Emergía

Emergía

El término emergía hace referencia al concepto de memoria energética. Fue originalmente acuñado por el Dr. D. M. Scienceman en colaboración con H. T. Odum, como un medio de hacer una distinción de otras metodologías de energía incorporada. Dado que puede confundirse con la palabra "energía", algunos autores usan la notación "eMergía" a fin de enfatizar la diferencia, aunque dado que poco a poco viene siendo más utilizada, esta notación está perdiendo fuerza.

Contenido

Definiciones

Una definición en palabras

La emergía puede ser definida como "la energía útil (exergía) de un determinado tipo, que ha sido usada tanto directa como indirectamente en el proceso de elaboración de un determinado producto o servicio" (H. T. Odum 1996, H.T. & E. C. Odum 2000).

La emergía expresa el coste de un proceso en equivalentes de energía solar. La idea básica es que la energía solar es, de algún modo, la fuente última de energía, con lo cual expresando el valor en unidades energéticas se hace posible compararlo con otro totalmente diferente, como comparar peras con manzanas (S.E.Jorgensen 2001, p. 61).

Siguiendo a S. E. Jorgensen, S. N. Nielsen, H. Mejer (1995) "Los cálculos de emergía tienen el mismo propósito que los de Exergía: capturar la energía oculta en la organización y construcción de organismos vivos." (p. 103). Chen (in press) va más allá al definir la emergía como "exergía incorporada".

Una formalización matemática

Para entender el concepto de emergía se hace necesario primero entender el concepto de exergía, definido como la proporción real de energía que puede generar trabajo útil.

Ex = (Energía libre de Gibbs) + (Energía potencial gravitacional) + (Energía cinética)

La energía libre de Gibbs es la energía termodinámica químicamente disponible. Formas de energía ligadas al calor (como la radiactiva o la térmica) no se pueden convertir completamente en trabajo, y tienen un contenido en exergía menor que la energía total (ver entropía).

La potencia exergética es la tasa de cambio de exergía con el tiempo


P_x = {d E_x \over dt}

un equivalente del concepto físico de potencia para la exergía.

La emergía se define entonces como la integral de la potencia exergética en el tiempo


E_m = \int_{t=-\infty}^{t_0} P_x dt

por ejemplo. El cambio total en exergía hasta t0. Esta es una pequeña simplicación de la fórmula que se puede encontrar en (Giannantoni 2002). [1]

Desarrollo

En 1997 D. M. Scienceman señaló que su decisión de sugerir la nomenclatura de emergía en 1987 surgió como una consecuencia de estudiar el libro de H. T. Odum Ecología de Sistemas (posteriormente publicado como Sistemas Ecológicos y Generales 1994) durante un período de aproximadamente dos años. Con una preparación en matemáticas y física nuclear, Scienceman nunca había oído hablar del concepto de 'Energía incorporada', y encontró su uso muy confuso.

"Debido a la gran confusión en la literatura científica, y para distinguir claramente las teorías de H. T. Odum, nuevos conceptos - memoria energética, emergía, transformicidad, informidad, empotencia, emtropía, emformación, emteligencia, emprecio, emdólares, emtrones.... - son introducidos con sus unidades apropiadas." (Scienceman 1987, p. 275).

Con la nomenclatura emergética, Scienceman buscaba clarificar dos puntos: 1/ la combinación de energías de diferentes formas; 2/ el proceso de incorporar energías de diferentes formas, o de usarlas. Scienceman también señala que en 1986, la Oficina Nacional de Estándares no incluía ningún símbolo para la noción de 'calidad de la energía', la cual es central para la comprensión de la emergía, y más tarde referida por la palabra "transformicidad". Como H. T. Odum más tarde señaló,

"En 1983 nuestro concepto de energía incorporada (la energía disponible de una cierta clase, previamente usada directa e indirectamente en transformaciones para hacer un producto o servicio) recibió el nombre de "EMERGÍA" y su unidad recibe el nombre de "emjulio" o "emcaloría". Lo que se llama "tasa de transformación de energía" en este capítulo fue renombrado como "Transformicidad con la unidad de "emjulio por Julio" (no es una tasa adimensional.)" (H.T.Odum 1994, p. 251.)

Memoria energética, energía en un cuerpo

La inclusión por Scienceman del término memoria energética en la definición de la palabra emergía implica que las propiedades de los materiales físico-biológico-químicos pueden ser incluidas en el dominio del esquema de la emergía.

"Ahora describo 'emergía' como significando 'memoria energética'; es decir, una medida de la cantidad de una forma de energía original [fJ] que ha sido totalmente usada o transformada en una nueva forma de energía. La forma original ha desaparecido, y se ha convertido sólo en una memoria, una memoria almacenada en las propiedades emergentes y la transformicidad." (Scienceman 1997, p. 210-211).

Tal como es usado por Scienceman, el término "memoria energética" implica un "álgebra de memoria" (1997, p.211), que parece no obedecer el "álgebra de conservación de la energía" (Ibid.). Es decir, que el álgebra de memoria puede ser no conservativa. El álgebra de memoria parece tener una conexión con la aplicación fisiológica del concepto cibernético de "error", el cual es a veces referido como "memoria".

La calidad de la energía. Una jerarquía en las energías

Para entender bien la idea de emergía se hace imprescindible conocer la idea de "calidad" de la energía.

En cualquier sistema complejo, como por ejemplo una cadena trófia, la energía fluye desde el sol hasta el último nivel del sistema, por ejemplo un león. Es sobradamente conocido que a lo largo de la cadena trófica, por el segundo principio de la termodinámica, no toda la energía que procede del sol llega hasta el león, sino que se va perdiendo a lo largo de los distintos niveles (la hierba, el ñú, etc.). Sin embargo, la "fabricación" de 1 g de león requiere mayor cantidad de energía que la de un gramo de hierba o un gramo de ñú. Es decir, para alimentar un león es necesario que existan muchos ñús, y mucha hierba para alimentar a un ñú. Esto implica que, de algún modo, la energía está más concentrada en niveles más altos de la cadena trófica, y más diluida en las fuentes de la misma, es decir, en el sol (esta es la razón por la que cuando queremos usar la energía solar para generar energía eléctrica, tengamos que concentrar la misma a través de células fotovoltaicas).

Este ejemplo ilustra el hecho de que la energía contenida en distintos niveles tiene distinta capacidad para realizar trabajo, y por tanto, distinta "calidad". La consecuencia inmediata es que podemos clasificar los distintos elementos de cualquier sistema según su calidad de energía, es decir, según la energía solar necesaria para producir una unidad del elemento en cuestión.

Transformicidad. La racionalización de la calidad

Como el concepto de emergía, la transformicidad transformicidad fue inicialmente introducida por el Dr. D. M. Scienceman en colaboración con Howard T. Odum. En 1987 D.M.Scienceman propuso que las frases "calidad de la energía", "factor de calidad de la energía", y "relación de transformación de la energía", usadas por H.T.Odum en distintos trabajos, fuesen reemplazadas por la palabra "transformicidad" (p. 261). Esta aproximación tiene como objeto resolver una larga discusión sobre la relación entre los fenómenos de índole cualitativa y aquellos cuantitativos con frecuencia analizados en la física, esto es, un intento por cuantificar la calidad.

Una definición de la transformicidad en palabras

En 1996 H.T.Odum definía la transformicidad como:

la emergía de un tipo requerida para producir una unidad de energía de otro tipo. Por ejemplo, si hacen falta 3 emjulios de carbón (cej) y 1 cej de servicios (trabajo, por ejemplo) para producir 1 J de electricidad, la transformicidad de la electricidad será 4 cej/J

G.P.Genoni amplió esta definición y señaló que "la energía necesaria de un tipo requerida para producir una unidad de energía de otro tipo se usa para cuantificar la posición jerárquica" (1997, p. 97). De acuerdo con Scienceman, el concepto de transformicidad introduce una nueva dimensión básica en la física (1987, p. 261).

Definición como relación

Al igual que la eficiencia, la transformicidad se define cuantitativamente como una relación input-output. Sin embargo, más allá de lo que sería una simple relación directa input-output propia de los indicadores de eficiencia energética, la transformicidad es la inversa de la eficiencia y tiene encuenta flujos de energía, tanto directos como indirectos. Es decir, que se define como la relación entre la entrada de emergía y la producción de energía.

Tr = \frac{E_m}{E_n}

donde E_m = energía de calidad solar incorporada al producto, y E_n lo refiere a unidad de energía del producto.

Desarrollo

Sin embargo, pronto fue evidente que el término "producción de energía" se refería tanto a la producción de energía útil como a la producción de energía no-útil. (Nota: tal y como proponía P.K.Nag, una denominación alternativa para energía útil es disponible o exergía, y una denominación alternativa para energía no útil es no disponible, o anergía (Nag 1984, p.156)). Pero como E. Sciubba y S. Ulgiati observaron, la noción de transformicidad significaba la captura de la emergía invertida por unidad de producto, o producto útil. Así, el concepto de transformicidad fue concretado como la relación entre la "aportación de emergía disipada (la disponible usada)" y una "unidad de exergía producida" (Sciubba and Ulgiati 2005, p. 1957).

Tr = \frac{E_m}{E_x} (ver Giannantoni 2002, p. 8)

donde E_m se refiere a la energía de calidad solar incorporada al producto, y E_x la energía útil del mismo.

Sustituyendo esta expresión en la definición matemática proporcionada anteriormente tenemos:


Tr = \frac {\int_{t=-\infty}^{t_0} P_x dt}{E_x}

El Principio de Máxima Potencia Emergética

A.J. Lotka (1922a, 1922b) propuso en los años 20 el denominado Principio de Máxima Potencia Energética, y lo enunció como sigue:

Boltzmann señala que la energía útil es el principal factor de restricción en la lucha por la existencia en la evolución del mundo orgánico. Está de acuerdo con esta observación el principio que señala que, en la lucha por la existencia, la ventaja la tienen aquellos organismos cuyos mecanismos de captura de energía son más eficientes en disponer de la energía útil para preservar la especie A.J.Lotka 1922a, p. 147.

H.T. Odum rescata estas ideas para formular el Principio de Máxima Potencia Emergética, en el que señala que

Todos los sistemas auto-organizativos tienden a maximizar su tasa de uso de emergía o potencia emergética
H.T.Odum 1996

Contabilidad ambiental "síntesis emergética"

La síntesis emergética es un método de contabilidad ambiental relativo a la entrada de energía solar a nivel global. La metodología de contabilización de emergía busca contabilizar la energía usada en desarrollar energía de calidad superior, que es capaz de controlar funciones de ecosistema, o económicas. El análisis de emergía pretende identificar cómo se distribuye esta energía, así como sus insumos comparables de energías fósiles. La contabilización emergética asume tres puntos:

1. Que cualquier sector de la economía mundial es, en el análisis final, dependiente del presupuesto energético global.

2. Ninguno de los sectores de la economía mundial se solapa en su función.

3. Los sectores no-humanos (i.e. sistemas ecológicos no humanos) están incluidos en la economía mundial.

La suma resultante de estas asunciones es que considerar conjuntamente todos los sectores produce una economía "completa". El método se basa en gran parte en el uso que H.T.Odum hace del principio de "máxima potencia". En un sentido evolutivo el uso de este principio para analizar la economía mundial implica que ésta tenderá a una eficiencia óptima si y sólo si la competencia no es impedida por asuntos culturales, comunicativos, geográficos, o legales. De todos modos, dado que la emergía implica la combinación de formas heterogéneas de energía, D.M.Scienceman ahora sólo se refiere a Síntesis emergética, prefiriendo contemplar la noción de "análisis emergético" como un Oxímoron.

Críticas al concepto de emergía

El concepto de la emergía parece atraer críticas desde muchas disciplinas diferentes. Aquellos críticos con el concepto y su definición son animados a contribuir con sus puntos de vista en la sección de "discusión" de esta página para una mayor clarificación.

Referencias

  • A.J.Lotka (1922a) 'Contribution to the energetics of evolution' [PDF]. Proc Natl Acad Sci, 8: pp. 147–51.
  • A.J.Lotka (1922b) 'Natural selection as a physical principle' [PDF]. Proc Natl Acad Sci, 8, pp 151–4.
  • G.Q. Chen (in press) 'Scarcity of exergy and ecological evaluation based on embodied exergy', Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation.
  • S.E. Jorgensen, S.N.Nielsen, H.Mejer (1995) 'Emergy, environ, exergy and ecological modelling', Ecological Modelling, 77, pp. 99-109
  • H.T.Odum (1996) Environmental Accounting: Emergy and Environmental Decision Making, Wiley.
  • H.T.Odum and E.C.Odum (1983) "Energy Analysis Overview of Nations." Working Paper, WP-83-82. Laxenburg, Austria: International Institute of Applied System Analysis. 469 pp. (CFW-83-21)
  • D.M.Scienceman (1987) 'Energy and Emergy.' In G. Pillet and T. Murota (eds), Environmental Economics: The Analysis of a Major Interface. Geneva: R. Leimgruber. pp. 257-276. (CFW-86-26)
  • D.M. Scienceman (1989) 'The Emergence of Emonomics'. In Proceedings of The International Society for General Systems Research Conference (July 2-7, 1989), Edinbrough, Scotland, 7 pp. (CFW-89-02).
  • D.M. Scienceman (1991) Emergy and Energy: The Form and Content of Ergon. Discussion paper. Gainesville: Center for Wetlands, University of Florida. 13 pp. (CFW-91-10)
  • D.M. Scienceman (1997) 'Letters to the Editor: Emergy definition', Ecological Engineering, 9, pp. 209-212.
  • S.E.Tennenbaum (1988) Network Energy Expenditures for Subsystem Production, MS Thesis. Gainesville, FL: University of FL, 131 pp. (CFW-88-08)
  • Ulgiati, S., Odum, H.T., Bastianoni, S. (1994) 'Emergy use, environmental loading and sustainability. An emergy analysis of Italy', Ecological Modelling, Volume 73, Issue 3-4, Pages 215-268.

En español

  • Álvarez, S., Lomas, P.L., Martín, B., Rodríguez, M. & Montes, C. (2005) 'La síntesis emergética (Emergy Synthesis). Integrando Energía, Ecología y Economía', Publicaciones de la Fundación Interuniversitaria Fernando González Bernáldez para los espacios naturales. Serie Monografías, nº 2. Madrid

Véase también

  • Transformicidad
  • Síntesis Emergética
  • Energía incorporada

Enlaces externos

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