HISTORIA DE LA ENERGÍA

—Mire vuestra merced —respondió Sancho— que aquellos que allí se parecen no son gigantes, sino molinos de viento, y lo que en ellos parecen brazos son las aspas, que, volteadas del viento, hacen andar la piedra del molino.

Aquellos «gigantes» con los que el Quijote pretendía entrar en «fiera y desigual batalla», constituyen una de las expresiones de la energía aplicada para aprovechamiento humano que, vistos desde nuestra perspectiva actual, nos evoca una historia de romanticismo impregnada con esas estampas pintorescas que salpicaban las tierras de Castilla. Hoy, la energía eólica viene a recuperar la fuerza del viento de una forma menos romántica pero más eficaz, para su conversión sobretodo en electricidad, manifestándose como una de las fuentes de energía más recurrida por su característica sostenible.

QUÉ ES LA ENERGÍA…

Según el sitio InfoEnergías, «La energía es un elemento fundamental de la naturaleza en todas sus escalas… Desde la energía que da vida a los organismos vivos, hasta la empleada por un vehículo para moverse; todas son manifestaciones de las diferentes formas de energía que existen». Así pues, la energía adopta muchas formas y se halla en la luz del Sol (el responsable único de la existencia de todas las demás energías), en el calor, el movimiento, los enlaces químicos, etc.

Las fuentes de esa energía son variadas y algunas son primarias, es decir, se hallan disponibles en la naturaleza sin necesidad de ser convertidas o transformadas. Fuentes de energía primarias son, por ejemplo, la madera y otros vegetales (biomasa), el petróleo en crudo (combustibles fósiles), el Sol (energía solar térmica, energía solar fotovoltaica…), el viento (energía eólica), el calor del interior de la tierra (energía geotérmica), la fuerza de las olas y mareas (energía mareomotriz), la fuerza del curso de un río (energía hidráulica), etc.

Bosque de biomasa. Imagen Wikimedia Commons. Autor: Martin St-Amant

Si una energía no se puede utilizar directamente, debe ser transformada en una energía secundaria, por ejemplo en electricidad. Aunque podría considerarse la electricidad como una energía primaria, por ejemplo al utilizar el salto de un río, en realidad ésta se produce al transformar la energía mecánica de unas turbinas movidas por la fuerza del agua, que a su vez mueven el rotor de un generador electromagnético (alternador). La energía nuclear es otra fuente secundaria, pues lo que se transforma es la energía de los materiales radiactivos, de los que se obtiene calor, el cual mueve una turbina unida a un generador eléctrico.

La misma electricidad también puede ser obtenida por otros métodos diferentes a la del generador electromagnético, como es la energía solar (fotovoltaica), energía química (pilas), energía calorífica (termocupla), energía por presión (efecto piezoeléctrico, como el del cuarzo), o energía por frotamiento (electrostática). No obstante, salvo la electromagnética, las otras fuentes de energía eléctrica citadas son minoritarias para uso ordinario en los hogares, fundamentalmente por razones de rendimiento y distribución, siendo la corriente alterna (la obtenida mediante el alternador) la energía eléctrica por excelencia a nivel global.

Los alimentos también liberan energía en el cuerpo de los seres vivos. El proceso metabólico absorbe esa energía al ingerirlos y los transforma en nutrientes, los cuales se convierten o «queman» más tarde en los músculos, en forma de una energía que permite el movimiento y las funciones de la relación del cuerpo. Los primeros humanos sólo disponían de su propia energía corporal para procurarse el alimento y protegerse de las inclemencias, pero gracias a dotarse de inteligencia pudo amplificar y extender esa energía propia en forma de máquinas, herramientas e incluso apoyado en otros seres vivos, como veremos a lo largo de este artículo. Decir, que en el cuerpo humano este fenómeno pertenece a un campo importante de la medicina como es la Nutriología.

DESDE LA PREHISTORIA HASTA LA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL

Los antecedentes primitivos

Los humanos, durante el largo periodo prehistórico, dependieron sólo de su energía corporal, utilizando la fuerza de los músculos para procurarse la alimentación básica de subsistencia y construir sus refugios. Esa energía muscular fue al principio suficiente para realizar trabajos que no requerían excesivos esfuerzos, como es la recolección de frutos, huevos e incluso caza de pequeños animales, pero resultaba totalmente insuficiente para ampliar la dieta a piezas de caza más grandes. La fabricación de utensilios simples, herramientas y armas, como hachas y lanzas, ayudó a extender con más eficacia los músculos humanos, por lo que algunos tipos de caza se tornaron más habituales. El mejor acceso a tubérculos y otros vegetales, asi como la caza colectiva de grandes mamíferos, contribuyó a una mayor ingesta de proteínas, grasas y elementos importantes para la nutrición y, en consecuencia, en un mayor retorno de energía para el organismo humano.

Hombre prehistórico. Imagen Wikimedia Commons

Las sociedades primitivas se tornaron complejas. Algunas pudieron establecerse en entornos con asentamientos permanentes, gracias a rodearse de lo necesario para subsistir sin emigrar, lo que les permitió incluso dedicar parte de su tiempo y energía a actividades puramente lúdicas e incluso artistícas. Esas sociedades sedentarias (aunque lentas en su proceso de asentamiento) precisaron de menos energías para sostener sus niveles de vida, al no requerir destinar más esfuerzos en la adquisición del alimento, como la estrategia para la caza de grandes animales, que habitualmente implicaba peligros para la vida de los cazadores.

La única conversión de energía extramuscular de las sociedades prehistóricas (alrededor de hace unos 250.000 años), fue el fuego, que permitió una mejora sustantiva en la calidad de vida gracias al cocinado de los alimentos y la obtención de calor. El siguiente paso, del cultivo migratorio a la agricultura sedentaria no sería rápido, como ya se dijo, trascurriendo en un proceso lento y gradual interrelacionado con la energía, la nutrición y factores de naturaleza social, por ello no se produjo una «revolución agrícola» propiamente dicha, en el sentido de que no fue un proceso corto y agudo, sino que se extendió notablemente en el tiempo.

El asentamiento de pueblos aplicados a la agricultura, hizo posible apoyar densidades de poblaciones más altas, especialmente aquellas que se establecieron al borde del cauce de ríos y lagos. Algunos ejemplos históricos son muy relevantes, como la antigua Mesopotamia (con los ríos Tigris y Éufrates), Egipto (con el río Nilo), o el valle del Huanghe (río Amarillo o Huanghe) en China.

Los campos cada vez más extensos para alimentar a una población en crecimiento, exigía una inversión de energía muscular notable. Preparar la tierra y mover suelos pesados a mano constituía un trabajo laborioso. La intensificación de la agricultura condujo así al primer e importante aprovechamiento de energía extramuscular, con la domesticación de animales y obtención de energía mecánica mediante animales de tiro. Pero, como bien se sabe la energía ni se crea ni se destruye, simplemente se transforma, por tanto la energía empleada por los animales de tiro debía ser obtenida del alimento de forraje cultivado, y menos del pasto silvestre (salvo en los casos de trashumancia). Los animales que menos energía consumían, como los ovinos, no eran aptos para el tiro, empleándose fundamentalmente como fuente de carne y lana; los animales más fuertes para el tiro eran los équidos y bobinos, capaces de igualar el trabajo físico de hasta ocho personas adultas, pero eran también los que presentaban más requerimientos de energía en forma de alimento. La ganancia de energía en el uso ponderado de estos factores, permitió a la humanidad de la antigüedad desarrollarse y crecer en sociedades cada vez más complejas, acelerando las tareas agrícolas, impulsando la productividad y el procesamiento de cultivos, estableciendo rutas de transporte, etc.

La edad de los metales y las primeras máquinas

El fuego ha sido el punto de partida del uso de la energía a otras escalas. Los primeros agricultores lo usaron para despejar las áreas de bosque y establecer los asentamientos. Más tarde, serviría para producir ladrillos para la construcción de los hogares, establos, etc., y moldes para fundir los metales, como el cobre hace unos 4.000 años a.C., o el hierro alrededor de los 1.400 años a.C.

El carbón vegetal vino a convertir la madera en un combustible de mayor calidad y densidad de energía, apto para quemar en el interior de los hogares, aunque el rendimiento en calor útil era reducido. Por este motivo, los hornos primitivos para la fundición de metales resultaban ineficientes usando carbón vegetal, y la alta demanda de este producto para fundir cobre, sobretodo, fue la causa de una extensa deforestación que casi hizo desparecer por completo los bosques de muchas zonas del Mediterráneo y Oriente Próximo. La fundición de hierro se hacía a menor escala y con un alto consumo de energía, de hecho muchas máquinas simples, utensilios para el hogar y herramientas agrícolas de la antigüedad, siguieron construyéndose de madera por largo tiempo, cambiando radicalmente a partir del siglo XVIII, cuando se comenzó a utilizar coque como base para fundir hierro, abaratando considerablemente el proceso.

En los primeros tiempos los tiros de animales estaban constituidos fundamentalmente por bueyes, pues era el sistema más asequible en aquellos momentos para la carga y las labores agrícolas, pero esto significaba un pesado ritmo de trabajo. Arar una hectárea de terreno con caballos bien alimentados, supondría realizar la misma tarea en menos de la mitad del tiempo que requería una yunta de bueyes. Así, el uso casi generalizado de tiros con ganado vacuno, combinado con la debilidad de los animales por una alimentación pobre, arneses todavía ineficientes, o pistas y caminos sin pavimentar, contribuyó en gran medida a la limitación de las cargas y la distancia de los transportes y viajes diarios.

En la antigüedad europea se conocieron los primeros usos de máquinas para moler a base de la energía del agua. Los orígenes no están claros, apareciendo las primeras referencias a través de Antípatro de Tesalónica, a comienzos del siglo I a.C., el cual describió su uso en la molienda de granos. Los primeros artilugios consistían en ruedas horizontales; el agua se dirigía a través de un canal de madera inclinado, donde unas paletas también de madera conectadas con un eje vertical, hacían girar una piedra de molino situado en alto. Más tarde se adoptaron las ruedas verticales, que eran más eficientes en la transmisión de la energía del agua en movimiento, mecanismos que fueron mencionados por primera vez por Vitruvio en el año 27 a.C. Este sistema utilizaba engranajes para conectar la tracción a la piedra del molino; según cada diseño los flujos del agua podían atacar la rueda por encima, por debajo o en un ángulo específico. Aunque los romanos construyeron instalaciones de molinos múltiples, como el de la población francesa de Bargegal, cerca de Arlés, que resulta muy representativo de este tipo de construcciones, su adopción no se popularizó debido a que requería mucha mano de obra que, por razones de economía, era relizada fundamentalmente por esclavos.

La Edad Media

El dominio de las máquinas primitivas, especialmente para la molienda del grano, se extendió a lo largo de la Edad Media sin grandes mejoras en sus concepciones técnicas, pero la eficiencia sí pudo ser incrementada gracias a diseños que aprovechaban mejor la energía cinética del agua, y también introduciendo la energía eólica en el diseño de las estructuras. Realmente, la humanidad no estuvo a la altura de su ingenio durante gran parte de la época medieval, y no se logró ninguna invención notable, aunque sí se manifestaron algunos desarrollos que permitían aprovechar la potencia muscular de manera más eficiente. Tanto la fuerza humana como la animal, pudo ser empleada con más eficacia en máquinas dedicadas a la carga, construcción de altos edificios, descarga de embarcaciones, etc.

Así, el rendimiento de los animales de tiro consiguió alcanzar hasta un 50% más sobre los que prevalecieron en la antigüedad, gracias a una serie de factores combinados como la cría y selección, mejor alimentación, herrado de las patas de los animales y un aprovechamiento más eficiente. El arnés de cuello, cuyo origen se remonta a la China del siglo V, vino a optimizar notablemente el aprovechamiento de la energía de los poderosos músculos del pecho y hombros de los animales; Europa adoptó una versión mejorada de ese arnés alrededor del siglo X, convirtiéndose en un equipamiento de uso común gracias a su destacado rendimiento. Al mismo tiempo, las herraduras se generalizaron en los animales de tiro, previniendo el desgaste excesivo de los cascos y, en consecuencia, mejorando la tracción de manera importante.

Algunas sociedades medievales se inclinaron por aprovechar energías primarias para una serie de tareas de fuerza, incluido la molienda de granos, aserrado de maderas, prensado de aceite, apoyo a la minería, alimentación de los fuelles en los hornos de fundición o de los martillos de forja. Diversos procesos de fabricación fueron mecanizados de esta forma, haciendo accesible a la gente muchos productos que antes requerían de un trabajo pesado y laborioso. La fuerza del agua se utilizó profusamente para estos trabajos, especialmente en los molinos de cereales. Así, en la Inglaterra del siglo XI, el libro de registro Domesday atestigua lo común que resultaba en el país las construcciones que albergaban ruedas accionadas por agua; el libro enumera 5.624 molinos que usaban esa tracción distribuidos por todo el sur y este, de forma que la población disponía de un molino por cada 350 personas. No obstante, las ruedas hidráulicas aún tardarían bastante en desarrollar todo su potencial, manteniéndose bastante estáticas durante casi 800 años en cuanto a su rendimiento y capacidades.

Rueda hidráulica utilizada en trabajos de minería. Imagen Wikimedia Commons

En cuanto a la energía eólica, sabemos que las velas cuadradas ya fueron utilizadas en los barcos por las primeras civilizaciones del Viejo Mundo, pero el registro más antiguo conocido del uso de máquinas accionadas por el viento, aparece en el año 947 (unos 1000 años después de la primera mención de las ruedas hidráulicas), a través de la crónica del historiador y geógrafo árabe al-Masudi, el cual describió su uso en la elevación de agua para irrigación de jardines en la zona que ahora ocupa el este de Irán. En Europa, los primeros registros del uso del viento para accionar máquinas aparecen en la última década del siglo XII. En estos comienzos la energía eólica era poco eficiente, y pasaría mucho tiempo antes de conseguir rendimientos aceptables.

Otra energía que no puede quedar sin citar por la trascendencia histórica que ha tenido, es obviamente la obtenida a través de la pólvora, otro de los muchos inventos chinos que aparecieron alrededor del siglo XI, y que en realidad fue explotado por los europeos con más eficacia. Así, las armas europeas transformaron el arte medieval de la guerra en tierra, pero otorgaron en la mar una superioridad ofensiva incuestionable, mediante su empleo en cañones a bordo de los grandes veleros.

La edad moderna

A pesar de los mayores rendimientos y mejoras tecnicas obtenidos durante la Edad Media, la intensificación de los cultivos y rotación de especies más generalizada, tanto para piensos como para alimentación humana, llevaría todavía varios siglos para comenzar a despuntar. Cuando los cultivos intensivos comenzaron a permitir una disponibilidad y variedad de alimentos, especialmente el forraje, los animales de tiro dispararon los índices de trabajo y rendimiento que se obtenían hasta entonces. Alrededor del siglo XVIII, un buen caballo podía trabajar el equivalente a diez hombres; en la Europa moderna un par de caballos bien alimentados ya podía sostener un trabajo que casi doblaba a una yunta de bueyes medievales. Esta potencia, fue aprovechada en Estados Unidos a partir de 1870 para formar atalajes de caballos, capaces de tirar de pesados arados y grandes cosechadoras de grano.

En cuanto a la energía hidráulica, en la Europa moderna más temprana, alrededor de 1700, se desarrollaron algunas ruedas accionadas por agua de gran envergadura, y aunque sus rendimientos no mejoraron lo ya existente, sí constituyeron las primeras grandes máquinas del periodo que utilizaban este sistema.

Por su parte, los ineficientes molinos de viento de la Edad Media, continuarían siendo utilizados en todo el Mediterráneo y Oriente Medio, aunque con escasa frecuencia, y menos aún si nos alejamos hacia la India y Asia. Sólo en un pequeño número de regiones europeas tuvo la energía eólica un desarrollo importante, a pesar de que esas estructuras eran inestables con vientos fuertes, y su escasa altura también restaba eficiencia al sistema. Aún así, fue importante su uso en los molinos de grano y bombeo de agua, y también en algunas operaciones industriales. El caso que nos sirve de ejemplo es el de los molinos de viento de Holanda, que tuvieron varios usos, pero el más importante fue el drenaje del agua desde las tierras situadas bajo el nivel del mar hacia los ríos que se hallan al otro lado de los diques, con objeto de poder cultivar las tierras anegadas. En la actualidad Holanda todavía conserva más de 1000 molinos y algunos siguen teniendo la misma función de drenaje que en sus orígenes.

Molino holandés. Imagen Wikimedia Commons. Autor: Aloxe Alix Guillard

La energía eólica fue, tanto en la Baja Edad Media como en la era moderna más temprana, el momento en que se obtuvo el mayor aprovechamiento para impulsar la navegación marítima, dando lugar a grandes exploraciones y viajes de investigación científica. Tal así que las mayores singladuras de Europa y el desarrollo de Occidente le debieron mucho a una combinación sin precedentes de varios tipos de energía, donde el viento jugó uno de los papeles fundamentales. Barcos más grandes, con aparejos y mayor número de velas que aprovechaban la fuerza del viento con un elevado rendimiento, junto a mejoras notables en la dirección por timones de popa y navegación apoyada en brújulas magnéticas, contribuyeron a forjar el periodo más esplendoroso de la marina de velas. Además, los barcos militares equipados con armas de nuevo desarrollo, dieron a algunos países una gran autonomía y capacidad de control sobre nuevas tierras conquistadas más allá de sus dominios habituales.

En este periodo que va desde comienzos del siglo XV a principios del XX, se escriben los viajes más audaces, como el de Colón en 1492 al encontrarse con un nuevo continente; Vasco da Gama al rodear el Cabo de Buena Esperanza y cruzar el Oceáno Índico hacia la India en 1497; Fernando de Magallanes al conseguir circunnavegar la Tierra por primera vez en 1519, descubriendo el estrecho que lleva su nombre, y que le permitió cruzar del Atlántico al Pacífico sin tener que rodear el tempestuoso Cabo de Hornos. Son estas, hazañas importantes pero no las únicas, dándose algunas muy significativas ya a finales del siglo XIX y comienzos del XX, con la exploración de los polos, especialmente la Antártida y el descubrimiento de variadas tierras e islas; algunos viajes a ese continente resultaron épicos, y merecerían un texto exclusivo sólo para distinguirlos como se merecen, como sería el viaje de Ernst Shackleton y su nave Endurance, pero eso sería objeto de otro artículo.

La nave de Ernst Shackleton, el Endurance, atrapado entre los hielos. Imagen Wikimedia Commons

A comienzos del siglo XVIII ya se vislumbraba que la senda de la Revolución Industrial estaba marcada. Los hornos de fundición de metales progresaban en métodos y aleaciones, y las demandas crecían a niveles insospechados, especialmente de hierro. Estos procesos industriales, en el que se incluía la forja, requerían una notable cantidad de carbón vegetal, lo que transformó y arruinó drásticamente el paisaje de la mayoría de bosque naturales. El uso de coque en la fundición, que posee una potencia calorífica muy superior al carbón vegetal, contribuyó a la paulatina recuperación de aquellos bosques.

Tal es así, que los combustibles de biomasa fueron gradualmente llegando casi a su fin, manifestándose una transición hacia los combustibles fósiles. La aparición de máquinas movidas por vapor primero, y de los motores de combustión interna después, fueron los responsables de que el carbón mineral y los hidrocarburos tomasen la delantera y se estableciesen, siendo aún hoy en día fuentes fuertemente instaladas en las sociedades actuales, especialmente los derivados del petróleo.

La Revolución Industrial vino a cambiar radicalmente la imagen de nuestro mundo. La industria y los medios de comunicación derivados de ella, alcanzaron cotas tecnológicas de difícil comprensión para alguien que las observase a sólo 150 años hacia tiempos pretéritos. Para explicar ese proceso de desarrollo actual, precisaría abordarse aparte, dada la extensión del contenido y la compleja materia científica y tecnológica que abarca.