martes, 26 de febrero de 2013

La era de las consecuencias.

"La era de la falta de decisión, las medias tintas, los paños calientes y los expedientes confusos está llegando a su fin. En su lugar estamos asistiendo a la era de las consecuencias". Winston Churchill.
 
Queridos lectores,

En la conferencia/debate del pasado viernes, en la que tuve el honor de compartir estrado con Ferran Puig (autor del extraordinario blog sobre cambio climático "Usted no se lo cree") éste citó la frase de Winston Churchill que encabeza hoy el post. Churchill pensaba, por supuesto, en las consecuencias que traería no haber sabido o querido contener las veleidades expansionistas de la Alemania nazi, y Ferran la traía a colación de las consecuencias que traerá para la Humanidad entera no haber sabido o querido hacer frente al problema del Cambio Climático - y es curioso ver como el aforismo se adapta tan bien a esta situación. En realidad, la frase de Churchill refleja un aspecto reaccionario profundo de la psique colectiva humana cuando tiene que hacer frente a retos comunes que implican ciertas renuncias, cierta incapacidad de volver al estado precedente, cierta necesidad de reaccionar y esforzarse. Y, como vemos, tal resorte psicológico es bastante atemporal.


Ferran consiguió también con gran tino sintetizar sus preocupaciones y las mías, con un diagrama sobre el funcionamiento de la economía. En el esquema clásico, la pieza central, el mercado, es la única relevante. En un esquema más realista e integrador, en el lado izquierdo los recursos esenciales para el desarrollo económico (energía y materiales) entran el mercado, mientras que en el lado derecho se tiene en cuenta los subproductos del mismo, en forma de contaminación. Y así, mi preocupación son las entradas en el sistema, mientras que las de Ferran son las salidas. Cualquiera de las dos implican la imposibilidad de mantener un sistema que básicamente se basa en que las entradas podrán aumentarse indefinidamente si así se requiere, mientras que las salidas no generan ningún efecto nocivo destacable. El triunfo de esa visión, en la que el mercado ocupa todo el modelo económico e incluso lo trasciende, considerándose de aplicación incluso en las relaciones humanas, es lo que dio en llamarse neoliberalismo, neo-conservadurismo (neo-con) y últimamente (ya que los términos están muy gastados) anarco-capitalismo o teoría austríaca. Tal visión es, por supuesto, completamente ideológica: parte de una visión del mundo que poco o nada se compadece de la realidad, y cuando se le presentan elementos que refutan sus postulados se buscan alambicadas explicaciones (desde qué tipo de modelo lógico-deductivo emplean, más allá del método científico al cual pretenden superar, hasta argumentos construidos ad-hoc para no aceptar y evadirse de la realidad). Y, sin embargo, la evidencia que nos rodea es tan clamorosa que resulta increíble que aún se niegue.


Una de esas evidencias de las que es difícil de escapar es la del cambio climático. El tema se ha tratado varias veces por encima en este blog, y su mera evocación suele provocar la sulfuración y reacción inmediata de algunos adalides del libre mercado que hacen aquí su imaginaria. Como además yo no soy un experto en el tema, no me voy a extender sobre él. Simplemente dejo aquí una gráfica que Ferran colgó en Facebook el otro día, para su reflexión: es la evolución del volumen de hielo mínimo de cada año en el Ártico. 




Fíjense que digo volumen, y no superficie: la superficie disminuye progresivamente, pero el volumen lo está haciendo más rápido porque el hielo es cada vez más delgado y más joven. No había muchas estimaciones hasta hace poco; la gráfica ha sido elaborada por Andy Lee Robison a partir de los datos de un artículo de próxima aparición en la prestigiosa revista Geophysical Research Letters, usando entre otras fuentes datos del satélite Cryosat. La reducción es de un 80% desde 1979. Ahora intenten Vds. estimar cuándo ese volumen llegará a cero...

El cambio climático es el efecto de una externalidad no computada y no provisionada, en este caso la emisión de dióxido de carbono. Pero el dióxido de carbono es invisible, inodoro y por lo demás químicamente bastante inerte (salvo cuando se combina con agua, a la cual acidifica), y en particular no es tóxico, con lo que es difícil asociar causa y efecto. En otros casos la externalidad residual es bien visible y tangible, pero aún así se hace a escala masiva en un agujero donde nadie mire a dónde llevan nuestra basura tóxica y qué pueblos sufren sus consecuencias. Es el caso por ejemplo (y hay unos cuantos más) de Somalia. En las costas de Somalia la mafia italiana está virtiendo toneladas de residuos tóxicos y radioactivos que vienen de todas partes del mundo, sin control y sin conciencia, causando graves problemas ambientales, acabando con la pesca local e intoxicando a la población. Si tienen suficiente humor les recomiendo el siguiente documental: Toxic Somalia.


Los problemas ambientales son graves no sólo en naciones del Tercer Mundo que el mundo industrializado usa desconsideradamente como basurero de sus subproductos, aprovechando la laxitud o inexistencia de una regulación que haría imposible tales cosas en nuestros lares. Incluso son muy graves en otras naciones, y en particular en una que ahora todo el mundo admira como ejemplo de prosperidad y buen hacer: China. Hace poco sabíamos de los pueblos del cáncer en China, problema que está llegando ya a tal magnitud que los poderes políticos tendrán que tomar medidas, incluso en un país tan cerrado y controlado como es aquél. China ha basado su bonanza económica en un modelo de desarrollo industrial acelerado que da servicio a todo el mundo a un coste más barato, pero eso siempre comporta consecuencias (como se las trajo a la India en los años 70 y 80 del siglo pasado: recuerden la catástofe de Bhopal). Y uno de los mayores dramas para China viene de la explotación de las llamadas tierras raras: metales básicos para las nuevas y avanzadas tecnologías, que a pesar de su nombre son relativamente frecuentes en la corteza terrestre pero aparecen siempre en concentraciones muy bajas y sólo pueden ser explotados económicamente si aparecen asociados a otros metales más comunes en concentraciones de interés económico y además si se usan técnicas de procesamiento poco respetuosas con el medio ambiente, técnicas por supuesto prohibidas en Occidente. Eso hace que a pesar de haber pasado casi tres años desde que escribí "La guerra de las tierras raras" China sigue hoy, como entonces, controlando el 97% de la producción de tierras raras del mundo (las peculiaridades de la economía de las tierras raras es algo que escapa al radar de los adalides del libre mercado y estoy convencido de que alguno hará un comentario sobre el particular, a pesar de la clamorosa evidencia -tres años después- de que no son explotables en Occidente; al lector interesado le remito a las explicaciones del post de hace tres años). Es también curioso comprobar cómo, a pesar de los repetidos anuncios de que la producción de neodimio fuera de China aumentaría sustantivamente - y mira que lo discutimos en la sección de comentarios del post "El papel del neodimio en la generación eólica"- , el caso es que China sigue siendo el principal suministrador mundial. Pero tal cosa no se consigue de balde: la contaminación en el interior de China es monstruosa. No sólo eso: nuestro modelo de despliegue renovable se basa en parte en esa grandísima contaminación, como denuncia - quizá de manera interesada - The Daily Mail. Un simple vistazo a la zona al norte de Baoutou con Google maps nos muestra signos visibles desde el espacio de la devastación: la mina de hierro, las balsas de lixiviados para recuperar las tierras raras... Resulta chocante que entonces se hablara de un sobreproteccionismo chino al limitar las exportaciones de tierras raras refinadas, teniendo en cuenta el enorme coste ambiental que están pagando y que posiblemente no podrán seguir asumiendo eternamente. Y si al final no se produce un conflicto generalizado por las tierras raras es porque un Occidente renqueante tiene menor apetito por estos materiales, ya que le falta lo que realmente necesita, que es el petróleo barato. Lo que resulta curioso es que algunos pierdan el tiempo en sesudas reflexiones sobre los modelos de integración de un tipo de energía generada (electricidad) que no es el que podemos asimilar fácilmente en nuestra sociedad, sin entender que lo que el papel soporta a la realidad no siempre se transporta, y que intentar simplemente poner parches a lo que hay es en realidad intentar alargar la agonía del BAU inútilmente. 


Como ven, pues, las consecuencias vienen no sólo de intentar mantener un sistema insostenible basado en un gran consumo de combustibles fósiles y otros materiales por otro sistema basado en energías renovables pero que usa sistemas de captación concebidos en la grandiosidad industrial actual y que por tanto también consumen gran cantidad de combustibles fósiles y otros materiales (hasta el punto de que se plantea la cuestión de si son en realidad meras extensiones de los combustibles fósiles). Pero aún ahora, nuestros gestores y planificadores parecen ignorar el principio de Merton de las consecuencias inesperadas, y no tiene  presentes - a veces, ni siquiera conocen - las externalidades de nuestro sistema productivo actual ni tampoco las de los sistemas que proponemos como alternativa.
 


La cuestión de las externalidades, de las consecuencias de un modelo de desarrollo que no tiene en cuenta los residuos que deja detrás, es bastante poco apreciada por la teoría económica hoy en día dominante. Peor aún, la actitud generalizada hacia estas cuestiones generalmente es de desprecio, como si quienes traen a colación que no se podrá huir eternamente de las consecuencias fueran idealistas infantiles o algo peor: conspiradores contra el bienestar común o contra el capital. Así pues, se ha hecho moneda común en ciertos economistas de mediático prestigio el atacar la ciencia del cambio climático, a pesar de su ignorancia de la misma; en una vuelta de tuerca más, algunos usan epítetos descalificativos para los científicos y grupos de concienciación que trabajan sobre el tema, como alarmistas o calentólogos y demás calificativos. Esta estrategia de poner etiquetas fáciles sirve para el fin de desprestigiar sin necesidad de discutir; es la vieja falacia de apelación al ridículo. Otra estrategia de ridiculación mediática del problema consisten en tomar el todo por la parte (los problemas de una persona concreta se hacen extensivos a toda una comunidad, incluso aunque no pertenezca a ella). También, a veces se exagera la importancia de los errores (como el de la transcripción en un informe del IPCC de la fecha estimada del deshielo de los glaciares en el Himalaya - se puso 2050 en vez de 2500, y a partir de este pequeño error literal se pretendió ridiculizar las miles de páginas del informe). Como no todo puede ser simplemente atacar, los grupos negacionistas del cambio climático tienen que hacer sus propias previsiones y así repiten ciertas falacias que en seguida abandonan cuando se hace evidente que no son ciertas, siempre mudando el contenido pero nunca la actitud. Por ejemplo, recuerdo que hace cinco años decían que el mundo se había enfriado durante la última década, sin tener en cuenta que fenómenos cíclicos como El Niño y La Niña modulan la señal climática y que la temperatura no sube a un ritmo constante sino con una forma complicada, escalonada, y que para ver tendencias se tienen que mirar períodos largos. De hecho en los cinco años siguientes la temperatura aumentó aceleradamente, y ahora lo que dicen es que no ha habido calentamiento en los últimos 16 años... Recuerdo que hace unos años, por las mismas fluctuaciones, se insistía mucho en que la mayoría de los glaciares del mundo avanzaban en vez de retroceder; ahora, perdida esa batalla y con el hielo ártico en franco y alarmante retroceso, el foco se centra en repetir que crece el hielo marino en la Antártida sin tener en cuenta recientes estudios que muestran que el volumen de hielo antártico también está disminuyendo - y posiblemente cayendo al mar en parte. En última instancia, esas discusiones - que seguramente volverán a surgir en el contexto de este post- no tratan de convencer, sino de sembrar la duda en la opinión pública de modo que se paralice cualquier acción eficaz para frenar la emisión de gases de efecto invernadero. De hecho, repetidamente se intenta plantear el debate en términos de acusación-defensa y no según el principio de precaución. De ese modo, se consigue que la opinión pública interiorice que se tiene que demostrar la culpabilidad de la industria contaminante más allá de toda duda razonable, sin entender que en realidad todos somos esa industria contaminante y que no se trata de juzgar, sino de evitar un mal mayor. ¿Cómo hemos llegado aquí? ¿Por qué esta perseverancia en mantener un curso claramente dañino para nuestra especie y nuestra continuidad en el planeta? ¿Qué es lo que está en juego?


Seamos francos. La verdad es que intentar ajustar el mercado a los límites reales del mundo implica disminuir la riqueza. No hay bala de plata, sólo disminución de la riqueza. Las energías renovables, que los más entusiastas plantean como alternativa, no tienen la capacidad económica de los combustibles fósiles y posiblemente sin ellos no son rentables; después de tantas décadas de probar esas tecnologías los inversores ya saben qué dan de sí y por ello no apuestan por ellas, incluso se rebelan contra quien las quiere imponer argumentando sus posibles beneficios económicos. Tenemos que ser sinceros con nosotros mismos: no los hay. No es en los términos clásicos, en la óptica del beneficio económico, que tenemos que hacer los cambios. Los tenemos que hacer porque la vida en este planeta no será posible si no tenemos en cuenta esas externalidades. Y sobrevendrán, hagamos lo que hagamos, queramos o no, porque los combustibles fósiles ya no pueden seguir nuestro ritmo, porque esta crisis no acabará nunca.

Leí una vez (aunque no soy capaz de recuperar la fuente) que hace unos años, quizá unos cinco, hubo una reunión de expertos en el Reino Unido para hablar de las necesarias medidas de mitigación y adaptación al cambio climático. Había un debate enconado entre los científicos y activistas, que decían que el Reino Unido debería reducir sus emisiones de CO2 en un 80% antes de 2050, y los representantes de la industria, que decían que tal cosa supondría una pérdida de competitividad para el Reino Unido tan grande que destruiría su industria. Y toda la discusión se centraba en qué modelo económico tendría que ponerse en marcha para garantizar el pleno empleo y la competitividad, con una adecuada fracción renovable en el mix, combinada con ahorro y eficiencia. En un momento dado, le preguntaron a un reputado ambientólogo, un hombre ya mayor pero de espíritu fuerte, un hombre que se mantenía joven yendo por todas partes en bicicleta, y que hasta entonces se había mantenido al margen de la discusión: "¿A qué se parecería, en tu opinión, un Reino Unido que hubiera disminuido sus emisiones en un 80%?". Y para sorpresa de muchos, el reputado ambientólogo dijo, sin inmutarse: "El Reino Unido se parecería a un país pobre del Tercer Mundo". Y es que ésa es, por desgracia, la realidad. Si no cambiamos el modelo económico, si no replanteamos las relaciones productivas y de consumo, nuestro inevitable descenso energético nos abocará a una pobreza extrema y al crecimiento de bolsas enormes de exclusión social.

He ahí la verdadera razón de esa porfía contra la ciencia del cambio climático y el desprecio hacia las externalidades en general, más allá de la evidencia científica. Los más convencidos del libre mercado se rebelan, incluso de buena fe, contra algo que les parece una insensatez. Y lo es en realidad, desde la perspectiva cortoplacista del paradigma económico actual. Es por eso que no se convencerá jamás a los economistas con tales argumentos. Ellos fueron educados para una economía sin limitaciones en los recursos y sin consecuencias en lo ambiental, y tal educación ya no sirve en esta nueva era, la era de los límites, la era de las consecuencias.


Salu2,
AMT


viernes, 22 de febrero de 2013

La energía de los seres vivos

Queridos lectores,

El siempre eficaz Luis Cosín nos agasaja en esta ocasión con un ensayo sobre la energía consumida por los seres vivos y sus estrategias con respecto a su gestión. Realmente interesante.

Salu2,
AMT

 

1. Algunas claves del éxito adaptativo de los seres vivos
Los seres vivos han conseguido adaptarse a gran cantidad de entornos diversos gracias a una “tecnología” que ha evolucionado durante miles de millones de años.
De modo telegráfico, las principales claves del éxito de los seres vivos son tres:
  • Utilización de componentes fáciles de encontrar en el entorno.
  • Reutilización de materiales mediante pequeñas mejoras, innovaciones y nuevos usos.
  • Eficiencia energética.
Pasamos a desarrollar cada una de las tres.

2. Utilización de componentes fáciles de encontrar en el entorno
Alrededor del 99% de la masa de un mamífero se encuentra compuesta por los elementos carbono, nitrógeno, calcio, sodio, cloro, potasio, hidrógeno, oxígeno y azufre, que son abundantes en la corteza terrestre.
Los compuestos orgánicos (proteínas, lípidos y carbohidratos) contienen, en su mayoría, carbono y nitrógeno, mientras que la mayoría del oxígeno y del hidrógeno están presentes en el agua.

En ocasiones, las enzimas cuentan en su composición con elementos químicos poco frecuentes, como los metales de transición (principalmente zinc y hierro). Estos metales son usados en algunas proteínas como cofactores y son esenciales para la actividad de dichas enzimas (por ejemplo, la catalasa o la hemoglobina).

3. Reutilización de materiales
Una de las características de los procesos biológicos es la reutilización de materiales, que sirven para múltiples propósitos.
Por ejemplo, la glucosa, que en principio actúa como un almacén de energía, puede polimerizarse para convertirse en almidón o celulosa y desempeñar así una función estructural.

Los lípidos (más concretamente, los triglicéridos) son, al mismo tiempo, reserva energética y componentes mayoritarios de las membranas celulares, por la particularidad de presentar una estructura polar, con una parte hidrófila y otra hidrófoba.

La evolución parece ser, por tanto, un proceso gradual, con pequeñas innovaciones consistentes en nuevos usos o variaciones de “cosas” ya existentes.

3. Eficiencia energética en los seres vivos: Rutas metabólicas
El metabolismo (conjunto de reacciones químicas necesarias para la vida) de los seres vivos es de una gran complejidad. Para simplificar la comprensión, normalmente se distinguen tres grandes tipos de rutas metabólicas:
  • Rutas catabólicas, que son procesos oxidativos en los que se libera energía y poder reductor. Por ejemplo, la glucólisis y la beta-oxidación. En conjunto forman el catabolismo. Dentro del catabolismo se incluyen también las reacciones que retienen la energía del Sol.
  • Rutas anabólicas, que son procesos reductores, en los que se consume energía y poder reductor. Por ejemplo, gluconeogénesis (producción de glucosa a partir de CO2 y agua), la producción de lípidos y proteínas y el ciclo de Calvin. En conjunto forman el anabolismo.
  • Rutas anfibólicas, que pueden ser tanto anabólicas como catabólicas. Por ejemplo, el ciclo de Krebs.
Vamos a introducir dos conceptos relacionados con la espontaneidad de una reacción química:
  • Se denomina “endergónica” a una reacción química desfavorable o no espontánea, en donde el incremento de energía libre de Gibbs es positivo bajo condiciones de temperatura y presión constantes. La mayor parte de las reacciones anabólicas son endergónicas.
  • Se denomina “exergónica” a una reacción química favorable o espontánea, donde el incremento de energía libre de Gibbs es negativo bajo condiciones de temperatura y presión constantes. La mayor parte de las reacciones catabólicas son exergónicas.
Para una discusión breve sobre la energía de Gibbs puede consultarse este post anterior:
Por lo general, reacciones endergónicas requieren alcanzar una temperatura suficientemente elevada como para que los reactivos se activen y la reacción se dé de forma espontánea.
Esa energía de activación no se usa para crear enlaces, es liberada de nuevo al medio tras la reacción y se pierde, normalmente en forma de calor (segundo principio de la termodinámica).
Sin embargo, los seres vivos consiguen realizar su metabolismo a temperaturas muy inferiores a las teóricamente necesarias para activar los reactivos (en un rango aproximado entre 15ºC y 40ºC), evitando así en parte el coste energético de la activación.
Esto se consigue gracias al uso intensivo de catalizadores, que son sustancias que no alteran el balance energético, sino que interactúan con los reactivos y reducen la energía de activación, y por tanto, la temperatura necesaria para que la reacción química se produzca.

En el caso de los procesos biológicos, los catalizadores son enzimas, es decir, proteínas con una alta complejidad como la que muestra, por ejemplo, la anhidrasa carbónica (la pequeña esfera gris en el centro es un átomo de Zinc):

Para entender el funcionamiento de una enzima, suele usarse el modelo “de la llave y la cerradura”. Una enzima es una proteína que se pliega y adopta una forma espacial específica que resulta adecuada para unirse a un sustrato determinado y modificarlo.


Normalmente, la acción de una enzima consiste en redistribuir la nube de electrones alrededor de los átomos del sustrato, reforzando unos enlaces y debilitando otros. De este modo, facilita que las reacciones químicas necesarias para la vida se lleven a cabo con una menor energía de activación.
Casi todas las reacciones utilizan como “moneda de cambio” energético una molécula muy especial, denominada ATP (adenosín trifosfato o trifosfato de adenosina), consistente en una molécula de adenina (un nucleótido del ADN) al que se añaden tres moléculas de fosfato:

El ATP se produce a partir de ADP (adenosín difosfato) adicionando una molécula de ácido fosfórico, en un proceso llamado “fosforilación”, y se consume (mediante la reacción inversa de “hidrólisis”) de forma continua en el interior de las células.
Al producirlo, absorbe energía, y al descomponerse, la libera:
ATP <-> ADP + P

En la hidrólisis del ATP se rompe uno de los enlaces fosfato, y se liberan 7,7 kcal/mol, es decir, la variación de energía de Gibbs es ΔG = -7,7 kcal/mol (- 31 KJ/mol).
Los procesos catabólicos generan ATP y los anabólicos, lo consumen”
Esta energía de hidrólisis del ATP normalmente es recogida por una enzima que pasa a un estado “activado”, lista para procesar una molécula de sustrato.
Algunos procesos son a la vez anabólicos y catabólicos (es decir, consumen y producen ATP) y se les denomina “anfibólicos”. Es el caso del ciclo de Krebs, que genera energía y poder reductor, y al mismo tiempo precursores para la biosíntesis
A efectos energéticos, vamos a considerar las dos principales rutas catabólicas de fosforilación, es decir, generadoras de ATP:
  • Fosforilación oxidativa (o respiración celular), que consume moléculas complejas como azúcares y proteínas para obtener energía de ellas.

  • Fosforilación fotosintética (o fotosíntesis), que aprovecha la luz solar para obtener energía.

4. Fosforilación oxidativa
La fosforilación oxidativa es un proceso metabólico que utiliza energía liberada por la oxidación de nutrientes para producir adenosín trifosfato (ATP).
Se le llama así para distinguirla de otras rutas que producen ATP (rutas de fosforilación) con menor rendimiento (por ejemplo, la fermentación), llamadas genéricamente "fosforilación a nivel de sustrato".
Se calcula que hasta el 90% de la energía celular en forma de ATP es producida mediante fosforilación oxidativa”
Consta de dos fases:
  • Lisis (rotura) de las moléculas más complejas (polisacáridos, proteínas…etc.), en procesos como la digestión en el intestino, la glucólisis del hígado o la proteólisis, para producir ácido pirúvico y, posteriormente, el complejo Acetil-Coenzima A.


  • Ciclo de Krebs, mediante el cual se van extrayendo en pasos sucesivos la energía y el poder reductor del sustrato.


En las células procariotas, la respiración se realiza en el citoplasma, específicamente en el citosol (espacio comprendido entre la membrana externa y la interna).


En las células eucariotas, se realiza en la mitocondria (que no deja de ser una célula procariota “primitiva” que fue “absorbida” en el citoplasma de su huésped eucariota).

5. Fosforilación fotosintética (fotosíntesis)
La fotosíntesis es la capacidad que tienen algunos seres vivos para captar la energía de la luz solar y utilizarla en sus procesos metabólicos.
Los primeros seres vivos capaces de hacerlo fueron las cianobacterias. Actualmente, gran número de seres vivos son capaces de realizar la fotosíntesis: células eucariotas que poseen cloroplastos (plantas y algas) y algunos procariotas: bacterias (cianobacterias, bacterias verdes y púrpuras).
En todos los casos, la molécula encargada de captar la luz solar es un pigmento tipo clorofila. Las clorofilas son un conjunto de pigmentos de la familia de las porfirinas (moléculas orgánicas planas, en forma de anillo, y capaces de retener en su centro un catión metálico).
En el caso de las clorofilas, la asociación es con un catión de magnesio Mg+2. Existen otros ejemplos, como la hemoglobina de la sangre, que es una porfirina que se asocia a un catión de hierro Fe+2.
La forma plana de la molécula se asemeja bastante a una “antena” o “receptor” y, en cierto modo, se comporta así.

Las moléculas de clorofila disponen de una “cola” que varía en longitud y composición y que es responsable de la longitud de onda a la que absorben luz (a mayor longitud de la cola, mayor longitud de onda, es decir, más absorben la luz roja).

Este “reloj fotónico” ha ido ajustándose a la distribución de la luz solar a medida que ésta ha ido cambiado (el Sol no emitía en las mismas frecuencias hace miles de millones de años). Según la composición de la “cola”, las clorofilas se dividen en 4 grupos:
  • La clorofila A, que absorbe en el verde-azul (por tanto, es de color amarillo-rojizo) y se encuentra en todos los casos, vinculada al centro activo de los fotosistemas (grandes moléculas presentes en los cloroplastos), que absorben la luz durante la fotosíntesis. Difiere de la clorofila b en que el radical de la posición 3 del grupo tetrapirrólico es -CH3 (metilo) en lugar de -CHO (grupo funcional de los aldehídos).

  • La clorofila B, que absorbe en el rojo y se encuentra en los plastos de las algas verdes y de sus descendientes las plantas terrestres. Esos plastos, y los organismos que los portan, son de color verde (que es el resultado de eliminar el rojo de la luz blanca) y probablemente en su origen fueron bacterias sencillas, al igual que las mitocondrias.

  • Las clorofilas C1 y C2 son características de un extenso y diverso clado de protistas que coincide más o menos con el superfilo Chromista y que incluye grupos tan importantes como las algas pardas, las diatomeas o los haptófitos (es un pigmento rojo-marrón).

  • La clorofila D sólo se ha conocido en un alga roja y una cianobacteria (Acaryochloris marina), que parece especialmente apta para explotar luz roja cuando crece bajo ciertas ascidias. La luz azul y verde penetra mejor en el agua que la roja, y esta clorofila permite aprovecharla.
Nota: Aunque algunas clorofilas son rojas y marrones, el color rojo de algunas plantas se debe en parte a la presencia de antocianina, que es un protector solar contra la radiación ultravioleta. Si estas plantas son expuestas a la radiación solar fuerte, toman un color rojo vivo, pero al reducirse la exposición, recuperan el color verde de la clorofila.

En las células eucariotas, la fotosíntesis se lleva a cabo en los plastos (que, al igual que las mitocondrias, probablemente fueron alguna vez organismos vivos fotosintéticos independientes):

El aprovechamiento de la luz absorbida se lleva a cabo dentro de cada tilacoide, en el “fotosistema” (que es un conjunto de varias proteínas estructurales de gran tamaño), donde se produce la hidrólisis (descomposición del agua en H y O). A continuación, una compleja cascada de reacciones químicas conduce a la formación de ATP.

El balance final es el siguiente: por cada molécula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media molécula de oxígeno, 1,3 moléculas de ATP, y una NADPH + H+
Nota: La energía de la fotosíntesis (que es un proceso catabólico) es utilizada posteriormente en la “fase oscura” para la síntesis de compuestos de carbono (es decir, para el anabolismo). Es en esta fase que se absorbe el CO2 .Esta fase oscura es, en realidad, un ciclo continuo y fue descubierta por el bioquímico norteamericano Melvin Calvin (por eso se denomina Ciclo de Calvin).


Referencias

martes, 19 de febrero de 2013

La decadencia de las infraestructuras

Imagen de http://www.gizmodo.com.au


Queridos lectores,


El 29 de Octubre del año pasado, relativamente tarde para la estación, el huracán Sandy - convertido ya en una tormenta tropical-  tomó tierra en el estado de Nueva Jersey. Todavía durante los dos días que le tomó disiparse a medida que entraba en el territorio continental de los EE.UU. causó daños apreciables, aunque no comparables a su trágico balance de los días anteriores. Se trataba de un huracán menor, de categoría 2 mientras se movió por aguas tropicales y de categoría 1 cuando se acercaba a la costa de Nueva Jersey, mientras empezaba a degenerar. Quiso el azar que llegase al mismo tiempo que una gran sistema frontal de origen polar, lo cual intensificó sus efectos sobre la zona costera principalmente, generando una marejada ciclónica de grandes dimensiones.

De entre todos los estragos que causó Sandy, con una nómina de decenas de muertos, los medios de comunicación se han centrado en los daños personales y materiales que causó en la ciudad de Nueva York, quizá porque esta ciudad es la capital económica del mundo, quizá porque no es tan normal que una tormenta tan devastadora llegue a estas latitudes (no discutiremos ahora si tal evento es verdaderamente anómalo o simplemente el evento que en media se tiene que producir cada cierto tiempo relativamente largo). Lo cierto es que la llegada de Sandy a las inmediaciones de Nueva York ha traído a la cima del mundo un sentimiento de impotencia y de fragilidad no habitual en una urbe tan poderosa (quizá un poco más después del trágico 11 de Septiembre de 2001).

Varias infraestructuras críticas fallaron en aquellos días, incluyendo el metro. El caso del metro de Nueva York fue paradigmático. Esta instalación, de gran extensión y complejidad, está en la mayoría de su recorrido por debajo del nivel del mar. La subida del nivel del mar anegó instalaciones y la sal del mar añadió la corrosión a la complejidad del desagüado. Según las autoridades, el metro de Nueva York no había hecho nunca frente a un reto tan grandioso en sus 108 años de historia. Durante varios días los neoyorkinos tuvieron que soportar la interrupción de servicio de muchas líneas, y aún hoy en día algunas líneas no funcionan a plena capacidad. La situación ahora es de vuelta a una cierta normalidad... una normalidad en la que los problemas del metro tienen un cierto nivel de recurrencia, con disrupciones habituales del servicio que en ocasiones duran varios meses.


El caso del metro de Nueva York ejemplifica bastante bien cómo nuestra sociedad occidental e industrializada se ha arriesgado a construir infraestructuras de las que ahora dependemos vitalmente pero cuyo mantenimiento requiere de grandes cantidades de energía y de materiales. Tal construcción deviene cada vez más frágil a medida que pasa el tiempo, en parte por el envejecimiento (la "curva de la bañera" que suele mencionar Rafa Íñiguez) y en parte porque sobre la infraestructura inicial se van añadiendo nuevas instalaciones para dar mayores y mejores servicios; en muchos casos, estos añadidos sobrecargan la estructura anterior, que no estaba dimensionada para esas capacidades, y eso hace del conjunto un ente tan frágil como un castillo de naipes y con un coste de operaciones y de mantenimiento que crece exponencialmente con el número de funcionalidades que se le van añadiendo. El problema es que en un momento dado se llega a un punto en el cual, por el decrecimiento de los insumos energéticos que llegan a la sociedad y por los costes crecientes de mantenimiento, la infraestructura no puede ser mantenida por más tiempo, y sin un plan apropiado para su descenso ésta seguirá un proceso semejante al de la necrosis en seres vivos, que puede acabar destruyéndola por completo. Desgraciadamente, idear un plan de descenso es algo políticamente muy impopular y contrario al programa del progreso que sustenta la psique colectiva en Occidente, y así los representantes políticos preferirán siempre poner en marcha complejos y costosos programas de rehabilitación y extensión antes que diseñar programas de disminución y aprovechamiento de las partes más salvables y esenciales de la infraestructura comprometida.



El problema de la insostenibilidad de las infraestructuras de la sociedad moderna es mucho más grave y tiene un alcance mucho más profundo de lo que la mayoría de la gente se imagina, y posiblemente incluso de lo que conocen muchos de los lectores habituales de este blog, hasta el punto que se puede decir sin exagerar que el posible colapso de estas infraestructuras constituye una de las mayores amenazas a las que tendremos que hacer frente en los próximos años. Como muestra pondré algunos ejemplos.


Uno de los problemas a los que tendrá que hacer frente una sociedad magra en recursos es el de la gestión de las instalaciones nucleares. Ya hemos hablado varias veces sobre los diversos riesgos asociados a la energía nuclear y específicamente sobre los problemas de mantenimiento de las instalaciones nucleares. Por ejemplo, en este momento se evalúa en 100.000 millones de dólares el coste de reparar la catástrofe de Fukushima en Japón. Un coste desorbitante que supera con creces los beneficios netos que podía dar el grupo de 6 centrales durante su vida útil: con una potencia instalada para todo el grupo de 4,7 Gw y asumiendo un factor de carga del 80% (lo habitual para una central nuclear) estas centrales producían casi 33.000 Gw·h de electricidad al año. Contando un precio medio aproximado de 20 centavos de dólar por Kw·h el valor comercial de toda esa electricidad anual sería 6.600 millones de dólares. Aún con un margen comercial del 50%, esas centrales darían un beneficio anual de 3.300 millones de dólares, con lo que el coste de paliar el desastre equivale a todo el beneficio económico esperado de ellas durante 30 años (y eso sin tener en cuenta otros costes variables, y dando por buena la cifra de 100.000 millones de dólares de más arriba, que algunos elevan a los 600.000 millones de dólares). Y eso que en estas estimaciones no se da un horizonte temporal de por cuánto tiempo valdrán las contenciones empleadas. Recordando el otro gran accidente nuclear, el de Chernobil, recientemente se ha sabido que una parte del fallido reactor 4 se ha desmoronado y eso mete más presión para que se avance en la construcción del segundo sarcófago, ya que se han detectado numerosas filtraciones en el primero (fruto de la acción de las inclemencias climatológicas y de la erosión radiactiva), el cual tiene un coste estimado en 1.500 millones de euros y se espera que sea útil durante 100 años. Es fácil de suponer que dentro de 100 años tendría que ser sustituido de nuevo, y que por tanto el coste de la instalación (ahora improductiva en términos energéticos) pueda ser fácilmente de varios miles de millones de euros de hoy en día cada varias décadas (cuesta creer que vaya a soportar todo un siglo cuando los procesos de deterioro que actúan sobre tal instalación son en parte desconocidos). Sin llegar a estos casos tan extremos, conviene recordar que aún no se ha desmantelado completamente ninguna central nuclear en el mundo al agotar su vida útil, proceso que es muy lento -alrededor de 50 años. La Administración de Desmantelamiento Nuclear británica estimaba un coste de 70.000 millones de libras esterlinas (unos 81.000 millones de euros) para desmantelar los 19 grupos existentes en el Reino Unido, aunque la evaluación precisa de un proceso tan lento es complicada y probablemente será mucho mayor - sobre todo cuando ninguna se ha verificado completamente a fecha de hoy.


Otra infraestructura cuya complejidad ha ido creciendo sin que haya ningún plan de sostenibilidad asociado es la red eléctrica en su conjunto, contando tanto la distribución como la generación. Los costes implícitos de la alocada expansión y la incapacidad de mantener ya sea la fuerza generadora o la capacidad de transporte en red llevan a fallos repetidos y de graves consecuencias. En Argentina se vivió un gran apagón a finales del año pasado, aunque parece una broma comparado con el que se vivió en la India el verano pasado (el 8% de la Humanidad se quedó sin luz). En otras latitudes se toman medidas para evitar previsibles apagones: mientras en Japón el disciplinado pueblo nipón ha tolerado pacientemente restricciones al consumo de hasta un 30%, necesario tras el accidente de Fukushima, en Francia el presidente François Hollande prohíbe mantener encendidos los escaparates de los comercios y parte del alumbrado público durante la noche (pero, no, sobre todo que no se diga que Francia está en Malí para garantizar el acceso al uranio que críticamente le falta). Y no sólo es la generación la que está en entredicho, también la propia red presenta un problema de costes de mantenimiento crecientes. Frecuentemente se ha denunciado la complejidad y alto coste de mantener la red eléctrica de los EE.UU. operativa, hasta el punto de que la Sociedad de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) denunciaba hace años la necesidad de substituir más del 40% de la red, con una antigüedad de hasta 100 años, con un coste elevadísimo, si se quería evitar que colapsara. En España los problemas con la red son recurrentes, aunque aquí el problema más viene de la desinversión de las compañías eléctricas que controlan el mercado que de la gran obsolescencia de las redes. En todo caso, el remozado y la substitución de la red eléctrica se prevé problemática si el pico del cobre sobreviene, como parece, hacia 2018, y si en realidad las reservas de cobre restantes dependen críticamente de disponer de abundante energía para su explotación. Ciertamente el cobre se puede reciclar, pero, ¿a qué coste energético? ¿Y cómo se pueden cubrir las necesidades de las potencias emergentes?


Si la red eléctrica está en peligro en un mundo que no puede permitirse pagar facturas energéticas crecientes, la situación no es mejor en el resto de infraestructuras. El hormigón armado adolece de un problema de obsolescencia gravísimo que limita la vida útil de las infraestructuras hechas con él a un siglo como mucho, 50 años en la mayoría de los casos, y muchas infraestructuras críticas ya están llegando a esa edad. El coste de reemplazar todos los puentes, autopistas, alcantarillas, presas y edificios se cifra en los 3 billones de dólares sólo en los EE.UU. El problema es conocido desde hace tiempo y su solución es técnicamente sencilla, pero la alternativa constructiva es más lenta y cara y en aras de mantener un BAU rampante y creciente se ha desdeñado siempre. De nuevo, el sistema que se ha impuesto se basa en la hipótesis de tener acceso creciente a cantidades ilimitadas de energía, y la falta de las mismas genera un problema que se agrava exponencialmente a medida que el tiempo de vida de la infraestructura ya hecha se agota. Los romanos construyeron calzadas y acueductos que les sobrevivieron 2000 años; nuestra civilización dejará pocas trazas que puedan sobrevivir a nuestros nietos.


Y no sólo es el capital físico el que, por su baja calidad y su gran dependencia de la energía futura, se destruye. También se va desvaneciendo el capital humano y la capacidad transformadora propia de una sociedad industrial. Exponente de ello es el hundimiento cada vez más acelerado del sector de automóvil, que lleva al cierre de fábricas de motos y coches. La desaparición de factorías es grave por la pérdida de empleo y el drama del paro en primer lugar, pero en un segundo plano se produce otro efecto indeseable: la pérdida de base industrial. Puesto que toda esa industria, con su gran tamaño, es la que ha hecho posible la fabricación a gran escala de elementos muy sofisticados que de otro modo serían inviables económicamente, y no sólo eso, sino que se pueda dar un mantenimiento especializado a un precio razonable. La mayoría de la población está tan habituada a estos milagros técnicos del día a día que no se dan cuenta de la proeza que en realidad es fabricar un panel fotovoltaico o mantener un avión. Con el hundimiento de la industria se pierden las factorias y las herramientas específicas, y también se dispersa el capital humano que un día les dio sentido. Además, no se dan los incentivos adecuados para que la gente más joven escoja vías profesionalmente más arduas y socialmente menos reconocidas. De seguir en esa tendencia nos podríamos encontrar en poco tiempo con una incapacidad real de proveer ciertos suministros clave y de mantener ciertas infraestructuras cuya reparación tenía una complejidad de la que no éramos conscientes.


La degradación de las infraestructuras y del capital físico y humano que las sustenta tiene una raíz profunda, como sabemos, en el descenso energético, y por desgracia lo realimenta. Justo en el momento en que necesitaríamos incrementar más que nunca nuestra disponibilidad energética, ésta disminuye. Justo cuando la burbuja financiera es más grande que jamás, y que el capital que hemos tomado prestado del futuro es el más inmenso de la Historia, nos encontramos en una situación en la que el crecimiento económico es imposible. Es la tormenta perfecta. Ése nombre, Tormenta perfecta, es justamente el título de un informe que hace unas semanas sacó a la luz una importante firma financiera a escala global, Tullet Prebon. Es un documento jalonado con preciosas imágenes de ruinas de civilizaciones que colapsaron, lo cual da pistas de qué lecturas debieron inspirar a su autor. En él se exponen las cuatro causas por las que la actual crisis es tan grave y no tiene precedentes, y de las cuatro una es puesta en relieve como principal: el declive de la energía neta. Resulta chocante y a la par reconfortante leer, en un informe de una gran firma del selectivo británico, que la economía es sólo el lenguaje y que la verdadera sustancia es la energía; que la economía tiene que ser reducida a su dimensión energética; o que el concepto clave es el de Tasa de Retorno Energético (TRE, que en inglés se designa por las siglas EROEI). Toda una reivindicación del trabajo de Charles Hall y de los postulados económicos de las teorías post-capitalistas. Pero lo verdaderamente alarmante es ver expresado con nitidez el concepto de "abismo de la energía neta" que sucede cuando la TRE baja de un cierto umbral, fenómeno del que ya hablamos aquí hace tiempo. Máxime cuando los analistas de Tullet Prebon consideran que la TRE de todas nuestras fuentes de energía podría caer a 11 en unos pocos años. Dada la no-linealidad de la relación entre la energía neta y la TRE, al principio disminuciones progresivas de la TRE se traducen en pequeñísimos descensos en la energía neta; sin embargo, más allá del valor límite de 10 pequeñas disminuciones de la TRE conducen a grandes descensos de la energía neta. Es el precipio o abismo de la energía neta.


Que la energía neta del petróleo está bajando rápidamente es algo que cada vez está más claro. Hace unos meses el coste marginal de un barril de petróleo superaba ya los 92 dólares, un precio próximo al umbral de dolor para las economías occidentales. El precio del petróleo, por tanto, no se mantiene alto por gusto, sino por necesidad. Como muestra, un par de datos significativos. El primero: que a pesar de las grandísimas inversiones efectuadas, la producción de las 5 grandes compañías petroleras occidentales, herederas de aquellas "7 hermanas", desciende a ritmo constante, como muestra la siguiente gráfica tomada del artículo de Matthieu Auzanneau donde se explica:



El segundo dato es todavía más alarmante. En este momento la mayoría de las reservas de petróleo no están en manos de las compañías multinaciones que acabamos de analizar, sino de las compañías nacionales de Oriente Próximo y de las compañías más o menos estatalizadas que controlan el negocio en Rusia, China y Brasil. Dada la colusión entre los intereses del negocio puro y duro y los intereses de los Estados que, de hecho o de derecho, ostentan el control de estas compañías, estas compañías pueden embarcarse en inversiones más allá de la lógica empresarial y en pro de una lógica de protección de intereses estratégicos de los estados que la sustentan. Mientras el mundo vivía los dulces días de expansión crediticia y energía crecientemente abundante no hubo problemas, pero cuando los recursos han empezado a escasear estas compañías se han lanzado a hacer inversión en nueva prospección más allá de lo que era razonable desde el punto de vista del inversor. No se puede ser al tiempo compañía pública y privada, y los inversores están comenzando a castigar duramente a estas compañías que invierten más de lo que ganan y encima arrojan dividendos para proyectar una falsa imagen de bonanza y de normalidad. Las acciones de Petrobras (Brasil) y Gazprom (Rusia) se desploman en bolsa al ritmo que su endeudamiento crece y crece, mientras otras compañías como Sinopec (China) están en el punto de mira por su mala política de inversiones. El gran negocio que se suponía que era invertir en el sector de los hidrocarburos en esos países ha resultado ser otra burbuja financiera más, simplemente porque el petróleo y el gas no son tan abundantes ni tan baratos como se decía, exactamente lo mismo que pasa con el fracking por estos lares. Pero aún cuesta aceptar que en realidad el sector ha cambiado, que estamos viviendo el ocaso del petróleo...


Y si esta situación no es nada buena de por sí, el problema se ve agravado de nuevo por la decadencia de las infraestructuras. Cuando calculamos la TRE del petróleo actuamente en explotación el resultado es mejor de lo que le correspondería si realmente pudiéramos calcularla en relación a todo su ciclo de vida, porque una parte de la infraestructura imprescindible para su explotación ya está ahí y sólo hay que mantenerla - mientras se pueda. El problema se plantea, por tanto, cuando la infraestructura está amortizada y hay que construir nueva que la reemplace. Es, por ejemplo, el caso de las refinerías en el mundo occidental. Hace más de 30 años que no se construye ninguna, y al contrario, por problemas de rentabilidad asociados a la dificultad de refinar diésel están cerrando muchas. Si todos esos costes que algún día se han de volver a pagar se tuvieran en cuenta, la TRE resultante sería menor y veríamos que la sociedad está abocada a un colapso súbito. Pero tal colapso no se produce mientras las infraestructuras sean operativas, mientras no haga falta repetir la inversión de energía que se hizo para ponerlas en marcha. Nuestra situación es semejante a la de unos pasajeros que viajan en un viejo avión que ya agotó su vida útil y se encuentra en medio del océano. Sus destartaladas alas no permitirán cruzar la vasta extensión de agua pero no sabemos ni cuándo ni cómo fallará.


Carlos de Castro suele señalar que la TRE del petróleo en realidad es menor que la que se asume siempre y sin embargo eso no conlleva el colapso de la sociedad. Esta afirmación es verdad a medias: el petróleo se beneficia en este momento de no tener que pagar por las inversiones previas necesarias para su explotación en forma de infraestructura (oleoductos, refinerías, canales de distribución, red de gasolineras), lo que permite que su rentabilidad energética sea mucho mayor que si se contabiliza el gasto energético de todo este despliegue en el debe de la contabilidad energética. Sin embargo, el día tarde o temprano llegará en que se tendrá que reponer todo eso, y los excedentes que dejará el petróleo entonces probablemente no serán suficientes. En ese momento, el drama de la muy baja TRE del petróleo aflorará de golpe y el descenso será mucho más abrupto de lo imaginado.

El concepto de TRE es muy útil para poder analizar la viabilidad de la sociedad, pero se tiene que tener en cuenta que es un concepto termodinámico y por tanto sólo tiene pleno sentido cuando se calcula en situaciones de equilibrio, estáticas por tanto, en las que las cosas no varían con el tiempo o lo hacen muy lentamente. Por muy lentamente tiene que entenderse que los factores que cambian lo hacen sobre períodos más prolongados que la vida útil de las instalaciones energéticas, y así hay tiempo suficiente como para ver si la energía generada por unas fuentes es suficiente como para poder mantener una sociedad y al tiempo pagar todo el coste de reponer la infraestructura que requieren.
Sin embargo, nosotros estamos aplicando el concepto de TRE en situaciones no estáticas y así la información que sacamos de ella es muy errónea. Es lo mismo que hace que, por ejemplo, no seamos capaces de reconocer si algunas fuentes de energía no son más que extensiones de los combustibles fósiles. Complica aún más la cosa el hecho de que el ser humano tiene una visión estática de las cosas, aún cuando son dinámicas, y eso hace que nos cueste reconocer los cambios si son lo suficientemente lentos para el tempo interno de la psique humana. Hemos construido todo un complejo modelo de sociedad asumiendo que el petróleo siempre estará ahí para apuntalarlo, sin tener en cuenta que no sólo hacía falta el petróleo abundante y barato, sino mantener toda una infraestructura que lo apuntalaba y cuyos costes iniciales se pagaron cuando nos sobraba lo que ahora nos va a faltar.

Este declive inevitable de las infraestructuras, esta incapacidad de reponer lo que se pudo financiar cuando la energía era barata, podría ser al final la causa última y profunda del rápido declive societario teorizado por el profesor Ugo Bardi. Bardi observa que las fases de declive y colapso de las civilizaciones son más rápidas que las de ascenso, lo cual él denomina "Efecto Séneca" en honor al insigne filósofo que ya refería este efecto en sus escritos sobre la decadencia del Imperio Romano ("El camino a la ruina es rápido"):


Bardi hipotetiza que este acelerado declive sería debido a los costes crecientes de hacer frente a la polución, entendida ésta de forma amplia como cualquier efecto de degradación del entorno o hábitat humano. Dado que el hábitat de un ser humano ya tiene una componente "artificial" (antropizada sería la palabra más apropiada), la decadencia de las infraestructuras podría entenderse como un efecto de degradación del tipo mencionado. Por tanto, bien podría ser el caso que una de las causas más importantes del precipitado declive de las civilizaciones cuando pasan el abismo de la energía neta no sea tanto la polución en sentido propio, sino la incapacidad de asumir los costes diferidos embebidos en las infraestructuras y su irremisible colapso arrastraría consigo el colapso de la sociedad entera.




La conclusión de esta larga discusión es que nuestras infraestructuras, que hoy damos por garantizadas en su grandiosidad y eficiencia, están condenadas a decaer a un ritmo semejante al de nuestra disponibilidad energética neta (Darío dio en el anterior post un interesante caso práctico con la relación entre la disminución de consumo de gasolina y las dificultades para financiar el mantenimiento de las carreteras). Tal perspectiva introduce una nueva variable de preocupación, que se ve aún más agravada si tenemos en cuenta que mantener una buena TRE para la explotación de las fuentes de energía remanentes depende, precisamente, del mantenimiento de esas mismas infraestructuras que están condenadas. Es un nuevo efecto no lineal del declive energético, y uno de los más perniciosos, y posiblemente la clave del Efecto Séneca.

En realidad, en vez de intentar mantener a toda costa esas infraestructuras que inevitablemente decaerán, lo que se tendría que estudiar y analizar es qué se puede mantener razonablemente en una base local. De lo contrario, estas grandiosas infraestructuras nos arrastrarán con su gigantesco peso en su caída, gastando rápidamente los pocos recursos que nos quedan.

Salu2,

AMT