cuatro problemas

IntroducciónEnergía

(In)Tolerancia ClimáticaAgua y alimento

Cuatro problemas (químicos) para el siglo XXISeminarios Académicos FQ

Carlos Amador Bedolla∗

∗Departamento de Física y Química Teórica, Facultad de QuímicaUniversidad Nacional Autónoma de México

28 de agosto de 2009

Amador



La actividad humana actualEl paradigma económicoEl mundo es finito

La actividad humana actual

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La población humana

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Año AC/DC

Población humana a través de la historia

Población mundial

El homo sapienssapiens existe desdehace aproximadamentedoscientos mil años

Aumento de 42% enlos últimos 25 años

Datos dehttp://en.wikipedia.org/wiki/World_population_estimates

Amador




El consumo de energía

Distintos tipos de energía: madera, carbono, petróleo, gas natural,hidroeléctrica, nuclear

EEUU desde 1635 a 2000

Quadrillion Btu ≈ 25 millones de toneladas de petróleo

Energy Information Administration http://www.eia.doe.gov/emeu/aer/eh/intro.html

Amador





42

Oil remains the world’s dominant fuel, holding the leading share of consumption in all regions except Europe and Eurasia, and Asia Pacific. Coal is the dominant fuelin Asia Pacific and continues to increase its market share; the region accounts for 61.5% of global coal consumption, the largest global share for any fuel in any region.Natural gas remains the leading fuel in Europe and Eurasia.

Asia PacificAfricaMiddle EastEurope & EurasiaS. & Cent. AmericaNorth America 0

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World consumptionMillion tonnes oil equivalent

083 08070605040302010099989796959493929190898887868584

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World primary energy consumption grew by 1.4% in 2008, below the 10-year average. It was the weakest year since 2001. Oil remains the world’s dominant fuel, though it has steadily lost market share to coal and natural gas in recent years. Oil’s share of the world total has fallen from 38.7% to 34.8% over the past decade. Oil consumptionand nuclear power generation declined last year, while natural gas and coal consumption, as well as hydroelectric generation, increased.

CoalHydroelectricityNuclear energyNatural gasOil

Regional consumption pattern 2008Percentage

Energía primaria

Millones de toneladasde petróleo equivalenteanual

6800 en 1983, 11295en 2008, aumento de66% en 25 años

Petróleo, gas natural,energía nuclear,hidroelectricidad,carbono

BP Statistical Review of World Energy (June 2009)

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La producción de alimentos

Producción dealimentos 1990-2006

Índice relativo a 1990mundialpaíses menosdesarrolladospaísesdesarrolladospaíses endesarrollo

Incremento mundial en16 años > 70%

The state of food and agriculture 2008. Food andAgriculture Organization (FAO) of the UnitedNations. Rome, 2008.http://www.fao.org/docrep/011/i0100e/i0100e00.htm

W O R L D F O O D A N D A G R I C U L T U R E I N R E V I E W 105

equivalent units) rose by almost 6 percent in 2007 compared with the 2003–05 average (Figure 34).1 However, production shortfalls of 20 percent in Australia and Canada, two major cereal exporters, contributed to tighter export supplies. Together with Argentina and Brazil, these countries account for only 15 percent of global production of these

1 Crop and livestock product volumes are converted into a common unit for comparability. Crops are aggregated on a wheat basis based on relative prices in 2000–02. Livestock products are also aggregated into a common unit based on relative prices.

crops but 35–40 percent of world exports. Supply disruptions in these countries can have disproportionate implications for export supplies and international agricultural prices.

Looking ahead to 2010, world output of these crops is projected to rise by 7 percent compared with 2007. This outcome depends on weather and the effective transmission of price signals to producers in countries that have the capacity to expand production. Where governments intentionally dampen price transmission, producers may not receive the necessary incentive to expand production. Conversely, where costs of

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Source: FAO, 2008i.

FIGURE 33Agricultural production indices, total and per capita

Per capita agriculturalproduction

Total agriculturalproduction

Index (1999–2001 = 100)

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Index (1999–2001 = 100)

Developed countries

Least-developedcountries

Developing countries

World

Developed countries



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La actividad humana más intensa

Este crecimiento está concentrado en los últimos dos o tres siglos. Desde lainvención de la ciencia moderna —Copérnico (1543)

Nicolaus Copernicus(Polonia, 1543)

De revolutionibusorbium coelestium

Cp, Z=112, 2009 (enconsideración)

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Este crecimiento está concentrado en los últimos dos o tres siglos. Desde lainvención de la ciencia moderna —Copérnico (1543), Kepler (1609)

Johannes Kepler(Alemania, 1609)

Mysteriumcosmographicum (Elmisterio sagrado delcosmos) (1596)

Astronomia nova(1609)

Harmonice Mundi(1619)

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Este crecimiento está concentrado en los últimos dos o tres siglos. Desde lainvención de la ciencia moderna —Copérnico (1543), Kepler (1609), Newton(1687)

Isaac Newton(Inglaterra, 1687)

Philosophiae NaturalisPrincipia Mathematica

Física, matemáticas,gravitación

Amador





Este crecimiento está concentrado en los últimos dos o tres siglos. Desde lainvención de la ciencia moderna —Copérnico (1543), Kepler (1609), Newton(1687)—, la tecnología moderna —Newcomen (1710)

Thomas Newcomen(Inglaterra, 1710)

el amigo del minero

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Este crecimiento está concentrado en los últimos dos o tres siglos. Desde lainvención de la ciencia moderna —Copérnico (1543), Kepler (1609), Newton(1687)—, la tecnología moderna —Newcomen (1710), Watt (1784)

James Watt (Inglaterra,1784)

separación de lasfuentes de calor y deenfriamiento

eficiencias: Newcomen∼1%, Watt ∼3%

Amador





Este crecimiento está concentrado en los últimos dos o tres siglos. Desde lainvención de la ciencia moderna —Copérnico (1543), Kepler (1609), Newton(1687)—, la tecnología moderna —Newcomen (1710), Watt (1784), Joule(1845)

James Prescott Joule(Inglaterra, 1845)

calor y trabajo sonenergía

primera ley de latermodinámica

Amador





Este crecimiento está concentrado en los últimos dos o tres siglos. Desde lainvención de la ciencia moderna —Copérnico (1543), Kepler (1609), Newton(1687)—, la tecnología moderna —Newcomen (1710), Watt (1784), Joule(1845), Clausius (1850)—

Rudolf Clausius(Alemania, 1850)

calor y trabajo sonenergía pero suinterconversión estálimitada por la entropía

segunda ley de latermodinámica

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Este crecimiento está concentrado en los últimos dos o tres siglos. Desde lainvención de la ciencia moderna —Copérnico (1543), Kepler (1609), Newton(1687)—, la tecnología moderna —Newcomen (1710), Watt (1784), Joule(1845), Clausius (1850)— y la economía —Smith (1776), Ricardo (1817),Stuart-Mill (1848)—.

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El crecimiento económico obligado

La causa/efecto de la intensa actividad humana se resume en el paradigmadel crecimiento económico obligado: cada año tenemos que aumentar laproducción. De todo. Este paradigma ha logrado dos resultadosespectaculares. El primero es

El siglo de oro del animalhumano

o

La fiesta de la humanidad

W O R L D F O O D A N D A G R I C U L T U R E I N R E V I E W 105

equivalent units) rose by almost 6 percent in 2007 compared with the 2003–05 average (Figure 34).1 However, production shortfalls of 20 percent in Australia and Canada, two major cereal exporters, contributed to tighter export supplies. Together with Argentina and Brazil, these countries account for only 15 percent of global production of these

1 Crop and livestock product volumes are converted into a common unit for comparability. Crops are aggregated on a wheat basis based on relative prices in 2000–02. Livestock products are also aggregated into a common unit based on relative prices.

crops but 35–40 percent of world exports. Supply disruptions in these countries can have disproportionate implications for export supplies and international agricultural prices.

Looking ahead to 2010, world output of these crops is projected to rise by 7 percent compared with 2007. This outcome depends on weather and the effective transmission of price signals to producers in countries that have the capacity to expand production. Where governments intentionally dampen price transmission, producers may not receive the necessary incentive to expand production. Conversely, where costs of

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Source: FAO, 2008i.

FIGURE 33Agricultural production indices, total and per capita

Per capita agriculturalproduction

Total agriculturalproduction

Index (1999–2001 = 100)

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Index (1999–2001 = 100)

Developed countries



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Developed countries



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El crecimiento económico obligadoLa causa/efecto de la intensa actividad humana se resume en el paradigmadel crecimiento económico obligado: cada año tenemos que aumentar laproducción. De todo. Este paradigma ha logrado dos resultadosespectaculares. El primero es


o

La fiesta de la humanidadAngus Maddison. Historical Statistics for the WorldEconomy: 1-2006 AD.http://www.ggdc.net/maddison/Historical_Statistics/horizontal-file_09-2008.xls

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Producto mundial bruto (PMB) a través de la historia

Producto Mundial Bruto

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El crecimiento económico obligadoLa causa/efecto de la intensa actividad humana se resume en el paradigmadel crecimiento económico obligado: cada año tenemos que aumentar laproducción. De todo. Este paradigma ha logrado dos resultadosespectaculares. El primero es


o

La fiesta de la humanidadhorizontal: 1896-2009vertical: 0 a 14000 unidades djia

Dow Jones & Co. 2009.https://www.djaverages.com/

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El crecimiento económico obligadoLa causa/efecto de la intensa actividad humana se resume en el paradigmadel crecimiento económico obligado: cada año tenemos que aumentar laproducción. De todo. Este paradigma ha logrado dos resultadosespectaculares. El primero es la justificación de todos lo economistas y esprofundamente popular, tanto que es incuestionable. Requiere del capital,del libre mercado, de la ventaja comparativa y ahora de la globalización.

Adam Smith (Inglaterra1776)

la mano invisible

el mercado libre

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El crecimiento económico obligadoLa causa/efecto de la intensa actividad humana se resume en el paradigmadel crecimiento económico obligado: cada año tenemos que aumentar laproducción. De todo. Este paradigma ha logrado dos resultadosespectaculares. El primero es la justificación de todos lo economistas y esprofundamente popular, tanto que es incuestionable. Requiere del capital,del libre mercado, de la ventaja comparativa y ahora de la globalización.

David Ricardo(Inglaterra 1817)

la ventaja comparativa

ley de rendimientosdecrecientes

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La causa/efecto de la intensa actividad humana se resume en el paradigmadel crecimiento económico obligado: cada año tenemos que aumentar laproducción. De todo. Este paradigma ha logrado dos resultadosespectaculares. El primero es la justificación de todos lo economistas y esprofundamente popular, tanto que es incuestionable. Requiere del capital,del libre mercado, de la ventaja comparativa y ahora de la globalización.

John Stuart Mill (Inglaterra 1848)

As the wages of the labourer are the remunerationof labour, so the profits of the capitalist are properlythe remuneration of abstinence. They are what hegains by forbearing to consume his capital for hisown uses and allowing it to be consumed byproductive labourers for their uses.

On Liberty, feminismo

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El crecimiento económico obligadoPromete que la fiesta alcanzará a todos, idea esta última que avanza, siacaso, lentamente.

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Frac

ción

acu

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ada

Fracción del total de la población

Índice de Gini (G=0.54) Corrado Gini (1912)

Escogemos al quintil de los máspobres y nos preguntamos cuántalana del total poseen. Si la reparticiónfuera homogénea poseerían el 20%.Poseen menos. Comparamos cuántoposeen con el 20% que representan.Pasamos al quintil siguiente...

Medimos la desigualdad como lafracción del área que no se cubre—cero en la total homogeneidad, unoen la total desigualdad.

Worlds Apart: Measuring International and Global Inequality. BrankoMilanovic. Princeton University Press (2005)

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Convenció a tirios y troyanos. La historia del siglo XX se centró en ladiscusión de cómo favorecer su avance, y llegamos al final diciendo que lapelea había terminado.

Encuentro de Yalta, Crimea (1945)

Franklin D. Roosevelt, WinstonChurchill, Josef Stalin

Fukuyama (1992)

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La actividad humana actual es nueva

Nuestro crecimiento no es exponencial, ¡es mayor!

Tres periodosexponenciales distintos

Empezamos en220 000 AC, 25 264 ACo 828 AC

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La actividad humana actual es nueva

Nuestra actividad económica no es exponencial, ¡es mayor!

Al menos dos periodosexponenciales distintos

Hasta 1870 crecíamosal 0.2% anual—duplicación en 302años.

Desde 1870 crecemosal 3.2% anual—duplicamos en 22años.

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El mundo es finito

El segundo resultado proviene de una idea elemental: nada puede crecerindefinidamente en un mundo finito

Acero, aluminio,automóviles, aviones,bicicletas, CO2,computadoras,producto mundial,pescado, petróleo,población, energíaeólica...

Tarde o temprano seráinsuficiente cualquiercosa de la que cadavez se use más

Vital Signs 2007-2008: the trends that are shapingour future. The Worldwatch Institute. WorldwatchBooks, W. W. Norton & Co., 2007.

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Nuestras carencias cercanas

Energía

Agua

Alimento

Una carencia inesperada: tolerancia climática

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Nuestras carencias cercanas están relacionadas

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Dos opiniones extremas

Cornucópicos (cornudos dela abundancia): algoinventarán, la creatividadhumana es inmensa,induccionistas elementales

vs.

Neomaltusianosapocalípticos: el mundo seva a acabar, ¡compren latasde atún!

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Una línea de avances científicos y tecnológicos

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Consumo globalEl petróleoEnergías renovables

Energía

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BP Statistical Review of World Energy (June 2009)

Amador




El consumo de energía: México

Energía primaria total 2008

Mundial México

fuente Mbe/día Porcentaje Mbe/día Porcentaje

petróleo 78.9 34.8% 1.81 52.8%

gas 54.7 24.1% 1.21 35.5%

carbón 66.3 29.2% 0.18 5.3%

nuclear 12.4 5.5% 0.05 1.3%

hidro 14.4 6.3% 0.17 5.0%

Total 226.8 3.42BP Statistical Review of World Energy (June 2009)

México consume 1.51% de la energía primaria mundial con 1.61% de lapoblación, para cociente de 0.9. [India, 0.2] [China, 0.9] [EEUU, 4.5]

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El problema de la energía

Combustibles fósiles

88.1% de la energía empleada es no renovable y se va a acabar

la demanda ha aumentado 2.4% anual promedio en la década (seduplica en ∼28 años)

R/P para los combustibles fósiles: [petróleo, 42], [gas, 60], [carbón, 106](México [petróleo, 10], [gas, 9])

su combustión produce buena parte de las ∼4 GTC que se quedan enla atmósfera cada año

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El pico de Hubbert

M. K. Hubbert en 1956 planteó una relación empírica entre el proceso deproducción, la tasa de descubrimientos, el total existente estimado y el futurode la producción. Acertó a la producción de EEUU.

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El pico de Hubbert

M. K. Hubbert en 1956planteó una relaciónempírica entre el proceso deproducción, la tasa dedescubrimientos, el totalexistente estimado y elfuturo de la producción.Acertó a la producción deEEUU. La aplicación deestas ideas al mundo enteropredicen un pico por estasfechas, que se discuteacaloradamente.

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El pico de Hubbert en México

La producción depetróleo enMéxico presentala mayordisminuciónpetrolera mundialen la actualidad.

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La energía es diferente

Algunas energías son más iguales que otras

El petróleo es especial: densidad de energía [batería, 175 Wh/kg],[hidrógeno (680 atm), 1.32 kWh/l], [gasolina, 8.88 kWh/l]

Un tanque de gasolina tiene el contenido energético de dos años detrabajo de una persona, los 5.38 litros diarios por persona de petróleoequivalente producen la energía que producirían 7.6 zombies bienalimentados

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Fuentes alternas de energía

Energías renovables y no tanto

Fusión nuclear y fisión nuclear (pico de U y los retrasos del ITER)

Geotérmica (escasa en comparación a la demanda actual)

Eólica

Bioenergía

IngEnergía

Solar

Lo más probable es que las necesitemos todas. Algunas se pueden instalarde forma micro, otras requieren forzosamente organización macro.

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Energía eólica

Turbinas eólicas

En la tierra, en el mar, en laalta atmósfera (papalotes)

Su construcción genera CO2,el doble que el uso de nuclear,pero 15 veces menos que elgas

Tienen el problema de laintermitencia

Se pueden aplicar dónde sea,pero hay mejores lugares

N. Lior. Energy resources and use: The present situation andpossible paths to the future. Energy 33 842 (2008)X. Lu, M. B. McElroy & J. Kiviluoma. Global potential forwind-generated electricity. Proc. Nat. Acad. Sci.doi/10.1073/pnas.0904101106 (June 2009)C. L. Archer & K. Caldeira, Global Assessment of High-AltitudeWind Power, Energies 2009, 2, 307-319;doi:10.3390/en20200307

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Bioenergía I

La biomasa se quema yproduce calor o electricidad

Fermentación decarbohidratos para producirbioetanol

Extracción y procesamientode aceites para hacerbiodiesel

Se hace reaccionar y producebiocarbón vegetal—biochar(coal)— y secuestracarbono

W. Gerbens-Leenes et al. The water footprint of bioenergy.Proc. Nat. Acad. Sci.106 10219-10223 (2009)K. Kleiner, The bright prospect of biochar(coal). Feature NatureReports Climate Change 3 72 (2009)Corn based ethanol flunks key test. News Science 324 587(2009)

Genera mucho CO2

Consume enormes cantidades de agua(más en biodiesel que en bioetanol)

Tiene una baja EROI (Energy Return OnInvestment)

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Bioenergía II

La biomasa se quema yproduce calor o electricidad

Fermentación decarbohidratos para producirbioetanol

Extracción y procesamientode aceites para hacerbiodiesel

Se hace reaccionar y producebiocarbón vegetal—biochar(coal)— y secuestracarbono

W. Gerbens-Leenes et al. The water footprint of bioenergy.Proc. Nat. Acad. Sci.106 10219-10223 (2009)K. Kleiner, The bright prospect of biochar(coal). Feature NatureReports Climate Change 3 72 (2009)Corn based ethanol flunks key test. News Science 324 587(2009)

Genera mucho CO2

Consume enormes cantidades de agua(más en biodiesel que en bioetanol)

Tiene una baja EROI (Energy Return OnInvestment)

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IngEnergía I

Sigamos usando gasolina,pero hagámosla de carbón

Métodos usuales: pirólisis,licuefacción directa e indirecta(Fischer-Tropsch y metanol aolefinas)

Consume mucha energía(bajísimo EROI) y generamucho CO2

3C + 4H2O→2CO + 4H2 + CO2 →2(−CH2−) + 2H2O + CO

D. Hildebrandt et al. Producing Transportation Fuels with LessWork. Science 323 1680 (2009)Agrawal R. et al. Sustainable fuel for the transportation sector.Proc. Nat. Acad. Sci. 104 4828 (2007)

Mínimo teórico de 350MW para 80 000barriles/día

Un FT típico que hace el primer paso a1500K y el segundo a 500K usa 1000MW

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IngEnergía II

Entra la termodinámica

3C + 6H2O→ 3CO2 + 6H2 →2(−CH2−) + 4H2O + CO2

Mínimo teórico de 350MWpara 80 000 barriles/día

La primera reacción—1500K— es menosendotérmica, la segunda —a500K— es menos exotérmica;así sólo usa 820MW

D. Hildebrandt et al. Producing Transportation Fuels with LessWork. Science 323 1680 (2009)Agrawal R. et al. Sustainable fuel for the transportation sector.Proc. Nat. Acad. Sci. 104 4828 (2007)

Si el H2 viene de solar o eólica estoconsume CO2, aunque luego lo regrese alquemar gasolina. Al menos es neutro.

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Solar I

Métodos para producir energía a partir de la energía solar

Solar térmica: calentamiento de un fluido —colector solar parabólico

Conversión directa de luz solar en energía eléctrica: celdas fotovoltaicas

Uso directo de los fotosintetizadores naturales para producirbiocombustibles

Fotosíntesis artificial con sustancias sintetizadas en el laboratorio: lisisde agua

R. Eisenberg. Rethinking water splitting. Science 324 44 (2009)S. W. Kohl et al. Consecutive Thermal H2 and Light-Induced O2 Evolution from Water Promoted by a Metal Complex. Science 324 74(2009)

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Solar II

Bandeja parabólica queconcentra la radiación solar enun tubo y calienta un fluido detransferencia de calor(∼ 400◦C)

Se requiere también un mediode almacenamiento de latemperatura: mismo HTF,cambio de fase oalmacenamiento químico

Se ha usado una mezclaeutéctica de óxidos de bifenil ydifenil, que tiene alta presiónde vapor arriba de 200◦C

D. M. Blake et al. Lifetime of Imidazolium Salts at ElevatedTemperatures. Journal of Solar Energy Engineering 128 54(2006)D. Brosseau, Parabolic Trough Storage Design and Modeling,Sandia National Laboratory Trough Workshop, February 13-14,2006

Se proponen sales inorgánicas de nitrato(NaNO3, KNO3, LiNO3) pero funden porarriba de 120◦C

Se proponen sales orgánicas: cationes deimidazol

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Solar II

Bandeja parabólica queconcentra la radiación solar enun tubo y calienta un fluido detransferencia de calor(∼ 400◦C)

Se requiere también un mediode almacenamiento de latemperatura: mismo HTF,cambio de fase oalmacenamiento químico

Se ha usado una mezclaeutéctica de bifenilo y óxido dedifenilo, que tiene alta presiónde vapor arriba de 200◦C

D. M. Blake et al. Lifetime of Imidazolium Salts at ElevatedTemperatures. Journal of Solar Energy Engineering 128 54(2006)D. Brosseau, Parabolic Trough Storage Design and Modeling,Sandia National Laboratory Trough Workshop, February 13-14,2006

Se proponen sales inorgánicas de nitrato(NaNO3, KNO3, LiNO3) pero funden porarriba de 120◦C

Se proponen sales orgánicas: cationes deimidazol

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Solar III

Silicio multicristalino,eficiencia 15%

Celdas solares de multicapas,eficiencia récord arriba de40%

Celdas solares de plástico,eficiencia récord (julio 2009)6.77%

Muy bajo precio, aplicacionesnovedosas: textiles,recubrimientos

Solarmer Energy Inc.(http://www.azonano.com/news.asp?newsID=12432)V. Shrotriya, Nature Photonics 3 August 2009,www.nature.com/naturephotonics

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Solar III

Celdas solares de plástico, eficienciarécord (julio 2009) 6.77%

Faltan detalles tecnológico/científicosimportantes

Separación de los excitones: pérdidade energía en la separacióndonador/aceptador debido a unadiferencia en las bandas de energíaque no han sido optimizadas

Gap entre el LUMO del aceptador yel HOMO del donador: subir LUMO,bajar HOMO

B. Kippelen & J. L. Brédas, Organic Photovoltaics, Energy Environ. Sci. 2,251 (2009).H. Hoppe & N. Serdar Sariciftci, Polymer Solar Cells, Adv. Polym. Sci. 214 1(2008).

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Solar IV

Fotosíntesis artificial

Excitación por transferencia de carga,separación del par electrón-agujeromediante reacciones de transferenciade carga, acumulación de carga ycatálisis

El cromóforo absorbe un fotón ygenera electrón/agujero

Ejemplo: electrólisis de agua

R. Heisenberg, Rethinking Water Splitting, Science 324, 44 (2009).S. Kohl et al., Consecutive Thermal H2 and Light-Induced O2 Evolution fromWater Promoted by a Metal Complex, Science 324 74 (2009).

El aceptador y el donador facilitan latransferencia de carga

Un catalizador reduce H+ y el otrooxida H2O

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Solar IV

Fotosíntesis artificial

La formación de H2 es térmica

Hay formación de H2O2

mediante la absorción de unfotón

La formación de O2 esfotolítica a partir de peróxido

Una reacción inesperada

R. Heisenberg, Rethinking Water Splitting, Science 324, 44(2009).S. Kohl et al., Consecutive Thermal H2 and Light-Induced O2Evolution from Water Promoted by a Metal Complex, Science324 74 (2009).

Amador



Los gases de efecto invernaderoLos efectos de los gases¿Cómo lo detenemos?

Tolerancia climática

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Los gases de efecto invernadero

Dióxido de carbono, metano yóxido nitroso son losprincipales

Hay decenas más:clorofluorocarbonos (CFCs),hidroclorofluorocarbonos(HCFCs), hidrofluorocarbonos(HFCs), perfluorocarbonos(PFCs) and hexafluoruro deazufre (SF6)

Forster, P., V. Ramaswamy, P. Artaxo, T. Berntsen, R. Betts, D.W.Fahey, J. Haywood, J. Lean, D.C. Lowe, G. Myhre, J. Nganga, R.Prinn, G. Raga, M. Schulz and R. Van Dorland, 2007: Changesin Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing. In:Climate Change 2007: The Physical Science Basis.Contribution of Working Group I to the Fourth AssessmentReport of the Intergovernmental Panel on Climate Change[Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B.Averyt, M.Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge UniversityPress, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.

Aumento de 9% de la potencia radiativaentre 1998 y 2005

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El CO2 en la atmósfera industrial

El dióxido de carbono se portacomo cualquier cosa delparadigma del crecimientoeterno

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El CH4 y el N2O en la atmósfera industrial

Richardson, K., W. Steffen, H.J. Schellnhuber, J. Alcamo, T. Barker, D.M. Kammen, R. Leemans, D. Liverman, M. Munasinghe, B.

Osman-Elasha, N. Stern & O. Wæver. 2009. Synthesis Report: Climate Change, Global Risks, Challenges and Decisions. University of

Copenhagen, Denmark.

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El CO2 en la atmósfera industrial

Medidas en el laboratorio deMauna Loa

Cantidad de oxígeno en laatmósfera (unidadesarbitrarias)

Emisiones de carbonoequivalente

Cambio en la relación de 13C a12C, indicando que el aumentoviene de los combustiblesfósiles —escala invertida

Forster, P., V. Ramaswamy, P. Artaxo, T. Berntsen, R. Betts, D.W.Fahey, J. Haywood, J. Lean, D.C. Lowe, G. Myhre, J. Nganga, R.Prinn, G. Raga, M. Schulz and R. Van Dorland, 2007: Changesin Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing. In:Climate Change 2007: The Physical Science Basis.Contribution of Working Group I to the Fourth AssessmentReport of the Intergovernmental Panel on Climate Change[Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B.Averyt, M.Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge UniversityPress, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.

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Los efectos de esos gases: las brasas

No se sabe a ciencia cierta eltamaño de los efectos

Se sospecha cantidad deefectos

Estamos enganchados ya conun aumento de 0.3 a 0.7◦C

Llegar a 450 ppm pone elaumento en 1 a 2◦C

Igual ya llegamos a 450 ppmde CO2 equivalente, nos salvael azufre que amortigua 80ppm

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Los efectos de esos gases: las brasas

No se sabe a cienciacierta el tamaño de losefectos

Se sospecha cantidadde efectos

Estamos enganchadosya con un aumento de0.3 a 0.7◦C

Llegar a 450 ppm poneel aumento en 1 a 2◦C

Igual ya llegamos a450 ppm de CO2

equivalente, nos salvael azufre queamortigua 80 ppm

M. E. Mann, Defining dangerous anthropogenic interference, PNAS 106 4065 (2009)J. B. Smith et al., Assessing dangerous climate change through an update of the IPCC “reasons forconcern”, PNAS 106 4133 (2009)

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Y vamos más rápido

Comparación conpredicciones de hace15 años

El permafrost tienemas CO2 del que sepensaba

Basta con 15% de lafusión del hielo deGroenlandia para queel mar suba 1m

El nivel del mar es másalto que la peorpredicción de hace 15años Richardson, K., W. Steffen, H.J. Schellnhuber, J. Alcamo, T. Barker, D.M. Kammen, R. Leemans, D.

Liverman, M. Munasinghe, B. Osman-Elasha, N. Stern & O. Wæver. 2009. Synthesis Report: ClimateChange, Global Risks, Challenges and Decisions. University of Copenhagen, Denmark.

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Y vamos más rápido

Comparación conpredicciones de hace15 años

El nivel del mar es másalto que la peorpredicción de hace 15años

Y soltamos máscarbono que la peorpredicción de hace 15años

Richardson, K., W. Steffen, H.J. Schellnhuber, J. Alcamo, T. Barker, D.M. Kammen, R. Leemans, D.Liverman, M. Munasinghe, B. Osman-Elasha, N. Stern & O. Wæver. 2009. Synthesis Report: ClimateChange, Global Risks, Challenges and Decisions. University of Copenhagen, Denmark.

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¿Cómo lo detenemos I?

El modelo económico se mantiene

Las 15 cuñas de estabilización

Uso de energía, uso de combustible,captura y almacenamiento de CO2,fisión nuclear, electricidad renovable,bosques y agricultura

S. Pacala & R. S. Socolow, Stabilization Wedges: Solving the ClimateProblem for the Next 50 Years with Current Technologies, Science 305, 968(2004)

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¿Cómo lo detenemos II?

El modelo económico semantiene

No le cargamos el peso a loque produce cada país

Le cargamos el peso a lo queconsume cada individuo

Para reducir 30% hay quereducir el consumo de los mily pico millones de humanosmás ricos

Para 30P se fija un pisomínimo de 1tCO2/año porpersona

S. Chakravarty et al., Sharing global CO2 emission reductionsamong one billion high emitters, PNAS 106, 11884 (2009)

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¿Cómo lo detenemos III?

Geoingeniería

Construir una flota de 1500 barcos con hélices que generen un spray deagua. Este spray aumentará la nubosidad que aumenta el albedo terrestrereflejando hacia fuera de la atmósfera una mayor fracción de la radiaciónsolar

Graeme Wood, Moving Heaven and Earth, The Atlantic 304 [1] 70-76 (July/August 2009)

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Geoingeniería

Enviar a la estratosfera suficiente aerosol de azufre como para que reflejeuna gran proporción de la radiación solar que llega a la Tierra. Ésta tiene laventaja de que produciría novedosos escenarios de amaneceres yatardeceres, a la manera imaginada por los artistas que hicieron BladeRunner


Crutzen, P. J., Albedo enhancement by stratospheric sulphur injections: A contribution to resolve a policy dilemma?, Climatic Change 77,

211 (2006)

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Geoingeniería

Inventar, mediante avances futuros de la biología, árboles con raíces tananchas y tan profundas que al morir no se pudran generando CO2 a laatmósfera sino que se pudran subterráneamente de tal manera que elcarbono quede fijado ahí, con la ventaja añadida de aumentar la producciónagrícola del suelo


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Geoingeniería

Inyectar el CO2 generado en la combustión a los pozos petroleros, ahoravacíos, de donde salió originalmente parte de ese carbono


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Inyectar el CO2 generado enla combustión a los pozospetroleros, ahora vacíos, dedonde salió originalmenteparte de ese carbono

En particular, pozos marinos

K. Zenz House et al., Permanent carbon dioxide storage indeep-sea sediments, PNAS 103, 12291 (2006)NBZ: negative buoyancy zone

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Agua y alimento

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Agua

Consumo

Agua sostenible: Renewable Fresh Water Resources (RFWR)

Aproximadamente 45 500 km3/año

Los humanos consumimos aproximadamente 3 800 km3/año

Más la de los acuíferos que no es renovable

La agricultura consume cerca del 90% del total de agua consumida porhumanos

Con energía abundante se puede desalinizar la que se necesita parabeber a ∼4Wh/l: multi stage flash desalination, osmosis inversa

T. Oki & S. Kanae, Global Hydrological cycles and World Water Resources, Science 313 1068 (2006)

S. L. Postel et al., Human Appropriation of Renewable Fresh Water, Science 271 785 (1996)

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Agua

Extracción y consumo de agua porsectores

Cantidades por año

Uso agrícola: extracción2600km3, consumo 1800km3

Uso doméstico: extracción800km3, consumo 120km3

Uso industrial: extracción400km3, consumo 80km3

Agricultura: 68% de laextracción, 90% del consumo

T. Oki & S. Kanae, Global Hydrological cycles and World WaterResources, Science 313 1068 (2006)Vital Water Graphics - 2nd Edition (2008).http://www.grida.no/publications/vg/water2/

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Agua

Índice de escasez de agua

RWS = (W − S)/Q: Wconsumo de agua, Sdesalinización de agua, Qrecursos renovables de aguadulce

Entre cero y uno, 0.4 ya es undesastre

En la gráfica, el desastre estánormalizado a uno

T. Oki & S. Kanae, Global Hydrological cycles and World WaterResources, Science 313 1068 (2006)Vital Water Graphics - 2nd Edition (2008).http://www.grida.no/publications/vg/water2/

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Alimento

Precio histórico de la alimentación

La fiesta del ser humano

Nellemann, C., MacDevette, M., Manders, T., Eickhout, B., Svihus, B., Prins, A. G., Kaltenborn, B. P. (Eds). February 2009. The

environmental food crisis – The environment’s role in averting future food crises. A UNEP rapid response assessment. United Nations

Environment Programme, GRID-Arendal, www.grida.no Amador



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Alimento

Precios de la alimentación yel petróleo

Nellemann, C., MacDevette, M., Manders, T.,Eickhout, B., Svihus, B., Prins, A. G., Kaltenborn,B. P. (Eds). February 2009. The environmentalfood crisis – The environment’s role in avertingfuture food crises. A UNEP rapid responseassessment. United Nations EnvironmentProgramme, GRID-Arendal, www.grida.no

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Alimento

En la fiesta se come diferente

Nellemann, C., MacDevette, M., Manders, T., Eickhout, B.,Svihus, B., Prins, A. G., Kaltenborn, B. P. (Eds). February 2009.The environmental food crisis – The environment’s role inaverting future food crises. A UNEP rapid responseassessment. United Nations Environment Programme,GRID-Arendal, www.grida.no

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Alimento

La ciencia ha ayudado

Nellemann, C., MacDevette, M., Manders, T., Eickhout, B.,Svihus, B., Prins, A. G., Kaltenborn, B. P. (Eds). February 2009.The environmental food crisis – The environment’s role inaverting future food crises. A UNEP rapid responseassessment. United Nations Environment Programme,GRID-Arendal, www.grida.no

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Fertilización, irrigación y pesticidas

Nellemann, C.,MacDevette, M.,Manders, T., Eickhout, B.,Svihus, B., Prins, A. G.,Kaltenborn, B. P. (Eds).February 2009. Theenvironmental foodcrisis– The environment’srole in averting futurefood crises. A UNEPrapid responseassessment. UnitedNations EnvironmentProgramme,GRID-Arendal,www.grida.no

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Opiniones

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Opiniones

Opiniones I

Esta es la mejor época de la humanidad. Pero todo indica que no durarámucho. ¿Qué debemos conservar? ¿Qué podemos conservar? Nuestrosmejores aliados son la ciencia y la razón.

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Opiniones

Opiniones II

Lo que preocupa ahora es más que lo que preocupó a los ecologistasrecientes. No es cosa de salvar osos polares —y matar secuestradores—, escosa de conservar alguna forma de civilización.

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Opiniones

Opiniones III

El paradigma del crecimiento económico permanente es insostenible.Tenemos que pasar de la economía de un mundo vacío a la economía de unmundo lleno. ¿Cómo vamos a cambiar? Los aparatos para la redefinición delparadigma: visión del mundo, instituciones, tecnologías.

Las tres posibles formas de futuro:

Mundo convencional

Barbarización y mundo de fortalezas

Grandes transiciones

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Opiniones

Opiniones IV

Nuestra mejor esperanza: ciencia y tecnología. Educación para ese futuroradicalmente distinta de la que hemos privilegiado hasta ahora. ¿Cómo seríaese tipo de educación para los químicos? Si todo esto es cierto, ¿qué tanrelevante es la educación química actual y sus cuarenta años deantigüedad?

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Opiniones

Opiniones V

¿Cómo es el futuro inmediato de México —y de la Universidad— si laproducción de petróleo mexicano sigue descendiendo a casi 1% mensual?

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Opiniones

Opiniones VI

La abundancia está positivamente correlacionada con la posibilidad definanciar la ciencia básica. ¿Qué se debe financiar en la escasez? ¿Cuántoesfuerzo? ¿Cómo definirlo y justificarlo?

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cuatro problemas

Education