¿Qué es la energía? Concepto y tipologías

Lees la primera línea de este artículo y respiras. Lees otra y puede que te muevas en la silla o quizá te rasques la cabeza. Te parece que no ves bien, así que después de leer la tercera línea te levantas y enciendes la luz. Todas las pequeñas acciones concentradas en este primer párrafo contienen energía en alguna de sus formas. En pequeñas cantidades, sí, pero energía al fin y al cabo. ¿Y si pudiésemos aprovechar estas microfuentes de energía para alimentar nuestro móvil o nuestro reloj inteligente?

Bajo el proyecto europeo 3DScavenger, un equipo de investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (ICMSE-CSIC) estudia el desarrollo de tecnologías limpias que permitan recolectar energía de pequeñas fuentes ambientales locales. Quizá nunca lleguen a recargar nuestro teléfono, pero sí podrían ser muy útiles, por ejemplo, para alimentar sensores ambientales de bajo consumo o reducir la dependencia que actualmente tenemos de las baterías.

“Si nos fijamos bien, estamos rodeados de multitud de energías que podrían ser fuentes de energía eléctrica y que actualmente estamos desaprovechando. La luz que aportan las bombillas de casa, la energía cinética asociada al movimiento de nuestro cuerpo o la energía mecánica de nuestra voz podrían transformarse en electricidad”, explica Lidia Contreras, investigadora del ICMSE-CSIC en el grupo de nanotecnología de superficie y plasma. Pero, en realidad, ¿qué es la energía?

Energía como fuerza impulsora

En la Tierra, la mayor parte de la energía proviene de un único lugar: el sol. La radiación que emite este inmenso reactor nuclear espacial se transforma al llegar a nuestro planeta y toma muchas formas. Los organismos fotosintéticos la convierten en energía química y alimento. La atmósfera y el mar la absorben para dar fuerza a las corrientes, el viento o las nubes. Incluso la energía acumulada en los combustibles fósiles, como el petróleo y el carbón, o los minerales, como el uranio, tienen que ver con la actividad del sol (y de otras estrellas).

Sin embargo, más allá de todas las formas que toma, los físicos la han definido de una forma mucho más sencilla: la energía es la capacidad de realizar un trabajo. “La civilización moderna ha sido posible gracias a que hemos aprendido a cambiar la energía de una forma a otra y luego usarla para realizar un trabajo. Utilizamos la energía para una gran variedad de cosas, como caminar, andar en bicicleta, mover automóviles, cocinar alimentos, hacer hielo, calentarnos, iluminar nuestros hogares y viajar al espacio”, explican desde el departamento de Energía de EE.UU.

Más allá de la física, encontramos también otras definiciones de energía. Algunas más específicas (en economía, el término energía suele referirse a un recurso natural) y otras más amplias. “Para mí, la energía es la fuerza impulsora de la vida y de la materia. Sin ella, nada de lo presente en nuestra vida cotidiana existiría, desde la división celular a la conformación del universo, pasando por el mero hecho de respirar”, señala Contreras.

Tipos de energía

“Desde un punto de vista físico, la energía es la capacidad que tiene un cuerpo o una masa de alterar el centro de masas de otro cuerpo cuando se les aplica una fuerza”, continúa la investigadora. “Por lo tanto, hay tantos tipos de energía como diferentes tipos de cuerpos existen. Es decir, en función de la naturaleza o propiedades fisicoquímicas que presentan estos cuerpos podemos hablar de diferentes tipos de energía”.

Tal como explican también desde el departamento de Energía norteamericano, todas las formas de energía pueden agruparse en dos grandes tipos: la energía potencial y la energía cinética. La primera tiene que ver con la energía que almacena un cuerpo. “Depende la posición del cuerpo. Por ejemplo, la energía que tiene un muelle cuando está comprimido o estirado o la energía que tiene un coche parado”, señala la investigadora del ICMSE-CSIC. La segunda, la cinética, es la energía que genera un movimiento, como la electricidad que se produce por el desplazamiento de los electrones.

Dentro de cada grupo tenemos, a su vez, distintos tipos de energía. Dentro de la energía potencial, se encuentran, por ejemplo:

• La energía química, almacenada en los enlaces de átomos y moléculas. Las pilas o el petróleo son ejemplos de energía química.

• La energía mecánica, almacenada en los objetos en tensión, como un muelle comprimido o una goma estirada.

• La energía nuclear, almacenada en el núcleo de los átomos. Son las que mantienen todos sus componentes unidos.

• La energía electromagnética, presente en las cargas eléctricas positivas y negativas que se mantienen separadas, como en una batería.

Por su parte, dentro de la energía cinética también tenemos otros tipos de energía muy conocidos:

• La energía térmica. El calor está asociado al movimiento de átomos y moléculas en un cuerpo o una sustancia.

• La energía eléctrica. Se produce por el movimiento de los electrones, partículas subatómicas con carga, a través de un elemento conductor, como un cable.

• El sonido. No es más que energía que se mueve en ondas longitudinales a través de sustancias y hace que estas vibren.

De renovables y fósiles: fuentes de energía según su origen

La energía no solo hace funcionar el planeta, sino que también mueve todos los aspectos de nuestras sociedades modernas. La tecnología nos permite aprovechar fuentes de energía externas, más allá de la que producen nuestros propios cuerpos, y transformarlas en formas de energía que nos son útiles, como la electricidad o el calor.

Así, también podemos hablar de tipos de energía según su origen. En este sentido, tal como explican desde el Foro de la Industria Nuclear Española, podemos hablar de energías primarias (se obtienen directamente de la naturaleza) o secundarias (deben transformarse antes de su uso) y de energías renovables y no renovables.

Los combustibles fósiles

Los combustibles fósiles, como el carbón, el petróleo y el gas, son una fuente de energía primaria y no renovable. Tienen su origen en la descomposición de materia orgánica de animales, plantas y microorganismos hace millones de años, seres vivos que almacenaron energía mucho antes de que el ser humano caminase por el planeta y que la han guardado hasta hoy. Según datos de la ONU, suponen el 80 % de la demanda actual de energía primaria a nivel mundial.

La energía hidráulica

Sacar partido a la fuerza de los ríos fue una de las primeras formas de transformación de la energía desarrolladas por la humanidad. Hoy, sin embargo, hablar de energía hidráulica es hablar de presas y turbinas que generan grandes cantidades de electricidad. Se trata de una forma de energía renovable y, además, almacenable, ya que el agua embalsada guarda la energía hasta el momento preciso en que necesitemos liberarla para producir electricidad.

Las energías eólica y solar

En el camino hacia un mundo sin combustibles fósiles, hay dos fuentes de energía renovable que han ganado protagonismo por encima del resto: las que producen el viento y el sol. La energía eólica saca partido a la energía cinética del viento y la transforma en electricidad mediante turbinas (molinos o aerogeneradores) colocados en la tierra o en el mar. La energía solar, por su parte, puede aprovecharse mediante diferentes tipos de tecnologías. La fotovoltaica permite convertir la radiación del sol en electricidad y la térmica saca partido al calor para utilizarlo en sistemas de calefacción o agua caliente sanitaria.

Undimotriz, biomasa o geotérmica: las otras renovables

A lo largo de los siglos se han desarrollado muchas otras formas de aprovechar la energía de nuestro entorno. La que contiene la biomasa vegetal, por ejemplo, es la fuente de energía más antigua transformada por el ser humano, que aprendió a manejar el fuego hace más de 700.000 años. Hoy, sin embargo, la energía de biomasa se produce en calderas y centrales avanzadas que transforman los residuos vegetales en calor y electricidad.

La energía geotérmica también lleva mucho tiempo entre nosotros, por ejemplo, en el calor de las aguas termales. Sin embargo, su aprovechamiento para producir electricidad y calor para nuestras viviendas es mucho más reciente. Se trata de una fuente de energía renovable que está siempre disponible y saca partido al calor del subsuelo, y es especialmente popular en países con una actividad volcánica alta, como Islandia.

Los océanos, como la atmósfera, son uno de los grandes motores energéticos del planeta. Sus aguas absorben la mayor parte de la radiación solar que recibe la Tierra y dan forma a potentes corrientes que rodean la Tierra, a las olas y a las tormentas. Fuerzas y movimientos que también podemos aprovechar. La energía undimotriz es la que saca partido a la energía mecánica del movimiento de las olas marinas para generar electricidad. Apenas ha empezado a desarrollarse, pero según la Agencia Internacional de Energías Renovables es una de las renovables con mayor potencial.

“El mayor desafío de las energías renovables, bajo mi punto de vista, es que sean más accesibles”, señala Lidia Contreras. “La tecnología asociada a las energías renovables es explotada en forma de grandes instalaciones, como molinos de viento, plantas fotovoltaicas o centrales de biomasa, que alteran el paisaje y requieren de grandes inversiones económicas. Además, necesitan de una red eléctrica que transporte la electricidad al dispositivo final. Esto hace que, de querer usar energías renovables para nuestros dispositivos, nos veamos obligados siempre a estar cerca de los puntos de carga”.

“Hoy alimentamos estos dispositivos con baterías o pilas que no son sostenibles para el medioambiente”, concluye. “Por ello, el gran reto que se nos plantea es llevar las energías renovables a esos dispositivos para que no dependan del uso de baterías ni de puntos de carga cercanos”. El futuro, para la investigadora, está en dispositivos portátiles que tengan la capacidad de autoabastecerse con las fuentes ambientales limpias y renovables que nos rodean, como el movimiento de nuestro cuerpo, el calor de nuestra respiración o la fuerza de nuestra voz.