aunque parezca descabellado adaptar mecanismos de captura de CO2 a la salida de las centrales térmicas para inyectarlo bajo tierra, es sin duda una opción muy a tener en cuenta.
La otra inquietante opción es, como le dije hacia el final de mi visita, “que todo continúe igual y a ver qué pasa”. Vi en su cara una expresión de resignación que parecía indicarme “por desgracia, ésta también es una opción posible…”

Dejando de lado este turbador último mensaje, una de las conclusiones que saqué de nuestra charla es que “ el análisis del movimiento de fluidos por medios porosos” es muchísimo más interesante de lo que yo pensaba. De largo.
Evidentemente, una conversación así debía terminar acompañado de otros científicos en el bar con el nombre más inspirador de Cambridge: “The Miracle of Science”.

Impresionante la calidad de vuestros comentarios en el post sobre energía nuclear .
La intención era aprovechar las diferencias mostradas por Obama y McCain para analizar los pros y contras de la energía nuclear, e intercambiar opiniones sobre el rol que pueden ejercer las diferentes alternativas a los combustibles fósiles a medio y largo plazo.
El debate ha sido tan enriquecedor, y se ha introducido tal diversidad de elementos, que sin duda merece un resumen de las mejores jugadas para que el lector recién llegado se anime a revisar los contenidos del post anterior, y pueda incorporarse a tan interesante discusión.
Sin vuestro permiso, procedo a reproducir algunas de vuestras opiniones. Si en un exceso de síntesis distorsiono algún comentario, os ruego que me disculpéis y corrijáis sin reparos pero con piedad.

Amancio empezó advirtiendo de la escasez del uranio: quizás las renovables no pueden sustituir a los combustibles fósiles, pero con las reservas de uranio que quedan, a medio plazo las centrales nucleares todavía menos.
Ferdinando y Serguei mostraron las primeras opiniones favorables a la nuclear, pero Ma Luisa reaccionó de manera contundente: “es cara, peligrosa y obsoleta. La solución la encontraremos mirando al futuro (eficiencia energética y renovables) y no recuperando algo que ya ha mostrado sus limitaciones.”
Ana P, Ana y Marisa citaron problemas de seguridad para sumarse a las fuertes críticas. Patri añadió un listado de 10 argumentos por los que la energía nuclear no debe ser considerada ni siquiera una alternativa: es peligrosa, es sucia, no genera empleo, es cara, no es necesaria, no soluciona el cambio climático, no genera independencia energética, queda poco uranio, no tiene respaldo social y es incompatible con un modelo energético sostenible.
En su primer comentario la física Laura menciona la esperanza en la fusión nuclear y duda de lo realista que es un escenario futuro basado sólo en renovables. Ella sí daría una oportunidad a la nuclear de fisión como parche temporal. Gaspart también asegura que no es tan fácil prescindir de la nuclear y aporta una serie de datos para corregir algunos de las quejas de Patri. Adelante con las renovables, pero “la nuclear debe ser una más en el mix”, escribe.

Santi Barroso defiende las renovables y el ahorro, pero matiza un punto que suele generar confusión cuando se habla de energía: Una cosa es la energía eléctrica, y otra diferente es la energía para el transporte que se obtiene de quemar combustible. Muchas veces cuando se pretende ensalzar o minimizar el poder de una determinada fuente energética, los porcentajes de su rendimiento se pueden comparar sólo con la producción de electricidad o a la energía total.

Federico recoge el comentario de Laura sobre fusión e introduce otro elemento en el que profundizará durante una serie de mensajes: la investigación científica nos puede llevar a una nueva fuente de energía que no estemos contemplando en estos momentos. La ciencia ya ha demostrado su capacidad para transformar el mundo con un descubrimiento revolucionario.

Ma Luisa vuelve a participar con otro tema clave: el ahorro. “las bombillas de bajo consumo gastan un 80% menos que las convencionales”. Hormiguilla explica cómo él mismo ha logrado reducir el gasto energético en su propio hogar.
El autor del blog sobre identidad cubana y caribeña critica duramente el despilfarro energético de la sociedad estadounidense, país cuyas costumbres representan la antítesis de la sostenibilidad y que por desgracia ha contagiado a otros países ricos. Apunta que Europa debería tomar una mayor responsabilidad en el asunto, y cómo este modelo injusto perjudica a las sociedades pobres. “No tiene lógica lo que plantea McCain en cuanto a centrales nucleares que sólo serán un minuto de la historia. Es un modelo de infraestructura irracional e insostenible si toda la población de la tierra lo adopta para si”

Anónimo cita la visión de Rifkin sobre el posible uso del hidrógeno como vector para almacenar energía obtenida de las renovables en los lugares donde sea fácil producirlas, y luego repartirla por redes inteligentes.
En ese momento resurgió por medio de Daniel y Juanma la idea de mantener temporalmente la nuclear mientras no se expandan las renovables, pero Jose Luis reaccionó rápido diciendo que ésta noción es un concepto virtual promovido por el lobby pronuclear. Volvió a mencionar coste, tiempo de construcción de las centrales, peligrosidad de los residuos, y el fiasco de una central nuclear Finlandesa (Olkiluoto-3 ), que como explica Peio unos comentarios más adelante (citando un informe de greenpeace) lleva dos años de retraso, un sobrecoste de 1500 millones de euros sobre los 2500 previstos, y se han detectado multitud de defectos en su construcción.
Un médico de pueblo opina que por desgracia el debate se establece más en términos de rentabilidad económica que medioambientales, y añade algo muy trascendente: España tiene una posición aventajada en el desarrollo tecnológico de las renovables, y no debería perderlo.

Leafar representa otro testimonio tremendamente relevante, ya que como profesor de secundaria le tocó explicar a sus alumnos los pros y contras de las fuentes de energía. Su conclusión tras hablar con expertos y visitar diferentes tipos de instalaciones es que todas tienen ventajas y desventajas y parece inevitable la idea de mix, en la que se mantenga o incluso incremente temporalmente la nuclear si no hay más remedio.

Amancio vuelve a participar aportando datos sobre el petróleo restante y explica la teoría del pico de Hubbert , según la cual el principal problema en la extracción de petróleo no es que se termine, ni que llegue a ser económicamente costoso y los precios se disparen, sino que la energía necesaria para obtenerlo sea mayor de la que después se obtenga de él. En ese momento perforar pozos petrolíferos perderá cualquier sentido.

También aparecieron un par de opiniones contrarias a la relación entre la actividad humana y el calentamiento global. Hipatia mencionó la manipulación de la opinión pública por grupos de interés y la distorsión de un debate artificioso en el que cada lobby defiende sus intereses. Afirmó que el CO2 no es el causante del calentamiento global, y que tal calentamiento no es peligroso para la especie humana. Laura revocó sus argumentos, pero Parménides no quedó satisfecho con ellos y defendió una visión escéptica del cambio climático.

Miguel se posiciona en contra de la energía nuclear y mostró su confianza en la sostenibilidad de las renovables, pero explicó que paradójicamente, un país como Noruega en que las renovables están bien implantadas es a su vez un gran exportador de petróleo.
José cita ocultación de datos en el escape de Ascó para criticar de nuevo la nuclear, y Pedro menciona específicamente la energía solar.

Alberto Lira introduce una nueva perspectiva muy interesante. Como investigador en física de la complejidad conoce la importancia de la interacción entre todos los elementos que forman un sistema complejo, y sabe que el comportamiento final no está dirigido de arriba abajo, sino que es una propiedad emergente de todas estas interrelaciones. En este sentido, cuando un elemento falla se llega a una crisis, un momento de caos, y el sistema se autorregula generando un nuevo patrón de comportamiento. Y eso es imprevisible. A ver qué pasa con el declive de un nodo tan interconectado como el petróleo. Al final de su nota cita de nuevo la fusión, una energía que promete ser limpia, cuantiosa y casi inagotable. Entonces Sergio plantea una duda que algunos futuristas también han planteado: Si tuviéramos una fuente tan poderosa de energía, ¿no llegaremos a un colapso energético? Gran parte de la energía termina degradándose en calor; ¿que consecuencias para el planeta podría tener este futuro derroche energético?

Con un toque apocalíptico Angelote menciona la catástrofe maltusiana según la cual la escasez de recursos generada por nuestra sobreexplotación del medio natural puede desembocar en un decrecimiento drástico de la población.
Anónimo también refleja cierto pesimismo, y entre otras cosas muestra dudas sobre la viabilidad de la fusión, la fuente de energía que desde hace varias décadas se encuentra siempre a varias década vista. No descarta la fisión nuclear, pero vuelve al punto abierto por Federico y que es tremendamente importante: confiar en la creatividad de la investigación científica y abrir las miras a disciplinas que puedan ofrecernos pistas relevantes. Menciona los materiales y procesos inspirados en sistemas biológicos, y como no, la energía solar. Se añade también el grave problema de la pérdida de energía en la distribución eléctrica, uno de los que sin duda deberán mejorar.
Critias aparece con una de esas posibilidades descabelladas que en ocasiones se han convertido en realidad, pero tpt vuelve a una visión más realista y muestra dudas sobre la utopía de que la sociedad en su conjunto esté preparara para reducir el consumo de manera considerable. Incide de nuevo en la solar “todas las renovables (menos mareas y geotérmica) son secundarias de la solar”, y hace hincapié en que el actual problema es que nos llegan muy dispersas en lugar de concentradas a gran intensidad en un corto espacio de tiempo, y eso dificulta su eficiencia.

Indi defiende una postura objetiva en la que se analicen con rigor las ventajas e inconvenientes de las diferentes fuentes, y no sólo ver lo que nos interese de cada una. Jose Manuel cita al futurista Jacque fresco , que diseña ciudades enteras sostenibles integradas en el mundo natural. Un ejemplo de lo que significaría realmente un cambio de planteamiento radical.

Ander resume los conceptos que más le han influido y añade que un posible accidente nuclear es mucho más problemático para nosotros que para la naturaleza. También incide en la necesidad de hallar mejores baterías que permitan hacer efectivo un coche eléctrico que pueda ser alimentado por renovables, y una deslocalización de la producción eléctrica: Para evitar las pérdidas por difusión en el transporte de energía, en lugar de tener grandes centros donde se genera y distribuye, debería haber dispositivos locales de producción y almacenamiento en la propia casa.

Dinero es deuda vuelve a la búsqueda de “una fuente de producción que resuelva el problema energético”, y profundiza en la propuesta original de Federico sobre buscar alguna manera de aprovechar la fuerza de la gravedad, que ha sido tratado en varios posts y no me atrevo a intentar resumir.

Por último, con la simple frase “no a la iluminación navideña”, Anónimo parece pedir sean ayuntamientos e instituciones las que empiecen por dar ejemplo de ese ahorro energético que se le sugiere al ciudadano.

Me siento más abrumado ahora que al empezar a escribir este texto, y siento que he traicionado alguno de los fabulosos comentarios que ya estaban tremendamente bien sintetizados. El objetivo sincero era reflejar las opiniones vertidas, mantener vivo el debate y estimular nuevas opiniones. Insisto, vale la pena leer los argumentos completos .

Yo había pensado desarrollar otra idea, pero me limito a transmitirla a modo de comentario.

No sólo por el medioambiente
Cuando Obama dice que invertirá un dineral en investigación para nuevas fuentes de energía, biocombustibles, coches eléctricos… no está hablando sólo de reducir la emisión de CO2, ni de depender menos del petróleo exterior. Está hablando también de una gran oportunidad económica para su país, de innovación tecnológica que puedan exportar a otros continentes, y de liderazgo en la poderosa industria emergente que se generará alrededor de las nuevas fuentes de energía.

Hasta el momento EEUU se ha preocupado poco por este asunto y va muy por detrás de otros países, pero ya han demostrado reiteradamente que cuando deciden apostar por algo, no escatiman en recursos y son capaces de adelantarse al resto en poco tiempo.
Saben muy bien que la motivación inicial viene del dinero público en investigación, luego ya llegarán las patentes, las industrias privadas que las exploten, y un mercado que recompense con creces el capital invertido.

No hay ninguna duda que en los próximos años el modelo energético sufrirá cambios considerables y aparecerán múltiples oportunidades de innovación. Si como decía un médico de pueblo España va aventajada en energía solar, no debería desaprovecharlo.

Cuando Obama dice “quiero que el coche eléctrico del futuro se fabrique en Detroit” (o algo parecido) está pensando en el medioambiente y en prescindir del petróleo extranjero, pero también en exportar ese coche junto con todo lo que le acompaña.

Sería ingenuo pensar que los programas en política científica de los candidatos a la presidencia de EEUU lograrán influir de manera sustancial en la intención de voto de los ciudadanos norteamericanos, pero a nosotros sí nos interesa conocer sus planes en materias energéticas, de salud pública, de bioética, de exploración espacial, de educación científica, o cuáles son las prioridades en investigación de aquellos que compiten por liderar la primera potencia económica y científica del mundo.
Conscientes de la trascendencia cada vez mayor que las decisiones políticas en materia de ciencia y tecnología supondrán para el desarrollo futuro de nuestra sociedad, a partir de hoy en este blog prestaremos atención a las posiciones que Obama y McCain mantengan sobre asuntos relacionados con CyT.

Sin ir más lejos, el pasado martes Obama rectificó su posición acerca de la exploración espacial con humanos. Obama se mostraba contrario a los planes aprobados por la administración Bush de enviar humanos a la Luna y a Marte, y había declarado que retiraría recursos económicos de este programa para invertirlos en educación. Pero durante un discurso en Florida dijo textualmente “desarrollaremos un plan para explorar el sistema solar que implique humanos y robots (…) América liderará al mundo en la exploración de la luna, Marte, y más allá”.
Estas palabras pueden significar un paso atrás en la posible reestructuración de la NASA que comentamos en este post antiguo . De todas formas, Obama también dejó caer que “debemos explotar el ingenio de la NASA para construir los aviones del futuro, y estudiar a nuestro propio planeta para poder combatir el cambio climático global”.

Primera aproximación
Tanto Obama como McCain apuestan por la ciencia, y sin duda mejorarán la tan criticada gestión en materia científica de George W Bush.
Ambos se muestran a favor de la investigación pública con células madre embrionarias, aunque McCain matiza que se deben utilizar sólo embriones sobrantes que serían destruidos igualmente, y prohibirá generar nuevos destinados exclusivamente a la investigación.
Los dos prometen aumentar la financiación del NIH en investigación médica, y extender el programa de visados H-1B que permitirá contratar a trabajadores extranjeros altamente cualificados.
El calentamiento global también es una prioridad para ambos, y han establecido objetivos para reducir significativamente la emisión de gases de efecto invernadero de aquí al 2050 (Obama promete rebajar el 80% de los niveles de 1990, y McCain el 60%).
Obama se desmarca en la educación científica. Destinará 18mil millones de dólares a mejorar el sistema de educación pública, prestando especial atención a las enseñanzas de ciencias, ingeniería y matemáticas. Lo considera una de las claves para la innovación, competitividad y futuro de Estados Unidos.
Profundizaremos en estos y otros temas en próximos posts a medida que vayan apareciendo declaraciones. Esta semana el debate se ha dirigido hacia el futuro de la energía .

El reto energético
La polémica más reciente y que mayor revuelo está causando son las perforaciones submarinas para obtener petróleo.
Hay una moratoria en vigor que prohíbe por motivos medioambientales las instalaciones petrolíferas en diversos espacios naturales, incluidas fondos oceánicos y zonas costeras como el golfo de Méjico. McCain mantiene la oposición a perforar en ciertas áreas naturales (por ejemplo las reservas salvajes del Ártico), pero propone levantar la moratoria para reducir la dependencia de petróleo extranjero que tiene US, y frenar la subida de precios de la gasolina. Obama se ha opuesto contundentemente desde el principio a tal medida, pero esta semana ha aceptado que bajo ciertas condiciones, podría contemplar abrir nuevas perforaciones submarinas.
Este asunto ha sido el más candente durante las últimas semanas, pero a priori no es el más relevante.
En tema energéticos, la apuesta de Obama es clara: destinar 150 mil millones de dólares en los próximos 10 años a la investigación en biocombustibles y energías renovables. Con ello generará 5 millones de nuevos empleos y una nueva industria energética. Se compromete a que antes de finalizar su primer mandato, el 10% de la energía consumida por US provenga de fuentes renovables. Insiste también en la necesidad de reducir el consumo eléctrico, y plantea como objetivo el 15% a finales de la próxima década.
McCain ha prometido 2mil millones anuales durante 15 años al desarrollo de las tecnologías de carbón limpias. También propone construir 45 nuevas centrales nucleares de aquí al 2030, y planear el objetivo final de 100. Obama no se muestra en contra de la energía nuclear, pero no la considera una prioridad.
McCain ha propuesto un premio de 300 millones de dólares a quien descubra una batería que permita hacer viable comercialmente los vehículos eléctricos. Este plan ha sido acogido con sarcasmo debido a que este incentivo es “poco” comparado con la cantidad de dinero que ganará quien consiga desarrollar este tipo de motor. Obama dice que se debe fomentar la investigación pública y no la privada en este tipo de avances.
Mc Cain ataca a Obama diciendo que “es fácil decir no a todo”, y llamándole “el Dr. No de la energía” por sus negativas a la nuclear, la extracción de petróleo submarino, el premio a la batería eléctrica del coche… Obama contraataca diciendo que las propuestas de McCain son “trucos baratos” que sólo conseguirán mantener nuestra adicción al petróleo 4 años más, y que no lograrán liderar América hacia una nueva generación de energías renovables.

Continuará...