Del carbón a los fogoneros

El fuego fue el primer recurso energètico del que pudimos tomar control. Exceptuando a los alimentos como fuente de suministro de nuestra energìa metabòlica. 

Una vez que controlamos el fuego, los seres humanos obtuvimos un suministro más o menos estable de alimentos, que facilitó nuestra socializaciòn.

En Europa, debe mencionarse que no solamente se desarrolló la agricultura, sino que también hubieron adelantos tecnológicos a partir de la domesticación de equinos, bovinos, ovinos y caprinos, que a su vez diversificaron el contenido energético de la alimentación y de conservación de la energía, por ejemplo al consumir leche, utilizar caballos como medio de transporte o la lana de la ovejas como abrigo).

La trashumancia de algunos pueblos europeos y asiático favoreció el intercambio cultural y tecnológico, debido a la necesidad de adaptación a los entornos culturales y ambientales de los entornos recorridos durante el pastoreo. El valor de la trashumancia, es que, al retornar al punto de partida, las tecnologías y aprendizajes se integran al entorno social.

En América, el desarrollo de la cerámica a partir de la cocción del barro originó un desarrollo incipiente de la metalurgia, especialmente aurìfica.

Por otro lado, en Europa la denominada Edad de los Metales, se centró en la producción de armas y herramientas. Esta brecha tecnológica, sumada al uso de la pólvora y caballería puso en desventaja a los pueblos originarios ante la conquista europea.

Desde el punto de vista energético, la metalurgia planteo el problema de aumentar el calor generado por la combustión de la leña y se dio el siguiente salto tecnológico: el uso del carbón vegetal como energía secundaria, posteriormente sustituido por el carbón mineral. Esto plantea una evolución en la eficiencia del uso de los combustibles para generar más calor por kilogramo de combustible sólido.

Se pasó de utilizar yesca seca y leña, con un poder calorífico entre 12 000 y 21 000 kJ/kg, a carbón vegetal, resultado de la combustión incompleta de la leña, con un poder calorífico entre 29 000 a 35 000 kJ/kg, para finalmente introducir el carbón mineral con un poder calorífico entre 14 600 a más de 32 600 kJ/kg, que no requiere un proceso previo como el carbón vegetal.

Desde hace aproximadamente 2 000 años, China utiliza el carbón mineral como combustible. Los Romanos y los Hopi de Arizona, también lo utilizaron, fue hasta el siglo XIII que los ingleses elevaron su uso a gran escala, al punto de transportarlo en barco desde las minas hasta Londres, para generar calor.


La paradoja de este salto tecnológico consiste en que una mejora de la calidad del suministro de energía, no garantiza un aprovechamiento eficiente. La disponibilidad de un recurso, paradójicamente promueve su desperdicio.

En este punto podemos cerrar una primera etapa del uso de la energía: partiendo de la etapa de alimentación por recolección a la etapa previa a la Revolución Industrial, donde los recursos energéticos presentan las siguientes limitantes técnicas:

·         Escasas aplicaciones de las fuentes de energía.

·         Disponibilidad de la energía (alimentos, calor) donde se requiere.

·         La energía, a excepción de la contenida en los alimentos y la grasa corporal de los seres vivos, no podía ser almacenada.

Hasta este momento se dispone de: energía metabólica (alimentación y uso de tracción animal), energía química (uso tecnificado del fuego), energía mecánica (navegación a vela, molienda de granos, bombeo de agua) y eficiencia energética en la selección de los combustibles para generar calor (leña-carbón vegetal-carbón mineral).

De como nos movemos y como lo hacemos

Hasta este momento el ser humano únicamente aprovechaba las energías primarias en sus procesos metabólicos y en el uso del fuego. Por tanto, el uso más elemental de la energía, es el suministro de alimento para la preservación de la vida y se demuestra la limitante técnica entre la capacidad de realizar un trabajo y las necesidades alimenticias.

Las exploraciones de nuevos territorios provoco la necesidad de mejorar las tecnologías de transporte. Inicialmente los viajes en América se realizaron completamente a pie, con la limitante técnica del metabolismo y la capacidad muscular de cada individuo. Destacándose exponentes extraordinarios como los Tarahumaras, asentados al norte de México, en la actual Chihuahua o los Chasquis (Mensajeros Incas en Sudamérica), de quienes el cronista Pedro Cieza de León comentó:

“Los incas inventaron un sistema de postas que era lo mejor se pudiera pensar o imaginar… las noticia no podría haber sido transmitida a través de una mayor velocidad que con los caballos más veloces”.

La potencia muscular también fue responsable del desarrollo de hitos de la navegación como “los caballitos de totora”, Mochica, elaborados con tallos y hojas de totora (Scirpus californicus) y que permitió la navegación marina.

Desarrollos como la navegación a vela, (aplicación de la energía eólica) en el Viejo Mundo, llego a potenciar inclusive el encuentro entre dos mundos en 1592. Donde descubrimientos como la rueda, el uso de la pólvora y la domesticación del caballo, fueron una clara ventaja competitiva en el proceso de colonización de América, por sus contra partes europeos.

Aplicaciones productivas tempranas de la energía eólica e hidráulica, en el Viejo Mundo, se centraron en aplicaciones para bombeo de agua a través de norias y energía mecánica, para el triturado de granos en los molinos de los Países Bajos.

Siglos después estas tecnologías fueron retomadas para desarrollos a nivel industrial, asociados a la producción de energía eléctrica a partir de la energía mecánica obtenida a través de la fuerza del viento y la corriente de los ríos.

En América, precolombina, existen evidencias de civilizaciones como la Inca, donde se utiliza la energía hidráulica para el transporte de agua a través de acueductos por gravedad, como en la fortaleza de Sacsayhuamàn. Sin embargo, no lograron utilizar la tracción animal de llamas y vicuñas para transporte, a como lo hicieron los europeos, en parte por desconocer todo el potencial práctico del círculo, como forma geométrica, aplicada al uso tecnológico de la rueda.

De carne asada y tortillas

El maíz (Zea mays) y sus diferentes variedades antes de transformarse en el alimento fundamental que es hasta hoy, tuvo que afrontar una limitante técnica: sus granos no son comestibles como fuente de energía primaria. La mazorca de maíz requiere energía para ser desgranada y sus granos para ser aprovechados requieren del suministro de energía calórica para obtener productos comestibles como maíz tostado, cocido o nixquezado.

El descubrimiento y control del fuego, fue la primera fuente de energía ajena a la propia capacidad física del ser humano. Arqueólogos de la Universidad Hebrea de Jerusalén, encontraron evidencias del uso y control del fuego hace 790 000 años, en Benot Yaakov, al norte de Israel, un yacimiento con un excelente nivel de preservación de madera fosilizada.

El uso y control del fuego fue un salto tecnológico decisivo para el posterior desarrollo de tecnologías de vanguardia como la exploración espacial.

La evolución y la tecnificación en el uso de la energía, generalmente se asume que parten de la conquista del fuego, sin embargo ya se ha descrito la importancia de la energía metabólica para crear las condiciones previas a este salto tecnológico.

La energía química de los alimentos se convierte en energía metabólica y muscular en el cuerpo humano, a través de reacciones de oxidación.  Sin embargo, la eficiencia muscular del ser humano es de aproximadamente  20%, y el 80% es perdido de calor en el medio circundante. De esto se concluye que la potencia muscular humana es excesivamente “cara” considerando la cantidad de energía primaria para producirla.

Desde el punto de vista energético, el trabajo utilizando energía humana (por ejemplo, caminando, sembrando con un espeque o cargando bloques es muy poco eficiente). La importancia de esto radica en que las condiciones económicas y el acceso a alimentos definen nuestras necesidades vitales de energía y nuestras capacidades de producir trabajo.

El uso del fuego transformó para siempre a las sociedades recolectoras y migrantes (en parte en busca de nuevos territorios con recursos alimenticios disponibles) aumentando la eficiencia en el aprovechamiento de la energía (cocción de alimentos) y en la diversificación de la dieta a partir de alimentos que anteriormente no podían ser consumidos.

Actividades como la pesca y la cacería, aumentaron la disponibilidad de energía metabólica de las sociedades primitivas, cuando se integra al fuego como un energético capaz de facilitar la absorción de alimentos.

La digestión de la carne cocida hace más eficiente el proceso metabólico, al facilitar la absorción de la energía de los alimentos, utilizando menos energía durante el proceso de digestión.

Esta nueva fuente de energía aportó varias soluciones tecnológicas de punta, entre las que pueden mencionarse:

·         Calefacción durante las noches.

·         Iluminación

·         Protección contra otras tribus y depredadores

·         Cocción de alimentos y diversificación de la oferta energética.

De esta última opción tecnológica es importante mostrar varios elementos relevantes en cuando al proceso de cocción de alimentos como diversificación de la matriz energética disponible.

La forma más primitiva de cocción de alimentos consiste en depositar en las brasas ardientes trozos de carne hasta lograr el proceso de asado.  Posteriormente podemos presumir que surgieron “comales” e instrumentos cerámicos que permitieron el tostado de granos como el maíz. Esto diversificò la matriz energética disponible hasta ese momento y facilito su almacenamiento durante periodos prolongados. (Urnas funerarias descubiertas en tiempos modernos contienen granos de maíz tostados como ofrenda).

Desarrollos tecnológicos a partir de uso del fuego para la cocción del barro, dieron inicio a tecnologías como la cerámica y la alfarería. El uso de ollas de barro, permito almacenar agua y cocer tubérculos como quequisques (Xanthosoma violaceum), Yuca (Manihot esculenta) y papa (Solanum tuberosum) que hasta hoy siguen siendo parte de la rica herencia culinaria de Nicaragua.

Formas más complejas de cocción de alimentos, involucró el uso del vapor de agua proceso que aún persiste para la elaboración de platos típicos como el baho, variante del baño María (en latín Balneum Mariae), además de ser una de las mejores formas de calentar un nacatamal un sábado por la mañana. Esta peculiar forma de transformar energía, seria retomada muchos años después en Europa con la construcción de la primera máquina de vapor. (como aplicación de la Primera Ley de la Termodinámica).

La energía aportada por los alimentos se mide en Kilocaloría (Kcal), las necesidades energéticas dependen mucho de cada individuo o sociedad, por ejemplo, en tribus de Siberia los individuos requieren mucha energía para mantener constante el calor corporal, demandando grandes cantidades de grasas, mientras las tribus tropicales de Nicaragua, fundamentaron su alimentación a través de hidratos de carbono y en menor proporción lípidos o grasas.

Barriga llena, cerebro contento

El punto de partida de la transformación de la energía es la energía metabólica obtenida a partir de la digestión de los alimentos por organismos vivos.

La necesidad fisiológica de aplacar el hambre, inicialmente se basó en la recolección de frutos en el entorno natural, sin ningún tipo de proceso de adecuación, a esto se denomina uso de energía primaria. Dentro de las desventajas de este sistema de obtención de energía están las limitaciones en la disponibilidad de la energía (alimentos) fuera del territorio o de cosecha. Su principal ventaja es que se requiere muy poca energía en comparación a la obtenida.

A nivel celular, se desarrolla una compleja transformación de la energía partiendo de los alimentos y del intercambio gaseoso al respirar. Una limitada disponibilidad de recursos energéticos (alimentos) limita la capacidad de trabajo (agricultura, por ejemplo) y de obtener más fuentes de energía. (No se puede pensar bien con la panza vacía). 

Las tribus que poblaron Nicaragua, inicialmente basaron su alimentación a partir de la recolección de frutos. Utilizaban la energía primaria, en la base de la pirámide trófica, a partir de la transformación de los productores fotosintéticos (árboles y plantas que transforman los minerales del suelo en interacción con el agua, en frutos alimenticios).

Ser herbívoros, y quizás en ocasiones carroñeros, fue la mejor opción para estas primeras tribus, al depender únicamente de la potencia muscular, hasta que el cerebro potenció nuestros músculos con la tecnología y la caza empezó a aportar raciones energéticas más competitivas. Una dieta basada en frutas y algunos granos crudos, no es un aporte significativo de energía.

La agricultura fue un paso tecnológico adicional que complemento el aprovechamiento energético a nivel metabólico, prolongando la disponibilidad del suministro energético (alimentos) en temporadas fuera de cosecha (cuando la demanda de energía era alta, pero los recursos disponibles eran limitados).

Al evolucionar las sociedades tribales la demanda de energía (alimentos) también incrementó. Cazar requiere de una gran cantidad de energía previa y sin tener garantía de un resultado exitoso.

Desenrollando el trompo

La ciencia se alimenta de la curiosidad, sin importarle la utilidad práctica, por su parte la tecnología se enfoca en la solución de problemas o necesidades que podrían simplificarse en los usos cotidianos de la energía.

Montar a caballo simplifico la fatiga de largas jornadas a pie, la rueda disminuyó las pérdidas de transportar cargas, el keroseno (erróneamente llamado “gas” en Nicaragua), hizo más felices a los cetáceos al disminuir el uso de aceite de cachalote y ballena para alumbrado.

Encontrando la ganancia en la pérdida

La principal fuente de la energía que utilizamos se origina a partir del Sol (a excepción de la energía nuclear). Desde la ropa que se seca en el tendedero de un patio solariego de pueblo, hasta el veneno negro que insistimos en quemar para mantener nuestros voraces estilos de consumo.

Las transformaciones de la energía implican un descenso de la cantidad original emitida. Es decir, igual que en una transacción comercial de compra y venta de divisas, se “paga” por esta transformación y a nivel energético esto se interpreta como “pérdida”.

En la medida que estas pérdidas disminuyen, la eficiencia de la transformación aumenta, pero no necesariamente las pérdidas siempre son malas, por ejemplo: hacer pasar energía eléctrica por un alambre conductor, generar calor (efecto Joule), en la mayoría de las instalaciones eléctricas este es una perdida, pero si este calor se aprovecha para calentar la resistencia de una ducha en Jinotega, Nicaragua, este calor ya no es un desperdicio, sino un producto. (Que el uso de la ducha no sea la opción mas económica, eso es otro asunto).

Las pérdidas pueden ser clasificadas en dos categorías: Las pérdidas técnicas, es decir las implícitas en “la tasa de cambio” de una fuente de energía a otra, como las necesarias para extraer las unidades energéticas de “una carga de leña” y transformarla en la energía calorífica necesaria para para “echar tortillas de maíz nixquezado”. Esto no considera la eficiencia en la transformación, sino únicamente el costo de esta transformación. Usar tres piedras como fogón, demanda mas leña para generar la misma cantidad energía calorífica que utilizar un fogón mejorado. Las perdidas técnicas son mayores en el fogón de tres piedras que en el fogón mejorado, sin embargo, a como suele suceder con algunos vicios socialmente aceptados se insiste en normalizar el desperdicio.

Las “Pérdidas no técnicas”, son un eufemismo disimular la sustracción de energía, aunque se insiste en enfocar más este término al “robo” de electricidad, a pesar de que también aplica al llenado incompleto de un cilindro de gas licuado de petróleo (GLP).

Energía: la competencia por sobrevivir.

Parece muy aventurado considerar que “La vida es una competencia en el uso eficiente de los recursos energéticos disponibles”. Sin embargo, la Termodinámica clásica lo demuestra.

La energía desde un punto de vista clásico y etimológico es “la fuerza de acción” o la “fuerza de trabajo”, resultado de la interacción entre fuerzas hasta el punto de provocar un desplazamiento. Si se opta por una definición más esmerada podría definirse como “la capacidad de provocar una razón de cambio de momento lineal entre dos partículas o sistema de partículas”.

Pero al fin de cuentas, la energía es la capacidad de realizar una actividad, para generen un desplazamiento que llamamos trabajo.

Más allá de las interpretaciones minimalistas o excesivamente complejas, la física nos ha demostrado que la energía de conserva a lo largo del tiempo mediante transformaciones sucesivas.  

La Ley de Conservación de la energía es tan importante que la vida misma depende de la transformación de la energía, manteniendo la cantidad total de energía constante a lo largo del tiempo. Parafraseando al predicador en la Vulgata Latina “nihil novi sub sole”[1], en ocasiones hay mucha ciencia en las religiones heredadas.

La conservación de la energía, no tuvo una aplicación práctica hasta que Rudolf Clausius (1850) y Lord Kelvin (1851), de manera independiente desarrollaron la Primera Ley de la Termodinámica, que permitió demostrar que el calor suministrado (Q) es igual al trabajo realizado (W).

En términos de variación de la energía del sistema ΔU esta ley puede ser replanteada como: ΔU=Q+W. Las implicaciones de esta ley, son la base del aprovechamiento de la energía en los sistemas de transformación de la energía.

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[1] Eclesiastés 1,9