Palabras Clave : energía, fuente de energía, planeación energética.

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Hemos fragmentado el estudio de la naturaleza en disciplinas y subdisciplinas para ayudarnos a comprenderla. Sin embargo, el conocimiento científico posee una unidad y el mundo se rige por un número pequeño de leyes naturales. Esta convicción de la unidad de las ciencias nace seis siglos A.C. con Tales de Mileto, en Jonia y se le llama el "Encantamiento Jónico" (Wilson, 1998). La idea del Encantamiento ha tenido algunos oponentes, pero ha sido validada por múltiples experimentos y razonamientos lógicos, que han encontrado la unidad en fenómenos complejos que parecían cosas separadas. En física, por ejemplo, se busca la unificación de las fuerzas de la naturaleza: la electromagnética, la fuerte, la débil y la gravitacional, y ciertamente Einstein era jónico en su enfoque de la ciencia. Hay que resaltar que la unificación va más allá de las ciencias naturales y se extiende a las ciencias sociales, hasta llegar a las humanidades. En esta línea de pensamiento, uno de los conceptos más unificadores y que subyace a todos los fenómenos naturales y sociales, es la energía.

Se ha dicho que la energía es la única moneda universal, ya que en sus múltiples formas, transformándose de una en otra, hace que brille el Sol, que la Tierra gire, que crezcan las plantas, que nosotros nos movamos y que nuestras civilizaciones se desarrollen. Además, como en todo sistema monetario, de su estabilidad y buen uso depende la calidad de vida de las comunidades humanas. Por ello, la "educación energética" adquiere una enorme importancia en nuestros días.

No debemos preguntarnos qué es la energía, porque es una pregunta demasiado difícil. En los cursos introductorios de física se define como la capacidad de realizar un trabajo, una vez definido el trabajo como el producto de la fuerza aplicada y la distancia recorrida. Claro que previamente se dice qué es la fuerza, a la que sentimos muy cercana cuando se manifiesta como un empujón. Ya cuando se llega a discutir física moderna, aprendemos que la energía y la masa son equivalentes. La equivalencia la expresó Einstein con la ecuación más famosa que existe: E = mc² con c la velocidad de la luz en el vacío. También ya es del conocimiento general que en el mundo microscópico la energía puede venir en paquetes llamados cuantos. A pesar de todo esto, Richard Feynman escribió en los famosos libros de sus cursos: "Es importante darse cuenta de que en la física actual no sabemos lo que es la energía". El concepto de energía es abstracto. Fue inventado en el siglo XIX para describir cuantitativamente una gran variedad de fenómenos.

1. La sala de Energía de Universum

Cuando desarrollamos el guión conceptual de la Sala de Energía de Universum figura 1 nos encontramos precisamente con la dificultad de transmitir un concepto esquivo y sutil.

Como el visitante puede apreciar, empezamos con lo cotidiano: la energía en la naturaleza. La energía de la fusión nuclear en el Sol produce un flujo incesante de radiación electromagnética, que llega a la Tierra para producir el movimiento de la atmósfera y los océanos. Parte de esta energía radiante la transforman las plantas, mediante la fotosíntesis, en energía química. Al ingerir alimentos, usamos esta energía almacenada en todas nuestras actividades. Los combustibles fósiles provienen de la energía química almacenada por espacio de millones de años. Nos sirven para producir energía mecánica, así como para transformar de nuevo esta energía en energía electromagnética, es decir, en luz figura 2. La energía en el interior de la Tierra hace que se desplacen las placas tectónicas.

En la sección del rompecabezas de la energía (Tagüeña et al, 1992), describimos las leyes que rigen su comportamiento. La ley de conservación de la energía total está detrás de todos los cambios de cara que hemos descrito. Por supuesto que no podemos ilusionarnos demasiado con su conservación, ya que sabemos, también, que la cantidad de trabajo útil disminuye a medida que recorremos una cadena de transformaciones. Además resaltamos, entre otras manifestaciones de la energía, el movimiento figura 3 (Sánchez et al, 1992), la luz y el calor.

Otro punto importante a transmitir, si se quiere divulgar el conocimiento sobre la energía, es el de las unidades con que se mide, por ejemplo barriles de petróleo, mordidas de una manzana o las unidades convencionales del sistema internacional, los joules. El hecho es que necesitamos cuantificar para poder comparar, por ejemplo, diferentes fuentes de energía. Desde el punto de vista de la divulgación, es conveniente referir los datos a experiencias cotidianas, como se puede ver en una serie de ilustraciones en la Sala de Energía. Por ejemplo, la energía del salto de una pulga es de 10-7 joules y la energía de la comida de una adulto es de 107 joules, es decir, 1014 veces más que el salto de la pulga. En la práctica resulta claramente importante saber la tasa con que se produce o se consume energía por unidad de tiempo -la llamada potencia-, que se mide en watts, unidad equivalente a joules/segundo. Otro concepto fundamental es el de eficiencia de conversión, que se define como la relación entre la salida de una forma de energía y la entrada de otra. Por ejemplo, las mejores celdas solares tienen una eficiencia de entre 20 y 30 % y transforman energía radiante (solar) en eléctrica, mientras una locomotora de vapor tiene una eficiencia de 3-6 % y transforma energía química en mecánica. También se habla de la intensidad de energía como la cantidad de energía consumida por unidad de costo de un producto o un servicio. Esto último es fundamental en la producción de materiales. Por ejemplo, el aluminio es muy caro desde el punto de vista energético (227-342) y el vidrio es bastante barato (18-35). Todos estos datos y muchos más muy interesantes, discutiendo la energía unida a la biósfera y la civilización, se pueden encontrar en Smil ( Smil 1998).

La última sección de la Sala se refiere a la energía y la sociedad, que se encuentra en actualización. Es en este punto que queremos profundizar aquí. La educación en temas relacionados con el uso de la energía, va de la mano con la educación ambiental. Convencer a la comunidad de que ahorre energía es un proceso más complicado que una campaña de vacunación, porque los riesgos de no hacerlo no son ni tan evidentes ni tan inmediatos (Sánchez et al 1995). Sin duda, para que nuestro país se desarrolle necesitamos consumir energía, pero no podemos olvidar nuestra responsabilidad frente al cuidado del medio ambiente. Debemos aspirar a un desarrollo sustentable, es decir, aquel que no compromete el futuro de las generaciones venideras y asegura equidad en el presente. En una sociedad democrática, la gente puede opinar sobre las decisiones estatales, pero para ello requiere un conocimiento fundamentado en la ciencia. Estas decisiones, que podríamos llamar "difíciles", le han dado a la divulgación científica una importancia fundamental. No es sólo por el placer del conocimiento que la ciencia debe estar al alcance de la comunidad, sino por el bien de nuestro futuro y del futuro de las investigaciones en las universidades. Sin duda, habrá fondos disponibles para aquellos temas que la sociedad considere prioritarios. Planteamos aquí que uno de estos temas prioritarios es la necesidad de la planeación energética.

2. La Planeación Energética

Los hidrocarburos, combustibles fósiles, son una fuente de energía primaria con grandes ventajas en cuanto a su extracción, manejo y uso, por lo que se convirtieron en el energético más importante de este siglo. Desde el punto de vista de los energéticos empleados, se puede hacer un recorrido por la historia de la civilización, empezando por los cazadores recolectores de los principios de la humanidad, que usaban su propia energía, hasta llegar a nuestra sociedad basada en el petróleo. Todavía al final del siglo XIX los energéticos más importantes eran la madera y el carbón. A finales del siglo XX, con el uso del petróleo, la cantidad de energía útil per capita fue veinte veces mayor. Claro que hablamos en promedio y sabemos que el uso de la energía es una de las principales diferencias entre los países ricos y los pobres. Además, a pesar de este enorme desarrollo, ya desde principios de los años setenta se plantearon serias dudas sobre la disponibilidad de los combustibles fósiles a nivel mundial, en el transcurso de los años.

México cuenta con grandes reservas probadas de hidrocarburos, alrededor de 40,000 millones de barriles de petróleo crudo equivalente. Sin embargo, la diversificación energética es necesaria por varios motivos principales: hay aspectos técnicos y económicos que limitan el volumen de hidrocarburos que se puede extraer del subsuelo y hay un aumento en el costo del barril a medida que se hace más compleja la extracción. Además, el petróleo es muy importante también en la elaboración de materiales sintéticos y, en cierta forma, se desaprovecha como combustible. Finalmente, es un recurso no renovable.

¿Cuáles deben ser las bases para definir los criterios necesarios en un programa de planeación energética? Se requiere contar con escenarios del balance energético del país, conocer la oferta de energía "probada" y decidir el desarrollo económico y social del país que queremos tener.

Los llamados Balances de Energía, uno de los cuales se presenta en un multimedia de la Sala de Energía de Universum, son "un marco contable que integran información estadística relativa a la producción, transformación y consumo de energía. Permiten tener una visión ordenada y de conjunto de los principales flujos de ésta en un sistema determinado, por lo que son de particular utilidad para estimar necesidades totales, elaborar proyecciones y estudiar las posibilidades de sustitución y conservación de energía" (SEPAFIN, 1981).

El balance nacional nos indica que la producción total de energía debe ser igual a las necesidades internas totales de energía, más las exportaciones totales de energía y más (o menos) las variaciones de inventarios. La producción total corresponderá a la suma de las contribuciones provenientes de las fuentes primarias de energía, tales como: hidrocarburos, hidroenergía, carbón, nuclear, geotermia y solar. Son fuentes no renovables aquellas que no podemos recuperar en tiempos comparables con la vida humana. Las necesidades internas son la demanda de energía de los sectores de la economía nacional, tales como: energético, industrial, transporte, comercial, doméstico y agrícola.

La elaboración de balances energéticos requiere una gran cantidad de datos, lo que dificulta su realización. Aún más complejo es el establecimiento de escenarios futuros, ya que es necesario conocer cómo se desarrollarán diversos parámetros económicos, tecnológicos, políticos y comerciales, entre otros, así como suponer la evolución de la interrelación existente entre dichos parámetros. Por ejemplo, y simplificando sobremanera la problemática real, se podría definir que los requerimientos internos de energía dependerán del estado de la economía nacional; los volúmenes de exportación de hidrocarburos obedecerán a la situación del mercado internacional y a la capacidad tecnológica nacional, y la participación de energéticos alternos se sujetará a las innovaciones tecnológicas y acciones de política.

Existen diferentes métodos para hacer planeación energética. Por ejemplo el llamado LEAP, de las siglas en inglés para "planeación a largo alcance de energías alternativas" (Manzini et al, 1999), es un modelo que permite evaluar el efecto de diferentes políticas energéticas en el consumo de energía y en sus consecuentes emisiones. Dentro de este esquema se calcula la energía consumida por la demanda, a partir de la energía gastada por los diferentes sectores finales de México. Por ejemplo, los sectores finales son el residencial, el agrícola, el industrial, el transporte y la energía consumida por el propio sector energético. La fase de transporte incluye generación y distribución de electricidad, las refinerías, las plantas de gas, la producción de gas natural, y la producción de petróleo y coque. Una vez que se calcula la energía de la demanda, las fuentes primarias y las transformaciones deben ser compatibles con ésta.

Estos modelos permiten desarrollar escenarios posibles para México, por ejemplo, a partir del año 1996 hasta el 2025 (Manzini et al, 2000). Se tienen que plantear hipótesis, como suponer un crecimiento económico constante a un cierto porcentaje del PIB. También es importante el número de habitantes. Si el crecimiento anual de la población fuera constante y de 1.21 %, seremos 130 millones en el año 2025. También hay que suponer cómo aumenta la demanda de energía y cómo crece la capacidad instalada de las transformaciones energéticas. Finalmente, también hay que definir a qué se dedicará el aumento de energía eléctrica.

Se sabe que en 1996 el 74% de la energía primaria neta de México se usó en los sectores finales y el 19%, en la transformación. El 7 % restante fueron pérdidas por distribución y almacenaje. Sólo el 11.6 % vino de fuentes de energía renovables. Para imaginar lo que pasará en 2025, se pueden construir tres escenarios diferentes con base en las siguientes suposiciones.

En el primer escenario se considera a los hidrocarburos como la principal fuente de energía. En el sector de generación de potencia se usa tecnología basada en combustolio. En el segundo escenario, la fuente privilegiada es el gas natural. Toda la instalación nueva de capacidad energética se basa en tecnologías de gas natural. En el tercer escenario, las fuentes de energía renovables se usan para suplir las nuevas necesidades de demanda, siempre y cuando sean factibles tanto desde el punto de vista económico como del técnico, lo que implicaría que el 31% de la energía total primaria vendría de fuentes renovables.

¿Cómo podemos evaluar estos escenarios? Un factor fundamental es medir sus impactos en el medio ambiente. Muchos procesos de combustión energética van acompañados de emisiones, principalmente de CO2, metano, NOx y SOx. El primer escenario es el que más rápidamente contamina. El uso de gas natural disminuye el ritmo de la contaminación. La diversificación de fuentes de energía, con el uso de fuentes renovables, nos ofrece un escenario en el cual se puede llegar a controlar y reducir la contaminación ambiental. Además, en este último esquema se ahorra petróleo para utilizarlo en otras aplicaciones.

Los resultados anteriores son escenarios de futuros posibles de la Demanda Interna de Energía Primaria en México y las fuentes primarias y tecnologías que las satisfarán. Se debe siempre considerar, además, que un programa de ahorro de energía repercutiría muy favorablemente en los requerimientos nacionales de inversión, divisas y desarrollo tecnológico.

A continuación presentaremos una muy breve lista de restricciones extra sectoriales que deben ser consideradas por los planificadores del sector energético.

En primer lugar, se deberá establecer una política específica para la energetización rural, que determine los objetivos a alcanzar en el nivel energético a abastecer.

El grado de industrialización de un país ya no se medirá por la cantidad de tipos diferentes de aceros que produzca, sino por el desarrollo que alcance en tres áreas, principalmente: electrónica, biotecnología y nuevos materiales.

La importancia del sector energético es de tal magnitud en México, que los costos de las diversas actividades no se pueden circunscribir a unas empresas o al sector, sino que se debe considerar el costo para la nación.

Se debe enfatizar que la evaluación de un sistema energético, como viable técnicamente, no implica que su implantación sea factible desde un punto de vista económico o social. El apoyo al desarrollo científico y tecnológico nacional es imprescindible, debiéndose establecer políticas y criterios que favorezcan la utilización de esquemas creados en el país, así como reglas que aseguren una verdadera transferencia de tecnología cuando sea necesario emplear procesos extranjeros.

Finalmente, la comprensión de estos problemas por parte de la población en general y los legisladores que nos representan, servirá para lograr el cumplimiento de las metas del desarrollo, que se resumen a continuación:

• Incrementar el empleo
• Mejorar la tasa de crecimiento económico
• Lograr una distribución más equitativa del ingreso
• Impulsar la descentralización de la vida nacional
• Obtener y asegurar un mayor grado de independencia económica y tecnológica
• Aliviar las presiones en la balanza de pagos
• Garantizar un orden y una disciplina ecológica

Hemos discutido cómo aparece el concepto de energía en todas las áreas del conocimiento y todos los aspectos de la vida, por lo que presenta un gran reto unificador. La Sala de Energía de Universum nos ofrece un recorrido por sus diferentes manifestaciones y culmina con una incursión en la energía en el desarrollo social. Este es un tema cuyas implicaciones son muy fundamentales, no sólo para nuestro país, sino para la civilización humana. Presentamos como ejemplo de su importancia una discusión sobre la planificación energética y el ahorro de energía. Dimos una muestra de cómo en el sector energía se hace planeación a largo plazo, abandonando ideas simplistas que consideraban que con sólo aumentar la oferta energética se aseguraba un incremento en el desarrollo. Es necesario actuar sobre la demanda energética, para implantar programas que impulsen el uso eficiente y el ahorro de energía, así como la diversificación de las fuentes primarias. La satisfacción de un requerimiento específico de energía, debe planearse a partir de los recursos naturales existentes en la localidad con la selección de la mejor tecnología, es decir, identificándose la triada Fuente-Uso Final-Tecnología. La sociedad debe exigir un uso racional de la energía, basado en estudios serios.

Tenemos fuentes alternas de energía suficientes y tecnologías maduras para seleccionar un esquema de diversificación energética, que cubra la demanda de energía en el futuro. La evaluación y selección de distintas opciones energéticas, tanto convencionales como alternas, se deben realizar en forma integral al analizar el efecto de diversos factores, tales como: sector de uso, estado de las tecnologías, temporalidad, requerimientos de infraestructura, nivel de inversión, disponibilidad de divisas, escalas de producción y las consideraciones extrasectoriales descritas. La divulgación de la ciencia, por medio de los museos, puede apoyar a la población en general para que se forme una opinión documentada acerca de temas de gran importancia social.

SEPAFIN (1980) México: Balances y Flujos de Energía. Energéticos. Boletín de la Dirección General de Energía . [Agosto de 1981].

Manzini, F. M. Martínez (1999) Using Final Energies to Plan a Sustainable Future for Mexico, Energy. [24(11):945-958].

Manzini, F., J. Islas . M. Martínez . (2000) Reduction of Greenhouse Gases Using Renewable Energies in Mexico 2025. International Journal of Hydrogen Energy.

Sánchez, A. M. M. Bonfil . J. Tagüeña (1992) Creadores de Movimiento: Los Motores. Información Científica y Tecnológica. [14(86):57-60].

Sánchez A. M. M. Trigueros. E. Vázquez . J. Tagüeña (1995) Science Communication and a more efficient use of energy,. Pags. 333 . [Proc. of the World Energy Council 16th Congress].

Smil Vaclav (1998) Energies, an illustrated guide to biosphere and civilization.. USA. Pags. 209.

Tagüeña, J. A. M. Sánchez. M. Bonfil . N. Castro (1992) . Información Científica y Tecnológica. [14(184-185):57-60].

Wilson Edward O. Consilience, the unity of knowledge . Vintage Books. USA. Pags. 367.

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