La idea de que la materia-energía de baja entropía es el recurso esencial natural, exige alguna explicación. Esto se puede estipular fácilmente con una breve exposición de las leyes de la termodinámica, según el adecuado símil tomado de Georgescu-Roegen. Considérese un reloj de arena. Es un sistema cerrado en el que no entra ni sale arena. La cantidad de arena en el reloj es constante; la arena ni se crea ni se destruye en ese reloj. Esta es la analogía de la primera ley de la termodinámica: no hay creación ni destrucción de la materia-energía. Aunque la cantidad de arena en el reloj es constante, su distribución cualitativa está constantemente cambiando: la cavidad inferior se va llenando, mientras la cavidad superior se vacía. Esta es la analogía de la segunda ley de la termodinámica, en la que la entropía (que es la arena de la cavidad inferior) aumenta constantemente. La arena de la cavidad superior (la baja entropía) es capaz de hacer un trabajo mientras cae, como el agua en la parte superior de una catarata. La arena en la cavidad inferior (alta entropía) ha agotado su capacidad de realizar un trabajo. El reloj de arena no puede darse la vuelta: la energía gastada no puede reciclarse, a menos que se emplee más energía en ese reciclaje que la que será desarrollada por la cantidad reciclada. Como se ha explicado antes, tenemos dos fuentes del recurso esencial natural, el solar y el terrestre, y nuestra dependencia ha cambiado de la primera a la segunda.

For the Greater Common Good (Por el bien común), Herman Daly y John Cobb Jr.
Beacon Press, 1989.

Almacenamiento, emergía y transformidad

Traducido por Pedro Prieto

La literatura sobre la evolución de la Naturaleza es exhaustiva y la mayor parte de ella se dedica a informar sobre los valores estimados de mercado de los almacenamientos y los flujos de los sistemas medioambientales. En estudios recientes a la evaluación medioambiental (Repetto 1992), se utilizaron medidas monetarias para los almacenamientos naturales. Otros han utilizado simples medidas físicas de los recursos almacenados, especialmente de la energía.

El gráfico 12.1 muestra el almacenamiento de los recursos que ha generado el medio ambiente. Las fuentes de energía de la izquierda se indican con un símbolo circular. Las energías de las fuentes se utilizan en los procesos de transformación de la energía para producir las cantidades almacenadas en el depósito. Según la segunda ley, parte de la energía se degrada en el proceso y se muestra como “energía usada”; se escapa a través del sumidero de calor y es incapaz de realizar más trabajo. También debido a la segunda ley, la cantidad almacenada tiende a dispersarse, perdiendo su concentración. Parte de esa energía dispersada pasa a través del camino de la depreciación y del sumidero de calor.

Para construir y mantener almacenados los recursos disponibles, es necesario realizar un trabajo que requiere energía y exige una transformación. El trabajo se mide por la energía que se debe consumir en él, pero la energía de un tipo no puede considerarse equivalente a la energía de otro tipo. Por ejemplo, un julio de energía solar tiene menor capacidad de realizar un trabajo que un julio de energía contenida en el carbón, puesto que la energía del carbón se encuentra más concentrada que la energía solar. La relación entre la energía solar y la energía del carbón se puede calcular determinando el número de julios de energía solar que se requieren para producir un julio de energía de carbón. Los diferentes tipos de energía que existen en la Tierra están jerárquicamente organizados con los julios de energía de un tipo que se requieren para generar energía de otro tipo. Para evaluar todos los flujos y almacenamientos sobre una referencia común, usamos la emergía solar (Odum 1986; Scienceman 1987), que se define de la siguiente forma:

“La emergía solar es la energía solar consumida, directa o indirectamente, para hacer un producto o realizar un servicio. Su unidad es el emjulio solar”. (“solar emjoule” o sej, en inglés)

Aunque la energía se conserva según la primera ley, según la segunda la capacidad de la energía para realizar un trabajo se agota y no puede ser reutilizada. Por definición, la emergía solar solo se conserva en una cadena de transformaciones hasta que la capacidad de realizar trabajo de la energía final restante es agotada (generalmente en realimentaciones interactivas).

La transformidad solar se define de la siguiente manera:

“La transformidad solar es la emergía solar que se requiere para realizar un julio de un producto o un servicio. Su unidad es el emjulio solar por julio” (págs. 201-203).

TABLA 12.1. EMERGÍA DE ALGUNOS ALMACENAMIENTOS GLOBALES

(CAPITAL NATURAL)[1] POSIBLES ÓRDENES DE MAGNITUD

INVIRTIENDO EN CAPITAL NATURAL (“INVESTING IN NATURAL CAPITAL”), ISBN 1-55963-316-6

Publicado por la Sociedad Internacional para una Economía Ecológica (“The International Society for Ecological Economics”) e Island Press, 1994.

Tel. 1 800-828-1302 ó 1 707-983-6432; Fax: 1 707-983-6164

ENTROPÍA, MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS (Segunda Edición). M. Faber, H. Niemes y G. Stephan; Springler-Verlag, 1995. Tlf: 1 800-SPRINGER ISBN

3-540-58984-8

Prefacio a la segunda edición:

Este libro ha sido utilizado como texto en el Departamento de Economía de la Universidad de Heidelberg (Alemania) durante la última década y en la Universidad de Berna (Suiza) durante los últimos siete años. Nos complació que el Dr. Muller de Springer-Verlag se ofreciera a publicar una versión simplificada de la segunda edición, para hacer el texto más accesible, desde el punto de vista económico, a los estudiantes.

Del CONTENIDO:

En la parte II, desarrollamos el punto de arranque de nuestra ciencia natural (Fig. 01). Puesto que la noción de entropía es muy difícil de entender y al mismo tiempo es esencial para nuestra tesis, dedicamos una gran parte del capítulo 3 a su introducción. Es bien sabido que la economía ha sido fuertemente influenciada por la mecánica clásica durante cerca de un siglo. El desarrollo de la termodinámica desde el principio del siglo XIX, ha sido, sin embargo, bastante ignorado por los economistas (Mirowski, 1984). Por esta razón hemos elegido presentar en detalle las relaciones termodinámicas, que son importantes para nosotros. Confiamos que de esta forma podamos resaltar las diferencias entre la mecánica clásica y la termodinámica. Los procesos termodinámicos son irreversibles y por tanto sus procesos son dependientes respecto del tiempo; CLAUSIUS resaltó este aspecto temporal e introdujo la noción de entropía, que viene del verbo griego “volver” (Hacer regresar, cambiar). Se puede argüir si fue de la mecánica clásica de donde proviene la actitud de los economistas de que los procesos económicos son perfectamente controlables si se han descrito completamente. Es por ello por lo que en muchos modelos de la teoría del crecimiento, las condiciones iniciales y la tasa de crecimiento son condiciones suficientes para la determinación de todas las variables en todo tiempo. Sin embargo, el estudio de los procesos termodinámicos muestra que hay también variables incontrolables además de las controlables. Por supuesto, los economistas también se han dado cuenta de esto. La siguiente consideración de LEONTIEF (1953:14) se aplica todavía, sin embargo, a muchos de los análisis incluso hoy día:

“En principio al menos, se ha reconocido de forma general que los determinantes esenciales de las relaciones estructurales que gobiernan las operaciones del sistema económico deben ser vistas al margen del estrecho dominio de la ciencia económica. A pesar de su deseo, frecuentemente expresado, de cooperar con las disciplinas adyacentes, los economistas han desarrollado con frecuencia su propia forma de psicología, sus versiones propias de sociología y sus leyes tecnológicas particulares”.

Queda a criterio de los críticos decidir hasta donde es esto cierto en nuestra Segunda Parte. Aquí, solo deseamos mencionar que el capítulo 3 fue escrito por economistas y se lo pueden saltar (excepto las secciones 3.5, 3.8 y 3.9) los lectores que tienen una formación en ciencias naturales.

En el capítulo 4 usamos la noción de entropía para establecer una relación entre las actividades económicas y el medio ambiente. Interpretaremos los procesos de separación en la extracción de recursos como un proceso de difusión inverso. Después extraeremos las relaciones entre las cantidades de recursos, la concentración de los mismos, el cambio entrópico, la energía y el factor de los insumos. Los utilizaremos para mostrar cómo los cambios en el medio ambiente influyen en los procesos económicos de producción. Estableceremos la relación entre el sistema económico y el medio ambiente como un proveedor de recursos mediante la concentración de los mismos. De este modo, utilizamos de forma directa una variable de la Naturaleza. Con nuestro enfoque entrópico ampliamos el problema de los recursos más allá del problema cuantitativo, mediante la inclusión de los asuntos de la distribución de recursos en el entorno medio ambiental y las condiciones específicas de los lugares de depósito de los recursos.

Estos dos asuntos se toman en consideración de forma explícita en la tercera parte, que trata de “El uso de los recursos escasos y con concentración decreciente”. En el capítulo 5, integramos el problema de los recursos en nuestra visión de capital teórico, utilizando la misma estructura que en el capítulo 2. El modelo básico común es, sin embargo, ampliado por el sector de los recursos. El problema del tratamiento de los residuos, por otro lado, queda temporalmente fuera de los análisis. Sin embargo, tendremos en consideración los cambios de las cantidades de los recursos y su grado de concentración en el sector medioambiental. En el capítulo 6, de forma similar al capítulo 2, investigamos las propiedades de nuestro modelo, analizando los efectos del reordenamiento de la producción sobre la distribución temporal del suministro de bienes de consumo. Con ello, también nos interesamos en el reemplazo de las técnicas como una función de la disponibilidad de los recursos. Después determinamos las condiciones óptimas del uso temporal del medio ambiente, como proveedor de recursos. Con la ayuda de la variable “concentración de recursos” somos capaces de mostrar que el incremento a largo plazo de los costes de extracción de los recursos puede ser explicado como el resultado de las condiciones tecnológicas y ecológicas.

En la Parte IV, analizamos la interdependencia entre la protección medioambiental y el uso de los recursos. Para este fin, unimos el modelo ambiental del capítulo 2 con el modelo de recursos de la parte III en un modelo de cinco sectores. Con los ejemplos de la recuperación de los recursos de los materiales de deshecho (reciclaje) y la deposición controlada de los materiales de deshecho en el sector medioambiental, mostramos como nuestro planteamiento puede usarse para investigar simultáneamente las medidas de protección ambiental y el uso de los recursos (págs. 6-8).

De la contraportada:

En este libro, los autores analizan la protección ambiental y el uso de los recursos en un amplio marco donde no sólo se toman en consideración los aspectos económicos, sino los relacionados con las ciencias naturales. Estos procedimientos interdisciplinarios suponen un intento de incorporar la irreversibilidad de los procesos económicos. Las características especiales de este libro son i) que los autores utilizan una variable de las ciencias naturales, la entropía, para caracterizar el sistema económico y el medio ambiente ii) que la protección ambiental y la utilización de los recursos se analizan de forma combinada y iii) que se analiza el reemplazo de las técnicas a lo largo del tiempo. Un aspecto novedoso es que la extracción de los recursos se interpreta como un proceso de difusión inversa. Esto establece una relación entre la entropía, la energía y la concentración de los recursos. Los autores investigan el uso del medio ambiente, tanto como un proveedor de recursos, como el receptor de los contaminantes con la ayuda de los procesos termodinámicos. El libro ofrece nuevas herramientas a los ecologistas y a los economistas.

LA ENERGÍA Y LA ECONOMÍA ECOLÓGICA DE LA SOSTENIBILIDAD (“ENERGY AND THE ECOLOGICAL ECONOMICS OF SUSTAINABILITY”), DE John Peet; Island Press, 1992. ISBN 1-55963-160-0. Tel. 1 800-828-1302 ó 1 707-983-6432; Fax: 1 707-983-6164

La quinta exposición de la segunda ley de la termodinámica no es tan obvia como las exposiciones previas, pero viene a colación de algunos aspectos aquí discutidos: en los procesos espontáneos, las concentraciones tienden a dispersarse, las estructuras tienden a desaparecer y el orden deviene en desorden.

En termodinámica existe un concepto llamado entropía que es una medida de la energía que ya no es capaz de realizar un trabajo después de que ha tenido lugar un proceso de transformación. Es, por tanto, una medida de la indisponibilidad de la energía. La entropía puede también mostrarse como una medida del nivel de desorden de un sistema. Así, el conjunto de los trozos de una pieza de porcelana de China sobre el suelo, tiene una entropía mayor que la que tenía ese mismo plato sin romperse en el suelo, y éste en el suelo, una entropía mayor que sobre la mesa. Si la segunda ley se enuncia de otra forma, que siga siendo equivalente a las otras, para introducir el concepto de entropía, sería algo así: todos los procesos físicos se realizan de tal forma que la entropía del universo se incrementa. (pág. 43).

Información y entropía

Por Alan McGowan

El concepto de entropía en biología

Por Alan McGowen

· En ecología: La función de un ecosistema (el ciclo de los nutrientes) surge de la fisiología de los organismos. Las funciones son una red de caminos de nutrientes (una maraña alimentaria), cuya topología la determinan las estrategias ecológicas de las especies y es una particularidad evolutiva fija y esencial en una escala de tiempo de los procesos de los ecosistemas. La tasa de flujo en un punto determinado de la red la determina el crecimiento de población de las especies que allí se encuentran, y está restringida por el suministro de nutrientes y las tasas fisiológicas (también fijadas, básicamente, por la evolución).

Por tanto, es de aplicación la termodinámica química, a través de la fisiología, a la energética de la función de los ecosistemas. El concepto de entropía se importa de la química, que a su vez, proviene de la termodinámica física (estadística).

· En la evolución: Aquí el problema es explicar la energética de la producción de la información genética. La Teoría de la Información Jerárquica (Hierarchical Information Theory, o HIT, en inglés) se basa en la entropía de Shannon, y la herramienta y el ensamblaje microcanónico se define sobre un espacio de variación genética. Es bien conocido que existen analogías “formales” entre el HIT y la termodinámica estadística. Está por determinar si estas analogías formales reflejan abstracciones compartidas. Brooks and Wiley, 1988, comentan que en el caso de la información biológica, los indicios están lo suficientemente probados como para aceptar la entropía HIT como una entropía física.

· El concepto de entropía en la economía ecológica: La economía ecológica no trata de las escalas de tiempo de la macroevolución, pero debería tratar aquellas de la microevolución, puesto que los procesos microevolutivos mantienen el potencial y la flexibilidad del capital natural en horizontes de tiempo de los que podemos razonablemente esperar que puedan soportar economías y sociedades humanas. [Aunque no necesariamente, las mismas sociedades y economías, a lo largo de todo el intervalo de tiempo]

Por tanto, para la economía ecológica, el concepto de entropía ecológica (química), debe complementarse con el de la entropía HIT, de forma que se pueda contabilizar el mantenimiento del potencial evolutivo, incluyendo el potencial de la especie, aunque no el suficiente para contabilizar la producción del conjunto de la biomasa a lo largo del tiempo geológico. Además sería necesario añadir las formas más adecuadas de “entropía” económica y cultural al esquema, pero los sistemas biológicos en los que funcionan las economías (o dejan de funcionar) fallan en el terreno de la ecología evolutiva, y éste es el dominio del concepto de la entropía en el cual debe integrarse el concepto de entropía económica.

Referencias:

Brooks, D. R. y Wiley, E. O, 1988. La evolución como entropía: hacia una teoría unificada de la biología. (“Evolution as entropy: Toward a unified Theory of Biology”). Universidad de Chicago.

Weber, B. H. DePew, D. J. y Smith, J. D. eds. 1988. Entropía, información y evolución: nuevas perspectivas sobre la evolución física y biológica (“Entropy, information and Evolution: New perspectives on Physical and Biological Evolution”). MIT Press.

Wicken, J. S. 1987. Evolución, termodinámica e información: Ampliando el programa darwiniano (“Evolution, Thermodynamics and Information: Extending the Darwinian Program”). Oxford University Press.

Ver también http://www.fes.uwaterloo.ca/u/jjkay/pubs/

Segunda Ley de la Termodinámica

extraido de la Enciclopedia Encarta de Microsoft

La segunda ley de la termodinámica da una precisa definición de una propiedad llamada entropía. La entropía puede ser vista como una medida de cuan cerca se encuentra un sistema del equilibrio; también puede ser vista como una medida del desorden de un sistema. La ley establece que la entropía –esto es, el desorden- de un sistema aislado nunca puede disminuir. Por tanto, cuando un sistema aislado alcanza una configuración de máxima entropía, no puede volver a cambiar: ha llegado a su equilibrio. La Naturaleza, pues, parece preferir el desorden o el caos. Se demuestra que la segunda ley estipula que, en ausencia de trabajo, no se puede transferir calor de una región a menos temperatura a otra de más temperatura.

La segunda ley establece una condición adicional a los procesos termodinámicos. No es suficiente con conservar la energía y obedecer la primera ley. Una máquina que realice un trabajo violando la segunda ley se denomina “máquina de movimiento perpetuo de segundo tipo”, pues, por ejemplo, la energía podría estar continuamente fluyendo de un entorno frío a otro caliente sin coste alguno. La segunda ley de la termodinámica se da a veces como una declaración que excluye las máquinas de movimiento perpetuo del segundo tipo.

¿Es viable el capitalismo?

James O’Conner; The Guildford Press, 1994. ISBN 0-89862-594-7

La energía y las fuerzas productivas

Los bioeconomistas entienden los procesos económicos desde el punto de vista de los principios de la termodinámica, e insisten en que estos principios son aplicables tanto a los sistemas naturales como a los sistemas adaptados o transformados por el hombre. La segunda ley de la termodinámica resalta un aspecto clave en todos los procesos productivos: la actividad económica, entendida para satisfacer las necesidades humanas, se mueve contra la tendencia general del universo de dirigirse a un estado de mayor desorden o de mayor entropía. El trabajo humano se mueve contra esta tendencia, al incrementar el desorden del mundo físico. Pone en marcha la energía que duerme en la Naturaleza, convierte la energía “salvaje” en energía útil, “domesticada”. Pero para hacer que esta energía esté disponible, debe gastar una cierta cantidad de energía humana, tanto en forma de energía almacenada en máquinas como en forma de esfuerzo humano.

Por definición, el incremento promedio de la entropía asociado a cualquier proceso de producción es siempre mayor que la disminución local de la entropía que corresponde a este proceso. La actividad económica, por tanto, no escapa a las leyes de la física: el estado de organización de la economía sólo se incrementa en tanto en cuanto el estado del universo en su conjunto decrezca. Como observa Georgescu-Roegen, “en la perspectiva de la entropía, cada acción de un ser humano o un organismo, e incluso en cada proceso de la Naturaleza, puede conducir solamente a un déficit del sistema en su conjunto”. “No sólo”, continúa, “la entropía del ambiente se incrementa con cada litro de gasolina en el depósito de su coche, sino que una parte sustancial de la energía libre que contiene la gasolina, en vez de mover su coche, se reflejará en un mayor aumento de la entropía…Cuando producimos una lámina de cobre partiendo del mineral, reducimos la entropía del mineral, pero solo al precio de un mayor incremento de la entropía en el resto del universo. Los seres vivos están también sujetos a esta ley. Cada organismo vivo, incluyendo los seres humanos, lucha por mantener su propia entropía a un nivel constante, a base de sacar energía de baja entropía de su ambiente, especialmente en forma de alimento. Según Georgescu-Roegen “en términos de entropía, el coste de cualquier empresa económica o biológica es siempre mayor que el producto que obtiene, de forma que las actividades necesarias para llevarla a cabo reflejan necesariamente este déficit termodinámico”.

El trabajo no es, por sí mismo, la primera fuerza autorrenovadora, concebida por la teoría marxista. Su reproducción depende totalmente de un ingreso continuo de energía de bajo nivel de entropía. Esta energía proviene, en última instancia, directamente del sol (en forma de rayos y/o calor) o indirectamente (viento, hidráulica), de la radiación solar almacenada en los combustibles fósiles (petróleo, carbón, gas) y en una pequeña parte, de los flujos geotérmicos y de la energía nuclear. La energía no puede ser creada por el trabajo o las máquinas: se obtiene siempre del ambiente. Incluso esta extracción se rige por ciertas restricciones. Así como el trabajo es necesario para producir trabajo, la energía es necesaria para extraer energía del entorno. Y así como en una economía creciente el trabajo puede producir más de lo que generalmente es necesario para su propia reproducción, la energía extraída de la Naturaleza es generalmente mayor que la que se consume en su extracción. La relación entre trabajo obtenido y trabajo invertido es una magnitud crítica en economía: es imperativo que sea mayor que 1. Igualmente, el exceso que corresponde a la diferencia entre energía obtenida y energía que se invierte en obtenerla, se denomina energía neta. (págs. 42-43).

VALORANDO LA TIERRA (“VALUING THE EARTH”), Daly and Townsend; MIT Press, 1993. ISBN 0-262-54068-1. 1-800-356-0343 ó 1 617-253-2884

Erwin Schrodinger (1945) ha descrito la vida como un sistema en un estado estable de desequilibrio termodinámico que mantiene una distancia constante del equilibrio (muerte) alimentándose de baja entropía de su entorno; esto es, mediante el intercambio de producción de alta entropía por ingresos de baja entropía. Se podría establecer el mismo principio literal, como si de una descripción física se tratase, de nuestro proceso económico. El corolario de este principio es que un organismo no puede vivir en medio de sus propios productos de deshecho. (pág. 253).

POR EL BIEN COMÚN (“FOR THE COMMON GOOD”), Daly y Cobb; Beacon Press, 1989. Tel. 1 800-631-8571; Fax: 1 617-723-3097 ISBN 0-8070-4703-1

Entropía

El reflejo del uso de la energía conduce inmediatamente a la segunda ley de la termodinámica. La ley asegura que la entropía aumenta cuando se realiza un trabajo. La noción de entropía a veces se malinterpreta, por lo que requiere una breve explicación.

La primera ley de la termodinámica declara que la energía (o la materia-energía) no puede ser creada ni destruida. Esto parece sugerir que el uso de la energía no reducirá la cantidad de energía que queda disponible para ser usada de nuevo. Pero no es el caso. La segunda ley declara que siempre que se realiza un trabajo, siempre que se usa energía, la cantidad de energía que se puede utilizar disminuye. La disminución de energía útil es el incremento de la entropía (el aumento de arena en la cavidad inferior de un reloj de arena, para traer a colación la analogía de la introducción). Por ejemplo, cuando se quema un trozo de carbón, la energía del carbón se transforma en calor y ceniza. Esto es también energía, y la cantidad de energía en el calor y las cenizas iguala a la que previamente tenía el trozo de carbón. Pero ahora está dispersa. El calor dispersado no puede usarse de nuevo de la misma forma en que fue utilizado originalmente. Es más, cualquier procedimiento para concentrar de nuevo esta energía utilizará más energía que la que pueda generar. En otras palabras, la dispersión de la energía previamente concentrada se incrementará. No hay forma de invertir este proceso. Quemar un trozo de carbón cambia un recurso natural de baja entropía por otra forma de alta entropía que es mucho menos capaz de realizar un trabajo. A pesar del flujo circular que celebran los economistas, hay algo que se ha consumido sin remedio, que es la capacidad de ordenación. El proceso económico (la producción seguida del consumo) es entrópico. Las materias primas de la Naturaleza son iguales, en cantidad, a los materiales de deshecho que se devuelven finalmente a ella. Pero hay una diferencia cualitativa entre esas idénticas cantidades de materia prima y de deshechos. La entropía es la medida física de esa diferencia cualitativa. Es la calidad de la baja entropía la que hace receptiva a la materia-energía a la huella del conocimiento y los propósitos humanos. La materia-energía de alta entropía muestra resistencia y falta de plasticidad. Ninguna tecnología imaginable actual puede mover un barco de vapor con el calor contenido en el océano, aunque la cantidad de calor que contenga sea inmensa. Ni los generadores eólicos se pueden hacer de arena o cenizas.

Cuando la Naturaleza y sus recursos para uso humano se vean como concentraciones de energía utilizable, en vez de materia pasiva, no será posible ignorar por más tiempo el modelo de caudal de flujos de Nicholas Gerogescu-Roegen, al cual debemos el análisis que descubrió el camino de la Ley de la Entropía y los Procesos Económicos (1971), del que hemos transcrito libremente.

El modelo de caudal de flujos de Gerogescu-Roegen comienza con el reconocimiento de que la Naturaleza contribuye con un flujo de recursos naturales de baja entropía. Estas materias primas, son transformadas por un caudal de agentes (trabajadores y equipos), que no vienen físicamente incorporados en el producto. Los caudales de capital y trabajo constituyen la causa eficiente de la riqueza, y los recursos naturales la causa material. Los caudales de trabajo y capital se gastan y reemplazan en largos períodos de tiempo. Los flujos de los recursos se consumen, o mejor, se transforman en productos, en períodos cortos de tiempo. Mientras exista una posibilidad de sustitución significativa entre estos dos flujos, trabajo y capital, o entre varios flujos de recursos, por ejemplo, aluminio por cobre o carbón por gas natural, hay muy poca sustitución entre caudales y flujos. Se pude construir la misma casa con menos carpinteros y más sierras mecánicas, pero ni la cantidad de carpinteros ni la de las sierras mecánicas disminuirán en mucho la cantidad de madera ni la de clavos. Por supuesto, se pueden usar ladrillos en vez de madera, pero esto sería la sustitución de un flujo de recursos por otro, en vez de la sustitución de un caudal por un flujo. Los caudales y los flujos, las causas eficientes y las materiales, son complementos, no sustitutos, en el proceso de producción.

Desde esta perspectiva del sentido común, son muy difíciles de entender los modelos de producción neoclásicos actuales porque a) a menudo no incluyen en absoluto los recursos, representando la producción como una función exclusiva del trabajo y del capital; b) si incluyen los recursos, suponen que “el capital es un sustituto casi perfecto de la tierra y otros recursos naturales” y c) son incapaces de reconocer ningún aspecto físico que pueda limitar esto; es decir, no desechan casos en los que la producción constituye una masa mayor que la suma de las masas de todos los insumos, lo que sería una violación de la primera ley de la termodinámica. Se da este mismo último problema de reconocimiento y ya se han hecho esfuerzos para limitar la sustitución mediante una restricción del equilibrio de la masa en las funciones productivas. Los economistas se avergüenzan algunas veces por sus infracciones de la primera ley, pero muy pocas veces les mueven a la vergüenza sus mucho más insignes violaciones de la segunda ley.

Georgescu-Roegen argumenta que todos los recursos, y por supuesto, todos los objetos de valor, se caracterizan por una baja entropía; pero no todos los objetos que poseen baja entropía tienen valor económico. El valor no se puede explicar sólo en términos físicos, pero tampoco se puede explicar sólo en términos físicos de utilidad sin referencia alguna a la entropía, como los economistas neoclásicos pretenden. Puesto que no podemos crear ni destruir la materia-energía está claro que vivimos con la diferencia cualitativa entre los recursos naturales y los residuos, que es el incremento de la entropía. Podemos hacer mejor o peor el trabajo de filtrar esta baja entropía por el tamiz tecnológico para extraer más o menos satisfacción de ello, pero sin ese flujo entrópico de la Naturaleza no existe la posibilidad de producir. La materia-energía de baja entropía es una condición necesaria, pero no suficiente para la creación de valor. Es, por tanto, de importancia crítica, analizar las fuentes de baja entropía (el denominador físico común de la utilidad) y sus patrones de escasez.

Como se ha hecho ver en la introducción, tenemos dos fuentes básicas de baja entropía: la solar y la terrestre. Difieren de forma significativa en sus patrones de escasez. La fuente solar tiene unas reservas prácticamente ilimitadas, pero está estrictamente limitada en el ritmo con el que llega a la Tierra. La fuente terrestre (los combustibles fósiles y minerales) está estrictamente limitada en la dimensión de sus reservas, pero se puede usar a un ritmo de nuestra propia elección, con márgenes muy amplios. La industrialización representa una mudanza de una dependencia básica de la fuente solar de recursos abundantes, hacia una mayor dependencia de la limitada fuente de recursos terrestres, para aprovechar el ritmo variable de explotación que podemos tener con estos. Basado solamente en esta consideración, Georgescu-Roegen pudo predecir, ya en los años 60, cuando la mayoría de los economistas hablaban de alimentar al mundo con petróleo, que terminaría sucediendo una sustitución justamente opuesta: que terminaríamos moviendo nuestros coches con alcohol de las cosechas de alimentos que capturan la luz solar. En Brasil esto ya ha ocurrido. El Homo Sapiens brasiliensis ha entrado en competición directa con Mechanistra Automobilica por un lugar bajo el sol. La caña de azúcar como combustible, está desplazando el arroz y las alubias para alimentación.

Volviendo a la cuestión de la capacidad de sustitución del capital por los recursos, nuestra concepción es la de considerar la cantidad necesaria de capital en dos escenarios: un mundo de agotamiento intensivo de los recursos y gran acumulación de capital, frente a un mundo de recursos preservados y poca acumulación de capital. Es evidente que se necesita más en un mundo en el cual los recursos renovables van siendo tan escasos. Los alimentos deben ser producidos hidropónicamente, pero esto requiere mucho más capital que producir la misma cantidad de alimentos en un suelo fértil natural. Nótese que ahora estamos hablando de la sustitución de los recursos de capital creado por el hombre por el recurso del capital natural (el suelo), y no de la sustitución de capital por un flujo de recursos. Una zanahoria producida hidropónicamente incorpora tanta materia y energía como otra producida en el jardín. El capital extra creado con el cultivo hidropónico no es sólo una cuestión de costes directos del equipo, de los productos químicos y del agua. También implica que el suministro de agua será más caro que en la actualidad. La deforestación reducirá las corrientes de agua, aumentará las inundaciones, acelerará la sedimentación de las presas y el agotamiento de los acuíferos. Se necesitará después capital para controlar las inundaciones, construir nuevas presas, desviar los ríos distantes y desalinizar el agua de los océanos. (págs. 194-197)

Ver también ECONOMÍA EN ESTADO ESTACIONARIO (“STEADY-STATE ECONOMICS”), Daly; Island Press, 1991. ISBN 1-55963-071-X

VISIÓN 2020. Lazslo; Gordon y Breach, 1994, 212-206-8900ISBN 2-88124-612-5

La tercera categoría posible es aquella en que los sistemas están lejos de haber conseguido el equilibrio térmico y químico. Tales sistemas son no lineales y atraviesan por un indeterminado número de fases. No tienden hacia un mínimo de energía libre y una entropía máxima específica, sino que amplifican ciertas fluctuaciones y evolucionan hacia un nuevo régimen dinámico, que es radicalmente diferente de los estados estacionarios que se encuentran en equilibrio o cerca de él.

Prima facie, la evolución de los sistemas que están lejos del estado de equilibrio parece contradecir la famosa segunda ley de la termodinámica. ¿Cómo pueden los sistemas incrementar realmente su nivel de complejidad y organización y hacerse más energéticos? La segunda ley establece que en cualquier sistema aislado la organización y la estructura tienden a desaparecer y a ser reemplazados por la uniformidad y la aleatoriedad. Los científicos actuales saben que los sistemas evolutivos no están aislados y por tanto, la segunda ley, no describe completamente lo que sucede en ellos (o de manera más precisa, lo que sucede entre ellos y el medio ambiente). Los sistemas de tercera categoría son siempre y necesariamente sistemas abiertos, por lo que el intercambio de entropía entre ellos no está determinado únicamente por procesos internos irreversibles. Los procesos internos entre ellos obedecen a la segunda ley: la energía libre, una vez que se expande, deja de estar disponible para realizar más trabajo. Pero la energía disponible para realizar más trabajo, puede ser “importada” por los sistemas abiertos de su entorno: puede haber un transporte de energía libre (o entropía negativa) a través de las fronteras del sistema[5]. Cuando las dos cantidades –la energía libre en el sistema y la energía libre transportada a través de las fronteras del sistema del medio ambiente- se equilibran y neutralizan la una a la otra, el sistema alcanza el estado estacionario. Como en un ambiente dinámico las dos partes raramente se equilibran mutuamente a largo plazo, en el mundo real, los sistemas son, en el mejor de los casos, “metaestables”: tienden a fluctuar por estados que definen su estado estacionario, antes de fijarse en ellos sin más variaciones.

NUESTRA HUELLA ECOLÓGICA (“OUR ECOLOGICAL FOOTPRINT”), Wackernagel y Rees; New Society Pub., 1996; ISBN 0-86571-312-X Tel. 1 800-253-3605

La segunda ley de la termodinámica (la ley de la entropía) establece que la entropía de un sistema aislado siempre aumenta. Esto significa que el sistema se agota espontáneamente. Toda la energía disponible es usada, todas las concentraciones de materia se disipan uniformemente, todos los gradientes desaparecen. Finalmente, no hay potencial para más trabajo útil; el sistema se termina degradando y desordenando totalmente... Esto tiene importantes implicaciones en la sostenibilidad.

Los sistemas no aislados (tales como el cuerpo humano o la economía) están sujetos a las mismas fuerzas de decaimiento entrópico que los sistemas aislados. Esto significa que deben estar constantemente importando energía y material de alta calidad del exterior y exportando energía y materia degradada al exterior, para mantener su orden e integridad interior. A todos los efectos prácticos, el intercambio de esta energía y material son unidireccional e irreversible.

Las modernas formulaciones de la segunda ley indican por tanto, que todos los sistemas complejos altamente ordenados y lejos del equilibrio, se desarrollan y crecen (incrementan su orden interno), necesariamente a expensas de incrementar el desorden a mayores niveles en la jerarquía de los sistemas[6].

La economía humana es un sistema altamente ordenado, complejo y dinámico. Es también un subsistema abierto de una ecosfera cerrada y que no crece; esto es, la economía está contenida por la ecosfera. Así pues, la economía depende para su mantenimiento, crecimiento y desarrollo de la producción de materia-energía de baja entropía (essergía, o “essergy”, en inglés) por parte de la ecosfera y de la capacidad de asimilación de los residuos que tenga ésta.

Esto significa que más allá de un cierto punto, el crecimiento continuo de la economía (esto es, el crecimiento de las poblaciones humanas y la acumulación de capital fabril), sólo puede ser adquirido a base de incrementar el desorden (entropía) en la ecosfera.

“Esto ocurre cuando el consumo de la economía excede la producción en la Naturaleza y se manifiesta a través del acelerado agotamiento del capital natural, de la reducción de la biodiversidad, de la contaminación del aire, del agua y de la tierra, del cambio climático, etc”.

CAPITAL NATURAL Y LA SUPERVIVIENCIA DE LA ECONOMÍA HUMANA (“NATURAL CAPITAL AND HUMAN ECONOMIC SURVIVAL”), Thomas Prugh con Robert Costanza, John H. Cumberland, Herman Daly, Robert Godland y Richard B. Norgaard; Sociedad Internacional para una Economía Ecológica (“International Society for Ecological Economics”), 1995. Distribuido por Chelsea Green Publishing Company. Tel.: 1 800-639-4099 ó 1 603-448-0317; Fax: 1 603-448-2576. ISBN 1-887490-01-9. Las cosas se caen; el centro no se sustenta; la pura anarquía anda suelta por el mundo…

W. B. Yeats, “La segunda venida” (“The Second Coming”).

Las cosas se caen porque es la ley, la segunda ley de la termodinámica. (La primera ley de la termodinámica es la ley de la conservación, que dice que la energía y la materia no pueden ser creadas o destruidas, sólo transformadas. La materia es en sí misma una forma de energía, como mostró Einstein en su famosa ecuación E = mc²). La segunda ley fue desarrollada conjuntamente con las máquinas de vapor en 1824, por el físico francés Sadi Carnot. Carnot se dio cuenta que utilizar la energía para realizar un trabajo (mover materia en el espacio) dependía del gradiente de temperatura de la máquina, esto es, de la diferencia entre las partes más calientes y más frías de la misma. Según se realiza el trabajo, la diferencia de temperaturas disminuye. Aunque la energía total permanece constante, termina estando menos disponible para realizar más trabajo. (Boulding 1981a)

De forma más general, utilizar la energía la deja menos disponible. La energía química latente en los troncos de la chimenea está altamente disponible hasta que se libera al quemarse. Después, aunque la cantidad de energía en el calor, los gases y las cenizas sea la misma que la cantidad que estaba en la madera, esta dispersa (no disponible). En teoría, es posible reagrupar los componentes y reconcentrar la energía, pero hacer esto exigiría más energía que la que de nuevo se podría volver a obtener. (Daly y Cobb 1989)

Otra forma de expresar la ley de la entropía es que en un sistema cerrado, los objetos y los subsistemas tienden a desintegrarse con el tiempo. Se rompen, se descomponen, se disuelven, se oxidan, mueren, se pudren, se desgastan o, generalmente, se mueven de un estado de mayor organización a otro de menor organización, del orden al desorden. Por lo que se sabe, este proceso siempre se mueve en la misma dirección. (De forma muy irritante, dado que la entropía es una medida del desorden de un sistema, se dice que un sistema altamente organizado tiene una baja entropía, mientras que se dice que un sistema desordenado tiene alta entropía. La entropía aumenta cuando el orden disminuye). La descomposición o el desgaste de un sistema o de un objeto puede pararse si se trata de un sistema abierto capaz de recibir ingresos de materia y energía (mantenimiento) desde fuera. Incluso un sistema cerrado, que permite sólo ingresos y egresos de energía puede mantener el orden durante un cierto tiempo. En un sistema aislado (aquél en el que no hay entradas ni salidas; esto es, no existe el intercambio), el desorden tiene que aumentar.

¿Es la vida una excepción? ¿No crea la vida orden del desorden? Cualquiera que tenga un niño pequeño lo pondrá inmediatamente en duda. Aun así, la vida parece un movimiento de un estado de menor organización a otro de mayor organización. Los seres humanos, por ejemplo, crecen gradualmente de un completo desamparo a una relativa independencia, aprendiendo a sobrevivir en el mundo y haciendo cosas de una complejidad extraordinaria, que incluyen novelas escritas, sinfonías y tratados matemáticos arcanos sobre cosas como la entropía. De hecho, ¿no prueba la evolución en general, con sus vastas y enormemente duraderas procesiones de movimientos de criaturas, desde las unicelulares a las ballenas azules, que la entropía puede ser vencida?

Sí y no. A escala local, sí: la vida ha evolucionado de forma maravillosa aumentando la complejidad de su organización. Pero viéndolo a gran escala, no. Las criaturas vivientes existen sólo porque son capaces de “importar” materia de alta complejidad y baja entropía (por ejemplo, cuando comen alimentos), y porque pueden extraer energía útil y materiales de dicha materia, y “exportar” residuos de mucha menor complejidad y mayor entropía. Toda la vida sobre la Tierra se recicla a sí misma de esta forma, a través de la ecosfera, y cada criatura utiliza algo de su alrededor (generalmente incluye alguna otra criatura) para mantenerse y recrearse a sí misma. La materia no se crea ni se destruye, sólo se segrega y se reagrupa para ser usada de nuevo de otra forma. Como dijo el físico Erwin Schrodinger, la vida (y la evolución) se puede ver como una segregación de la entropía: “El dispositivo mediante el cual un organismo se mantiene estacionario en un nivel de orden suficientemente alto (o lo que es igual, un nivel suficientemente bajo de entropía) consiste en succionar continuamente orden de su entorno” (Schrodinger 1967, pág. 79). La vida crea bolsas de orden a costa de desorden en los demás lugares. La evolución es contaminación (Boulding 1981a,b)

Así pues, los seres humanos y otros seres vivos son evidentemente sistemas abiertos. Sin embargo, la biosfera y la Tierra son, en sí mismos, sistemas cerrados. La materia es esencialmente constante; salvo la entrada ocasional de materia suelta, cometas o meteoritos, muy poca materia entra en el sistema y muy poca sale, excepto las sondas espaciales. Pero en términos de energía, el flujo de radiación solar que llega (equilibrado con el que se vuelve a radiar al exterior) es continuo y crucial. Es la respuesta fundamental a la pregunta ¿cómo funciona la economía (y el mundo)? Hazel Henderson (1981) menciona el documento del Premio Nobel inglés Frederick Soddy en 1921, en el que usaba la locomotora de vapor como una metáfora, preguntando: “¿qué la hace funcionar?”:

En un sentido o en otro, el honor de este logro, lo puede reclamar el maquinista, el guarda, el vigilante de las vías, el gerente, el capitalista o el accionista o, de nuevo, los primeros científicos que descubrieron la naturaleza del fuego, los inventores que lo controlaron, por el Trabajo que construyó la línea férrea y el tren. Lo que queda de todo esto es que ni siquiera todos ellos, uniendo sus esfuerzos, podrían haber movido el tren. La fuerza real que lo mueve es el carbón. Por ello, en el estado actual de la ciencia, la respuesta a la pregunta de cómo viven los hombres, o cómo lo hace cualquier ser vivo, o cómo vive la Naturaleza inanimada, en el sentido en el cual hablamos de la vida de una cascada o de cualquier otra manifestación de vida, es, con muy pocas excepciones, por la LUZ DEL SOL. (pág. 225).

“No es necesario decir”, escribe Henderson, “que Soddy era considerado un chiflado”. Pero estaba en lo cierto: las importaciones continuas de energía solar dirigen los procesos vitales de la Tierra. Si la Tierra estuviese cerrada al flujo solar, que es energía de baja entropía que queda generalmente disponible en la biosfera a través de la fotosíntesis, cualquier tipo de vida dejaría de existir. Desde luego, el sol tampoco está exento de la ley de la entropía; se va degradando lentamente, a medida que quema su combustible nuclear y colapsará, de forma espectacular, en unos cuantos miles de millones de años.

¿Qué tiene que ver la entropía con la economía?

Las leyes de la termodinámica son importantes para la economía porque la actividad económica es entrópica. Los recursos naturales (la materia-energía de baja entropía) se agrupan, se procesan para separar las partes útiles de las que no lo son, se convierten en bienes y se transportan al punto de venta. En cada paso de este proceso, se producen residuos y se consume energía (y queda menos disponible). La cantidad de materia prima es igual a la cantidad de residuos (más los productos que posteriormente devienen también en residuos), pero las dos cantidades son cualitativamente diferentes. La diferencia se mide en términos de entropía. La producción económica es totalmente dependiente de la disponibilidad de insumos de baja entropía. (Daly y Cobb, 1989).

Estos insumos provienen de dos fuentes. Como se ha visto antes, una es el sol. La otra es la Tierra, que entrega minerales útiles, plantas, vida animal y combustibles fósiles. Existen diferencias obvias entre la naturaleza solar y terrestre de los insumos, pero la más importante es, quizá, la diferencia radical de su grado de disponibilidad. Los insumos solares son básicamente ilimitados (al menos a escala humana), pero fluyen hacia la Tierra en forma de goteo regular, entre 100 y 200 vatios por metro cuadrado sorbe la superficie terrestre. Las reservas de recursos renovables terrestres están, por tanto, limitadas a la disponibilidad de la energía solar. Las reservas de recursos no renovables terrestres (especialmente los combustibles fósiles, que son, en realidad, depósitos de energía solar entregados hace millones de años) son finitos, pero se pueden extraer de la tierra, mediante la tecnología, y ser puestos a disposición de la economía a gran velocidad. (Daly y Cobb 1989).

La tecnología ha permitido a la economía humana dejar en suspenso, temporalmente, su dependencia de los insumos de origen solar de baja entropía y de bajo ritmo de explotación, que es lo que marca la barrera entre las sociedades preindustrial e industrial. Pero la tecnología no puede abolir la ley de la entropía.

UN ESTUDIO DE LA ECONOMÍA ECOLÓGICA (A SURVEY OF ECOLOGICAL ECONOMICS). Krishnan, Harris y Goodwin; Island Press, 1995.

Este es un libro excelente que dedica un capítulo entero a la entropía y cómo se relaciona con la economía. Aquí se hacen dos selecciones:

Resumen sobre reciclado, termodinámica y economía medioambiental

Por R. Stephen Berry

Resumen sobre la energía y la economía de los EE.UU: una perspectiva biofísica

Por Cutler J. Cleveland, Robert Costanza, Charles A. S. Hall y Robert Kaufmann

Publicado por primera vez en Science 225 (31 de agosto de 1984): 890-897. c 1984 por la AAAS

Notas

[1] Producto del flujo anual solar 9,44*10²⁴ sej/año y el orden de magnitud de los tiempos de reposición en la columna 1.

[2] Autopistas, puentes, oleoductos, etc. (pág. 209)

[3] Obsérvese que un cristal posee muy baja entropía y un alto orden, pero también tiene una pobre libertad dinámica. Los sistemas vivos poseen en sus estados químicos internos grandes cantidades de libertad dinámica, pero conservadas en una porción de espacio mucho más pequeña, en la que se mantiene su integridad biológica. Los límites al mantenimiento de la integridad son las manifestaciones de la segunda ley en biología. Hay tres tipos de límites en la integridad de los ecosistemas:

1) Los límites y tolerancias funcionales y fisiológicos. Incluyen la mayoría de los límites energéticos más elementales de la vida; por ejemplo, la eficacia de la fotosíntesis, la glicólisis, la reproducción del ADN y las tasas de reparación, las fases de la mitosis y la meiosis, los sistemas de desintoxicación celular, etc. Estos son unos pequeños pedazos muy antiguos de historia congelada, establecidos fundamentalmente mucho antes del periodo Cámbrico, durante la evolución de la vida unicelular. Son los responsables de fijar las tasas de flujo de energía y el reciclado de los nutrientes en los ecosistemas. Fijan el objetivo de la vida como el más básico, a un nivel bioquímico.

2) Los límites evolutivos. Por ejemplo, ¿ha producido la evolución especies con capacidad de explotar o tolerar un determinado conjunto de condiciones (y por tanto, proporcionar un flujo de nutrientes)?

3) Los límites históricos. Por ejemplo, ¿los procesos históricos (como las migraciones masivas, las extinciones locales, etc) que produjeron una mezcla de especies en un determinado lugar, han podido proveer el sitio a especies capaces de explotar un determinado conjunto de condiciones?

Realmente, todos ellos son “límites históricos”, si se observan a muy diferentes profundidades de la historia. Los límites funcionales, en algunos casos, son tan antiguos como el mismo origen de la vida. Los límites evolutivos son los límites de la adaptación de la biomasa en la página del tiempo geológico actual en una región geográfica dada. Y los límites históricos, son aquellos que encajan el ecosistema en el lugar en el que las especies tendrían dificultad de hacerlo. Esas restricciones limitan la función y la elasticidad en el sitio.

[4] Ver H. T. Odum 1994. “La emergía del capital natural” (“The emergy of natural capital”) de A. M. Jansson, M. Hammer, C. Folke y R. Costanza (eds). Invirtiendo en capital natural: una visión de la economía ecológica para la sostenibilidad. (“Investing in natural capital: the ecological economics approach to sustainability”). Island Press.

[5] El cambio en la entropía de los sistemas lo define la muy conocida ecuación de Prigogine dS=djS + deS. Aquí dS es el cambio total de entropía en el sistema, mientras djS es la entropía cambiada, producida por los procesos irreversibles entre dicha entropía, y deS es la entropía transportada a través de las fronteras del sistema. En un sistema aislado, dS es siempre positivo, al ser únicamente determinada por djS, que crece necesariamente según el sistema realiza un trabajo. Sin embargo, en un sistema abierto deS puede anular la entropía producida en el sistema e incluso puede excederla. Por tanto, dS no tiene que ser positivo en un sistema abierto: puede ser cero o negativo. El sistema abierto puede darse en un sistema estacionario (dS =0), o puede crecer y hacerse más complejo (dS<0). El cambio de entropía en tal sistema es dado por la ecuación deS – djS<0; esto es, la entropía producida por un proceso irreversible en el sistema se desplaza al medio ambiente (págs. 106-107)

[6] E. Scheneider y J. Kay. 1992. “La vida como una manifestación de la segunda ley de la termodinámica” (“Life as a Manifestation of the Second Law of Thermodynamics”). Preimpresión de: “Avances en matemáticas y ordenadores en medicina” (“Advances in Mathematics and Computers in Medicine”) Waterloo, Ontario.: Universidad de Waterloo. Facultad de Estudios Medioambientales. Borradores.