El documento aborda la relación entre la actividad humana, la energía, y la economía en el contexto del cambio climático y la producción de alimentos. Se discute cómo el crecimiento económico obligado ha llevado a un aumento en la producción de bienes, a pesar del impacto ambiental y la limitación de recursos naturales. Además, se menciona la necesidad de un cambio en el paradigma económico para enfrentar los desafíos del siglo XXI.

1. Introducción
Energía
(In)Tolerancia Climática
Agua y alimento
Cuatro problemas (químicos) para el siglo XXI
Seminarios Académicos FQ
Carlos Amador Bedolla∗
∗
Departamento de Física y Química Teórica, Facultad de Química
Universidad Nacional Autónoma de México
28 de agosto de 2009
Amador

2. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
La actividad humana actual
Amador

3. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
La población humana
Población humana a través de la historia
7000
6000
5000 El homo sapiens
Población (millones)
sapiens existe desde
4000 hace aproximadamente
Población mundial
doscientos mil años
3000
Aumento de 42% en
2000 los últimos 25 años
Datos de
http://en.wikipedia.org/wiki/World_population_estimates
1000
0
−10000−8000 −6000 −4000 −2000 0 2000
Año AC/DC
Amador

4. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
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

5. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
El consumo de energía
World consumption
Million tonnes oil equivalent
12000
Coal Energía primaria
Hydroelectricity 11000
Nuclear energy
Natural gas Millones de toneladas
10000
Oil
de petróleo equivalente
9000
anual
8000
7000
6800 en 1983, 11295
6000
en 2008, aumento de
5000
66% en 25 años
4000 Petróleo, gas natural,
3000 energía nuclear,
2000 hidroelectricidad,
1000 carbono
83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 0
BP Statistical Review of World Energy (June 2009)
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 consumption
and nuclear power generation declined last year, while natural gas and coal consumption, as well as hydroelectric generation, increased.
Regional consumption pattern 2008 Amador

6. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
105
El mundo es finito
Agua y alimento
WORLD FOOD AND AGRICULTURE IN REVIEW
La producción de alimentos
FIGURE 33
Agricultural production indices, total and per capita
Producción de Index (1999–2001 = 100)
180
Total agricultural
alimentos 1990-2006 170
production
160
Índice relativo a 1990 150
140
World
Least-developed
countries
mundial 130
Developed countries
120
Developing countries
países menos 110
100
desarrollados 90
países 80
90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06
desarrollados
Index (1999–2001 = 100)
países en 130
Per capita agricultural
desarrollo 120
production
World
Incremento mundial en 110 Least-developed
countries
16 años > 70% 100
Developed countries
Developing countries
The state of food and agriculture 2008. Food and
Agriculture Organization (FAO) of the United 90
Nations. Rome, 2008.
http://www.fao.org/docrep/011/i0100e/i0100e00.htm 80
90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06
Source: FAO, 2008i.
equivalent units) rose by almost 6 percent in crops but 35–40 percent of world exports.
Amador
2007 compared with the 2003–05 average Supply disruptions in these countries can

7. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
La actividad humana más intensa
Este crecimiento está concentrado en los últimos dos o tres siglos. Desde la
invención de la ciencia moderna —Copérnico (1543)
Nicolaus Copernicus
(Polonia, 1543)
De revolutionibus
orbium coelestium
Cp, Z=112, 2009 (en
consideración)
Amador

8. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
La actividad humana más intensa
Este crecimiento está concentrado en los últimos dos o tres siglos. Desde la
invención de la ciencia moderna —Copérnico (1543), Kepler (1609)
Johannes Kepler
(Alemania, 1609)
Mysterium
cosmographicum (El
misterio sagrado del
cosmos) (1596)
Astronomia nova
(1609)
Harmonice Mundi
(1619)
Amador

9. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
La actividad humana más intensa
Este crecimiento está concentrado en los últimos dos o tres siglos. Desde la
invención de la ciencia moderna —Copérnico (1543), Kepler (1609), Newton
(1687)
Isaac Newton
(Inglaterra, 1687)
Philosophiae Naturalis
Principia Mathematica
Física, matemáticas,
gravitación
Amador

10. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
La actividad humana más intensa
Este crecimiento está concentrado en los últimos dos o tres siglos. Desde la
invención de la ciencia moderna —Copérnico (1543), Kepler (1609), Newton
(1687)—, la tecnología moderna —Newcomen (1710)
Thomas Newcomen
(Inglaterra, 1710)
el amigo del minero
Amador

11. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
La actividad humana más intensa
Este crecimiento está concentrado en los últimos dos o tres siglos. Desde la
invención de la ciencia moderna —Copérnico (1543), Kepler (1609), Newton
(1687)—, la tecnología moderna —Newcomen (1710), Watt (1784)
James Watt (Inglaterra,
1784)
separación de las
fuentes de calor y de
enfriamiento
eficiencias: Newcomen
∼1%, Watt ∼3%
Amador

12. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
La actividad humana más intensa
Este crecimiento está concentrado en los últimos dos o tres siglos. Desde la
invención 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 son
energía
primera ley de la
termodinámica
Amador

13. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
La actividad humana más intensa
Este crecimiento está concentrado en los últimos dos o tres siglos. Desde la
invención 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 son
energía pero su
interconversión está
limitada por la entropía
segunda ley de la
termodinámica
Amador

14. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
La actividad humana más intensa
Este crecimiento está concentrado en los últimos dos o tres siglos. Desde la
invención 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)—.
Amador

15. Introducción
Index (1999–2001 = 100) actividad humana actual
La
Energía
180 El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito Total agricultural
Agua y 170
alimento production
160
El crecimiento económico obligado 150 World
140 Least-developed
countries
130
Developed countries
La causa/efecto de la intensa actividad humana se resume en el paradigma
120
Developing countries
110
del crecimiento económico obligado: cada año tenemos que aumentar la
100
producción. De todo. Este paradigma ha logrado dos resultados
90
espectaculares. El primero es 80
90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06
Index (1999–2001 = 100)
130
Per capita agricultural
production
120
El siglo de oro del animal World
110 Least-developed
humano countries
Developed countries
100
o Developing countries
90
La fiesta de la humanidad
80
90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06
Source: FAO, 2008i.
equivalent units) rose by almost 6 percent in crops but 35–40 percent of world exports.
2007 Amador with the 2003–05 average
compared Supply disruptions in these countries can

16. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
El crecimiento económico obligado
La causa/efecto de la intensa actividad humana se resume en el paradigma
del crecimiento económico obligado: cada año tenemos que aumentar la
producción. De todo. Este paradigma ha logrado dos resultados
espectaculares. El primero es Producto mundial bruto (PMB) a través de la historia
50
PMB (billones de dólares internacionales)
40
El siglo de oro del animal
humano
30
o Producto Mundial Bruto
20
La fiesta de la humanidad
Angus Maddison. Historical Statistics for the World
Economy: 1-2006 AD. 10
http://www.ggdc.net/maddison/Historical_Statistics/horizontal-
file_09-2008.xls
0
0 500 1000 1500 2000
Año
Amador

17. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
El crecimiento económico obligado
La causa/efecto de la intensa actividad humana se resume en el paradigma
del crecimiento económico obligado: cada año tenemos que aumentar la
producción. De todo. Este paradigma ha logrado dos resultados
espectaculares. El primero es
El siglo de oro del animal
humano
o
La fiesta de la humanidad
horizontal: 1896-2009
vertical: 0 a 14000 unidades djia
Dow Jones & Co. 2009.
https://www.djaverages.com/
Amador

18. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
El crecimiento económico obligado
La causa/efecto de la intensa actividad humana se resume en el paradigma
del crecimiento económico obligado: cada año tenemos que aumentar la
producción. De todo. Este paradigma ha logrado dos resultados
espectaculares. El primero es la justificación de todos lo economistas y es
profundamente popular, tanto que es incuestionable. Requiere del capital,
del libre mercado, de la ventaja comparativa y ahora de la globalización.
Adam Smith (Inglaterra
1776)
la mano invisible
el mercado libre
Amador

19. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
El crecimiento económico obligado
La causa/efecto de la intensa actividad humana se resume en el paradigma
del crecimiento económico obligado: cada año tenemos que aumentar la
producción. De todo. Este paradigma ha logrado dos resultados
espectaculares. El primero es la justificación de todos lo economistas y es
profundamente 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 rendimientos
decrecientes
Amador

20. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
El crecimiento económico obligado
La causa/efecto de la intensa actividad humana se resume en el paradigma
del crecimiento económico obligado: cada año tenemos que aumentar la
producción. De todo. Este paradigma ha logrado dos resultados
espectaculares. El primero es la justificación de todos lo economistas y es
profundamente 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 remuneration
of labour, so the profits of the capitalist are properly
the remuneration of abstinence. They are what he
gains by forbearing to consume his capital for his
own uses and allowing it to be consumed by
productive labourers for their uses.
On Liberty, feminismo
Amador

21. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
El crecimiento económico obligado
Promete que la fiesta alcanzará a todos, idea esta última que avanza, si
acaso, lentamente.
Índice de Gini (G=0.54) Corrado Gini (1912)
1
Escogemos al quintil de los más
0.8
pobres y nos preguntamos cuánta
lana del total poseen. Si la repartición
Fracción acumulada
fuera homogénea poseerían el 20%.
0.6
Poseen menos. Comparamos cuánto
poseen con el 20% que representan.
0.4
Pasamos al quintil siguiente...
Medimos la desigualdad como la
0.2
fracción del área que no se cubre
—cero en la total homogeneidad, uno
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 en la total desigualdad.
Fracción del total de la población Worlds Apart: Measuring International and Global Inequality. Branko
Milanovic. Princeton University Press (2005)
Amador

22. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
El crecimiento económico obligado
Convenció a tirios y troyanos. La historia del siglo XX se centró en la
discusión de cómo favorecer su avance, y llegamos al final diciendo que la
pelea había terminado.
Encuentro de Yalta, Crimea (1945)
Franklin D. Roosevelt, Winston
Churchill, Josef Stalin
Fukuyama (1992)
Amador

23. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
La actividad humana actual es nueva
Nuestro crecimiento no es exponencial, ¡es mayor!
Tres periodos
exponenciales distintos
Empezamos en
220 000 AC, 25 264 AC
o 828 AC
Amador

24. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
La actividad humana actual es nueva
Nuestra actividad económica no es exponencial, ¡es mayor!
Al menos dos periodos
exponenciales distintos
Hasta 1870 crecíamos
al 0.2% anual
—duplicación en 302
años.
Desde 1870 crecemos
al 3.2% anual
—duplicamos en 22
años.
Amador

25. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
El mundo es finito
El segundo resultado proviene de una idea elemental: nada puede crecer
indefinidamente en un mundo finito
Acero, aluminio,
automóviles, aviones,
bicicletas, CO2 ,
computadoras,
producto mundial,
pescado, petróleo,
población, energía
eólica...
Tarde o temprano será
insuficiente cualquier
cosa de la que cada
vez se use más
Vital Signs 2007-2008: the trends that are shaping
our future. The Worldwatch Institute. Worldwatch
Books, W. W. Norton & Co., 2007.
Amador

26. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
Nuestras carencias cercanas
Energía
Agua
Alimento
Una carencia inesperada: tolerancia climática
Amador

27. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
Nuestras carencias cercanas están relacionadas
Amador

28. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
Nuestras carencias cercanas están relacionadas
Amador

29. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
Dos opiniones extremas
Cornucópicos (cornudos de
la abundancia): algo
inventarán, la creatividad
humana es inmensa,
induccionistas elementales
vs.
Neomaltusianos
apocalípticos: el mundo se
va a acabar, ¡compren latas
de atún!
Amador

30. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
Una línea de avances científicos y tecnológicos
Amador

31. Introducción
La actividad humana actual
Energía
El paradigma económico
(In)Tolerancia Climática
El mundo es finito
Agua y alimento
Una línea de avances científicos y tecnológicos
Amador

32. Introducción
Consumo global
Energía
El petróleo
(In)Tolerancia Climática
Energías renovables
Agua y alimento
Energía
Amador

33. Introducción
Consumo global
Energía
El petróleo
(In)Tolerancia Climática
Energías renovables
Agua y alimento
El consumo de energía
BP Statistical Review of World Energy (June 2009)
Amador

34. Introducción
Consumo global
Energía
El petróleo
(In)Tolerancia Climática
Energías renovables
Agua y alimento
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 3.42
BP Statistical Review of World Energy (June 2009)
México consume 1.51% de la energía primaria mundial con 1.61% de la
población, para cociente de 0.9. [India, 0.2] [China, 0.9] [EEUU, 4.5]
Amador

35. Introducción
Consumo global
Energía
El petróleo
(In)Tolerancia Climática
Energías renovables
Agua y alimento
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 (se
duplica 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 en
la atmósfera cada año
Amador

36. Introducción
Consumo global
Energía
El petróleo
(In)Tolerancia Climática
Energías renovables
Agua y alimento
El pico de Hubbert
M. K. Hubbert en 1956 planteó una relación empírica entre el proceso de
producción, la tasa de descubrimientos, el total existente estimado y el futuro
de la producción. Acertó a la producción de EEUU.
Amador

37. Introducción
Consumo global
Energía
El petróleo
(In)Tolerancia Climática
Energías renovables
Agua y alimento
El pico de Hubbert
M. K. Hubbert en 1956
planteó una relación
empírica entre el proceso de
producción, la tasa de
descubrimientos, el total
existente estimado y el
futuro de la producción.
Acertó a la producción de
EEUU. La aplicación de
estas ideas al mundo entero
predicen un pico por estas
fechas, que se discute
acaloradamente.
Amador

38. Introducción
Consumo global
Energía
El petróleo
(In)Tolerancia Climática
Energías renovables
Agua y alimento
El pico de Hubbert en México
La producción de
petróleo en
México presenta
la mayor
disminución
petrolera mundial
en la actualidad.
Amador

39. Introducción
Consumo global
Energía
El petróleo
(In)Tolerancia Climática
Energías renovables
Agua y alimento
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 de
trabajo de una persona, los 5.38 litros diarios por persona de petróleo
equivalente producen la energía que producirían 7.6 zombies bien
alimentados
Amador

40. Introducción
Consumo global
Energía
El petróleo
(In)Tolerancia Climática
Energías renovables
Agua y alimento
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 instalar
de forma micro, otras requieren forzosamente organización macro.
Amador

41. Introducción
Consumo global
Energía
El petróleo
(In)Tolerancia Climática
Energías renovables
Agua y alimento
Energía eólica
Turbinas eólicas
En la tierra, en el mar, en la
alta atmósfera (papalotes)
Su construcción genera CO2 ,
el doble que el uso de nuclear,
pero 15 veces menos que el
gas
Tienen el problema de la
intermitencia
Se pueden aplicar dónde sea,
pero hay mejores lugares
N. Lior. Energy resources and use: The present situation and
possible paths to the future. Energy 33 842 (2008)
X. Lu, M. B. McElroy & J. Kiviluoma. Global potential for
wind-generated electricity. Proc. Nat. Acad. Sci.
doi/10.1073/pnas.0904101106 (June 2009)
C. L. Archer & K. Caldeira, Global Assessment of High-Altitude
Wind Power, Energies 2009, 2, 307-319;
doi:10.3390/en20200307
Amador

42. Introducción
Consumo global
Energía
El petróleo
(In)Tolerancia Climática
Energías renovables
Agua y alimento
Bioenergía I
La biomasa se quema y
Genera mucho CO2
produce calor o electricidad
Consume enormes cantidades de agua
Fermentación de
(más en biodiesel que en bioetanol)
carbohidratos para producir
bioetanol Tiene una baja EROI (Energy Return On
Investment)
Extracción y procesamiento
de aceites para hacer
biodiesel
Se hace reaccionar y produce
biocarbón vegetal
—biochar(coal)— y secuestra
carbono
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 Nature
Reports Climate Change 3 72 (2009)
Corn based ethanol flunks key test. News Science 324 587
(2009)
Amador

43. Introducción
Consumo global
Energía
El petróleo
(In)Tolerancia Climática
Energías renovables
Agua y alimento
Bioenergía II
Genera mucho CO2
La biomasa se quema y
produce calor o electricidad Consume enormes cantidades de agua
(más en biodiesel que en bioetanol)
Fermentación de
carbohidratos para producir Tiene una baja EROI (Energy Return On
bioetanol Investment)
Extracción y procesamiento
de aceites para hacer
biodiesel
Se hace reaccionar y produce
biocarbón vegetal
—biochar(coal)— y secuestra
carbono
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 Nature
Reports Climate Change 3 72 (2009)
Corn based ethanol flunks key test. News Science 324 587
(2009)
Amador

44. Introducción
Consumo global
Energía
El petróleo
(In)Tolerancia Climática
Energías renovables
Agua y alimento
IngEnergía I
Sigamos usando gasolina,
pero hagámosla de carbón
Mínimo teórico de 350MW para 80 000
Métodos usuales: pirólisis, barriles/día
licuefacción directa e indirecta
(Fischer-Tropsch y metanol a Un FT típico que hace el primer paso a
olefinas) 1500K y el segundo a 500K usa 1000MW
Consume mucha energía
(bajísimo EROI) y genera
mucho CO2
3C + 4H2 O →
2CO + 4H2 + CO2 →
2(−CH2 −) + 2H2 O + CO
D. Hildebrandt et al. Producing Transportation Fuels with Less
Work. Science 323 1680 (2009)
Agrawal R. et al. Sustainable fuel for the transportation sector.
Proc. Nat. Acad. Sci. 104 4828 (2007)
Amador

45. Introducción
Consumo global
Energía
El petróleo
(In)Tolerancia Climática
Energías renovables
Agua y alimento
IngEnergía II
Entra la termodinámica
3C + 6H2 O → 3CO2 + 6H2 → Si el H2 viene de solar o eólica esto
2(−CH2 −) + 4H2 O + CO2 consume CO2 , aunque luego lo regrese al
Mínimo teórico de 350MW quemar gasolina. Al menos es neutro.
para 80 000 barriles/día
La primera reacción
—1500K— es menos
endotérmica, la segunda —a
500K— es menos exotérmica;
así sólo usa 820MW
D. Hildebrandt et al. Producing Transportation Fuels with Less
Work. Science 323 1680 (2009)
Agrawal R. et al. Sustainable fuel for the transportation sector.
Proc. Nat. Acad. Sci. 104 4828 (2007)
Amador

46. Introducción
Consumo global
Energía
El petróleo
(In)Tolerancia Climática
Energías renovables
Agua y alimento
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 producir
biocombustibles
Fotosíntesis artificial con sustancias sintetizadas en el laboratorio: lisis
de 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)
Amador

47. Introducción
Consumo global
Energía
El petróleo
(In)Tolerancia Climática
Energías renovables
Agua y alimento
Solar II
Bandeja parabólica que
concentra la radiación solar en Se proponen sales inorgánicas de nitrato
un tubo y calienta un fluido de (NaNO3 , KNO3 , LiNO3 ) pero funden por
transferencia de calor arriba de 120◦ C
(∼ 400◦ C)
Se proponen sales orgánicas: cationes de
Se requiere también un medio imidazol
de almacenamiento de la
temperatura: mismo HTF,
cambio de fase o
almacenamiento químico
Se ha usado una mezcla
eutéctica de óxidos de bifenil y
difenil, que tiene alta presión
de vapor arriba de 200◦ C
D. M. Blake et al. Lifetime of Imidazolium Salts at Elevated
Temperatures. 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
Amador

48. Introducción
Consumo global
Energía
El petróleo
(In)Tolerancia Climática
Energías renovables
Agua y alimento
Solar II
Bandeja parabólica que Se proponen sales inorgánicas de nitrato
concentra la radiación solar en (NaNO3 , KNO3 , LiNO3 ) pero funden por
un tubo y calienta un fluido de arriba de 120◦ C
transferencia de calor
(∼ 400◦ C) Se proponen sales orgánicas: cationes de
imidazol
Se requiere también un medio
de almacenamiento de la
temperatura: mismo HTF,
cambio de fase o
almacenamiento químico
Se ha usado una mezcla
eutéctica de bifenilo y óxido de
difenilo, que tiene alta presión
de vapor arriba de 200◦ C
D. M. Blake et al. Lifetime of Imidazolium Salts at Elevated
Temperatures. 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
Amador

49. Introducción
Consumo global
Energía
El petróleo
(In)Tolerancia Climática
Energías renovables
Agua y alimento
Solar III
Silicio multicristalino,
eficiencia 15%
Celdas solares de multicapas,
eficiencia récord arriba de
40%
Celdas solares de plástico,
eficiencia récord (julio 2009)
6.77%
Muy bajo precio, aplicaciones
novedosas: textiles,
recubrimientos
Solarmer Energy Inc.
(http://www.azonano.com/news.asp?newsID=12432)
V. Shrotriya, Nature Photonics 3 August 2009,
www.nature.com/naturephotonics
Amador

50. Introducción
Consumo global
Energía
El petróleo
(In)Tolerancia Climática
Energías renovables
Agua y alimento
Solar III
Celdas solares de plástico, eficiencia
récord (julio 2009) 6.77%
Faltan detalles tecnológico/científicos
importantes
Separación de los excitones: pérdida
de energía en la separación
donador/aceptador debido a una
diferencia en las bandas de energía
que no han sido optimizadas
Gap entre el LUMO del aceptador y
el 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).
Amador

51. Introducción
Consumo global
Energía
El petróleo
(In)Tolerancia Climática
Energías renovables
Agua y alimento
Solar IV
Fotosíntesis artificial
El aceptador y el donador facilitan la
Excitación por transferencia de carga, transferencia de carga
separación del par electrón-agujero
Un catalizador reduce H+ y el otro
mediante reacciones de transferencia
oxida H2 O
de carga, acumulación de carga y
catálisis
El cromóforo absorbe un fotón y
genera 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 from
Water Promoted by a Metal Complex, Science 324 74 (2009).
Amador

52. Introducción
Consumo global
Energía
El petróleo
(In)Tolerancia Climática
Energías renovables
Agua y alimento
Solar IV
Fotosíntesis artificial
La formación de H2 es térmica
Hay formación de H2 O2
mediante la absorción de un
fotón
La formación de O2 es
fotolítica 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 O2
Evolution from Water Promoted by a Metal Complex, Science
324 74 (2009).
Amador

53. Introducción
Los gases de efecto invernadero
Energía
Los efectos de los gases
(In)Tolerancia Climática
¿Cómo lo detenemos?
Agua y alimento
Tolerancia climática
Amador

54. Introducción
Los gases de efecto invernadero
Energía
Los efectos de los gases
(In)Tolerancia Climática
¿Cómo lo detenemos?
Agua y alimento
Los gases de efecto invernadero
Dióxido de carbono, metano y
óxido nitroso son los
principales
Aumento de 9% de la potencia radiativa
Hay decenas más: entre 1998 y 2005
clorofluorocarbonos (CFCs),
hidroclorofluorocarbonos
(HCFCs), hidrofluorocarbonos
(HFCs), perfluorocarbonos
(PFCs) and hexafluoruro de
azufre (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: Changes
in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing. In:
Climate Change 2007: The Physical Science Basis.
Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment
Report 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 University
Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
Amador

55. Introducción
Los gases de efecto invernadero
Energía
Los efectos de los gases
(In)Tolerancia Climática
¿Cómo lo detenemos?
Agua y alimento
El CO2 en la atmósfera industrial
El dióxido de carbono se porta
como cualquier cosa del
paradigma del crecimiento
eterno
Amador

56. Introducción
Los gases de efecto invernadero
Energía
Los efectos de los gases
(In)Tolerancia Climática
¿Cómo lo detenemos?
Agua y alimento
El CH4 y el N2 O 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.
Amador

57. Introducción
Los gases de efecto invernadero
Energía
Los efectos de los gases
(In)Tolerancia Climática
¿Cómo lo detenemos?
Agua y alimento
El CO2 en la atmósfera industrial
Medidas en el laboratorio de
Mauna Loa
Cantidad de oxígeno en la
atmósfera (unidades
arbitrarias)
Emisiones de carbono
equivalente
Cambio en la relación de 13 C a
12
C, indicando que el aumento
viene de los combustibles
fósiles —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: Changes
in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing. In:
Climate Change 2007: The Physical Science Basis.
Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment
Report 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 University
Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
Amador

58. Introducción
Los gases de efecto invernadero
Energía
Los efectos de los gases
(In)Tolerancia Climática
¿Cómo lo detenemos?
Agua y alimento
Los efectos de esos gases: las brasas
No se sabe a ciencia cierta el
tamaño de los efectos
Se sospecha cantidad de
efectos
Estamos enganchados ya con
un aumento de 0.3 a 0.7◦ C
Llegar a 450 ppm pone el
aumento en 1 a 2◦ C
Igual ya llegamos a 450 ppm
de CO2 equivalente, nos salva
el azufre que amortigua 80
ppm
Amador

59. Introducción
Los gases de efecto invernadero
Energía
Los efectos de los gases
(In)Tolerancia Climática
¿Cómo lo detenemos?
Agua y alimento
Los efectos de esos gases: las brasas
No se sabe a ciencia
cierta el tamaño de los
efectos
Se sospecha cantidad
de efectos
Estamos enganchados
ya con un aumento de
0.3 a 0.7◦ C
Llegar a 450 ppm pone
el aumento en 1 a 2◦ C
Igual ya llegamos a
450 ppm de CO2
equivalente, nos salva 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 for
el azufre que concern”, PNAS 106 4133 (2009)
amortigua 80 ppm
Amador

60. Introducción
Los gases de efecto invernadero
Energía
Los efectos de los gases
(In)Tolerancia Climática
¿Cómo lo detenemos?
Agua y alimento
Y vamos más rápido
Comparación con
predicciones de hace
15 años
El permafrost tiene
mas CO2 del que se
pensaba
Basta con 15% de la
fusión del hielo de
Groenlandia para que
el mar suba 1m
El nivel del mar es más
alto que la peor
predicción de hace 15
años 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.
Amador

61. Introducción
Los gases de efecto invernadero
Energía
Los efectos de los gases
(In)Tolerancia Climática
¿Cómo lo detenemos?
Agua y alimento
Y vamos más rápido
Comparación con
predicciones de hace
15 años
El nivel del mar es más
alto que la peor
predicción de hace 15
años
Y soltamos más
carbono que la peor
predicción de hace 15
años
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.
Amador

62. Introducción
Los gases de efecto invernadero
Energía
Los efectos de los gases
(In)Tolerancia Climática
¿Cómo lo detenemos?
Agua y alimento
¿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 Climate
Problem for the Next 50 Years with Current Technologies, Science 305, 968
(2004)
Amador

63. Introducción
Los gases de efecto invernadero
Energía
Los efectos de los gases
(In)Tolerancia Climática
¿Cómo lo detenemos?
Agua y alimento
¿Cómo lo detenemos II?
El modelo económico se
mantiene
No le cargamos el peso a lo
que produce cada país
Le cargamos el peso a lo que
consume cada individuo
Para reducir 30% hay que
reducir el consumo de los mil
y pico millones de humanos
más ricos
Para 30P se fija un piso
mínimo de 1tCO2 /año por
persona
S. Chakravarty et al., Sharing global CO2 emission reductions
among one billion high emitters, PNAS 106, 11884 (2009)
Amador

64. Introducción
Los gases de efecto invernadero
Energía
Los efectos de los gases
(In)Tolerancia Climática
¿Cómo lo detenemos?
Agua y alimento
¿Cómo lo detenemos III?
Geoingeniería
Construir una flota de 1500 barcos con hélices que generen un spray de
agua. Este spray aumentará la nubosidad que aumenta el albedo terrestre
reflejando hacia fuera de la atmósfera una mayor fracción de la radiación
solar
Graeme Wood, Moving Heaven and Earth, The Atlantic 304 [1] 70-76 (July/August 2009)
Amador

65. Introducción
Los gases de efecto invernadero
Energía
Los efectos de los gases
(In)Tolerancia Climática
¿Cómo lo detenemos?
Agua y alimento
¿Cómo lo detenemos III?
Geoingeniería
Enviar a la estratosfera suficiente aerosol de azufre como para que refleje
una gran proporción de la radiación solar que llega a la Tierra. Ésta tiene la
ventaja de que produciría novedosos escenarios de amaneceres y
atardeceres, a la manera imaginada por los artistas que hicieron Blade
Runner
Graeme Wood, Moving Heaven and Earth, The Atlantic 304 [1] 70-76 (July/August 2009)
Crutzen, P. J., Albedo enhancement by stratospheric sulphur injections: A contribution to resolve a policy dilemma?, Climatic Change 77,
211 (2006)
Amador

66. Introducción
Los gases de efecto invernadero
Energía
Los efectos de los gases
(In)Tolerancia Climática
¿Cómo lo detenemos?
Agua y alimento
¿Cómo lo detenemos III?
Geoingeniería
Inventar, mediante avances futuros de la biología, árboles con raíces tan
anchas y tan profundas que al morir no se pudran generando CO2 a la
atmósfera sino que se pudran subterráneamente de tal manera que el
carbono quede fijado ahí, con la ventaja añadida de aumentar la producción
agrícola del suelo
Graeme Wood, Moving Heaven and Earth, The Atlantic 304 [1] 70-76 (July/August 2009)
Amador

67. Introducción
Los gases de efecto invernadero
Energía
Los efectos de los gases
(In)Tolerancia Climática
¿Cómo lo detenemos?
Agua y alimento
¿Cómo lo detenemos III?
Geoingeniería
Inyectar el CO2 generado en la combustión a los pozos petroleros, ahora
vacíos, de donde salió originalmente parte de ese carbono
Graeme Wood, Moving Heaven and Earth, The Atlantic 304 [1] 70-76 (July/August 2009)
Amador

68. Introducción
Los gases de efecto invernadero
Energía
Los efectos de los gases
(In)Tolerancia Climática
¿Cómo lo detenemos?
Agua y alimento
¿Cómo lo detenemos III?
Inyectar el CO2 generado en
la combustión a los pozos
petroleros, ahora vacíos, de
donde salió originalmente
parte de ese carbono
En particular, pozos marinos
K. Zenz House et al., Permanent carbon dioxide storage in
deep-sea sediments, PNAS 103, 12291 (2006)
NBZ: negative buoyancy zone
Amador

69. Introducción
Energía Agua
(In)Tolerancia Climática Alimento
Agua y alimento
Agua y alimento
Amador

70. Introducción
Energía Agua
(In)Tolerancia Climática Alimento
Agua y alimento
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 por
humanos
Con energía abundante se puede desalinizar la que se necesita para
beber 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)
Amador

71. Introducción
Energía Agua
(In)Tolerancia Climática Alimento
Agua y alimento
Agua
Extracción y consumo de agua por
sectores
Cantidades por año
Uso agrícola: extracción
2600km3 , consumo 1800km3
Uso doméstico: extracción
800km3 , consumo 120km3
Uso industrial: extracción
400km3 , consumo 80km3
Agricultura: 68% de la
extracción, 90% del consumo
T. Oki & S. Kanae, Global Hydrological cycles and World Water
Resources, Science 313 1068 (2006)
Vital Water Graphics - 2nd Edition (2008).
http://www.grida.no/publications/vg/water2/
Amador

72. Introducción
Energía Agua
(In)Tolerancia Climática Alimento
Agua y alimento
Agua
Índice de escasez de agua
RWS = (W − S)/Q: W
consumo de agua, S
desalinización de agua, Q
recursos renovables de agua
dulce
Entre cero y uno, 0.4 ya es un
desastre
En la gráfica, el desastre está
normalizado a uno
T. Oki & S. Kanae, Global Hydrological cycles and World Water
Resources, Science 313 1068 (2006)
Vital Water Graphics - 2nd Edition (2008).
http://www.grida.no/publications/vg/water2/
Amador

73. Introducción
Energía Agua
(In)Tolerancia Climática Alimento
Agua y alimento
Amador

74. Introducción
Energía Agua
(In)Tolerancia Climática Alimento
Agua y alimento
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

75. Introducción
Energía Agua
(In)Tolerancia Climática Alimento
Agua y alimento
Alimento
Precios de la alimentación y
el petróleo
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

76. Introducción
Energía Agua
(In)Tolerancia Climática Alimento
Agua y alimento
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 in
averting future food crises. A UNEP rapid response
assessment. United Nations Environment Programme,
GRID-Arendal, www.grida.no
Amador

77. Introducción
Energía Agua
(In)Tolerancia Climática Alimento
Agua y alimento
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 in
averting future food crises. A UNEP rapid response
assessment. United Nations Environment Programme,
GRID-Arendal, www.grida.no
Amador

78. Introducción
Energía Agua
(In)Tolerancia Climática Alimento
Agua y alimento
Alimento
Fertilización, irrigación y pesticidas
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

79. Introducción
Energía Agua
(In)Tolerancia Climática Alimento
Agua y alimento
Opiniones
Amador

80. Introducción
Energía Agua
(In)Tolerancia Climática Alimento
Agua y alimento
Opiniones
Amador

81. Introducción
Energía Agua
(In)Tolerancia Climática Alimento
Agua y alimento
Opiniones
Opiniones I
Esta es la mejor época de la humanidad. Pero todo indica que no durará
mucho. ¿Qué debemos conservar? ¿Qué podemos conservar? Nuestros
mejores aliados son la ciencia y la razón.
Amador

82. Introducción
Energía Agua
(In)Tolerancia Climática Alimento
Agua y alimento
Opiniones
Opiniones II
Lo que preocupa ahora es más que lo que preocupó a los ecologistas
recientes. No es cosa de salvar osos polares —y matar secuestradores—, es
cosa de conservar alguna forma de civilización.
Amador

83. Introducción
Energía Agua
(In)Tolerancia Climática Alimento
Agua y alimento
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 un
mundo lleno. ¿Cómo vamos a cambiar? Los aparatos para la redefinición del
paradigma: visión del mundo, instituciones, tecnologías.
Las tres posibles formas de futuro:
Mundo convencional
Barbarización y mundo de fortalezas
Grandes transiciones
Amador

84. Introducción
Energía Agua
(In)Tolerancia Climática Alimento
Agua y alimento
Opiniones
Opiniones IV
Nuestra mejor esperanza: ciencia y tecnología. Educación para ese futuro
radicalmente distinta de la que hemos privilegiado hasta ahora. ¿Cómo sería
ese tipo de educación para los químicos? Si todo esto es cierto, ¿qué tan
relevante es la educación química actual y sus cuarenta años de
antigüedad?
Amador

85. Introducción
Energía Agua
(In)Tolerancia Climática Alimento
Agua y alimento
Opiniones
Opiniones V
¿Cómo es el futuro inmediato de México —y de la Universidad— si la
producción de petróleo mexicano sigue descendiendo a casi 1% mensual?
Amador

86. Introducción
Energía Agua
(In)Tolerancia Climática Alimento
Agua y alimento
Opiniones
Opiniones VI
La abundancia está positivamente correlacionada con la posibilidad de
financiar la ciencia básica. ¿Qué se debe financiar en la escasez? ¿Cuánto
esfuerzo? ¿Cómo definirlo y justificarlo?
Amador