Rayos Ultravioleta

La radiación electromagnética existe en un espectro continuo que va desde las longitudes de onda más cortas (los rayos gamma) hasta las muy largas. En determinadas frecuencias encontramos el espectro de luz visible, que va desde el violeta hasta el rojo. Más allá del extremo violeta encontramos las longitudes de onda más cortas del espectro, invisibles para el ojo humano pero que sin embargo el hombre ha aprendido a aprovechar.

Los rayos ultravioleta

A medida que las longitudes de onda se acortan, se van tornando más nocivas, debido a que pueden penetrar más profundamente. Es el caso de los rayos ultravioleta (también conocidos como UV), que son emitidos por fuentes muy calientes como el sol. Buena parte de esta radiación es filtrada por la capa de ozono en la atmósfera. Es uno de los motivos por el cual se ha desaconsejado la exposición solar en las horas cercanas al mediodía: con el empobrecimiento de la capa de ozono, la protección es tan sólo parcial.

Los rayos UV pueden afectar el crecimiento de las plantas y quemar la piel. En efecto, el “bronceado” es una reacción de defensa de nuestra piel, que genera melanina ante el bombardeo de luz solar. También se pueden fabricar artificialmente, como se hace en las lámparas fluorescentes.

Si bien los rayos UV son invisibles para el ojo humano, algunos animales (como las abejas) son capaces de percibirlos. Las flores han evolucionado para aprovechar esta capacidad y tienen marcas sobre sus pétalos que las abejas utilizan como guía para llegar al néctar, favoreciendo de este modo la polinización.

Rayos X y rayos gamma

Ondas aún más cortas que el UV son las de los poderosos rayos X, que el hombre ha aprendido a generar irradiando electrones a un anticátodo en las máquinas de rayos X. En la medicina se los utiliza con mucha frecuencia para mirar adentro del cuerpo: los rayos X traspasan los tejidos suaves, como la piel y la grasa, pero son absorbidos por los músculos y, en mayor medida, por los huesos.

Los rayos gamma son los más poderosos del espectro electromagnético. La mayoría son liberados al romperse los átomos durante una reacción nuclear. Si bien es muy peligrosa la exposición a rayos gamma, se los utiliza de manera controlada para tratar ciertos tipos de cáncer.

La naturaleza se autorregula

Productores y consumidores

Se llama organismos productores a las plantas, el primer eslabón de la cadena. Gracias al proceso de fotosíntesis, los vegetales son capaces de producir su propio alimento al sintetizar la luz solar y generar energía química a partir de la energía del sol. Todos los demás seres vivos se alimentan a partir de esta producción. Los animales herbívoros son conocidos como consumidores primarios, pues aprovechan directamente la energía fabricada por las plantas. Los animales carnívoros, en cambio, son los consumidores que ocupan los eslabones más altos de la cadena, al alimentarse de herbívoros o bien de otros carnívoros. Finalmente, la importancia de los putrefactotes (hongos y bacterias) radica en que se encargan de eliminar los restos orgánicos que dejan los demás seres vivos al morir. De esta manera, transforman su sustancia en otras materias primas que pueden reutilizarse. Así, la cadena no se interrumpe jamás.

Cadenas cortas y redes complejas

La diversidad de los seres vivos es inmensa. Sin embargo, las cadenas alimenticias no tienen un número ilimitado de eslabones, ya que gran parte de la energía que obtiene un ser vivo al alimentarse está destinada a sostener sus funciones vitales (respirar, desplazarse, etc.) y sólo cerca del 10 por ciento de la energía consumida se traspasa a su cuerpo. Por eso, en una cadena alimentaria promedio de cinco eslabones, sólo un diez milésimo de la energía original almacenada por las plantas en la fotosíntesis pasa al predador del extremo de la cadena (en general animales cazadores que no tienen enemigos naturales, como por ejemplo, el águila).

A la vez, las redes alimenticias son sumamente complejas, puesto que un ser vivo no se alimenta de una especie exclusiva salvo casos excepcionales (como el panda y el bambú). La manera en que cada especie se habitúa a su hábitat y aprovecha los alimentos se denomina nicho ecológico. La complejidad de estas redes hace que sean susceptibles a cambios muy sutiles. Por ejemplo, al utilizar pesticidas, los humanos causan que muchas otras especies de la red sufran las consecuencias. Por ello, tenemos la responsabilidad de ser extremadamente cuidadosos e interferir lo menos posible en nuestro medio ambiente.

La energía nuclear ha suscitado un enconado debate desde que se empezó a producir

El átomo

Toda la materia en el universo está compuesta por átomos. Para mantener la explicación simple, supondremos que un átomo es como un pequeño sistema solar donde los electrones mantienen una órbita alrededor del núcleo como si fueran planetas alrededor del Sol. Todos los átomos están compuestos entonces por el núcleo y los electrones, a gran escala.

El núcleo

La energía nuclear proviene de aquí. El núcleo está formado por protones y neutrones. Los protones son partículas positivas y son los que mantienen a los electrones en órbita, ya que al ser del polo opuesto se atraen. Los neutrones tienen aproximadamente el mismo tamaño, pero son eléctricamente neutros.

Separados

Los elementos se clasifican de mayor a menor, según el número de protones en el núcleo. Por ejemplo, el Hidrógeno tiene solo un protón, así que es el más pequeño. El oxígeno tiene en general ocho protones y ocho neutrones. El núcleo se mantiene gracias a fuerzas entre los protones y neutrones en balance. Pero si hay demasiada cantidad de uno o ambos, o una cantidad insuficiente de uno, se emite el exceso de partículas para balancear y estabilizar el átomo.

La radiación

Esa emisión no es otra que la famosa radiación. Puede ser radiación alfa, de dos protones y dos electrones o beta, de un electrón o un positrón- que es un electron positivo. Cuando un átomo emite partículas subatómicas, no se restaura el balance, hace falta reacomodar el núcleo. Como el orden que tenga menor nivel de energía es el más estable, con cada radiación alfa o beta se libera esa energía en forma de un tercer tipo de radiación: la radiación gama, que es un fotón de altísima energía.

Una curiosidad es que la radiación gama es igual a los rayos X, la única diferencia está en su origen: la gama proviene de cambios energéticos en el núcleo, mientras que la X se origina en la capa de electrones.

Las reacciones nucleares

Muchas reacciones nucleares se dan constantemente. La más famosa es la que forma carbono-14. Radiación cósmica, de muy alta energía, llega a la atmósfera y choca contra el núcleo de átomos de nitrógeno. La reacción hace que emita un protón y se convierte en carbono con más neutrones del promedio. Este tipo de átomos se llaman isótopos, y a lo largo del tiempo vuelven a convertirse en nitrógeno emitiendo rayos beta. Las plantas absorben este carbono, e indirectamente todos los seres vivos. Gracias a ello se puede calcular la edad de algunos restos y fósiles, contando la cantidad de carbono-14 que queda.

La energía nuclear

En la energía nuclear comercial, se utiliza un método conocido como fisión. Consiste en dispararle un neutrón a un átomo, lo cual lo divide o fisiona en varios átomos distintos, disparando más neutrones que fisionan más átomos. Esta reacción en cadena libera la energía que antes se usaba para mantener unido al núcleo. Muy pocos átomos tienen las características necesarias para que esto ocurra.

Puede ser controlada en cierta medida en un reactor nuclear, que calienta agua para hacer mover poderosas turbinas que generan electricidad. El inconveniente es que los átomos que quedan también son inestables, pero no sirven para crear reacciones en cadena por lo que no sirven para nada y siguen emitiendo radiación muy peligrosa. Estos desperdicios nucleares son un gran problema para la sociedad y uno de los motivos por los que se buscan métodos alternos de energía.

La otra energía nuclear

Hasta ahora hemos visto casos de fisión, donde los átomos se dividen. Pero… ¿Y si se combinan? La fusión nuclear consisten en eso. En el caso de la fisión, la energía obtenida proviene de la energía guardada en los enlaces del núcleo, de una forma análoga en la que obtenemos energía de los enlaces químicos. La fusión es algo completamente diferente.

E=MC²

Cuando se fusiona hidrógeno se obtiene helio… Pero no cualquier helio. Comparado con el helio “normal”, el formado por la fusión tiene menos masa. ¿Qué pasó con la masa que falta? Se convirtió en pura energía. La famosa ecuación de Einsten, la energía es igual a la masa por la velocidad de la luz al cuadrado. Para hacerse una idea del significado de ello, un gramo de hidrógeno fusionado produce tanta energía como diez toneladas de combustible fósil. Para la fusión, se utiliza un isótopo de hidrógeno que es más fácil de fusionar, llamado deuterio. Otro isótopo más raro, el tritio, también puede usarse.

Las limitaciones

La fusión nuclear todavía no puede implementarse con éxito debido a que requiere varios millones de grados y de unidades de presión para ocurrir. Y libera tanta energía que sería difícil o imposible controlarla, incluso contenerla. Por eso, fuera de experimentos, se utiliza sólo en armamento nuclear.

Hay una excepción, claro. Las estrellas son reactores nucleares gigantes, donde se fusiona hidrógeno, helio y otros elementos, para generar luz y calor. La energía solar no es otra cosa que un derivado de la energía nuclear.

Hollywood

Los efectos de la radiación son terribles en los seres vivos, porque al tener tanta penetración y tanta energía, alteran la estructura celular y el ADN. Las mutaciones provocan diferentes tumores, malignos y benignos, esterilidad, deformaciones en los bebés de mujeres embarazadas, intoxicación de radiactividad, etc. Esos terribles efectos fueron exagerados y explotados por la industria del cine, debido a la atracción morbosa y la fascinación por una tecnología y una ciencia que pocos comprenden.

¿Qué es la energía solar?

Como su nombre lo indica, es la energía obtenida del Sol a través de diferentes dispositivos ópticos. El Sol produce dos tipos de radiaciones: la directa y la difusa. La radiación directa es la que proviene directamente del foco solar, mientras que la radiación difusa es la que se produce debido a fenómenos de refracción y reflexión en el ambiente produciendo la luz diurna.

La radiación directa es la que se puede aprovechar para producir energia, pero para esto los dispositivos destinados a realizar esta tarea deben seguir el ya conocido movimiento de los girasoles y seguir el foco solar a través de espejos u otros mecanismos. Debido a este tipo de funcionamiento y a la tecnología actual las celdas solares para su uso en el hogar se pueden resumir en: costosas, de bajo rendimiento y necesitan un gran espacio para instalarse.

Bienvenido al futuro: ventanas energéticas

Marc A. Baldo es el nombre del responsable de abrir esta ventana al futuro, junto a su equipo de trabajo compuesto por Michael Currie, Jon Mapel, y Timothy Heidel en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), han desarrollado un novedoso dispositivo concentrador que permitiría obtener de 10 y hasta 40 veces la energia que obtienen las celdas solares de la actualidad, pero no solo eso, también se reduce el costo y el tamaño de este tipo de dispositivos.

El concentrador funciona en base a una mezcla de 2 o más tintes que se aplican sobre una placa de vidrio o plástico, el trabajo de estos tintes es absorber la luz y transportarla hasta los bordes de la placa en donde se encuentran las células solares que generarán la energía electrica. Asi de fácil y así de sencillo, es por esto que el costo de su fabricación se reduciría teniendo como resultado energía eléctrica de bajo costo y renovable.

Sin embargo, esta tecnología no es tan nueva, en los años 70 se exploró esta posibilidad pero fué abandonada debido a que la luz recolectada en las placas de plastico no transportaban la suficiente cantidad de luz y se perdia en el camino.

En la actualidad, gracias a los avances en técnicas ópticas desarrolladas por laser y a la utilización de diodos orgánicos, los expertos ingenieros de la MIT han logrado aplicar esta tecnología en una mezcla de tintes sobre vidrio que permitiera recolectar más luz y evitar la pérdida de la misma. También, se ha pensado en la forma de aplicar estas técnicas a las instalaciones de celdas solares actuales para aprovechar su existencia y que no sean desechadas.

¿Qué podemos esperar en 3 años o menos?

Imagina una costosa instalación de placas solares que cubren todo el tejado de tu casa y con las que se obtiene un porcentaje de energía aprovechable muy bajo, y ahora imagina tu hogar con unas bonitas y coloridas ventanas que permoten capturar una gran cantidad de energía para tu casa. Eso es lo que podemos esperar en años, por fin energía renovable de bajo costo y adios a las facturas de energía electrica.