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miércoles, 12 de enero de 2022

_- El puñado de genios prehistóricos que impulsó la revolución tecnológica de la humanidad (y cuáles fueron sus inventos)

_- Hace medio millón de años algunos individuos ingeniosos inventaron las herramientas que nos permitieron avanzar como especie.

Durante los primeros millones de años de la evolución humana, las tecnologías cambiaron lentamente.

Hace unos tres millones de años, nuestros antepasados fabricaban escamas de piedra astilladas y picadoras rudimentarias. Hace dos millones de años, hachas de mano.

Hace un millón de años, los humanos primitivos a veces usaban el fuego, pero con dificultad.

Luego, hace 500.000 años, el cambio tecnológico se aceleró cuando aparecieron puntas de lanza, la producción de fuego, hachas, cuentas y arcos.

Esta revolución tecnológica no fue obra de un solo pueblo. Las innovaciones surgieron en diferentes grupos (Homo sapiens moderno, sapiens primitivo, posiblemente incluso neandertales) y luego se extendieron.

Muchos inventos clave fueron únicos en su tipo. En lugar de ser inventados por diferentes personas de forma independiente, se descubrieron una vez y luego se compartieron.

Eso implica que algunas personas inteligentes crearon muchos de los grandes inventos de la historia. Y no todos eran humanos modernos.

La punta de lanza
Hace 500.000 años en el sur de África, el primitivo Homo sapiens ató por primera vez cuchillas de piedra a lanzas de madera, creando la punta de lanza.

Las puntas de lanza fueron revolucionarias como armamento y como las primeras "herramientas compuestas", que combinaban componentes.

Las lanzas con puntas de piedra fueron las primeras herramientas que combinaban distintos objetos.

La punta de lanza se difundió, apareciendo hace 300.000 años en África Oriental y Medio Oriente, y luego hace 250.000 años en Europa, manejada por los neandertales.

Ese patrón sugiere que la punta de lanza se pasó gradualmente de un pueblo a otro, desde África hasta Europa.

Prendiendo fuego
Hace 400.000 años, los indicios de fuego, incluidos el carbón y los huesos quemados, se hicieron comunes en Europa, Oriente Medio y África.

Ocurrió aproximadamente al mismo tiempo en todas partes, en lugar de al azar en lugares desconectados, lo que sugiere una invención, luego una rápida propagación.

La utilidad del fuego es obvia y mantener un fuego encendido es fácil. Sin embargo, iniciar una llama es más difícil y probablemente fue la principal barrera.

Si es así, el uso generalizado del fuego probablemente marcó la invención del fuego por fricción: un palo que se hace girar contra otra pieza de madera hasta iniciar la combustión, una técnica que todavía utilizan los cazadores-recolectores.

Curiosamente, la evidencia más antigua del uso regular del fuego proviene de Europa, entonces habitada por neandertales. ¿Los neandertales dominaron el fuego primero? ¿Por qué no?

Sus cerebros eran tan grandes como los nuestros; los usaban para algo, y al vivir los inviernos de la Edad de Hielo en Europa, los neandertales necesitaban el fuego más que el Homo sapiens africano.

El hacha
Hace 270.000 años en África central, las hachas de mano comenzaron a desaparecer, reemplazadas por una nueva tecnología, el hacha de núcleo.

Parecían hachas de mano pequeñas y gruesas, pero eran herramientas radicalmente diferentes.

Rasguños microscópicos muestran que las hachas de núcleo estaban atadas a mangos de madera, lo que formaba un hacha con mango.

Las hachas se extendieron rápidamente por África, luego fueron llevadas por humanos modernos a la península arábiga, Australia y, en última instancia, a Europa.

Ornamentación
Las cuentas más antiguas tienen 140.000 años y proceden de Marruecos.

Fueron hechas perforando conchas de caracol y luego ensartándolas con una cuerda.

En ese momento, el Homo sapiens arcaico habitaba el norte de África, por lo que sus creadores no eran humanos modernos.

Las cuentas aparecieron luego en Europa, hace 115.000-120.000 años, usadas por los neandertales, y finalmente fueron adoptadas por los humanos modernos en el sur de África hace 70.000 años.

Arco y flecha
Las puntas de flecha más antiguas aparecieron en el sur de África hace más de 70.000 años, probablemente hechas por los antepasados de los bosquimanos, que han vivido allí durante 200.000 años.

Luego, los arcos se extendieron a los humanos modernos en el este de África, al sur de Asia hace 48.000 años, a Europa hace 40.000 años y, finalmente, a Alaska y las Américas, hace 12.000 años.

Los neandertales nunca adoptaron los arcos, pero el momento de aparición del arco significa que probablemente el Homo sapiens lo utilizó contra ellos.

Las puntas de lanza y flecha fueron algunas de las primeras invenciones del Homo sapiens.

Comerciando tecnología
No es imposible que la gente haya inventado tecnologías similares en diferentes partes del mundo aproximadamente al mismo tiempo y, en algunos casos, esto debe haber sucedido.

Pero la explicación más simple para los datos arqueológicos que tenemos es que en lugar de reinventar las tecnologías, muchos avances se hicieron solo una vez y luego se difundieron ampliamente.

Después de todo, asumir menos innovaciones requiere menos suposiciones. Pero, ¿Cómo se difundió la tecnología?

Es poco probable que las personas prehistóricas viajaran largas distancias a través de tierras en manos de tribus hostiles (aunque obviamente hubo grandes migraciones durante generaciones), por lo que los humanos africanos probablemente no conocieron a los neandertales de Europa, o viceversa.

En cambio, la tecnología y las ideas se difundieron, transferidas de una banda y tribu a la siguiente, y la siguiente, en una vasta cadena que unió al Homo sapiens moderno del sur de África con los humanos arcaicos del norte y este de África y los neandertales de Europa.

El conflicto pudo haber impulsado el intercambio, con personas robando o capturando herramientas y armas.

Los nativos americanos, por ejemplo, consiguieron caballos capturándolos de los españoles.

Pero es probable que la gente a menudo se limitara a intercambiar tecnologías, simplemente porque es más seguro y fácil.

Incluso hoy en día, los cazadores-recolectores modernos, que carecen de dinero, todavía comercian; los cazadores Hadzabe intercambian miel por puntas de flecha de hierro fabricadas por tribus vecinas, por ejemplo.

Los secretos que guarda la tribu que ha vivido durante 40.000 años en el lugar de origen del homo sapiens

Los Hadzabe de Tanzania son una de las últimas tribus cazadoras-recolectoras del mundo.

La arqueología muestra que ese comercio es antiguo. Se han encontrado cuentas de cáscara de huevo de avestruz de Sudáfrica, de hasta 30.000 años de antigüedad, a más de 300 kilómetros de donde se hicieron.

Hace 200.000-300.000 años, el Homo sapiens arcaico en África Oriental usaba herramientas de obsidiana obtenidas a 50-150 kilómetros de distancia, más lejos de lo que suelen viajar los cazadores-recolectores modernos.

Por último, no debemos pasar por alto la generosidad humana; algunos intercambios pueden haber sido simplemente regalos.

Sin duda, la historia y la prehistoria humanas estuvieron llenas de conflictos, pero entonces, como ahora, las tribus pueden haber tenido interacciones pacíficas (tratados, matrimonios, amistades) y simplemente pueden haber regalado tecnología a sus vecinos.

Genios de la Edad de Piedra
El patrón visto aquí -origen único, luego propagación de innovaciones- tiene otra implicación notable. El progreso puede haber dependido en gran medida de individuos, en lugar de ser el resultado inevitable de fuerzas culturales más grandes.

Considera el arco. Es tan útil que su invención parece obvia e inevitable. Pero si realmente fuera obvio, veríamos arcos inventados repetidamente en diferentes partes del mundo.

Pero los nativos americanos no inventaron el arco, ni los aborígenes australianos ni la gente de Europa y Asia.

En cambio, parece que un bosquimano inteligente inventó el arco y luego todos los demás lo adoptaron.

La invención de ese cazador cambiaría el curso de la historia de la humanidad durante miles de años, determinando el destino de pueblos e imperios.

El patrón prehistórico se parece a lo que hemos visto en tiempos históricos.

Algunas innovaciones se desarrollaron repetidamente: la agricultura, la civilización, los calendarios, las pirámides, las matemáticas, la escritura y la cerveza se inventaron de forma independiente en todo el mundo, por ejemplo.

Ciertos inventos pueden ser lo suficientemente obvios como para surgir de una manera predecible en respuesta a las necesidades de las personas.

Pero muchas innovaciones clave (la rueda, la pólvora, la imprenta, los estribos, la brújula) parecen haberse inventado una sola vez, antes de generalizarse.

Y del mismo modo, un puñado de personas (Steve Jobs, Thomas Edison, Nikola Tesla, los hermanos Wright, James Watt, Arquímedes) desempeñaron un papel enorme en el impulso de nuestra evolución tecnológica, lo que implica que las personas altamente creativas tuvieron un gran impacto.

Eso sugiere que las probabilidades de acertar con una innovación tecnológica importante son bajas.

Quizás no era inevitable que el fuego, las puntas de lanza, las hachas, las cuentas o los arcos fueran descubiertos cuando lo fueron.

Entonces, como ahora, una persona pudo literalmente cambiar el curso de la historia, con nada más que una idea. 

* Nicholas R. Longrich es catedrático de Paleontología y Biología evolutiva de la Universidad de Bath en Reino Unido

https://www.bbc.com/mundo/noticias-59899937

lunes, 22 de marzo de 2021

La increíble batería inventada hace 120 años que puede revolucionar la producción energética


Thomas Edison inventó un auto eléctrico con una batería que pensó revolucionaría el mercado. Más de 120 años después, puede ser que su idea pueda resurgir.

En un camino de ripio en West Orange, Nueva Jersey (EE.UU.), un auto eléctrico pasó cerca de unos transeúntes, quienes quedaron totalmente sorprendidos por lo espacioso que era su interior.

El auto se desplazaba al doble de la velocidad que los vehículos más convencionales, levantando el polvo de la calle que, tal vez, les hizo cosquillas en la nariz a los caballos que tiraban de los carruajes.

Era principios del siglo XX y el conductor de este particular automóvil era Thomas Edison.

Si bien los autos eléctricos no eran una novedad en el vecindario, la mayoría de ellos dependían de pesadas y voluminosas baterías de plomo y ácido.

Edison había equipado su auto con un nuevo tipo de batería y esperaba que pronto todos los vehículos de todo el país la usaran: era una batería de níquel-hierro.

Sobre la base del trabajo del inventor sueco Ernst Waldemar Jungner, quien patentó por primera vez una batería de níquel-hierro en 1899, Edison buscó refinarla para su uso en autos.

El creador estadounidense afirmó que la batería de níquel-hierro era increíblemente resistente y podía cargarse dos veces más rápido que las baterías de plomo y ácido.

Incluso tenía un acuerdo con la automotriz Ford Motors para producir este vehículo eléctrico supuestamente más eficiente.

Pero la batería de níquel-hierro tenía algunos problemas.

Lo que solía ser una peculiaridad peligrosa de la batería de Edison resultó ser muy útil.

Era más grande que las baterías de plomo y ácido que se utilizaban y también era más cara.

Además, cuando se cargaba, liberaba hidrógeno, que en ese momento se consideraba una preocupación y podía ser peligroso.

Desafortunadamente, para el momento en que Edison logró construir un prototipo más refinado, los vehículos eléctricos estaban desapareciendo y los autos propulsados por combustibles fósiles ganaban terreno, ya que podían recorrer distancias más largas en vez de tener que detenerse para recargar energía.

El trato de Edison con Ford Motors quedó inconcluso, aunque su batería continuó usándose en ciertos nichos como la señalización de ferrocarriles, donde su voluminoso tamaño no fue un obstáculo.

Más de un siglo después, los ingenieros redescubrieron la batería de níquel-hierro como una especie de diamante en bruto.

Ahora se la está estudiando como una respuesta al desafío permanente de generar energías renovables y complementar las fuentes de energía limpia como la eólica y la solar.

Y el hidrógeno, que alguna vez fue considerado preocupante, podría convertirse en uno de los elementos más útiles de estas baterías.

Electrólisis
A mediados de la década de 2010, un equipo de investigación de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos descubrió un uso de la batería de níquel-hierro basada en el hidrógeno producido.

Edison creía que su auto eléctrico dominaría las calles de la época, pero no fue así.

Cuando la electricidad pasa a través de la batería mientras se recarga, sufre una reacción química que libera hidrógeno y oxígeno.

El equipo reconoció que la reacción se asemeja a la utilizada para liberar hidrógeno del agua, conocida como electrólisis.

"Me pareció que la química era la misma", dice Fokko Mulder, líder del equipo de investigación de la Universidad de Delft.

Esta reacción de división del agua es una forma en que se produce hidrógeno para su uso como combustible y uno completamente limpio, siempre que la energía utilizada para impulsar la reacción sea de una fuente renovable.

Si bien Mulder y su equipo sabían que los electrodos de la batería de níquel-hierro eran capaces de dividir el agua, se sorprendieron al ver que los electrodos comenzaron a tener un mayor almacenamiento de energía que antes de que se produjera el hidrógeno.

En otras palabras, se convirtió en una mejor batería cuando también se usó como electrolizador.

También se asombraron al ver lo bien que los electrodos resistieron la electrólisis, que puede degradar excesivamente las baterías más tradicionales.

"Y, por supuesto, estábamos contentos de que la eficiencia energética pareciera ser buena durante todo esto", dice Mulder, alcanzando niveles del 80% a 90%.

Mulder nombró a su creación el "battolyser" y espera que el descubrimiento pueda ayudar a resolver dos desafíos importantes para la energía renovable: el almacenamiento de energía y, cuando las baterías están llenas, la producción de combustible limpio.

Existen electrolizadores convencionales para convertir las energías renovables en hidrógeno, pero Mulder espera que el "battolyser" pueda hacer esto de manera más eficiente y económica.

"Escucharás argumentos sobre las baterías, por un lado y el hidrógeno, por el otro", dice Mulder. "Siempre hubo una especie de competencia entre los dos, pero básicamente necesitas ambos", añade.

Valor renovable
Uno de los mayores desafíos de las fuentes de energía renovable como la eólica y la solar es lo impredecibles e intermitentes que pueden ser.

Con la solar, por ejemplo, se produce un excedente de energía durante el día y el verano, pero durante la noche y en los meses de invierno, el suministro disminuye.

Las baterías convencionales, como las basadas en litio, pueden almacenar energía a corto plazo, pero cuando están completamente cargadas tienen que liberar cualquier exceso o podrían sobrecalentarse y degradarse.

Sin embargo, el "battolyser" de níquel-hierro permanece estable cuando está completamente cargado, momento en el que puede pasar a producir hidrógeno.

"(Las baterías de níquel-hierro) son resistentes y pueden tolerar la carga insuficiente y la sobrecarga mejor que otras baterías", dice John Barton, investigador asociado de la Escuela de Ingeniería Mecánica, Eléctrica y de Fabricación de la Universidad de Loughborough en Reino Unido, que también investiga el "battolyser".

"Con la producción de hidrógeno, el 'battolyser' agrega almacenamiento de energía de varios días e incluso entre estaciones" del año, añade.

El "battolyser" puede ser una forma de ayudar a equilibrar la oferta y la demanda de energía renovable de fuentes como la solar y la eólica.

Además de crear hidrógeno, las baterías de níquel-hierro tienen otras características útiles.

En primer lugar, que requieren un mantenimiento excepcionalmente bajo. Son extremadamente duraderas, como lo demostró Edison en su primer auto eléctrico y se sabe que algunas duran más de 40 años.

Los metales necesarios para fabricar la batería (níquel y hierro) también son más comunes que, por ejemplo, el cobalto que se utiliza para crear baterías convencionales.

Esto significa que el "battolyser" podría tener otro papel para la energía renovable: ayudarla a ser más rentable.

Como cualquier otra industria, los precios de las energías renovables fluctúan según la oferta y la demanda.

En un día brillante y soleado puede haber una gran cantidad de energía solar, lo que puede provocar un exceso y una caída en el precio por el que se puede vender la energía.

El "battolyser" podría ayudar a suavizar esas fluctuaciones.

"Cuando los precios de la electricidad son altos, se puede descargar esta batería, pero cuando el precio de la electricidad es bajo, se puede cargar la batería y producir hidrógeno", opina Mulder.

El "battolyser" no está solo en este aspecto.

Los electrolizadores alcalinos más tradicionales acoplados a baterías también pueden realizar esta función y están muy extendidos en la industria de producción de hidrógeno.

Mulder cree que el "battolyser" puede hacer lo mismo por menos dinero y por más tiempo gracias a la durabilidad del sistema. Es algo que está dando esperanzas a los partidarios del nuevo descubrimiento.

Y aunque el hidrógeno es el producto directo del "battolyser", también se pueden generar otras sustancias útiles, como el amoníaco o el metanol, que suelen ser más fáciles de almacenar y transportar.

El laboratorio de Edison en Nueva Jersey fue el lugar de nacimiento de muchos de sus inventos, tanto los que ganaron popularidad en su vida como los que no lo hicieron.

"Con un 'battolyser' instalado, (una) planta de amoníaco funcionaría de manera más constante y (necesitaría) menos mano de obra, lo que reduciría los costos operativos y de mantenimiento", dice Hans Vrijenhoef, director ejecutivo de Proton Ventures, que invirtió en el "battolyser" de Mulder.

"Así produciría amoníaco de la manera más barata, sostenible y ecológica", añade.

Escalando
En este momento, el "battolyser" más grande que existe es de 15 kW / 15 kW h y tiene suficiente capacidad de batería y almacenamiento de hidrógeno a largo plazo para alimentar 1,5 hogares.

Se está trabajando en una versión más grande de un "battolyser" de 30 kW / 30 kW h en la central eléctrica Magnum en Eemshaven en los Países Bajos, donde proporcionará suficiente hidrógeno para satisfacer las necesidades de la central.

Una vez que se haya sometido a pruebas rigurosas allí, el objetivo es ampliar y distribuir el "battolyser" a los productores de energía verde, como los parques solares y eólicos.

En última instancia, los defensores del "battolyser" esperan que alcance una escala de gigavatios, equivalente a la energía generada por alrededor de 400 turbinas eólicas a escala de servicios públicos.

Aunque además de la ampliación, Barton ve un papel para los "battolyser" más pequeños, que podrían ayudar a suministrar energía a las mini-redes utilizadas por comunidades remotas que no son parte de las redes eléctricas principales.

El hecho de que los electrodos del "battolyser" estén hechos de metales comunes y relativamente baratos puede ayudar.

Y a diferencia del litio, el níquel y el hierro no generan grandes cantidades de desechos de agua cuando se extraen, ni están vinculados a una degradación ambiental significativa.

La batería de níquel-hierro adaptada que desarrolló Thomas Edison puede tener una nueva oportunidad en el siglo XXI.

Aún así, tanto Mulder como Barton ven obstáculos que superar en términos de eficiencia y capacidad.

"El 'battolyser' se beneficiaría mucho de una mayor capacidad de potencia como batería o de una resistencia interna reducida", dice Barton.

La resistencia interna es la oposición al flujo de corriente en una batería. Cuanto mayor sea la resistencia interna, menor será la eficiencia. Mejorar eso es algo en lo que Mulder y su equipo están trabajando.

Gran parte del potencial del "battolyser" estaba escondido a plena vista, desde que Thomas Edison comenzó a experimentar con su batería de níquel-hierro a principios del siglo XX.

Es posible que se haya equivocado al creer que su batería suplantaría a los otros vehículos en las calles.

Pero la batería de níquel-hierro aún puede desempeñar un papel en la sustitución de los combustibles fósiles en general, al ayudar a acelerar la transición a las energías renovables.

https://www.bbc.com/mundo/vert-fut-56342143