Física del medio ambiente y energías renovables
Todo el mundo está enterado, hoy en día, de los desafíos que comienzan a aparecer con las fuentes de energía y, en general, el manejo y protección del medio ambiente.
La física ayuda a manejar de manera más eficiente los recursos naturales
La física tiene mucho que ofrecer en este sentido, desde tecnología para placas solares, pasando por nanotecnología para reducir la contaminación o incluso limpiarla, o avances en los modelos meteorológicos y climáticos, hasta el desarrollo de nuevas fuentes de energía como la fusión nuclear.
Un campo muy fuerte en España es el de las placas solares: utilizan materiales semiconductores como el silicio para producir el efecto fotoeléctrico, y generar corriente continua. Pero el material de la célula fotovoltaica o la estructura pueden diferir mucho, y actualmente estamos asistiendo a un crecimiento imparable de la tecnología solar.
El mayor huerto solar del mundo, en Alicante
Empresas españolas, en cuya plantilla se encuentran cantidad de físicos, están exportando nuevos diseños y modelos. Hace pocos años, sólo el 5% de la energía que llegaba a una placa solar era aprovechada; hoy en día los modelos experimentales de arseniuro de galio o poliméricas, como las que se utilizan en la Estación Espacial, llegan a más del 30%. Incluso algunos paneles de nueva generación, con técnicas de nanotecnología, alcanzan en torno al 42%. Una revolución en la que los físicos de materiales, de estado sólido… tienen un papel predominante.
Células solares flexibles, uno de los avances que permite la física
Por citar un proyecto concreto de la Universidad de Oviedo, algunos ex-alumnos están involucrados en un proyecto de Arcelor para combinar acero y paneles solares, consiguiendo reducir costes.
La fusión nuclear, la energía abundante y relativamente limpia que parece llamada a ser la energía del futuro, es física pura. Los procesos de fisión nuclear que se utilizan actualmente en las centrales atómicas, “rompen” átomos grandes para dar energía, pero con peligro de contaminación radiactiva, y con el problema de almacenar las grandes cantidades de residuos. La fusión nuclear “fusiona” o “une” átomos ligeros, produciendo aún más energía, y con una cantidad muchísimo menor de residuos. En caso de accidente, las consecuencias también serían menos graves. El Sol utiliza este proceso para darnos luz y calor.
El Sol, el mejor reactor de fusión, cuyos secretos aún nos son ajenos
Pero lo que parece fácil en el Sol no lo es tanto en la Tierra: hay que aumentar la temperatura del hidrógeno o el helio utilizado para las reacciones a millones de grados, varias veces la temperatura del núcleo del Sol, para poder mantener las reacciones. Cualquier contacto con las paredes del reactor lo enfriaría, y las destruiría: por eso, hay que contenerlo. Es un tema de investigación desde los años 50, y aún no se ha resuelto: por ahora, se gasta más energía en contener el plasma, el combustible de la fusión, que la que éste devuelve.
La máquina Z, uno de los diseños de reactor nuclear de fusión
Es una dificultad técnica, y los físicos pueden ayudar a resolverla. El modelo de reactor más prometedor actualmente es el Tokamak, del cual ya se han construido ejemplares pequeños. Utiliza campos magnéticos de alta intensidad para mantener al plasma alejado de las paredes. Para conseguir más energía de la que se gasta, se está empezando a construir en Cadarache, Francia, un reactor mucho mayor (el ITER, con amplia colaboración española) que se espera que devuelva más energía de la que gasta de una vez por todas. Un proyecto del siglo XXI en el que se emplearán miles de físicos nucleares, de partículas e incluso astrofísicos y teóricos, de todo el mundo, para intentar solucionar el problema energético.
Un Tokamak, con una foto a la derecha de cómo se ve el plasma cuando está en funcionamiento. A la izquierda, el diseño del ITER
