Roqué i Margenat, Josep M.

Revistes Catalanes amb Accés Obert

ENERGIA SOLAR
FOTOTROFS EN AJUT DE LA INDUSTRIA
per
JOSEP M.a ROQUE
De la Seccio de Quimica de la SCCFQM
A causa dels augments dels preus del petroli s'ha notat un interes
renovat de la comunitat cientifica i tecnica mundials en metodes que usin
elements biologics per a captar l'energia solar i emmagatzemar-la. La
possibilitat de fer us de ]a riquesa vegetal al nostre pals, per tal d'esmorteir
els problemes derivats de la contaminacio, sembla menyspreada o igno-
rada, en contraposicio clara a 1'actitud dels paisos mes desenvolupats, on
aquesta possibilitat s'ha anat estudiant en els darters anys. Aquest retard
ens pot permetre de seguir uns camins ja desbrossats i aprofitar-nos
d'alguns resultats obtinguts. Pero, realment val la pena?
PIR QUf 1'ENERGIA SOLAR?
L'energia solar es de totes les fonts d'energia disponible a la superficie
de la Terra (a nivell del mar) quantitativament la mes important. La
comparacio amb altres fonts d'energia es pot veure a la Taula I.
Les longitude d'ona de la radiacio solar son compreses en un interval
ampli. La distribucio de l'energia corresponent no es uniforme, sing que
es rep mes energia a la zona de la Ilum visible (vegeu Taula II), en una
quantitat que representa un 50% de l'energia incident total. En canvi la
radiacio ultraviolada amb prou feines representa un 5% del total. Al nivell
del mar, la diferencia de percentatges es mes gran a causa de 1'absorci6 de
radiacio ultraviolada pels gasos de I'atmosfera.
11451
60 JO.SEP if.' ROQUI.
TAULA I. Fonts d'energia assequible a la superficie
de la Terra per cm2 i any.
Radiacio solar directa' 331 kcal
Altres fonts energetiques 16 cal
(radioactiva , volcanica,
electrica, meteorits i raigs
cosmics).
TAULA II. Distribucio de I'energia segons la longitud d'ona
de la radiacio solar abans de travessar l'atmosfera.
Intervals de longituds Percentatge d'energia Valors absoluts
d'ona, nm incident kcal/cm2/anv
total 100.0 1.062
150-350 4.3 45
350-400 5.4 57
400-700 37.0 390
700-1.000 24.5 270
1.000 29.0 300
EPICI£NCIA DL I A RAI)IACIO SOLAR
Les radiations solars poden provocar reaccions fotoquimiques , induf-
des principalment per les ultraviolades, pero tambe hi poden intcrvenir
les visibles.
Indirectament l'energia solar provoca les descarregues electriques en
l'atmosfera i tambe la cav1taci6 sonica, com un efecte cooperatiu amb les
marees.
Cenyint - nos a les reactions fotoquimiques , recordem breument que
1. Hi ha a la bibliografia un fort confusionisme respecte ales dades de la radiacio solar,
pel fet que no se sol especificar si hom fa referencia a la de la part mes alta de I'atmosfera (R),
a la que arriba al nivell del mar com a radiacio directa ( 0.27 R ) o be a la radiacio difusa (0.33
R). El valor que dono ha estat calculat a partir de la constant solar a nivell del mar.
11 3 61
L:.vLRGI:I SOLAR 61
la capacitat d'una substancia per a absorbir Hum depen de la seva estruc-
tura molecular, especialment de la disposicio (configuracio) electronica
dins la molecula. Quan un foto soca (interacciona) amb un electro, aquest
passa a un nivell d'energia superior si el foto to una longiud d'ona (o
frequencia) adequada (energia suficient). La molecula es troba aleshores
en un estat excitat. La hum que no es absorbida no afecta la molecula.
L'existencia d'estats excitats facilita la reaccio de les molecules que s'hi
troben, be mitjan4ant reaccions de sintesi o be de degradacio. Cal remar-
car, pero, que la radiacio ultraviolada es mes efectiva en reaccions de
descomposicio (degradacio) que de sintesi.
DPSPIAI;AMENTDE L'EEICIt:NCIA DE LA RAI)IACIC)
En la Terra primitiva, fa uns 4 Ga,2 els unics compostos capacos de
(amb l'estructura adequada per a) captar energia solar eren els gasos de
l'atmosfera i altres substancies simples (de complexitat molecular molt
limitada), les quals absorbeixen la Ilum ultraviolada i no la llum visible.
Els compostos organics mes complexos, formats fotoquimicament o per
altres mitjans (com per exemple la calor d'origen volcanic), eren facilment
degradats per la Hum ultraviolada.
Aquest efecte destructor sobre el vapor d'aigua permete de protegir
altres molecules, a causa de la formacio d'oxigen, el qua] forma fotoqui-
micament ozo. L'acumulacio progressiva de I'ozo en la atmosfera pro-
voca I'afebliment de la intensitat de les radiacions ultraviolades que
arribava a la superficie de la Terra. Avui dia nomes hi ha una finestra en ]a
zona de 240-290 nm.
Per tant, tingueren Iloc dos processos d'importancia cabdal en I'evo-
lucio posterior del planeta. Primer, el fet d'evitar l'arribada de les radia-
cions ultraviolades destructores. El segon proces l'examinarem tot seguit.
COMPI I XACIO DEL S CAPTADORS DE RADIALIONS
Paral•lelament al proces anterior, la hum visible passa a esser la radia-
cio mes efectiva per a la sintesi de sistemes mes complexos, tot desplacant
2. Ga es la forma abreujada de gigaanv equivalent a mil milions d'anvs.
11471
62 JO IT M.- ROQUF
la ultraviolada d'aquesta comesa . Aquests dos processos es considera que
foren necessaris per a l'aparicio de la vida sobre la Terra.
La fotosintesi aprofita, per primera vegada fa uns 3.3 Ga, probable-
ment mitjan4ant bacteris porpra o verds, la radiacio solar en la zona del
visible, gracies a un llarg proces ( superior a I Ga) d'evolucio ( transforma-
cio) i seleccio de substancies organiques cada cop mes complexes.
Un exemple d'aquestes substancies , quimicament molt relacionades
amb les que realment feren possible l'aparicio de la fotosintesi , son els
pigments verds clorofil • les, els grocs carotenoides i els blaus o vermells
ficobilines. Aquestes substancies representen un invent de la Natura,
quasi perfecte , de molecula apta per a absorbir la Hum visible d ' origen
solar. En la fotosintesi , d'una manera encadenada , en una serie de reac-
cions d'oxidacio - reduccio, els electrons d'energia elevada son transpor-
tats fins a sintetitzar substancies clau, NADPH i ATP,3 que reduiran als
acceptors dioxid de carboni , nitrogen o nitrats.
Hi ha una classe de clorofil•la, la P 700, que es troba en quantitats molt
inferiors a les altres clorofil •les. Aixo, no obstant , li esta reservada la
funcio d'enllac del sistema mes primitiu ( fotosistema I) amb el mes
evolucionat (fotosistema II) dins 1'aparell mes complex de fotosintesi en
les plantes superiors . El fotosisterna I come clorofil•la i carotenoides
capacos d ' absorbir directament els fotons de la Hum, i es en canvi incapac
de produir oxigen. En les plantes , el fotosistema II accepta els electrons
procedents en darrer terme de I'aigua, mitjancant un acceptor Q. A traves
d'una serie d'intermediaris, els electrons son acceptats per la P 700 del
fotosistema I. Aquest proces fotosintetic de les plantes ajuda, juntament
amb la fotolisi de l'aigua, a la formacio de la capa d'ozo atmosferic.
En el cas que , en el proces fotosintetic , 1'acceptor sigui el dioxid de
carboni, es formen en els fototrofs corresponents hidrats de carboni
(assimilacio).
BALANG FNFRCfTIC
Es interessant de veure quina es I'envergadura del proces fotosintetic
en 1'actualitat (Taula III). Destaca el valor, prop de 7 vegades superior, de
3. Formes abreujades de la forma reduida del fosfat de nicotinamida - adenina-
dinucleotid i de ('acid adenosina - trifosforic.
II 48I
^NI:RGIA .SOLAR 63
T,au^ :^ III. Assimilacio anual de dioxid
de Carboni per les plantes
plantes marines 4.6 10" tones
plantes terrestres 0.6 10" tones
Total 5.2 10" tones
equivalent a 3 1021 J
VII)A VF.GETA[ 1 CONTA'.N[NACI^
Les aigues brutes de les nostres cases i industries son ideals per a fer
creixer algues fotosintetiques. L.es al^;ues poden esser usades com a pinso
per al bestiar, cremades per a donar electricitat o be fermentades per a
donar meta. Alhora que s'aprofiten les deixalles, Paigua en resulta purifi-
cada. Hom ha observat a California que aquest sistema costa de la meitat a
trey quarter parts del cost d'un sistema purificador convencional. Mitjan-
4ant aquest sistema, han estat aronse};uits rendiments aproximats de 60
tones per sec/Ha/any que donarien 74 MW/h d'electricitat. Hi ha instal•
lacions per a bestiar i aviram, la femta dels quals es tirada a piscines on
^149^
64 1OSEP :41.'' ROQUE
creixen algues; un 40% del nitrogen d'aquestes deixalles es recuperat en
forma d'algues, les quals serveixen d'aliment un altre cop als animals. Les
algues verdes que actualment horn fa servir contenen un 50-60% de
proteines, pero hom podria explotar encara les algues blau-verdes que
tenen un 60-70% de proteines. Actualment hom esti treballant per tal de
seleccionar la mes adient. Aquest proces de depuracio es a l'abast de cada
municipi independentment.
Al Japo, des de fa uns quants anys, hom conrea diverses especies
d'algues en vivers situats en badies; algunes d'aquestes algues son directa-
ment comestibles per l'home (les Porphyra).
Moltes plantes desenvolupen tolerancia per a certs contaminants. Per
exemple, Agrostis tennis, tolerable al coure que s'acumula en les arrels i no
passa a altres parts de la planta. El desenvolupament d'aquesta tolerancia
es important, puix que, altrament, a nivells de contaminacio elevats, fora
eliminada la poblacio normal. Aquest fet pot esser aprofitat per a afermar
piles de deixalles metal•liques, bo i redu'int-ne la contaminacio.
Altres plantes, corn Marchantia polwnorpha i Senecio vulgaris, pre-
senten una adaptacio especifica molt notable a contaminants com el piom
i els herbicides derivats de triazina.
VInA VFCF.TAI I CRISI FNFRGPTICA
S'ha calculat que per a satisfer la dicta d'una persona de nivell social
(nord-amcrica) mitja calen 2.240 mz de terra (inclosos aliments, fibres,
tabac, gra i fusta). Per tant, als Paisos Catalans caldrien, per a alimentar a
aquest nivell la poblacio actual, 20.484 km2. els quals equivalen a la meitat
aproximadament de la superficie del Principat. Paral•lelament amb la
poblacio actual del Principat scrien suficients 12.992 km2. aproximada-
ment la superficie de Lleida, per a satisfer aquelles necessitats. Sembla
doncs que es possible a casa nostra un mes gran aprofitament de 1'explota-
ci6 agricola i forestal.
A causa de la manca de proteines arreu, fins i tot al paisos desenvolu-
pats, motivada pel creixement de la poblacio i, a mes, pel baix rendiment
del proces d'obtencio de proteines carniques a partir de vegetals, cal
tendir al consum cada cop mes elevat de proteines vegetals. La primitiva
dificultat segons la qua] no tots els aminoacids essencials es trobaven en
les proteines vegetals, fou superada amb 1'explotaci6 de la sofa. A partir
11501
E\ERGIA SOLAR 65
d'aquesta planta ha estat posat a punt un proces industrial que obte carp
vegetal amb l'aspecte i el paladar de carp magra fresca.
L'anv 1979 hom ha observat que Psophocarpus tetragonolobus, planta
originaria del Sud-est asiatic, es superior a la soia per a esser utilitzada per
a l'alimentacio. La seva aclimatacio a Europa encara no ha estat duta a
terme.
Una altra font important de proteines son les fulles. Hi ha procedi-
ments que obtenen fins a 25 tones/Ha de proteines de l'alfals. Durant el
proces horn obte tambe fibra, hidrats de carboni i compostos nitrogenats.
Un altre aprofitament es destinar les plantations a combustible. Amb
aqucsta finalitat es destinen normalment pantans, terrenys fangosos i
aiguamolls, on es fan creixer les planter adequades, que son segades
periodicament.
Finalment vull remarcar que la conversio de fusta en productes qui-
mics per a la produccio de la majoria de plastics sintetics i fibres es
tecnicament possible. A partir de fusta hom obte etanol (intermediari en
la fabricacio d'etile i butadie), fenol i furfural. Aquest proces, amb
l'increment del preu del petroli, esta arribant a esser economicament
rendible. Aquesta aplicacio fa possible, a mes, d'utilitzar la fusta menys
valuosa.
CONCLUSIONS
He exposat en primer Iloc alguns aspectes relacionats amb I'energia
solar mes amb la intencio de fer pensar que amb lade donar resultats sense
volta de full.
En segon floc, i relacionat amb la primera part, he indicat alguns
mitjans biologics concrets amb els quals crec que hauriem de comptar per
tal d'esmorteir alguns problemes que la nostra societat industrial (dita
avancada) to plantejats. Entre aquests voldria destacar:
I . Es considera molt important l'aclimatacio de Psophocarpus tetrago-
nolobus, de riquesa proteinica superior a la soia, no solament per
raons estrictament economiques sing tambe politiques, les quals no
puc analitzar aci.
2. La purificacio d'aigues brutes per metodes biologics mes rendibles
que els tradicionals.
11511
66 JOSEP .dl.- ROQUE
3. L'explotacio de les aigues somes de les nostres costes amb especies
comestibles.
4. La produccio de proteines vegetals per tai d'obviar la necessitat ja
tradicional d'1mportaci6 de carps.
5. La fabricacio de plastics i altres productes a partir de la fusta, la qua]
cosa suposa de retruc una millora en el sector forestal tradicionalment
escassament rendible.
Els details dels diversos procediments i altres dades es troben a la
bibliografia que indico a continuacio.
BIBIJOGRAI'IA
1. C. GoNzEi rz, Quim. Ind., 1978, 24 (5), 366-72.
2. J. [)F. ROSNAY-, Recherche, 1973, 4 (32), 278-80.
3. M. UFMFURON-LANUC)I'r, Recherche, 1972, 3 (24), 510-6.
4. J. POSTGAT,, Recherche, 1976, 7, 355-47.
5. World Energy Conf., World Energy Resources 1985-2000, IPC Science-
Technology Press, Guildford, 1978.
6. J. M. RogUt, dins Soluciones Quimicas a la contamination, I Congr. Nac.
Quim. Vigo, 1977, Asoc. Nac. Quim. Espana 1978.
7. A. D. BRAUSHAW, dins Effects of Air Pollutants on Plants, T. A. Mans-
field, ed., Cambridge Univ. Press, 1976.
8. 1. S. Got DSTFIN, Science, 1975, 189, 847-52.
9. Verband der Chemischen Industrie, Umwelt and Chemie, Herder, 1975.
11521


Energia Solar. Fotòtrofs en ajut de la indústria

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Revistes Catalanes amb Accés Obert