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Refrigeradores, medio ambiente y la bomba atómica

Área: General — Septiembre 30, 2008

El refrigerador sin partes móviles que Szilard y Einstein desarrollaron en los treinta podría, una vez modernizado, ser más ecológico que los diseños actuales. No fue ésta la última vez que los dos físicos colaboraron.

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Esta historia enlaza frigoríficos, bombas atómicas, el calentamiento global y a dos genios, uno muy conocido y otro no tanto. Une la gran Física y la Física cotidiana, el pasado y el presente. Vamos a hablar de dos encuentros que mantuvieron los físicos Leo Szilard y Albert Einstein en el pasado, uno prolongado y calmo, mientras que el otro más corto y apresurado. Estos dos físicos contribuyeron a la historia del siglo veinte, apoyaron el nacimiento de la bomba atómica y se arrepintieron; y puede que ahora, muertos hace tiempo, ayuden a impedir el calentamiento global y eviten, o traten de evitar, el fin del mundo y de la civilización una vez más.
En los años treinta Einstein ya había alumbrado la Teoría General de la Relatividad y se le consideraba un genio de la Física. Como en aquella época los genios no estaban especializados, o simplemente eran genios, colaboró con el húngaro Leo Szilard en el desarrollo de un sistema de refrigeración sin partes móviles. Leo Szilard, que había sido alumno de Einstein, hizo su tesis doctoral sobre Termodinámica, así que el proyecto no le era totalmente extraño. Desde 1926 a 1933 trabajaron juntos en este proyecto. Se cree que la mayor parte del trabajo la realizó Szilard, con Einstein actuando más bien como consultor o asesor. Este fue, por tanto, el primer encuentro del que hablamos.
En aquella época el uso de refrigeradores no estaba extendido y los que había sufrían averías. Se puede pensar que la razón para trabajar en ese campo fue la monetaria o que simplemente fue por la mera satisfacción de conseguir inventar algo, pero en todo caso la motivación inicial para desarrollar frigoríficos domésticos mejores provino de una noticia que apareció en los periódicos por aquellas fechas y en la que se narraba la muerte de una familia entera cuando el gas de su frigorífico se escapó debido a una avería mecánica. Estos físicos pensaron que si se diseñaba un sistema sin partes móviles las probabilidades de un fallo mecánico que dejara escapar el gas se reducirían mucho.
En 1930 estos dos hombres sacaron adelante una patente (suiza) de un refrigerador por absorción sin partes móviles que usaba una mezcla de gases para refrigerar y no necesitaba de motor ninguno. Aunque en un principio este sistema se llegó a usar en frigoríficos domésticos, al final fue sustituido por sistemas más eficientes que usaban compresores eléctricos y gas freón. Así que el invento de Szilard y Einstein, de Física cotidiana, terminó cayendo más o menos en el olvidó.
En los refrigeradores posteriores (y en los modernos) un motor eléctrico comprime y expande un gas y así se consigue trasladar el calor de una parte a otra, da igual si se trata de un frigorífico o de un aparato de aire acondicionado. Hasta hace no tanto, en los sistemas de refrigeración se empleaban gases como el freón que al escaparse a la atmósfera destruían la capa de ozono. Estos gases están ahora prohibidos. Esta prohibición fue un gran éxito de los acuerdos internacionales y nos dice que todavía hay espacio para la esperanza en la escena política. Pero los gases que lo sustituyeron no son del todo inocuos y contribuyen al efecto invernadero.
No deja de ser una paradoja que para defendernos del calor calentemos más el planeta, tanto por el uso de estos gases en sistemas de refrigeración como por el uso de electricidad proveniente de la quema de combustibles fósiles para alimentarlos. Lo peor es que la demanda de todo tipo de sistemas de refrigeración no hace nada más que crecer, sobre todo en los países en vías de desarrollo. No podemos prescindir de ellos, ya que se necesitan para mantener los alimentos frescos en buenas condiciones. Pero por otro lado el calentamiento global nos pisa los talones, puede que incluso ya nos haya adelantado y que el mundo tal y como lo conocemos desaparezca inevitablemente.
Ahora Malcolm McCulloch, de Oxford University y que dirige un proyecto para el desarrollo de dispositivos que puedan usarse sin electricidad, se ha fijado en el antiguo diseño de Einstein y Szilard. Su equipo trabaja en el perfeccionamiento del sistema para que pueda ser usado en frigoríficos domésticos en la actualidad.
En el diseño de Einstein y Szilard no se usa freón ni gases similares, se usa amoniaco, butano y agua. Se aprovecha del hecho de que los líquidos hierven a una temperatura más baja cuando la presión disminuye. El efecto es similar a cuando los montañeros suben a una montaña muy alta, como allí la presión atmosférica es menor que a nivel de mar, el agua les hierve a más baja temperatura. De este modo en la cumbre del Everest la temperatura de ebullición del agua es de sólo 69 grados centígrados.
A un lado del sistema hay un contenedor denominado evaporador que contiene butano. Cuando se introduce otro vapor en el evaporador la presión decrece y por tanto también lo hace la temperatura de ebullición del butano que, para evaporarse, necesita tomar energía en forma de calor del entorno y así conseguir hervir. Esta es la parte que refrigera.
En los sistemas tradicionales un compresor se encarga de cambiar la presión en el sistema y, en general, funcionan mejor que el diseño original de Einstein y Szilard. El calor extraído por el evaporador va a parar al condensador (la rejilla cálida de la parte de atrás de nuestro frigorífico) y de éste al aire circundante. Recordemos que todos estos sistemas no crean frío, sino que trasladan calor de una parte a otra con ayuda de energía. La parte de donde se extrae el calor termina siendo más fría que el entorno.
McCulloch cree que utilizando una mezcla especial de gases y mejorando un poco el diseño original se puede cuadriplicar la eficacia del sistema. La única energía que se necesita es la que hay que poner para calentar la bomba, cosa que se podría hacer con energía solar. En este diseño no se usa electricidad. El uso de calor para producir refrigeración no deja de ser paradójico, pero la Termodinámica lo explica convenientemente.
El uso de energía solar en sistemas de refrigeración no es nueva y ya se ha planteado con anterioridad. La idea es buena porque justo cuando más se necesita la refrigeración es cuando más sol hay. Hace escasa semanas, por ejemplo, se presentaba otro sistema de refrigeración basado en energía solar directa (sin mediación fotovoltaica).
Un sistema alternativo a los tradicionales sistemas de refrigeración son los basados en campos magnéticos, concepto que todavía está en fase de desarrollo y que prescinde de gases de refrigeración, aunque usa electricidad.
Lo bonito del sistema de Einstein y Szilard es que no necesita de partes móviles y, por tanto, su mantenimiento es muy bajo. Su uso ideal sería para áreas rurales del tercer mundo, sobre todo si son soleadas. Aunque de momento se trata sólo de un prototipo y está lejos de ser comercializado, es prometedor.

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Hasta aquí la parte de Física cotidiana, de Física amable, de la pequeña Física. Justo cuando Einstein y Szilard dejaron de colaborar en este proyecto la situación política de su continente se hizo aún más turbulenta. O fue precisamente por esta razón por la que estos dos europeos siguieron trayectorias profesionales y vitales separadas durante unos años, aunque similares desde el punto de vista personal. Szilard tuvo que escapar del régimen nazi en 1933, estableciéndose finalmente en los Estados Unidos. Einstein también hizo lo mismo. Recordemos que los dos eran judíos.
Una vez en América el húngaro colaboró con Enrico Fermi y juntos descubrieron que era posible la fisión nuclear sostenida del uranio. Hasta entonces Einstein creía que su famosa formula E=mc2 era una curiosidad académica y que nunca se podría transformar materia en energía de forma práctica. Creía que para romper un núcleo atómico se necesitaría tanta energía como la que se podría extraer del sistema. Los intentos de fisión se realizaban por aquel entonces con protones y eran bastante infructuosos. Como tanto el protón como el núcleo atómico tienen carga positiva, es decir del mismo signo, las fuerzas electrostáticas hacen que se repelan, siendo muy difícil la absorción del protón por parte del núcleo. Es la misma razón por la cual es tan difícil la fusión nuclear controlada. Pero en aquella época se dieron cuenta de que el uso de neutrones permitía la fisión nuclear y que la reacción en cadena abría las puertas al arma nuclear.
Por aquel entonces el régimen nazi ya había demostrado su “respeto” por las minorías étnicas, mostrándose tan cruel como parecía. Además Alemania puso en marcha el proyecto de la bomba atómica alemana. Uno de los que trabajaron en proyecto nuclear alemán fue Werner Heisenberg, un genio de la Física y uno de los padres de la Mecánica Cuántica. Aunque en un principio había sido perseguido por el régimen, terminó siendo el director de ese proyecto.
La visión de un régimen nazi dispuesto a conquistar el mundo debía de ser sobrecogedora, terrible. Tenían no sólo la capacidad intelectual y tecnológica de conseguir el arma nuclear, sino además la carencia de escrúpulos suficiente como para usarla.
El segundo encuentro entre Szilard y Einstein del que hablamos fue en agosto de 1939. Szilard, alertado por el proyecto alemán y conocedor de la posibilidad de crear una bomba basada en la energía nuclear, visita a Einstein para pedirle ayuda. Quería usar la fama e influencia de su amigo. La amistad entre ellos se había reforzado durante esos años en los que los dos pensaban en cómo hacer frigoríficos domésticos. Szilard no era tan famoso como Einstein, tenía menor capacidad de influencia, pero tenía un información importante que el sabio de origen alemán desconocía. En aquella reunión le habla de la reacción nuclear en cadena y de la factibilidad de construir un arma nuclear, posibilidad que los nazis ya estaban investigando. Le convence para escribir una carta al presidente Franklin Delano Roosevelt en la que se le solicitan iniciar un proyecto nuclear norteamericano (de hecho escribieron varias cartas). Finalmente el proyecto Manhattan de construcción de la bomba atómica fue aprobado, proyecto en el que Szilard participó activamente. Einstein, por su parte, no participó más en nada relacionado con ese asunto una vez enviadas las cartas.
Fabricar por primera vez armas nucleares no fue fácil y se utilizaron los recursos de una nación poderosa para hacerlo, así como el esfuerzo de muchos científicos e ingenieros. Se necesitaron varios años para alcanzar la meta. Cuando las bombas estuvieron preparadas Alemania ya había perdido la guerra, pero Japón seguía combatiendo a los EEUU. Japón no tenía proyecto nuclear en marcha, pero era un país orgulloso y culpable del bombardeo de Pearl Harbor. El motivo principal y original para la construcción del arma nuclear había desaparecido, pero ahora otra clase de genio estaba fuera de la botella y en manos de los políticos y asesores. Hubo voces para que las bombas no fueran usadas y Szilard intentó convencer a Harry Truman para que las arrojaran sobre un lugar despoblado a modo de demostración en lugar de sobre población civil. Truman, escuchando a sus consejeros, no hizo caso a Szilard y eligió la última (y original) de esas dos opciones con el resultado que todos sabemos.
El horror que el uso de las bombas nucleares produjo sobre Szilard le hizo dejar ese campo, pasándose finalmente a la Biología. Luchó el resto de su vida contra la proliferación de armas nucleares y a favor de la paz.
Einstein condenó el uso del arma nuclear contra Japón y luchó a favor de la paz y en contra de la carrera de armamentos, participando en la redacción del manifiesto Russell-Einstein que estimuló más tarde las conferencias de paz Pugwash. Cinco meses antes de su muerte dijo que el gran error de su vida fue la carta que envió a Roosevelt.
Pasaron décadas de guerra fría y en algunos momentos el mundo estuvo al borde de sufrir un holocausto nuclear. Nos libramos, más o menos, de esa pesadilla, pero sigue agazapada dispuesta a sobresaltarnos mientras que otro inmenso problema se cierne sobre el horizonte: el cambio climático.
Los dos científicos ya han desaparecido, pero desde el olimpo de los seres inmortales ayudan una vez más al género humano para que la civilización no desaparezca de la faz de la Tierra víctima de su propia estupidez.

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1 Comentario

  1. Sebastián:

    El universo y la estupidez humana son infinitos… aunque del primero no estoy seguro. Albert Eisntein.

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