Presentación de las Conferencias del Año Internacional de la Quimica

El día 28 de febrero asistí al acto de presentación del Ciclo de Conferencias con el que se pretende dar a conocer que el año 2011 es el Año Internacional de la Química.

Están organizadas por la Real Academia de Ciencias de Zaragoza y la Facultad de Ciencias, entre otras muchas organizaciones.

Tras la presentación, la primera de las conferencias ha sido realizada por el Dr. Miguel Ángel Alario.

"Materiales para la energía"

El objetivo de esta serie de conferencias es presentar la ciencia, no solo como ciencia, sino como parte que es de nuestra cultura, es decir, ¿cultura científica? o simplemente, cultura.

Si nos centramos únicamente en los "materiales para la energía" se han nombrado dos tipos:

Los materiales capaces de producir energía eléctrica a partir de la luz, es decir, los semiconductores fotovoltaicos.

La producción de energía eléctrica a partir del sol se logra usando materiales basados en el silicio, dopados con diferentes elementos. Estos materiales, a pesar de ser aislantes en un primer momento, su banda prohibida es lo suficientemente estrecha como para que los fotones de luz incidentes sobre el material puedan hacer saltar a los electrones de valencia a la banda de conducción.

No voy a explicar en detalle como al unir dos tipos de semiconductores, uno  de tipo P y otro de tipo N, se consigue que estos electrones que han saltado a la banda de valencia, se desplacen en una dirección, logrando de esta forma una corriente eléctrica. Simplemente saber que si se sustituye el silicio por boro, con un electrón menos en la capa de valencia, obtendremos un material con un déficit de electrones de conducción (Tipo P). Y si sustituimos átomos de silicio por fósforo, que tiene un electrón más, obtendremos un superavit de electrones (Tipo N). Juntando capas de estos dos materiales, lograremos que los electrones fluyan de donde hay más hacia donde hay menos.

El principal problema para aprovechar de esta forma la gran cantidad de fotones cargados de energía que nos llegan del sol, es la baja eficiencia que tienen estos materiales, es decir, que la mayor parte de los fotones que inciden no excitan a los electrones, sino que simplemente calientan el material. Además, estas celdas necesitan un espesor de silicio bastante importante para que se exciten los suficientes electrones como para que haya una corriente apreciable.

Resultan mucho más interesantes las celdas fotovoltaicas sensitivizadas con colorantes, o celdas Grätzel. Estas celdas usan un proceso completamente diferente. Usan una capa de moléculas capaz de capturar fotones de una longitud de onda (lo mismo que hace la clorofila en las plantas), o de toda una franja, usando una mezcla de diversas sustancias. Los electrones excitados pasan a una capa de semiconductor, en este caso, dióxido de titanio. Lo bueno es que se pueden apilar capas y capas mientras los fotones sean capaces de llegar a esa profundidas (el TiO₂ es bastante transparente a este grosor). La eficiencia de este tipo de celdas, aún en estado experimental, está en torno al 11%, frente al 10-15% de las celdas de silicio de última generación. Su principal ventaja es su bajo peso, y menor coste, por lo que serían útiles en entornos de producción reducidos, donde el coste y la ligereza sea importante.



Los materiales capaces de transmitir la energía eléctrica sin pérdidas, es decir, los superconductores.
Aqui podría enrollarme a contar cosas y cosas, por lo que será mejor dejarlo para otra entrada.

Finalmente, se habló del Sahara Solar Breeder Project, un proyecto que pretende aprovechar la gran cantidad de capacidad de producción de energía eléctrica solar que tiene el desierto del Sahara, para producir energía, la cual se reutilizaría para la producción de nuevos paneles solares a partir de la arena del desierto, y así construir más plantas de producción. La energía se transportaría mediante cables superconductores.refrigerados con nitrógeno líquido fabricado también gracias a la misma energía. Su objetivo es alcanzar a suministrar el 50% de la energía mundial en el año 2050.

Pulsa en la imagen para verla ampliada

Ligado a este mismo proyecto, se realizaría un programa de reforestación, para lo cual se construirían plantas desalinizadoras en la costa, y estaciones de bombeo que llevarían el agua hacia el interior del desierto.

Se me ocurren dos tipos de reflexiones sobre esta conferencia:

• ¿cual es la capacidad real de este tipo de producción de energía para imponerse a gran escala?

Cada vez vemos más edificios con paneles solares, granjas solares que revenden la energía producida, pero todo ello es a pequeña escala, mientras que el grueso de la producción de energía sigue en manos de la térmica, nuclear y cada vez más la eolica. Sin embargo, si nos limitamos a energías con capacidad de regular su capacidad de producción, nos quedamos únicamente con las no renovables, y en especial las térmicas de carbón y petróleo. El principal problema que sigue teniendo la producción de energía es la imposibilidad del almacenaje a gran escala de la corriente alterna.

• ¿Cómo se podría transponer estos conocimientos a nivel de 4 de la ESO?

En ese curso ya conocen las fuentes de energía y los rudimentos de la transformación de la energía, y cual es el camino que recorre desde la central de producción hasta nuestras casas. Conocen la problemática ambiental y las perspectivas de futuro de las nuevas fuentes de energía. Quizás se podría llevar por ese camino. 

Aire, atmósfera y contaminación

He encontrado esta noticia sobre la reciente problemática relacionada con la calidad del aire y la nube contaminante sobre Madrid.

Calidad del aire en España

Según este artículo, la calidad del aire que respiramos la mayoría de los españoles es mala. El 75% respiran aire con niveles de contaminación superiores a lo recomendable. Aunque el informe es de Ecologistas en Acción, está basado en los datos obtenidos en las centrales de las redes de medición de varias comunidades autónomas.

Esta mala calidad del aire termina por causar primero enfermedades respiratorias, también cardiovasculares, y finalmente es causa de muertes.

El artículo termina recomendando algunos métodos que pueden ayudar a reducir la contaminación en las ciudades, principalmente potenciar el transporte público y los métodos de transporte no contaminantes. 

Continuación del blog

He decidido que a partir de este momento, el blog de Fundamentos, que ya tenía pensado continuar, servirá también como portafolios de las asignaturas:

• Evaluación e Innovación Docente e Investigación Educativa en Física y Química;
• Diseño, Organización y Desarrollo de Actividades para el Aprendizaje de Física y Química;
• Practicum II y III.

Para las cuales crearé un índice general de contenidos por separado.

The Big Bang Theory

Vengo de asistir a la Conferencia "Bazinga! La ciencia detrás de The Big Bang Theory", en la sala de Ambito Cultural del Corte Inglés (8 de febrero hacia las 19:30).

Impartida por el físico Miguel Ángel Sabadell, ha sido un repaso divertido e instructivo por esta divertida comedia de televisión, poniendo en contexto además las diversas teorías que se nombran, de muchas ramas del conocimiento, no únicamente de la física, sino, por ejemplo, de la psicología, donde se ha nombrado el conductismo de Skinner.

Ha nombrado por ejemplo, Planilandia, un pequeño libro sobre aventuras y desventuras en 2 dimensiones, del que estoy preparando otra entrada, porque da la casualidad de que lo leí hace poco.

Ha sido una conferencia muy interesante, divertida y diferente. La pena es que apenas ha habido tiempo para preguntas y me he quedado con las ganas de preguntar lo que viene aqui abajo:

El ejemplo de ciencia que más me han gustado ha sido el caso del gato de Schrödinger, y como condiciona este experimiento mental la forma de ver el universo en su conjunto. Y me ha encantado que Miguel Angel haya nombrado la ampliación de ese experimento, el llamado experimento del "amigo de Wigner", por el otro físico teórico que lo propuso: ¿que pasa si en vez de un gato metemos a un amigo mío? ¿habrá una superposición de estados, y tendré a un (amigo muerto/amigo vivo), o su propia presencia como observador elimina esta superposición?

Penny: ¡el gato está vivo!

Yo no lo veo así, y lo que escribo a continuación es mi mera especulación, que posiblemente sea errónea de una forma trivialmente obvia. Yo no soy físico teórico.

Veamos. Empezamos con el gato en su caja. Según la interpretación de los muchos mundos, de la que soy parcialmente partidario, en el momento que la partícula radiactiva se desintegra, el universo de divide en dos, uno en el que efectivamente se ha desintegrado y el gato está muerto, y otro en el que no lo ha hecho, y está vivo. Pero me parece que es una exageración: ¿todo el universo? ¿porqué no solo la caja, o más bien la distancia de su horizonte de sucesos (=distancia a la que ha podido llegar esa información a la velocidad de la luz)? Eso me parece más lógico. Así que tenemos dos universos, completamente idénticos, excepto por el contenido de una caja en el tercer planeta de una pequeña estrella en el halo exterior de una simple galaxia espiral. Simplificando, es el mismo universo, escindido en el interior de la caja. Ahora el doctor Wigner abre la caja, y empieza lo interesante:

1. ¿se ha desecho la superposición? ¿seguro? Bueno, imaginemos que el doctor Wigner está en su laboratorio, cerrado, y sólo el se ha enterado del suceso. Es que acaba de abrir la caja, y en esa época no había móviles. Así que ahora para el jefe de Wigner, en su despacho tenemos una superposición de (Wigner viendo un gato vivo/Wigner viendo un gato muerto). Es una superposición grandota, que ya no afecta a la percepción de Wigner puesto que ya está desdoblado. Pero para el resto del universo, aun sin desdoblar, no queda claro: está en superposición.
2. Ahora Wigner llama a la puerta de su jefe para comunicar el resultado. ¿se acabó la superposición de estados? Ya podéis suponer que no. Para el jefe de Wigner sí, pero no para su esposa, a la que no le gustan estos experimentos, o para el responsable de compras, que aun no sabe si tendrá que pedir más gatos.
3. Ya se puede deducir a donde voy. Al producirse el suceso cuántico de la desintegración, la superposición que aparece afecta únicamente a la zona cercana al suceso. Como mucho, mucho, se podrá expandir a la velocidad de la luz. El resto del universo está inmutable e indiferente. Mientras la información del suceso ve vaya expandiendo, será como una especie de frontera que separa la zona externa, la cual todavía no tiene información del suceso, es única  y para la cual el interior está indeterminado; y la zona interna. Mas bien las zonas internas, con los dos posibles resultados y sus consecuencias, indistinguibles e igual de válidas y reales para el observador externo, pero contrarias y excluyentes para el interno, al cual ya ha llegado la información. Como ondas extendiéndose desde un punto.

Vale, que es complicado, pues si. Que posiblemente sea incorrecto, pues también. Pero es mi forma de verlo, y no le veo errores lógicos:

• Elimina el problema de la conciencia como algo especial capaz de eliminar y destruir la superposición.
• Elimina la nebulosidad de la realidad o la multiciplidad de universos cada vez que cambia una simple partícula subatómica.
• Permite que todas las realidades sean posibles. 

Asi que, bueno. 

I+D+i en Aragón: El Laboratorio de Canfranc

Si hay un centro de Investigación cercano en el que me hubiera gustado mucho participar y trabajar (si esa fuera mi especialidad), éste sería el Laboratorio Subterráneo de Canfranc.

Hall principal del LSC. Foto: lsc-canfranc.es

Este laboratorio, cuyas instalaciones están situadas en el interior del antiguo túnel ferroviario de Canfranc, dispone de tres salas dedicadas a la investigación, excavadas en el interior de la montaña. Se dedica a la física de partículas, y a pesar de su pequeño tamaño, es uno de los centros importantes europeos de observación de partículas. Los principales experimentos se dedican a la detección de neutrinos y de materia oscura no barionica (WIMPs o partículas masivas de interacción débil).

La materia oscura es realmente oscura. Ni siquiera es negra.

Estas partículas tienen la particularidad de que no interaccionan, o interaccionan muy débilmente(1) mediante la fuerza electromagnética, es decir, que no se pueden ven, ni detectar directamente por ningún equipo que mida o capte señales de esta fuerza (ondas electromagnéticas quiero decir). Es decir, (casi) todos. Pero como puede que tengan masa (parece que el neutrino si, pero las WIMPs aún no se ha confirmado su existencia real), afectan a la estructura general del universo, ya que son muchas, no se ven, y están por todas partes, afectando gravitatoriamente a los cuerpos bariónicos o de materia ordinaria. La conformación de la estructura de galaxias y su velocidad de rotación parece confirmar que hay algo (denominado por ahora materia oscura) que está añadiendo mucha masa extra a las galaxias.

Choque elástico de un wimp con un núcleo. LSC-Canfranc.es

¿como detectar unas partículas que no interaccionan con ningún detector, que atraviesan la materia ordinaria sin darse cuenta de que está ahí? La única forma es utilizar las otras fuerzas, con las que sí interaccionan: gravedad (demasiado débil para detectarla) y la fuerza débil. De vez en cuando, muy de vez en cuando, una de éstas partículas choca contra un núcleo bariónico, y el choque provoca una serie de choques y reacciones en cadena que sí se pueden observar. Es decir no se observan ni los neutrinos ni los WIMPs de forma directa, sino a través de los fenómenos que causan muy de vez en cuando en la materia ordinaria.

Pero para detectar fenómenos tán escasos y débiles se necesita completo "silencio", es decir, eliminar principalmente la radiación cósmica que provoca fenómenos parecidos. Y eso sólo se puede lograr en el interior de la tierra, con una buena capa de roca aislante por encima. Por eso este tipo de laboratorios se sitúa en el interior de minas, túneles y subterráneos.

El LSC ha sido noticia recientemente por la nueva financiación que ha recibido para el 2011, con la que se construira una nueva sede exterior, y para participar en nuevos experimentos internacionales.

(1) Bueno, ni los neutrinos ni los WIMPs interaccionan electomagnéticamente. Pero la materia oscura también podría estar formada por a) materia bariónica fria = planetas y estrellas enanas marrones, oscuras porque no emiten luz y están lejos de cuerpos brillantes, lo que dificulta muchísimo su detección y hacer un censo de esos cuerpos y b) materia extraña, de la que aún no sepamos nada, que interaccione electromagnéticamente de una forma más debil de la ordinaria. Volver