Termoeconomía: El punto de encuentro de la Termodinámica, la Economía y la Ecología
Antonio Valero
CIRCE (Centro de Investigación del Rendimiento de Centrales
Eléctricas) - Departamento de Ingeniería Mecánica
Artículo presentado a las Jornadas en homenaje a Nicholas
Georgescu-Roegen (Fundación Argentaria).
R E S U M E N
Se propone al tiempo como medida universal para la contabilidad
de los recursos naturales y el impacto del hombre sobre la
Tierra. Tomando en cuenta que gran parte de la energía de la
Tierra tiene origen solar (combustibles fósiles y renovables),
la constante solar, 4.921 MJ/m2h, durante 4.500 millones de años,
representan el coste energético absoluto de la vida en la Tierra.
Cada segundo de vida en la Tierra recibe 1,74 x 1017 J. Se puede
representar a la Naturaleza como una máquina convertidora de
energía que transforma la energía solar extraterrestre en biomasa
con una eficiencia global aproximada del 0,02 %. Cuando este
valor se convierte en tiempo los valores fluctúan
considerablemente. Así un bosque desarrollado de clima templado
acumula 35 años aproximadamente y los recursos de carbón
necesitan 60.000 veces más tiempo que la biomasa para producirse.
Se analiza también el tiempo en relación con la irrevocabilidad,
irreversibilidad y la termodinámica. Finalmente, se discute que
en una visión estática de la economía, la tecnología, la cultura
y la Naturaleza son tiempo negativo que pueden contrapesar el
consumo de recursos naturales.
1. Introducción
La Termoeconomía trata de costes, bien monetarios (ptas./kJ)o
puramente energéticos (kJ de recurso/kJ de producto), y se
utiliza principalmente para la contabilidad, diagnóstico, mejora
y diseño y optimización de sistemas térmicos. Pero en mi opinión
abarca más, es la ciencia en la que la Termodinámica, y en
particular, el segundo principio se une con la Economía, ambas
en un sentido amplio. Ahora estamos en el principio y esta
ciencia se construirá con las aportaciones de muchos autores, no
sólo ingenieros mecánicos. En el futuro habrá que poner orden y
sistemática a la gran cantidad de contribuciones que tanto
economistas como físicos, biólogos, químicos o ingenieros quieren
encontrar en las analogías y explicaciones entre la Termodinámica
y la Economía.
Vivimos en un mundo finito y pequeño para la gente que somos y
seremos, y los recursos naturales son un bien escaso. Si queremos
sobrevivir, debemos conservarlos y aprender a conservarlos mejor
y en este propósito la Termoeconomía jugará un papel clave.
Debemos conocer los mecanismos por los cuales la energía y los
recursos en general se degradan y debemos también aprender y
enseñar a juzgar qué sistemas trabajan mejor con objeto de
mejorar sistemáticamente los diseños y reducir el consumo per
capita. Además debemos aprender a reutilizar los residuos para
evitar daños al ambiente. Esto lo necesitamos urgentemente ya que
al menos dos tercios de la humanidad actual vive más pobremente
que el mundo desarrollado actual.
Una contabilidad sistemática de los recursos naturales que se
están consumiendo sería una herramienta clave para que tomáramos
una consciencia global del problema. Y en esta tarea la
Termoeconomía jugaría un papel clave.
Desafortunadamente no disponemos de unas bases teóricas para dar
respuestas claras. ¿Con qué unidades comunes contabilizamos la
deforestación anual de los bosques tropicales, los avances del
desierto y la pérdida de tierras cultivables, o el consumo de
combustibles fósiles o los problemas del efecto invernadero y la
capa de ozono?.
Necesitamos herramientas para gestionar estos hechos de una forma
unificada. Podríamos tener la tentación de utilizar el contenido
energético, o incluso el contenido exergético de los recursos
naturales, pero los resultados son insuficientes. Una persona
consciente quizá podría preferir una unidad de exergía de bosque
de la Amazonia a la misma unidad de exergía en forma de gas
natural, o quizá no. En cualquier caso notamos que no estamos
hablando de lo mismo, pero existen muchas otras implicaciones que
no podemos poner dentro de un número.
Además la Termoeconomía trata con costes, no con valores. El
valor se forma en el intercambio y depende de diversas
circunstancias. Sin embargo el coste es algo que podemos intentar
objetivar, porque dados unos límites, la estructura y el
comportamiento de los componentes de un sistema podemos definir
el coste de todos y cada uno de los flujos energéticos que
interactúan en dicho sistema. (El problema fundamental del coste.
[Valero, Lozano, Muñoz, 1986]).
La humanidad recibió la Tierra hace algunos millones de años y
la recibió llena de recursos naturales y sin contaminantes. Pero
también sin información, conocimiento y cultura con que empezar.
Haciendo una simplificación enorme podremos adivinar que la
cultura apareció alrededor del fuego, y el fuego abrió la caja
de Pandora de la contaminación, y la agricultura comenzó con la
deforestación, pero aparecieron con ella nuevas civilizaciones.
Vemos que el conocimiento, la cultura y la utilización han sido
obtenidas al coste de utilizar recursos naturales. El segundo
principio nos dice que nada se da gratis.
Lo que importa es el coste, no el contenido energético. Es decir,
la cantidad de recursos que se necesitan para producir algo. Pero
calcular costes puede parecer la historia interminable porque
¿dónde empezamos a contar?. Es decir ¿cuántos son los recursos
naturales necesitados para producir una cantidad específica de
recurso natural, por ejemplo una tonelada de carbón?.
Lo que sabemos acerca de los recursos naturales y
desgraciadamente sin precisión es su edad. Así, a partir de
estudios geológicos podemos datar su origen con algunos millones
de años de precisión. ¿Pero qué podemos hacer con esto?.
Volvamos a los orígenes: Hace cuatro mil quinientos millones de
años, se crearon los planetas. Venus, la Tierra y Marte se
formaron del polvo galáctico que condensó en forma de un núcleo
férrico, una corteza de densidad media y una atmósfera rica en
CO2 y N2. La aparición de la fotosíntesis y la vida, desvío la
evolución de la Tierra por otros caminos que los de sus planetas
hermanos. La temperatura, las condiciones de la corteza
terrestre, el anhídrido carbónico y sobretodo la radiación solar
que alimentó el proceso provocaron la diferencia. El dióxido de
carbono más agua, lenta pero inexorablemente se convirtieron en
oxígeno e hidrocarburos y éstos en vida, y la materia orgánica
muerta en recursos fósiles. Ahora son estos recursos fósiles el
capital natural que la humanidad dispone para "poblar y dominar
el mundo".
2. La constante solar
Desde entonces el Sol ha aparecido todos los días en el
horizonte. Este hecho es increíble ya que durante los cuatro mil
quinientos millones de años ha aparecido todos los días con la
misma intensidad y el mismo espectro electromagnético. Los
registros geológicos lo atestiguan.
La constante solar, es decir, la radiación extraterrestre sobre
la superficie de la Tierra es 1.367 W/m2 ó 4.921 MJ/m2/h ó 118,1
MJ/m2/día. (Ver p.ej. [Duffie y Beckman, 1991]. Este flujo
estable nunca faltó en la historia de la Tierra e hizo posible
su conversión en Gaia, es decir un planeta vivo.
Este hecho, bastante bien explicado por físicos y astrónomos, ha
sido quizá poco considerado. Esta constante no es ni universal
ni suficientemente constante para ser tenida en cuenta a la hora
de construir una teoría de la materia alrededor de ella. Los
físicos prefieren la velocidad de la luz, c, o la constante de
Planck, h, para explicar el Universo. Es evidente que tienen
razón, pero consideremos que hubiera ocurrido en la evolución de
la Tierra si esta constante hubiera sido simplemente un pequeño
porcentaje diferente. ¿Cuáles son los estrechos límites de la
constante solar fuera de los cuales la vida y la humanidad no
existirían?.
Protágoras nos dijo que "el hombre es la medida de todas las
cosas", pero la humanidad no sería nada sin el Sol, no sólo por
su energía sino por su constancia en densidad. Muchas religiones
y civilizaciones han adorado al Sol como padre de todas las
cosas. El antiguo Egipto y los aztecas entre otros muchos. Y las
civilizaciones observaron al Sol para medir el paso del tiempo
y hacer el calendario, siendo los magos, los astrónomos y los
sacerdotes respetados porque conocían sus secretos.
Lo que nunca hemos utilizado antes con consecuencias sociales tan
extensas es la constancia energía/tiempo de la constante solar.
Probablemente porque hace poco no se tenía certidumbre ni de su
valor ni de su constancia.
La constante solar significa algo más que 4.921 MJ/m2/h. En
realidad significan 4.921 Megajulios de recursos energéticos para
la vida de la Tierra (sea emergida o sumergida) a lo largo de
cada hora que la vida late.
Esos 4.921 MJ/m2/h durante 4.500 millones de años son realmente
el "coste energético" de la vida en la Tierra, porque esta
energía es la que se necesitó para producir por fotosíntesis
todos sus hidrocarburos. Nótese que el contenido energético de
un metro cuadrado de terreno, bien de bosque o de otro recurso
natural, es considerablemente menor que 4.921 MJ/m2/h, luego
analizaré este hecho.
Pero ahora lo que es importante es el tiempo, porque realmente
sabemos cómo evaluar la edad de los recursos naturales y
utilizando la constante solar saber cuanta energía solar fue
necesaria para su producción en la superficie total de la Tierra
(1,27 x 108 km2 de círculo máximo). De hecho, si la radiación
solar incidente sobre la parte superior de la atmósfera es 1,74
x 1017 W, la constante antrópica energía/tiempo será:
1 s = 1,74 x 1017 J
Es decir, el tiempo se convierte en energía en la Tierra y la
energía por unidad de superficie de la Tierra puede ser
convertida en tiempo a través de esta constante.
El tiempo puede ser la medida universal de los recursos
naturales.
3. La tierra como un sistema termoeconómico
La forma en que la Termoeconomía analiza los sistemas es
desagregando. La descomposición ayuda a encontrar como se forma
el coste, como se interrelacionan los componentes y cuáles son
sus verdaderas eficiencias. Una buena desagregación de un sistema
localiza las causas de ineficiencia y por ello cuantifica la
causalidad a través de los valores de costes.
Hasta que la luz solar llega a la superficie de la Tierra, tienen
lugar muchos procesos. Así teniendo en cuenta la esfericidad de
la Tierra, la radiación solar extraterrestre, sobre una
superficie horizontal en ausencia de atmósfera varía dependiendo
de la latitud y el día del año. Esta radiación incidente se
refleja por las nubes, el polvo y la superficie de la Tierra. Por
ello, desde los 118,1 MJ/m2/día de la constante solar, , toma un
valor por ejemplo promedio anual de tan sólo 26,9 MJ/m2/día en la
latitud 43°N. Y un mero valor de 13,17 MJ/m2/día cuando estamos
hablando de la radiación solar anual promedio sobre una
superficie horizontal en la misma latitud [Duffie y Beckman,
1991].
Solamente una pequeña parte de esta energía se convierte en
biomasa a través de la fotosíntesis. La tabla 1 muestra la
producción primaria bruta de la biosfera y su distribución entre
los principales ecosistemas. (Datos tomados de [E.P. Odum,
1971]). De esta tabla se ve que la productividad primaria
promedio es 8,4 MJ/m2/año ó 0,023 MJ/m2/día, lo que muestra la
baja eficiencia energética de la fotosíntesis. Estos recursos
concuerdan bien con los suministrados por [Giampietro y Pimentel,
1991] que dan un valor para la formación de energía fósil de
0,016 MJ/m2/día o bien de 1.000 kcal/0,7 m2/año.
Tabla 1: Producción primaria bruta aproximada de la biosfera y su distribución entre los ecosistemas (Base anual). Datos
de [Odum, 1971]
|
Ecosistema
|
Superficie
(106 Km2)
|
Productividad
primaria
(MJ/m2/año)
|
Productividad
bruta total
(1013 MJ/año)
|
Coste de
formación
(10-6s/KJ)
|
|
Marino
|
|
Mar abierto
|
326
|
4,2
|
136,9
|
23
|
|
Zona costera
|
34
|
8,4
|
28,6
|
110
|
|
Zona de marea
|
0,4
|
25,4
|
0,8
|
3.937
|
|
Estuarios y arrecifes
|
2,0
|
84,0
|
16,8
|
187
|
|
Subtotal
|
362,4
|
|
183,4
|
17
|
|
Terrestre
|
|
Desiertos y tundras
|
40,0
|
,8
|
3,4
|
926
|
|
Pradera y pastos
|
42,0
|
10,5
|
44,1
|
71
|
|
Bosques clima seco
|
9,4
|
10,5
|
10,1
|
312
|
|
Bosques de coníferas
boreales
|
10,0
|
12,6
|
12,6
|
71
|
|
Tierras cultivadas con poco
o nulo subsidio de energía
|
10,0
|
12,6
|
12,6
|
250
|
|
Bosques húmedos templados
|
4,9
|
33,6
|
16,4
|
192
|
|
Agricultura subsidiada
(mecanizada)
|
4,0
|
5,0
|
20,2
|
156
|
|
Bosques tropicales y
subtropicales (con hojas
amplias y siempre verdes)
|
14,7
|
84,4
|
121,8
|
26
|
|
Subtotal
|
135,0
|
|
241
|
26
|
|
Biosfera total (no se
incluyen casquetes polares)
en números redondos
|
500,0
|
8,4
|
420,0
|
8
|
Todos estos números indican la baja productividad que tiene la
luz solar en la Tierra para producir biomasa. De acuerdo con
[Tyler Miller, 1990] solamente un 0,02% [1] de la radiación solar
extraterrestre se convierte a través de la fotosíntesis en
biomasa. La energía remanente se reparte en 1% viento y olas, 23%
evaporación del agua, 42% calentamiento de la atmósfera y de la
superficie terrestre y finalmente el 34% de la radiación
incidente se refleja al exterior directamente por las nubes, el
polvo y la superficie terrestre.
Una forma simplista de ver este sistema sería:
Este modelo representa a la Naturaleza como una máquina
convertidora de energía con una baja eficiencia y cuyo coste
energético medio es 118/0,023 = 5146,6. En comparación, el coste
energético medio para producir una unidad de energía eléctrica
a partir de carbón es sólo 3. Estos números dan idea de las
posibilidades de mejora de la eficiencia que la humanidad dispone
aún para utilizar mejor la energía solar. No obstante vale la
pena hacer algunas anotaciones:
- El modelo no representa, como es obvio, el "producto" de la
Naturaleza. O en otras palabras, para producir biomasa se
necesitan también lluvia, viento, calor, nutrientes que también
necesitaron energía solar para producirse. Por ello esta
"máquina" perfeccionada a lo largo de miles de millones de años
difícilmente puede ser mejorada. Sólo una pequeña fracción de lo
que la Naturaleza realiza podrá ser aprovechada por el hombre de
una forma más eficiente y desde luego analizando cuidadosamente
sus efectos en el largo plazo.
- Cada molécula de CO2 que se convierta en carbono sólido, es
decir en biomasa, es una molécula menos que ayuda a disminuir el
(incremento artificial del) efecto invernadero. La materia
orgánica promedio contiene un 44,58% de carbono [Colinvaux,
1986], lo que implica que la fijación de la reacción de
fotosíntesis consiste en la formación de nuevo protoplasma en la
proporción:
5.434 MJ de radiación solar + elementos minerales = 54,34 MJ de
protoplasma contenido en 3.258 g de composición media
106 C, 180 H, 46 O, 16 N, 1 P, 815 g de ceniza mineral + 154 O2
+ 4891 MJ de calor disipado (1% eficiencia energética).
Estos números significan que cada kg de materia orgánica promedio
producida por fotosíntesis almacenan 16,7 MJ de exergía y 1,6 kg
de CO2, y el coste en radiación solar extraterrestre es 5154,6 o
bien 86,1 x 103 MJ /MJ de materia orgánica producida.
Es evidente que plantar biomasa es la única manera de compensar
la producción global de CO2. Así por ejemplo, si un europeo medio
produce 8,20 toneladas métricas de CO2 al año [World Resources
Institute, 1994] y un bosque templado tiene una productividad
primaria neta de 17 MJ/m2/año * 1 kg materia orgánica/m2/año *
1,6 kg CO2/m2/año, entonces cada europeo debería plantar
aproximadamente entre 0,5 - 1 Has de bosque a lo largo de su
vida. Como dice el refrán "ten un niño, escribe un libro y planta
un bosque".
Tabla 2: Producción total de productividad primaria neta promedio
de ecosistemas importantes.
|
Ecosistema
|
PPN promedio
(MJ/m2/año)
|
Producción global
(Gt/año)
|
|
Bosque
|
22
|
20
|
|
Tropical
|
33
|
10
|
|
Templado
|
17
|
15
|
|
Boreal
|
17
|
30
|
|
Pradera
|
17
|
20
|
|
Tropical
|
17
|
10
|
|
Templada
|
17
|
8
|
|
Zonas húmedas
|
25
|
7
|
|
Zonas agrícolas
|
8
|
3
|
|
Ciudades
|
8
|
2
|
|
Desiertos
|
2
|
1
|
|
Tundras
|
2,45
|
1
|
|
Total
|
15
|
114
|
Datos calculados a partir de [Smil, 1991]
4. Coste temporal de los recursos naturales
Ahora ya podemos calcular los costes ecológicos o temporales de
los recursos naturales. Así, si un bosque templado dado, tiene
una densidad energética de 594 MJ/m2 y su productividad primaria
neta promedio es de 17 MJ/m2/año, se necesitaran 34, años para
reemplazarlo. Desde un punto de vista energético un bosque es un
sistema agrícola ineficiente. La agricultura energética hoy
permite plantar chopos, eucaliptos o sauces que puedan ser
cortados entre 2 y 8 años dependiendo de la especie y su
localización [Brower, 1992]. Este es un ejemplo de cómo el
conocimiento y la tecnología pueden ser utilizados para compensar
más rápidamente el daño del hombre sobre la Tierra.
En otro caso extremo a la producción de biomasa, se encuentra el
carbón. Así, si los recursos de una región como Aragón, se
estiman en 9,7 EJ (1 EJ (exajulio) = 1018 J) [Turégano, 1984] y
su tiempo de formación ha sido de 200 millones de años, su coste
temporal unitario será de 0,5 s/kJ ó 0,18 h/MJ ó 0,02 año/GJ (se
ha considerado el poder calorífico superior del lignito de Teruel
de 12,5 GJ/tm).
La tabla 1 muestra el coste de formación en unidades de tiempo
de diferentes ecosistemas en s/kJ, y se calcula como la inversa
de su producción bruta total. Así en ecosistemas marinos se
necesitan 17 x 10-6 segundos para producir un kilojulio de
biomasa mientras que los ecosistemas terrestres son muy
productivos necesitándose 3 x 10-6 segundos en promedio.
En otras palabras la biomasa es producida por la biosfera 0,5/(8
x 10-6) 60.000 veces más rápida que los combustibles fósiles.
Este resultado manifiesta la urgente necesidad que tiene la
humanidad de utilizar recursos renovables en lugar de no
renovables. Su coste temporal es 105 veces mayor. Ahora, ya
tenemos unidades para evaluar la deforestación de la Amazonia o
la disminución de la capa de ozono, son simplemente unidades de
tiempo para restaurarlos bien en condiciones naturales o en
algunos procesos artificiales acelerados (teniendo presente los
peligros de la ignorancia con que la Naturaleza actúa).
5. Energía, espacio y tiempo en la Tierra
Las ideas anteriormente expuestas son solamente nuevas en un
pequeño contexto ya que muchos autores sobretodo del campo
ecológico-económico han propuesto ideas similares. Entre los
distintos autores es importante reconocer el trabajo de M.T. Odum
quien utilizó ampliamente el concepto de energía embutida para
analizar las relaciones entre el hombre y la biosfera.
[Kümmel, 1989] y [Kümmel y Schüssler, 1991] propusieron calcular
el "requerimiento energético para prevenir la contaminación" que
es la cantidad de combustibles fósiles y su producción asociada
de dióxido de carbono, que se necesita para eliminar un
contaminante. En térmicos termoeconómicos esto se llama coste
exergético de los residuos. No obstante estos autores convierten
este parámetro en el parámetro "espacio solar" que es la cantidad
de terreno necesario para asimilar naturalmente la contaminación
producida. Hacen análisis sobre los requerimientos de espacio
solar para producir productos diferentes en tanto que disponen
de la energía fósil embutida, las emisiones, así como las
necesidades de espacio industrial y urbano. Todas estas
necesidades de espacio son una contribución negativa a la
sostenibilidad.
Por otra parte, [Giampietro y Pimentel, 1991] consideran que los
combustibles fósiles y los fertilizantes representan una prima
de espacio tiempo para la sociedad. Proponen que 1.000 kcal de
combustible fósil es equivalente a 0,7 m2 año de actividad
espacio temporal de la biosfera y un kilogramo de fertilizante
nitrogenado son 822,6 m2 año de actividad espacioñtemporal de
biosfera.
[Puntí, 1982] propuso el uso de tiempo como medida del coste
ecológico y proporcionó balances de tiempo para distintos
recursos así como para el caso de la agricultura española. Su
trabajo es el antecedente de este artículo.
La energía, energía embutida, necesidad de espacio solar,
actividad espacio temporal de la biosfera, y tiempo son conceptos
que se han propuesto para contabilizar la relación entre el
hombre y los recursos naturales. ¿Son todos ellos equivalentes?.
Una persona puede ser rica en espacio o en energía, nunca en
tiempo. Incluso la nación más poderosa no puede comprar el
tiempo. La historia nos enseña que las guerras se han producido
por la necesidad de espacio (lebensraum de los nazis) o por la
necesidad de recursos fósiles (como la guerra del Golfo). El
sacrificio de recursos humanos siempre se hizo en el nombre de
adquirir o salvaguardar otros recursos. A mi entender, nunca hubo
guerras buscando el tiempo.
Desde el punto de vista de la física y de la tecnología, la
humanidad más tarde o más temprano, tendrá la posibilidad de
descubrir nuevas fuentes de energía como la de la fusión.
Aparentemente no existen límites a la cantidad de energía que el
hombre puede manejar. El espacio es otra cuestión, porque la
Tierra es un planeta vivo limitado, y no todas las superficies
son igualmente apropiadas para la vida. En pocas décadas el
espacio será un recurso escaso si no lo es ya en algunas áreas.
No obstante el tiempo, es el recurso más limitado que disponemos.
Nuestra vida y eso es todo. La promesa más común de todas las
religiones es tiempo, eternidad.
Tiempo, espacio y energía no son interconvertibles
definitivamente. Energía y espacio se pueden convertir en tiempo
(humano) pero lo opuesto no es verdadero.
[Georgescu-Roegen, 1971] apunta dos conceptos asociados al paso
del tiempo: Irrevocabilidad e irreversibilidad. Algunas veces son
términos que se confunden. Irrevocabilidad es la imposibilidad
de ir hacia atrás restaurando lo que fue. Irrevocable es algo que
ya no puede ser cambiado una vez que empezó. Si quemamos una obra
de arte, ésta se habrá destruido para siempre; y si muero nadie
me resucitará. Por el contrario, la irreversibilidad se asocia
con la reconstrucción, es decir con el coste de ir hacia atrás
cuando queremos reemplazar algo.
El segundo principio nos habla de irreversibilidad, no de
irrevocabilidad, porque cuando algún proceso es irreversible
significa que o podemos ir para atrás extrayendo del ambiente
exactamente la misma cantidad de calor y trabajo que el proceso
nos dio. Necesitamos un extra de calor y/o trabajo para realizar
el proceso opuesto. No obstante este proceso opuesto es siempre
posible. El coste exergético de ir hacia atrás es siempre mayor
que la exergía proporcionada por el proceso hacia adelante.
La Termodinámica trata con procesos irreversibles, no con
procesos irrevocables. Por ello la flecha termodinámica del
tiempo está ligada a la irreversibilidad, y la irreversibilidad
está ligada con la contabilidad de costes de los recursos.
La contabilidad nos habla de flujos y reservas, no sólo flujos
sino también fondos. Además la verdadera naturaleza del tiempo
es dinámica, el tiempo fluye inexorablemente.
Por ello, necesitamos inventar otro tipo de tiempo, el tiempo
"estático" para contabilizar las reservas de recursos. Incluso
aunque estas palabras "estático" y "tiempo" son contradictorias,
se necesitan conceptualmente. Cuando utilizamos recursos
naturales, lo que estamos destruyendo rápidamente es tiempo
acumulado.
La Termodinámica convencional o incluso mejor la Termoestática,
no utiliza el tiempo para describir los procesos. Un proceso
cuasiestático es un proceso con suficiente duración para
considerar todos los estados intermedios en equilibrio. Todas las
magnitudes se definen para los estados de equilibrio, incluso la
entropía. No obstante, estamos seguros del paso del tiempo cuando
medimos la entropía, tanto del sistema como la de sus
alrededores. ¿Cómo es posible una ciencia que explícitamente
excluye los efectos del tiempo de sus análisis y sin embargo da
cuenta del efecto más esencial del tiempo, es decir, la
irreversibilidad?. Esta contradicción aparente se relaciona con
la manera en la cuál la Termodinámica considera al tiempo como
una sucesión de estados de entropía creciente. Si no hay
incremento de entropía no hay paso termodinámico del tiempo. Para
un sistema aislado en equilibrio, no hay tiempo termodinámico
incluso aunque el tiempo pase. En otras palabras, no todos los
aspectos del tiempo están contenidos en la flecha termodinámica
del tiempo. Esta flecha está relacionada con una naturaleza
estática más que dinámica en el sentido que el tiempo estático
no cambia si la entropía (del universo) no aumenta.
La acumulación de bienes, recursos naturales y obras de arte
requieren energía pero sobretodo tiempo. La energía del Sol a lo
largo de 4500 millones de años es el coste de la vida en la
Tierra.
¿Por qué no medir este capital natural del que dispone la
humanidad en unidades de tiempo (estático)?. El tiempo acumulado
puede ser una medida de los recursos y de la diversidad.
6. Termoeconomía, economía y conocimiento
Todos los procesos naturales pueden ser reconvertidos en unidades
temporales, dividiendo la densidad de su energía acumulada
[E]/[L2] por su productividad natural [E]/[L2]/[t], tal y como se
indicó anteriormente. Y todos los procesos artificiales pueden
igualmente ser reconvertidos en unidades temporales, dividiendo
la potencia por la energía.
El tiempo estático es acumulativo. El tiempo necesario para
producir recursos, incrementado en el tiempo de residencia del
proceso equivale al tiempo necesario para la fabricación de los
productos. Por tanto, podemos hacer balances temporales de la
misma manera que lo hacemos con la exergía o el dinero. La
Termoeconomía puede también aplicarse en la contabilización del
tiempo, y en muchos casos para la medida del bio-espacio-tiempo.
No existe motivo alguno para excluir tales unidades de medida.
La economía siempre ha considerado que el tiempo es un factor
relevante en la producción. El refrán "el tiempo es dinero",
resume de una forma expresiva esta idea. La expresión "costes de
oportunidad", "estrategia", y otras expresiones similares,
muestran la naturaleza dinámica, en mayor medida que estática,
de la economía. Las finanzas constituyen en sí mismas un mundo
aparte dentro del mundo de la economía convencional. Pero, no
tenemos tiempo suficiente para medir nuestro consumo de tiempo.
Se dice que la economía está dirigida por el mercado y que el
mercado es el resultado de todas las fuerzas que confluyen en la
sociedad en un momento dado. Pero la "ciencia de la casa", la
ciencia del "oikos", ha sido convertida en algo profundamente
ajeno a la misma. Todo es valorado/asignado a un precio dado. Sin
embargo nadie es consciente del coste de cualquier bien en
términos de recursos naturales.
El valor de mercado de los recursos naturales se asimilan en la
práctica a su coste de extracción en términos monetarios. Ello
siempre será barato, debido bien sea al bajo coste laboral propio
de los países en vías de desarrollo, o bien gracias a la
maquinaria ultramoderna, que goza de una elevada productividad
en términos de tonelada/hora trabajada.
Los recursos naturales, en términos de coste/hora no valen
prácticamente nada, ni tampoco es significativo su coste de
transporte. Lo realmente valorado es el valor añadido que
aplicamos a los productos transformados. Esto explica claramente
el desequilibrio de la balanza de pagos de los países y regiones
que exportan materias primas, que no consiguen escapar de su
subdesarrollo, y que están irreversiblemente condenados a agotar
sus recursos naturales.
Los balances energéticos no nos dan una clara imagen de lo que
realmente intercambiamos a diferencia de lo que ocurre con las
balanzas de pagos. Lo que realmente da una clara imagen
complementaria de la economía son los balances de costes de las
materias expresadas en unidades de recurso natural que se da
entre las regiones y los países.
Un mundo limitado, con recursos materiales finitos, y una
capacidad de reposición de los mismos extremadamente lenta,
precisa de manera urgente instrumentos de medida del tiempo que
doten a los gobiernos, la humanidad y a los individuos de la
consciencia de que lo que realmente estamos perdiendo es tiempo.
Irónicamente, cuanto más rápido vamos, más tiempo perdemos.
El único modo de ahorrar tiempo es incrementando la eficiencia,
la conservación, y el uso creciente de las energías renovables.
La ciencia y la investigación nos permiten conocer cada vez mejor
los mecanismos esenciales, y aprender a aprovecharnos de ellos
para usarlos en beneficio propio. Nuestro desarrollo no debe ser
cuestionado únicamente a causa de nuestro despilfarro de recursos
naturales; existe algo positivo en el hecho de que se fomenta
también el desarrollo de nuestro conocimiento. A medida que
avanzamos, incorporamos las nuevas tecnologías aprendidas a
nuestros adelantos.
El conocimiento puede ser recopilado en libros y ser reutilizado
de forma indefinida. La energía puede ser usada una sola vez y
queda degradada.
Esta tecnología puede ser utilizada tanto incrementando el
conocimiento del público, enseñándole a ser más eficiente, como
incrementando el poder de ciertos individuos frente a los demás.
Al final siempre reaparece una bifurcación esencial: la
tecnología da al hombre omnisciencia u omnipotencia, pero no
ambas en igual medida.
Intercambiar recursos por tecnología, éste es el lema.
Conocimiento es lo que legaremos a las generaciones futuras, y
al final el conocimiento y el desarrollo presentan nuestra
contribución a aquellos países que venden sus recursos naturales
a cambio de poco.
Cada vez que ahorramos energía y mejoramos la eficiencia en el
uso de los recursos naturales, frenamos la irreductible máquina
del tiempo. Así, desde una visión estática de la economía, la
tecnología, la cultura y agricultura actúan como un tiempo
negativo que contrarrestan nuestro consumo de materias primas.
El tiempo negativo existe únicamente dentro de una visión
estática/termodinámica del tiempo y puede ser medida en términos
de mejora en la eficiencia de los recursos naturales.
La eficiencia representa el vínculo conceptual que relaciona la
termodinámica con la economía y con la teoría de la información.
Según [Månsson, 1990], a temperatura ambiente, la unidad
"natural" de exergía relacionada con un bit de información KT ln
2, es aproximadamente 3 x 10-21 J. Este autor propone que la media
antrópica de la constante solar energía/tiempo es de 1 s = 1,73
x 1017 J. Esto significa que la conversión información/tiempo es
1 bit = 1,72 x 10-38 s.
Estos valores son limitativos en el sentido de que son las
máximas alcanzables por el hombre. Todo el mundo es conocedor de
que están afectadas por la actual eficiencia de los procesos
naturales y artificiales que tienen lugar en la Tierra. Sin
embargo, son unos números hermosos debido a su enormidad.
Son la prueba de que la esperanza no debe perderse.
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Fecha de referencia: 30-4-1998
1: El número 0,02% se debe tomar como una estimación aproximada ya
que varía dependiendo de los autores.