Hachedosó

Detrás del transporte a pilas

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Lola Rey es incombustible, lo saben sus amigos y lo saben en su trabajo. Su dinamismo y perseverancia, de hecho, le permiten hacer sin ningún problema la infinidad de viajes diarios al centro de la capital para visitar a sus clientes. Por esa razón, la prohibición de que circulen por el centro de Madrid los vehículos diesel a partir del 2020 que quiere imponer el Ayuntamiento de la capital la tiene algo preocupada. Ya hace unos meses, la prohibición de estacionar en el centro de la ciudad le afectó bastante: “tengo que coger el coche para entrar en la ciudad y reunirme con clientes, y ahora me toca ir de parking en parking”, afirma.

En su día, el Ayuntamiento de Madrid estableció unas normas estrictas para tratar de controlar la alarmante contaminación en la ciudad. En concreto, el problema está en los llamados NOx, los óxidos de nitrógeno que se producen en los motores de combustión de los automóviles. Estos compuestos son tóxicos y se producen al reaccionar el nitrógeno y el oxígeno del aire a las elevadas temperaturas de los motores.

Entonces, el límite establecido por la legislación se superó en varias ocasiones y, por ello, el ayuntamiento adoptó una serie de medidas encaminadas a controlar la circulación de vehículos. La más importante fue la de prohibir el estacionamiento a los no residentes en el interior del anillo formado por la M30. Además, en esta misma vía la velocidad se limitó a 70 km/h pero, según Lola Rey, esta medida no tuvo mucha repercusión porque “de normal ya es difícil circular a esa velocidad por la M30 a causa del tráfico”.

Muchos madrileños dudaban de la eficacia de estas medidas aunque estuviesen concienciados con los problemas de contaminación, como es el caso de Lola. En su caso, además, entiende el problema perfectamente porque conoce las alternativas al motor de combustión casi de primera mano. Su hermana es científica y trabaja con baterías de hidrógeno, una prometedora tecnología que podría sustituir a los motores de combustión de los coches.

Las baterías de hidrógeno, pilas de hidrógeno o pilas de combustible, como también se conocen, es una tecnología que utiliza hidrógeno como combustible para producir energía eléctrica. Como indica su nombre, se trata de una batería, en la que tiene lugar un proceso electroquímico. En uno de los electrodos de la batería se separa el hidrógeno (H2) en sus dos átomos (H+), mientras que en el otro electrodo se separa el oxígeno del aire de la misma forma. Esta separación genera una corriente eléctrica que es la que se utilizará para mover el automóvil. El ciclo se cierra cuando, a continuación, los átomos individuales del hidrógeno viajan a traves de una membrana hasta encontrarse con los átomos de oxígeno y dan lugar a agua (H2O). Se trata, por tanto, de una tecnología limpia, no contaminante.

O no. En realidad la “limpieza” de esta tecnología depende del método de obtención del combustible, esto es, del hidrógeno. Este gas no existe de forma natural y se debe extraer de diferentes compuestos como el agua, la biomasa o combustibles fósiles como el gas natural. Durante este proceso se necesita energía y, por tanto, solo si el origen de esta energía es de fuentes renovables se podrá decir que el hidrógeno es una fuente de energía totalmente limpia.

Y es aquí donde entra uno de los mayores inconvenientes de esta tecnología como sustituto de los motores de combustión: para la obtención del hidrógeno es necesaria mucha energía. Y no solo para su obtención, también para su almacenamiento a alta presión debido a la bajísima densidad de este gas. A estos inconvenientes, además, se unen la baja eficiencia de las pilas de hidrógeno, la prácticamente nula disponibilidad de este combustible, la peligrosidad en su almacenamiento (se trata de un gas altamente explosivo) y el otro más importante: el elevado precio de los electrodos de platino de las baterías de hidrógeno.

Porque, como alternativa a los contaminantes motores de combustión, desde hace años existe otra tecnología. Se trata de los coches eléctricos con las modernas baterías de litio, una tecnología conocida, ya implantada y el más importante competidor a la tecnología a base de hidrógeno. Elon Musk, CEO de la empresa Tesla, fabricante de coches eléctricos de alta gama, hace años que advierte de la inutilidad de la pila de hidrógeno, llegando a afirmar que “la pila de combustible es una estupidez”. Sus argumentos se refieren esencialmente al precio de esta tecnología y su ineficiencia energética: “utilizar energía para disociar el agua, comprimir el hidrógeno y cargarlo en un coche es algo totalmente ineficiente en comparación con usar la energía directamente para cargar una batería de litio”, explica.

Respecto a la potencia o velocidad del vehículo, ambas tecnologías están casi a la par, pero en la actualidad, ciertamente, el proceso de fabricación de la pila de combustible es mucho más caro que el de la batería de litio. Sin embargo, esta misma objeción sobre la baja eficiencia energética de la pila de hidrógeno es al mismo tiempo una ventaja, ya que le da mucho margen de perfeccionamiento y mejora. Este es, de hecho, uno de los puntos fuertes que citan los partidarios de esta tecnología, su posibilidad de mejora. Entre ellos se encontrarían las compañías petroleras, por ejemplo, interesadas en vender el hidrógeno obtenido a partir de los combustibles fósiles. Pero quizás actualmente uno de los promotores más importantes de las pilas de combustible es Japón. Este país pretende impulsar lo que denominan la “sociedad del hidrógeno” en la que esta sea la fuente de energía principal, tanto en los vehículos como en los hogares.

En concreto, Japón se ha planteado un reto para las olimpiadas de Tokio 2020 y pretende que 6000 coches y 100 autobuses de la capital funcionen con batería de hidrógeno. Para ello, el gobierno ha invertido unos 40000 yenes para promover el uso del hidrógeno, especialmente en ayudas a la compra de coches que utilicen esta tecnología. Pero no es solo el gobierno japonés el interesado en impulsar la pila de combustible. En los últimos meses algunas de sus empresas fabricantes de automóviles más importantes han sacado al mercado un nuevo modelo de coche con pila de hidrógeno. El Honda FCV Clarity o el Toyota Mirai son los primeros modelos de coche a base de pila de combustible fabricados en serie.

Se trata de una gran apuesta ya que no es solo el elevado precio de fabricación la limitación más importante de estos vehículos, sino que, una vez en la carretera, se necesita de hidrogeneras que puedan suministrar el combustible. En realidad estos automóviles tienen una autonomía de unos 650 km, mayor que la de los coches eléctricos y por tanto ganan la partida en este aspecto, pero aun así necesitan repostar con frecuencia y la disponibilidad de hidrógeno es prácticamente inexistente en comparación con la electricidad necesaria para cargar una batería de litio. Parte de la inversión del gobierno japonés se destinará a la construcción de estas hidrogeneras.

Este hecho de repostar hidrógeno para alimentar un coche eléctrico supone uno de los retos para la implantación de la tecnología en Occidente, donde se ve más un coche eléctrico recargado con corriente eléctrica que no con hidrógeno. Por esta razón en Europa se están haciendo estudios de aceptación social de la tecnología, para analizar las posibilidades futuras de implantación. Concretamente, el Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking, una organización impulsora de la investigación y difusión de las pilas de combustible, ha promovido la idea en colaboración con la Comisión Europea. De momento el proyecto está empezando y, como indica Christian Oltra, sociólogo del CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas) y encargado del estudio en España, “es importante conocer la opinión y expectativas de las empresas y profesionales implicados en la implantación de la tecnología, porque pueden servir de referente para otros actores o para la sociedad en general”.

En breve conoceremos los resultados del estudio y sabremos si, en Europa, la sociedad está preparada y con intención de utilizar la pila de combustible. Una tecnología que, a Lola Rey, le permitiría seguir siendo incombustible en su trabajo por Madrid.

Comprobación empírica

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Fue la noche del viernes al sábado cuando empecé a notar los efectos. A lo largo del sábado ya se instauró definitivamente y, especialmente el domingo y el lunes, fue cuando los síntomas del constipado se apoderaron por completo de mí. Ayer, mejor, y hoy casi que no me queda ni un poco de congestión nasal.

En los días de mayor malestar estuve tentado de tomarme algo para ver si mejoraba en menos tiempo, pero lo deseché pensando en hacer una comprobación empírica de cómo estaban mis defensas y mi sistema inmunológico, para averiguar en cuantos días lograban vencer al virus que había invadido mi organismo.
Además, sabía que cualquier cosa que me tomase, en realidad, no iba a acelerar el proceso de cura sino que iba a hacer que notase los síntomas con menor intensidad. Sin embargo, si evitaba los síntomas no podría saber cuanto tiempo tardaba mi cuerpo en reaccionar ante la invasión y por tanto, el experimento se iría al traste. Así que no me tomé nada de nada.
En resumen, como he dicho, mi sistema inmune ha tardado entre dos y tres días para controlar al virus y ganar la batalla. Me falta algún dato más para decidir si está en forma o débil, porque en realidad no sé cuánto tiempo es la media para eliminar un simple constipado. ¿Alguien tiene datos?

Sea como sea, yo siempre había pensado que todos esos síntomas de congestión, estornudos, irritación de garganta, etc. eran debidos a la acción del virus. Pero resulta que no, que son consecuencia de la acción de nuestro propio sistema inmunológico.
De esto me enteré gracias a un capítulo del magnífico libro de divulgación científica escrito por Pere Estupinya: El ladrón de cerebros. Un libro que recomiendo a todo el mundo.
A continuación transcribo el texto del libro sobre este tema del constipado y los síntomas, pero algo modificado y adaptado al “lenguaje radiofónico”, que hace tiempo que lo tengo preparado por si algún día, en el programa de Ciencias para Normales, nos sobran unos minutos y aprovechamos para contarlo.

>> Cuando estamos constipados, lo que sucede realmente es que el virus que causa el resfriado (un resfriado común) ha superado las nuestras defensas y empieza a reproducirse en nuestro cuerpo, concretamente en la parte más interna de la nariz. Y claro, una vez ha entrado, ahora sólo podemos esperar a que el sistema inmunológico de nuestro cuerpo se encargue de crear nuevas defensas y de eliminar el virus. Lo que quiero decir es que, mientras esperamos, no podemos hacer otra cosa que actuar frente en los síntomas (los mocos, la tos, dolor de cabeza…).
Pero conviene decir una cosa, estos síntomas en realidad no son debidos al virus, sino que se debe a la reacción de nuestro sistema inmunológico.

El virus se instala dentro de las células al fondo de la nariz y desde allí empieza a escaparse con intención de colonizar la garganta. De hecho, el dolor de garganta viene porque los glóbulos blancos envían unas sustancias, las citocinas o citoquinas, que lo que hacen es inflamar la garganta y estimular los nervios para que todo el sistema inmunológico se entere de que hay una infección. Son las citocinas y no el virus las responsables del dolor.

Estas citocinas, más adelante, llegan al cerebro para hacer que tengamos sensación de fatiga, dolor muscular y quizás fiebre. Todo para que el cerebro piense: “¡ey, estate tranquilo, no hagas nada y colabora en el proceso de recuperación! Déjanos actuar al sistema inmunológico y no gastas energía”.

Por otro lado, la inflamación pasa también a la nariz y se dilatan los vasos sanguíneos para supurar agua y tratar de eliminar los virus que se habían instalado allí. Esa agüilla, junto con los glóbulos blancos muertos que se habían encargado de combatir el virus, son lo que formará la típica “moquera” que tenemos durante el constipado.
Además, esta inflamación de la zona de la nariz y la dilatación de los vasos sanguíneos provocan la típica irritación de ojos, y si también alcanza a la laringe, pues empezaríamos a toser para evitar que el moco llegue a los bronquios.

En resumen y como ya he dicho: no es el virus el que nos provoca todos esos síntomas, estos son más bien reacciones de nuestro cuerpo para luchar contra él y ¡evitar que pueda con nosotros!. <<

Un toque de armonía

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Estamos rodeados de armonía. Quizás no nos damos cuenta pero existen muchos fenómenos o situaciones que, aunque aparentan no tener ninguna conexión entre ellos, realmente guardan la “conveniente proporción y correspondencia”, como define la RAE la palabra armonía. Por ejemplo, algo que, en general, es pura armonía es la música. Pero también hay otras “artes armónicas”; otras artes o ciencias como pueden ser las matemáticas o la física.
Puede que nos cueste ver “armonía” de estas ciencias y, más aún, que nos cueste ver la relación de armonía que hay entre todas ellas, incluyendo la música. Pero sí, la hay.

Todos conocemos la escala musical del Do, Re, Mi, Fa, Sol, La, Si, Do. Aunque no sepamos nada de música somos capaces de entonarla con bastante acierto porque nos suena común; nos suena bien. Es la llamada “escala mayor” y es sobre la cual se organiza toda la música occidental. Pero, ¿sabemos cómo se construyó? Es más, ¿sabemos por qué suena tan bien, tan armónica?

Cuentan que Pitágoras, aquel matemático griego que vivió por el siglo VI adC iba caminando por la calle y se fijó que un herrero tenía unos martillos colgando de unas cuerdas y que, al golpear, cada uno emitía un sonido diferente.
Como buen filósofo o científico de la época, que buscaban conocer el porqué del mundo que les rodeaba, se puso a investigar en el asunto. Lo primero que observó fue que el sonido dependía del peso del martillo o de la tensión de la cuerda, pero también se dio cuenta de otro hecho: el sonido dependía de la longitud de la cuerda de la que colgaban.

Investigando un poco más halló que el sonido emitido por una cuerda en tensión era el mismo que el de otra cuerda cuya longitud fuese la mitad. Lo que cambiaba era la octava, la altura del sonido. Lo podemos comprobar con la guitarra española: el sonido que emite la pulsación de la cuerda entera (longitud de  65 cm) es el mismo, pero más grave, que el que se emite pisando la cuerda en la mitad (32.5 cm).
Entonces, como matemático, se le ocurrió obtener nuevos sonidos realizando operaciones matemáticas con las dimensiones de la cuerda. Sobre este punto he leído un par de cosas aparentemente inconexas pero que imagino que  estarán relacionadas. La primera es que lo que hizo Pitágoras fue calcular diferentes medias (aritmética, geométrica…) entre estas dos magnitudes, 1 para la cuerda entera y ½ para la octava superior, con lo que obtuvo nuevas dimensiones y, por tanto, nuevos sonidos. Lo otro que he leído es que simplemente hizo proporciones exactas de la cuerda, es decir, la dividió en 2, 3, 4, 5… trozos y observó que esos sonidos eran armónicos y el resto no.

Sea como sea, cualquier explicación implica proporcionalidad en las dimensiones de la cuerda, y recordad la definición de armonía de la RAE, que incluía esta palabra: proporción. Importante.
Pero otra cosa importante es que, casi sin darnos cuenta, acabamos de explicar una estrechísima relación entre música y matemáticas. Como veis, hay mucha armonía entre ellas.
De hecho, quizás a alguien se le ocurriría pensar que unos cálculos matemáticos realizados hace tiempo fueron los que definieron cómo debía sonar nuestra escala musical occidental, y que por esa razón, desde entonces, ese conjunto de sonidos son los que nuestra cultura identifica como buenos o “normales” (a diferencia de otras escalas que suenan a música oriental, árabe…). Pero no, porque en este punto es donde entra en juego la física.

Sabemos que un sonido es la vibración del aire y que esta vibración tiene una forma de onda. Pues bien, cuando se solapan dos sonidos lo que se produce es una mezcla de las ondas, una interferencia, por lo que dan lugar a una nueva. Digamos que cuando las dos ondan van “hacia arriba” se suman y dan una onda de amplitud mayor, y si van en dirección contraria sus amplitudes se restan.
La imagen a continuación es concretamente la resultante de la unión de la onda de la tónica y la 5ª de una escala, dos notas que juntas nos suenan bien (está sacada de aquí).

Al determinar estas ondas resultantes de la unión de dos sonidos, es evidente que cada una tendrá un aspecto bien diferente, o lo que es lo mismo, tendrá una envolvente más o menos “regular”. Y es justo esta regularidad lo que define la consonancia musical, lo que nuestro oído escucha como más o menos agradable, ya que se ha comprobado que los intervalos más importantes en la escala musical, como podría ser la quinta o la tercera, son los que dan lugar a ondas con envolventes más suaves, más “estables”, más armónicas.

Es decir, que las proporciones matemáticas entre diferentes longitudes de una cuerda, junto con la física de las ondas que produce la vibración de esas cuerdas, nos dan una explicación de la consonancia de nuestra escala musical. Pura armonía, oiga.
De todas formas, conviene distinguir entre consonancia musical según lo que nuestra cultura aprecia como bonito o diferente, y la consonancia que nuestro oído distingue como agradable o no. Aquí hemos hablado de esta última, de la consonancia más fisiológica, porque la otra es mucho más subjetiva, y es que a mí por ejemplo un intervalo de b9 o de cuarta aumentada, aparentemente disonantes, me encantan…

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Nota: este texto es, en esencia, el resultado de un guión que preparé para una presentación de 5 minutos como prueba final de un curso de “Comunicación oral”, realizado en la UA hace meses. Al final, música y ciencia es casi de lo que más me gusta hablar. De hecho, para otra actividad del Máster en Comunicación Científica, Médica y Ambiental de IDEC-UPF, hice esta compilación de artículos sobre Ciencia y Música.

La cosa se pone caliente

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Viento, frío y nieve incluso. En los medios de comunicación no paran de hablar del tiempo de estos días (con razón) y se suceden las imágenes de pueblos y montañas nevadas, carreteras cortadas, reporteros congelados al aire libre…
En realidad, para el mes de enero en el que estamos una semana de nevadas y frío continuado no debería ser excepcional, pero quizás tenemos motivos para encontrarlo así. Porque que según los datos publicados recientemente por la NASA y la Administración para el Océano y la Atmósfera de Estados Unidos (por sus siglas en inglés, NOAA), el año 2014 ha sido el año más cálido desde que se tienen registros fiables, esto es, desde el año 1880. Vamos, que viniendo de un año tan caluroso puede que esa sea la razón por la que notemos especialmente intenso el frío de estos días.

Lo que pasa es que en este punto conviene hacer una aclaración. En realidad no tiene nada que ver un año caluroso con unos días de frío, ni un año caluroso con otro más fresco, pero somos tan subjetivos en cuestiones relacionadas con el tiempo o el clima, que cualquier excusa es buena para hacer afirmaciones exageradas del estilo de “este frío no es normal”.
Pero aquí conviene hacer otra aclaración, porque sobre estos términos suele haber una típica confusión: una cosa es el tiempo y otra cosa es el clima. El primero hace referencia a las condiciones locales y temporales sobre temperatura, presión, humedad, etc. de un lugar, pero el otro se refiere a las características generales de una zona, a esas condiciones de temperaturas, corrientes de aire y demás parámetros atmosféricos que se dan en una región en cada periodo del año.
El tiempo, por tanto, puede cambiar fácilmente de un día para otro; de hecho sabemos lo que les cuesta acertar en sus predicciones a los “hombres del tiempo”. En cambio, el clima es más estable, más predecible. Por esa razón, si la temperatura media en todo un año entero ha sido excepcionalmente alta (como en el pasado 2014), y si además existe una tendencia en años que indique que estas temperaturas están en ascenso, se podría predecir que esta tendencia es algo serio y por tanto deberíamos empezar a pensar en los motivos, porque puede que se estén modificando los patrones climáticos del planeta.

Tendencia de temperatura media 1880 - 2014

Sin embargo, aquí entra en juego otro factor: la escala de tiempo. Porque en realidad un aumento de la temperatura en unas décadas (escala antropológica) no implica necesariamente un cambio en el clima. De hecho el clima en la Tierra ha cambiado muchas veces a lo largo de toda su historia, pero ha sido durante miles o millones de años (escala geológica). Entonces, os preguntaréis, ¿en qué quedamos? ¿Es preocupante este dato del 2014 y esta tendencia del último siglo o no?

Pues bien, para contestar estas preguntas primero conviene tener unas nociones básicas sobre nuestro clima.

La temperatura terrestre se mantiene en un rango apto para la vida gracias a nuestra atmósfera, por el llamado efecto invernadero. Algunos gases que la componen (gases de tres átomos o más, como el vapor de agua, H2O o el dióxido de carbono, CO2), pueden retener parte de la energía que nos llega del sol y, por tanto, pueden mantener esta temperatura agradable. A continuación, la rotación, la traslación y la inclinación terrestre producen otros fenómenos que son los encargados de distribuir la energía o el calor del planeta por cada región o continente. Se trata de las corrientes marinas y las corrientes atmosféricas, que acaban regulando finalmente el clima de toda la Tierra. En general, ambas corrientes tienen patrones conocidos y estables, y por eso se afirma que el clima es relativamente estable. Sin embargo, modificaciones de la temperatura pueden desencadenar cambios en los patrones de estas corrientes, por lo que conviene estar atentos a esos cambios de temperatura.

Un ejemplo puede ser el fenómeno de “El Niño“, que consiste en una oscilación en las temperaturas del Pacífico que provocan que el agua surja, en invierno, más caliente de lo normal en las costas de Sudamérica. Los años en los que aparece “el Niño”, según indican los registros, suelen ser más cálidos de lo normal. Sin embargo, durante el 2014 el Niño se dio con apenas intensidad y ese es por tanto uno de los motivos para extrañarse de ese año 2014 tan cálido.

Pero volvamos al asunto del clima. Si debemos preocuparnos por un aumento de la temperatura, la pregunta podría ser: ¿y por qué aumenta la temperatura terrestre? El motivo se podría definir como un “exceso” de efecto invernadero, un fenómeno que estaría producido por un aumento de la concentración de esos gases que son capaces de retener la energía que llega del sol (especialmente el dióxido de carbono).
El consenso científico mayoritario aboga por esta tesis y señala además que este aumento del CO2 se debe a la acción del hombre, concretamente al consumo masivo de combustibles fósiles, que generan este gas en el proceso.

Esta afirmación, sin embargo, no es compartida por toda la comunidad científica y existen voces disidentes o escépticas que opinan que el aumento de la concentración de CO2 no provocaría necesariamente un aumento considerable de la temperatura o, más aun, que el clima del planeta no está cambiando. Y pueden tener razón porque, en realidad, en el juego del clima participan tantos factores que es bastante complicado establecer causas y consecuencias bien definidas.

El Niño, la Niña, las corrientes oceánicas o el tiempo, que parece estar loco. La temperatura, la acción humana, el efecto invernadero o el clima, que podría estar cambiando. Todos estos factores entran en un debate que, a pesar de las voces contrarias, parece llegar a un consenso general sobre causas y posibles consecuencias. Porque sea como sea, lo que parece estar claro es que la temperatura de la Tierra está en aumento y que eso puede provocar cambios en los patrones climáticos. En resumen, habría que empezar a tomar medidas.

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Nota: esta entrada aparece antes en el blog Comunicar Ciencia, y surge como una actividad del Máster en Comunición Científica, Médica y Ambiental de IDEC-UPF.