“Nada se pierde, nada se crea”.
Con estas palabras, Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794), considerado el padre de la química moderna, resumía la esencia de sus resultados sobre el estudio de la energía se manifiesta y se transforma de múltiples maneras. La naturaleza nos proporciona fuentes de energía primaria de manera directa. Estas fuentes comprenden las energías fósiles (carbón, petróleo, gas natural), la energía nuclear y las energías renovables.
Las fuentes de energía primaria, a su vez, son el origen de las distintas manifestaciones de la energía, que principalmente son la energía química, la energía mecánica, la energía térmica, la energía radiante, la energía eléctrica y la nuclear.
Todas estas formas de energía están relacionadas entre ellas mediante diversos caminos de transformación y esto, ni más ni menos, es lo que hace que la energía sea fuente de vida en la Tierra y fuente de progreso para el ser humano.
La frase de Lavoisier sirve también para la energía en todas sus expresiones. La misma idea se encuentra en un enunciado clásico de la física Newtoniana que afirmaba que:
“la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma”.
Por ejemplo, mediante la fotosíntesis, las plantas, las algas y algunas bacterias utilizan el Sol como fuente de energía primaria y transforman la energía radiante en energía química (glucosa). Los animales transformamos energía química en energía mecánica mediante los músculos.
En la Revolución industrial se empezó a utilizar la combustión del carbón (energía química) para obtener energía térmica, que era usada por las máquinas de vapor para producir energía mecánica y mover trenes, telares, etc. Más tarde la energía mecánica se usaría para producir energía eléctrica mediante generadores eléctricos. Hoy en día está continúa siendo la manera más utilizada de producir electricidad a gran escala en el mundo.
Actualmente la energía eléctrica también se obtiene de manera mucho más directa a partir, por ejemplo, de la energía radiante del Sol mediante células fotovoltaicas, de la energía mecánica de los molinos de viento o de los saltos de agua en las centrales hidroeléctricas, o de la energía química almacenada en las baterías.
Otro punto importante al hablar de la energía es su transporte desde el lugar de generación hasta el lugar de consumo. El transporte de la energía se consigue mediante los vectores energéticos. Los vectores energéticos más utilizados son el calor y la electricidad.
Otro vector energético es el hidrógeno, que está asociado con la energía química. La combustión directa del hidrógeno proporciona energía térmica, mientras que su uso en pilas de combustible origina energía eléctrica. El hidrógeno es un vector energético muy versátil, que no sólo permite transportar energía sino también almacenarla de forma sencilla y eficiente.
Es importante no confundir los vectores energéticos con las fuentes de energía y con los convertidores de energía. Los vectores energéticos transportan la energía que se obtiene a partir de las fuentes de energía, mientras que los convertidores energéticos transforman la energía para que sea utilizable en aplicaciones concretas. Por ejemplo, un generador eléctrico de una central hidroeléctrica es un convertidor energético que transforma la energía mecánica del salto de agua en energía eléctrica, mientras que la electricidad generada es el vector energético que transporta la energía eléctrica desde la presa hasta nuestros hogares. De manera análoga, el hidrógeno es un vector energético que transporta energía química obtenida a partir de fuentes diversas y las pilas de combustible son convertidores energéticos que transforman la energía química contenida en el hidrógeno en energía eléctrica.
Por último, cabe recordar que el segundo principio de la termodinámica nos enseña que en cualquier tipo de transformación de la energía siempre hay una pérdida de energía en forma de calor no utilizable (por ejemplo, el debido al rozamiento en un sistema mecánico). Esta pérdida de energía útil puede disminuirse con mejores diseños y con sistemas de recuperación que mejoren la eficiencia energética de los convertidores de energía, pero siempre está presente.
La mejor eficiencia energética se da en las pilas de combustible, en las que se transfiere la energía química del hidrógeno directamente en energía eléctrica, mientras que la peor eficiencia energética se encuentra en los motores de combustión y en las centrales de generación de electricidad convencionales, en las que la energía química de un combustible o la energía nuclear se transforman primero en energía térmica, luego en energía mecánica y, por último, en energía eléctrica. Por ejemplo, en los automóviles equipados con motores de combustión interna,
Sólo el 20% de la energía producida en la combustión se aprovecha para el movimiento de las ruedas!
Además de ser un vector energético y un acumulador de energía, la transformación del hidrógeno en una pila de combustible produce electricidad con una eficiencia energética muy superior a los métodos de producción de electricidad actuales.