Se cree que la primera máquina de vapor fue creada por Herón, inventor y científico alejandrino que vivió en el primer siglo de nuestra era. Pero la concibió como un juguete o demostración de un concepto, no para trabajar.

Máquina de vapor inventada por Herón de Alejandría hacia el año 50. Fue autor de tratados de hidráulica (“La neumática”), matemáticas (“La Métrica”) y el primer libro de robótica (“Los Autómatas”).

La primera máquina de vapor dedicada al trabajo, fue inventada nueve años después de que Isaac Newton diera a conocer sus famosas tres leyes y la teoría de gravitación universal. El ingeniero Thomas Savery la echó a andar para extraer agua de las minas de carbón de Inglaterra, en donde hasta 1842 era común encontrar criaturas de menos de diez años trabajando “para transportar el mineral del lugar de excavación al pozo principal, o bien para abrir y cerrar las puertas … sentados doce horas diarias en la oscuridad, solos en un corredor estrecho y, en la mayoría de los casos, húmedo” (Federico Engels, La Situación de la Clase Obrera en Inglaterra). En las primeras etapas de la industrialización, las máquinas, lejos de liberar a la humanidad del trabajo más duro y embrutecedor, hicieron trabajar más intensamente a muchas más personas en condiciones que, con frecuencia, eran peores que antes.

Grupo de niños que hacia 1900 trabajaba en alguna mina de un estado del sur de Estados Unidos, posiblemente una de carbón en el condado de Lancaster en Carolina del Sur.

En 1840, en la ciudad de Liverpool el promedio de vida de la nobleza era de 35 años y apenas de 15 el de las familias obreras. La terrible mortandad infantil era la causa, ya que 20% de los infantes de los aristócratas y más de la mitad de los hijos de obreros morían antes de cumplir cinco años. En ese entonces Inglaterra era el país más rico y probablemente no eran mejores las condiciones de vida de la mayor parte de las personas en la mayor parte del orbe. En la ciudad de México, el promedio de edad no pasaba de 25 años (Toledo y Klein, en Población y Estructura Urbana en México, siglos XVIII y XIX), tres veces menos que en el presente. Hoy en día Afganistán y media docena de países africanos son los peores sitios para nacer, pues 20% de los niños mueren antes de los cinco años (World Bank). Esto es, los hijos de las familias más pobres de la actualidad tienen la misma esperanza de vida que los hijos de las familias más ricas en 1840.

Los tiempos pasados fueron casi siempre peores

En 1800, las condiciones de vida de la mayor parte de las personas eran tan difíciles como tres, diez o cien siglos antes, tanto en la Francia ilustrada como durante el apogeo Maya, la Atenas de Pericles o el Egipto de Ramsés. El hambre, la ignorancia y la insalubridad han sido prevalentes a lo largo de la historia y casi inimaginables desde la relativa abundancia en que hoy vive el 85% de la población que tiene más de un dólar diario. Aunque parezca increíble, los pobres de hoy viven mejor que la mayor parte de los afortunados de antaño. Los tiempos pasados definitivamente no fueron mejores.

¿Qué hizo factible este monumental cambio? Es innegable que la fortuita existencia de grandes yacimientos de carbón mineral, petróleo y gas natural ha sido determinante. Pero estos hidrocarburos han sido usados desde tiempos inmemoriales. Se sabe que los romanos empleaban carbón para fundir mineral de hierro y para alimentar un lanzallamas, que Alejandro Magno prendía antorchas empapadas en petróleo para espantar a sus rivales y que hace 2,500 años los chinos quemaban gas natural para producir sal.

Lanzallamas alimentado con polvo de carbón. Fue descrito por Apolodoro de Damasco, un famoso arquitecto, ingeniero y escultor griego durante los imperios romanos de Trajano (98-117) y Adriano (117-138).

Hace 2,300 años, un administrador e ingeniero chino llamado Li Beng, desarrolló la idea de usar tubos y sistemas de bombeo elaborados con bambúes, para extraer gas natural y lodos salinos de pozos de hasta 100 metros de profundidad. Mediante la combustión del gas natural, hervían estos lodos para obtener la sal.

Los hidrocarburos en su papel de héroes   

Pero el uso intensivo de hidrocarburos solo fue posible cuando la ciencia y sus aplicaciones tecnológicas florecieron hace cuatro siglos. El relativo bienestar material que hoy disfrutamos cientos de millones, el tiempo libre que tenemos para estudiar, investigar, crear, curar, construir, socializar o simplemente holgazanear, en vez de reventarnos el lomo buscando el sustento día tras día y de sol a sol, es fruto de la feliz coincidencia temporal entre ciencia y recursos energéticos abundantes. Una pregunta desagradable ayuda a visualizar la magnitud del servicio que nos presta esta combinación: ¿cuántos esclavos harían falta para sostener el nivel de vida de uno de nosotros?

Buckminster Fuller llamó “esclavo de energía” a la cantidad de energía que gasta diariamente un hombre adulto sano, unas 4000 kilocalorías. En estas unidades, un refrigerador usa alrededor de dos “esclavos de energía”, hacen falta 5 para mantener caliente el agua y cerca de 15 para la calefacción y el aire acondicionado de algunos hogares.

Un hombre adulto sano y vigoroso, gasta alrededor de 4000 kilocalorías diarias para, por ejemplo, caminar, llevar agua, tejer una cesta, cultivar el campo, limpiar su casa y descansar (FAO, Human Energy Requirements, 2001). Por otra parte, en Estados Unidos el consumo energético por habitante (en electricidad, transporte, alimentos, mercancías, etc.) es al menos 50 veces mayor que las 4000 kilocalorías diarias que gastan sus más atléticos habitantes. Dicho de otro modo, hacen falta 50 “máquinas o esclavos de energía” (energy slaves) para sostener el nivel de vida y los hábitos de consumo de los estadounidenses (15 en México y ni siquiera uno para la mayor parte de los humanos).

Estos “esclavos” dejan de existir si no son “alimentados” con grandes cantidades de energía, principalmente la que se produce con carbón, gas natural y petróleo, nuestros tres principales recursos energéticos. Siendo recursos no renovables, es de vital importancia saber cuando pueden empezar a escasear para buscar otras fuentes de “alimentación” para nuestros “esclavos de energía”.

Producción medida (1990-2010) y estimada (2011-2035) de petróleo a nivel mundial, según la Agencia Internacional de Energía (World Energy Outlook, 2010). Calcularon la producción estimada suponiendo que no habrán grandes cambios en los hábitos de consumo.

Reservas para un buen rato

En 1885, un geólogo aseguró que la gente joven viviría para ver el fin de la era del petróleo y en 1956 otro geólogo, Marion Hubbert, predijo que en Estados Unidos su producción llegaría al máximo hacia 1970 (el famoso pico petrolero; fue cierto) y luego decaería rápidamente (se equivocó). Supusieron erróneamente que habían sido descubiertas todas las cuencas de hidrocarburos, todas las formas en las que la naturaleza almacena hidrocarburos y todas las herramientas para descubrir y explotar yacimientos. Tampoco tomaron en cuenta que la cambiante relación entre oferta y demanda puede volver rentable lo que antes era incosteable. Gracias a nuevas herramientas y técnicas con las que es redituable extraer petróleo y gas natural de sitios y maneras que antes le parecían imposibles a los geólogos e inversionistas menos conservadores, en la actualidad hay carbón, petróleo y gas natural para otros cien o muchos más años (Daniel Yergin, “The Quest”, 2011). Tres de estas técnicas se describen a continuación.

Mapa global de las cuencas de esquisto (shale en inglés), en donde se estima que se pueden extraer grandes cantidades de gas natural quebrando el subsuelo inyectando fluidos a alta presión. Hay importantes cuencas a todo lo largo del Occidente de México (US Energy Information Administration).

Quebrando el subsuelo para sacar gas natural

La extracción de petróleo, gas natural, vapor para energía geotérmica e incluso agua, es estimulada mediante una técnica conocida como fractura hidráulica (fracking). Últimamente se emplea sobre todo para extraer gas natural. Inyectando agua y aditivos químicos a alta presión, quiebran el subsuelo y crean fisuras de decenas o centenas de metros de longitud. Luego introducen otros compuestos químicos para mantener abiertas las fisuras. Antes de que el gas fluya de las fisuras al pozo, intentan recuperar el agua contaminada que habían introducido al subsuelo. Estos pozos llegan a tener una profundidad y extensión lateral de miles de metros y pueden haber decenas de ellos en una área de pocos kilómetros cuadrados. Como no recuperan todo el fluido inyectado, se contaminan los acuíferos utilizados por la agricultura y las ciudades. Como no controlan hacia donde se propagan las fisuras, escapa gas metano a la atmósfera y contribuye al calentamiento global. Gracias a ésta técnica, los Estados Unidos dejó de importar gas natural y se calcula que a nivel global hay reservas centenarias de este combustible.

Evolución de plataformas para extraer petróleo en aguas profundas. Uno de los más grandes derrames petroleros fue provocado por la explosión del 22 de abril de 2010 de la plataforma Deepwater Horizon, que tenía una profundidad vertical de 10,685 metros (1,259 en el agua).

Petróleo de aguas profundas

Hace 120 años empezaron a extraer petróleo usando plataformas marítimas situadas a pocos metros de las playas de Santa Bárbara, California. Dos décadas después se instalaron en las aguas poco profundas de Lago Maracaibo, Venezuela. Buscando nuevos depósitos, las plataformas petroleras han ido migrando mar adentro, hacia aguas cada vez más profundas. En 1992, la compañía brasileña Petrobras inauguró la era del petróleo de aguas profundas con la plataforma Marlim, que flotaba sobre 780 metros de agua. Desde entonces se han perforado 14 mil pozos en aguas profundas, de donde extraen más de 5% de la producción mundial, que suma 90 millones de barriles de petróleo diarios. Las principales cuencas están en el Golfo de México y frente a las costas de Brasil, Angola y Congo.

Minas de arena impregnada con chapopote (tar sands). Están en el norte de la provincia de Alberta en Canadá. Durante el invierno la temperatura llega a estar por debajo de -40 oC y en el verano hay una plaga de moscas y mosquitos.

Arena con chapopote

Cocinados a alta presión y temperatura durante decenas de millones de años, los restos de miles de millones de algas microscópicas se convirtieron en chapopote. Han encontrado chapopote pegado a herramientas usadas por neandertales hace 40 mil años y en las momias de los antiguos egipcios Desde hace un siglo, el chapopote cubre infinidad de caminos. Pero fue hasta hace dos décadas que empezaron a sacar y refinar chapopote para producir grandes cantidades de petróleo. Usan vapor caliente para despegarlo de los granos arena en los que está impregnado (tar sands). Inicialmente extraían toda la arena de minas a cielo abierto. Últimamente sacan menos, pues inyectan vapor extra caliente al subsuelo, para que el chapopote se desprenda y ascienda a la superficie en forma líquida. Para extraer y refinar el chapopote tienen que quemar grandes volúmenes de gas natural, uno de los motivos por los que el proceso es de altos costos ambientales y rentable sólo cuando el precio del petróleo es muy elevado. Debido a estas arenas bituminosas, estiman que las reservas petroleras de Canadá son de 180 mil millones de barriles, sólo inferiores a las de Arabia Saudita. Rusia y Kazakhstan también tienen grandes yacimientos de arenas “enchapopotadas”.

Aplicadas a la explotación de hidrocarburos, la ciencia y la ingeniería han acarreado beneficios espectaculares. Se antoja creer que esta era podría durar otras dos o tres generaciones, pues estamos lejos de vaciar las reservas petróleo, muy lejos de terminar con las de gas natural y mucho más lejos de agotar los depósitos de carbón. Pero no es así. La combustión desmedida de hidrocarburos ha creado graves problemas en el medio ambiente, ninguno tan trascendental como el calentamiento global.

Los hidrocarburos en su papel de villanos

Como es bien sabido, la temperatura de la superficie del planeta ha ido en aumento desde hace más de un siglo y hoy es medio grado mayor que en 1980. No quedan dudas de que este calentamiento es debido a la acumulación atmosférica de gases invernadero, que tienen una gran capacidad de retener calor. Los principales son bióxido de carbono (CO2) y metano (CH4): el primero se produce en la combustión de hidrocarburos, mientras que el segundo es parte principal del gas natural. Durante 2011, la atmósfera acumuló entre 45 y 50 mil millones de toneladas de gases invernadero producidas por actividades humanas, la mayoría (65%) por generación y consumo de energía (transporte, electricidad, edificios, industria, etc.).

Cambio de la temperatura promedio de toda la superficie de la Tierra (Goddard Institute for Space Studies, NASA, 2011).

Para evitar un mayor calentamiento es imprescindible disminuir drásticamente las emisiones de gases invernadero. El director de la Agencia Internacional de Energía, una organización muy distante a grupos ambientalistas, hace poco declaró que “bajo las políticas actuales … se duplicarán las emisiones de CO2 en 2050 … aumentando seis grados más la temperatura global … ocasionando serias penurias económicas y ambientales a las próximas generaciones … un legado que no deseamos dejar” (Richard H. Jones, Londres, 25-04-2012). Meses antes, ésta organización advirtió que la concentración atmosférica de gases invernadero excederá los limites de seguridad si no se toman “medidas severas de aquí a 2017”, que “por cada dólar no invertido en el sector eléctrico antes de 2020, será preciso gastar 4.3 USD más tras 2020 a fin de compensar el aumento de las emisiones” (World Energy Outlook 2011, Resumen Ejecutivo). En otras palabras, esta importante organización considera moral y económicamente cuestionable seguir construyendo infraestructura energética basada en la combustión de hidrocarburos.

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