El consumo social de energía es la forma en que las diferentes sociedades del mundo consumen energía de manera diferenciada a lo largo del tiempo. En el contexto actual de transición energética a nivel global, investigadores del Departamento de Física Aplicada del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav), unidad Mérida de México, estudian el consumo social de la energía con el objetivo de buscar países, regiones y tipos de organización que por su desempeño energético representen un modelo a seguir.

Entrevistado por la Agencia Informativa Conacyt, Rodrigo Tarkus Patiño Díaz, investigador titular del Departamento de Física Aplicada del Cinvestav Mérida, señaló que los análisis que realizan se basan en reportes estadísticos a nivel mundial proporcionados por la Agencia Internacional de la Energía (IEA, por sus siglas en inglés), foro energético conformado por 29 países industrializados, cuyos gobiernos han adquirido el compromiso de tomar medidas conjuntas para enfrentar la seguridad energética y el desarrollo económico en un marco de respeto al medio ambiente y compromiso con la población mundial.

De acuerdo con el investigador, los estudios se basan principalmente en el parámetro de la IEA conocido como suministro total de energía primaria (TPES, por sus siglas en inglés), reporte anual que proporciona los consumos energéticos por país de acuerdo con sus orígenes, fuentes y usos de la energía.

También incorporan datos de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO, por su acrónimo en inglés) y de la Organización de las Naciones Unidas (ONU) para obtener información de población urbana y rural por país, así como consumo de alimentos totales y de origen animal. “Todo esto para tratar de ver las relaciones entre tipo de población, tipo de alimentación y tipo de consumo energético que se tiene en diferentes países”, indicó.

A partir de estos datos, los investigadores han observado que hay una relación directa del consumo energético con el porcentaje de población urbana en todo el mundo, desarrollando como hipótesis que el consumo energético a nivel mundial aumenta a raíz de que la población vive en medios urbanos. Esto se analiza a nivel de grandes regiones como un continente, un subcontinente, un conjunto de países como la comunidad europea y también a nivel de país.

“Podemos ver finalmente que estos comportamientos se van distinguiendo. Hay países que, a pesar de que tienen un aumento en su población urbana, no tienen realmente un cambio en su consumo energético, mientras que hay otros que aunque su población urbana no cambia, presentan un cambio drástico en el consumo energético. Básicamente, la idea es encontrar cuáles son los factores que determinan que el crecimiento de la población urbana en el mundo también genera un incremento en el consumo energético”, apuntó.

Aunque las ciudades se consideran normalmente como sistemas eficientes debido a que comparten los servicios y consumos de manera comunal, también se puede observar que ejercen un mayor consumo del establecido cuando se comparan con poblaciones más rurales.

Consumo energético y economía nacional

Como resultado, se ha observado que el consumo energético por persona en países como Estados Unidos y Canadá, que ha sido históricamente mayor con respecto a otras regiones, se ha detenido y ha disminuido en los últimos años. En países como Brasil y Corea, el consumo energético aumentó vertiginosamente, a diferencia del nivel moderado que había manifestado anteriormente.

Países como México se mantienen con un aumento regular en el consumo energético, es decir, no han disminuido ni han aumentado de manera radical con respecto de su población urbana. Francia y Japón se han mantenido en un nivel de consumo energético estable, a pesar de que han tenido un aumento en su población urbana.

“Eso nos da los indicios de cómo son los sistemas globales, en el sentido de que hay una externalización de energía. Cuando decimos que países como Canadá o Estados Unidos están disminuyendo su consumo energético es porque están consumiendo productos que ahora son manufacturados en países como Brasil o Corea. De esa manera, a nivel global el aumento del consumo energético es directamente proporcional al porcentaje de población urbana”, explicó el investigador.

Como parte de estas investigaciones, Regnier Cano se tituló con grado de maestría en el Cinvestav, con el tema Consumo social de energía en países de América.  En entrevista, señaló que uno de los conceptos principales de su trabajo es la complejidad, un tema extenso que tiene como una de sus vertientes la propuesta de que un organismo o sociedad es más complejo a mayor flujo de energía utiliza dicho sistema. En su trabajo, Regnier Cano mostró que existe una relación directa entre el aumento de la urbanización de una sociedad y el consumo energético y el flujo de energía, de tal modo que la urbanización vuelve más compleja la sociedad.

«Por ejemplo, la Vía Láctea tiene menor flujo de energía que una planta, de esto se concluye que la planta es más compleja. Desde el punto de vista de la sociedad y viéndolo de manera evolutiva, las sociedades se han ido volviendo cada día más complejas; por ejemplo, las primeras (sociedades) cazadoras recolectoras tenían un flujo de energía menor al de las industrializadas y las sociedades modernas (tecnológicas) son las que más flujo de energía utilizan. Nuestra propuesta es mostrar que las sociedades urbanas son las más complejas», apuntó.

Fenómeno de termoelectricidad

Al mismo tiempo que inició el proyecto de consumo social de energía, Rodrigo Patiño realizó una estancia sabática en la Universidad de París VII, donde conoció las propuestas innovadoras del profesor Christophe Goupil en torno a un proyecto basado en la termoelectricidad, fenómeno común en materiales del estado sólido.

“El fenómeno de termoelectricidad es práctico para el uso de termopares. Estos funcionan con junturas metálicas de materiales distintos que al colocarse en dos temperaturas distintas producen una diferencia de potencial eléctrico. La diferencia de potencial se genera en función de la diferencia de temperatura y de esa manera, si medimos la diferencia de potencial en un voltímetro, podemos determinar la temperatura de un sistema que estamos estudiando. Esto se llama efecto Seebeck”.

De forma inversa, el efecto Peltier se crea cuando se aplica a una juntura de materiales una diferencia potencial, ocasionando una diferencia de temperaturas. De acuerdo con el investigador, hay refrigeradores que funcionan con base en este sistema, pues transmiten la diferencia potencial para que un área se enfríe y otra se caliente. “Este es el tema en el que es experto el profesor Goupil y propuso que estudiáramos este fenómeno en sistemas vegetales”, apuntó.

Termoelectricidad en plantas, un mecanismo por descubrir

De acuerdo con Rodrigo Patiño Díaz, normalmente resulta más fácil controlar la temperatura de las raíces de los sistemas vegetales en un medio acuoso, mientras que la temperatura aérea suele ser la misma que la del laboratorio. “Lo que hacíamos era tener las temperaturas de las raíces en un valor y las temperaturas de la parte aérea en otro valor. Esa diferencia de temperaturas que generábamos proporcionaba un cambio en la diferencia de potencial y lo que observamos es que cada especie responde de una manera distinta a este fenómeno”, apuntó.

Para medir la respuesta termoeléctrica de diferentes plantas por efecto de las diferencias de temperatura, los investigadores tomaron dos caminos: uno consistía en explorar otros efectos a partir de la temperatura, mismos que pudieran hacer variar la diferencia de potencial y relacionarse con los cambios en el ambiente o en la evolución de las plantas; otro fue explorar el uso de esta diferencia de potencial para alguna aplicación que pudiera generar electricidad en una cantidad aprovechable para algún sector.

“Nos hemos dedicado más a seguir explorando estos fenómenos eléctricos para poder entender la base del fenómeno y para entender el metabolismo de las plantas más que concentrarnos en la aplicación, pues son cantidades pequeñas de electricidad las que se pueden generar. Una aplicación útil sería alimentar pequeños módulos que sirvan para detectar condiciones ambientales, pero nosotros trabajamos a un nivel más básico”, indicó.

Los investigadores han observado que las estructuras de las plantas son diferentes, lo que constituye una especie de huella digital para cada una. Incluso al trabajar con diferentes plantas de una misma especie se puede obtener una variación en las respuestas debido a que cada organismo tiene una respuesta única y así como algunas plantas pueden ser más resistentes que otras ante los cambios de temperaturas, existen plantas que presentan grandes diferencias de potencial con pequeñas variaciones de temperatura.

“Sin embargo, no tenemos la capacidad aún de decir cuál es la razón básica de esto. Lo que tenemos es que en la célula se pueden generar diferencias de potencial, y estas en la estructura celular pueden generarse de una manera u otra dependiendo del tipo de planta que estemos estudiando y de su metabolismo”, señaló.

Plantas, sistemas complejos de comunicación

La pared celular funciona como la barrera entre una célula y otra. El citoplasma es una solución iónica que puede generar una diferencia de potencial a partir de variantes de concentración o de gradientes de temperatura. “Básicamente son materiales también en estado sólido o líquido que tienen una respuesta pero no como materiales inertes, pues también hay una serie de factores metabólicos que pueden ser utilizados por la planta, por ejemplo, para subir alimento a través de la savia, dar una señal de peligro y generar resistencia o para comunicarse con otras plantas”, señaló.

Uno de los intereses principales de la investigación fue la forma en que estos fenómenos pueden ser utilizados para que las plantas se comuniquen entre sí en torno a un riesgo que encuentran en el medio ambiente, y se han encontrado reportes científicos sobre este tipo de interacciones entre plantas.

“En los últimos diez años ha habido una reivindicación de los sistemas vegetales como sistemas muy complejos. Normalmente cuando decimos que una persona no tiene mucha vida, decimos que está en estado vegetativo, pero a las plantas las hemos subestimado, pues tienen capacidades similares a las de los animales y humanos, pero no las hemos estudiado del todo”, apuntó.

La neurobiología de plantas es una de las ramas de la biología que ha promovido este planteamiento y propone que a pesar de que las plantas no tienen neuronas, sí tienen un sistema metabólico, hormonal y de comunicación que funciona como un sistema neuronal.

“Actualmente, fuera de la influencia de la temperatura, estudiamos la respuesta de otro tipo de estrés ambiental, por ejemplo, la falta de agua, la presencia de fuego, etcétera. Son cosas que ya se han estudiado científicamente desde hace pocos años pero hay muchas preguntas que todavía tenemos que responder”, subrayó.

Como parte de estas investigaciones, Karen Gómez se tituló con grado de maestría en el Cinvestav con el tema Electrofisiología y termoelectricidad en sistemas vegetales. Los experimentos contaron con la colaboración de Miguel Ángel Munguía Rosas, especialista en ecología terrestre del Cinvestav, unidad Mérida.