Buscando una fuente de energía para los futuros habitantes de Titán

Cuando hablamos de la colonización del sistema solar, uno de los mundos —aparte de Marte— que siempre nos viene a la cabeza es Titán. Esta luna de Saturno es la única con una atmósfera densa y, como todos sabemos, es el único cuerpo alrededor del Sol con lluvia, lagos y mares (además de la Tierra, claro). Evidentemente, establecer una base en Titán queda muy, muy lejos en el futuro. Pero como soñar es gratis, nada nos impide preguntarnos cómo podría el ser humano sobrevivir en esta luna. En concreto, ¿qué fuente de energía sería la ideal?

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Un dirigible sobrevuela uno de los lagos de metano de Titán (Michael Carroll).

Al ser un mundo tan lejos del Sol, es obvio que la energía solar no es una opción viable, sobre todo porque la superficie de Titán se halla oculta bajo una espesa neblina de sustancias orgánicas que impiden ver el astro rey (con la excepción de algunas ventanas en el infrarrojo). Para que un panel solar en Titán genere la misma potencia que en la Tierra debería ser 400 veces más grande. Por eso lógico es pensar que la única salida para mantener una base o colonia humana es la energía nuclear. Y así sería si hablásemos de la mayor parte de lugares lejanos del sistema solar, pero Titán es un mundo tan complejo que nos ofrece otras posibilidades energéticas.

La presencia de atmósfera más densa que la terrestre hace que nos planteemos la utilidad de la energía eólica. El problema es que la sonda Cassini solamente ha sido capaz de detectar olas con una altura de unos pocos centímetros en los mares del hemisferio norte de la luna, lo que sugiere que los vientos superficiales en Titán son muy débiles y ni siquiera alcanzan los 3 km/h. ¿Puede servir para algo esta suave brisa? Una turbina con un diámetro de entre 40 y 90 metros nos daría entre 79 vatios y 3,2 kilovatios (en la Tierra este aerogenerador sería capaz de generar más de un megavatio de potencia). Es claramente muy poca potencia, pero obviamente todo dependerá del número de turbinas que instalemos. Probablemente el viento pueda tener alguna utilidad en Titán como sistema de soporte o emergencia para recargar sistemas críticos que no consuman demasiado. Una alternativa es situar las turbinas a gran altura, entre 3 y 40 kilómetros, donde los vientos son más fuertes (de 10 a 70 km/h). Para esta tarea se podrían usar globos o dirigibles. Al menos la energía eólica es más útil en Titán que en Marte, donde la poca densidad de la atmósfera hace que sea una fuente de energía muy poco práctica.

Otra fuente de energía a tener en cuenta sería la hidráulica, pero, por supuesto, usando el metano de los mares y lagos en vez de agua. Si tenemos en cuenta que la densidad y la viscosidad del metano es inferior a la del agua, una presa en Titán con un desnivel de cerca de 150 metros y con un flujo de metano de entre 40 y 160 metros cúbicos por segundo sería capaz de generar unos 9 megavatios de potencia. No está nada mal, aunque en la Tierra el mismo sistema podría generar 97 megavatios, una diferencia dramática debida principalmente a que la gravedad en Titán solo alcanza el 14% de la terrestre. Y, naturalmente, queda por resolver la espinosa cuestión de cómo construir una presa de estas dimensiones —o un sistema de galerías equivalente— a 1500 millones de kilómetros del Sol. Las tareas de construcción se deberían enfrentar al hecho de que los mares y lagos de Titán parece que se encuentran en depresiones del terreno. Resumiendo, al igual que en el caso de la energía eólica, el empleo de la energía hidráulica —¿metanáulica?— en Titán sería mucho menos eficiente que en la Tierra (solo el 20%).

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Los mares del norte de Titán (Kraken, Ligeia y Punga) en una de las últimas imágenes de la Cassini (NASA/JPL-Caltech).

Una posible fuente alternativa sería la energía química. Al fin y al cabo, si por algo es famoso Titán es por sus enormes reservas de hidrocarburos. Por supuesto, no es posible quemarlos para generar energía como en la Tierra porque en Titán no hay oxígeno. O sea, en Titán abundan los combustibles pero escasean los comburentes. El oxígeno se puede extraer de la corteza y las rocas de la superficie, que están hechas de hielo, mediante electrólisis. Pero la termodinámica nos dice que la energía invertida en este proceso no compensa la generada al quemar los hidrocarburos de la superficie. Sin embargo, otras reacciones químicas exotérmicas distintas de la combustión son posibles. Dos ejemplos son la hidrogenación del acetileno para producir metano y el proceso de Sabatier (reacción de dióxido de carbono e hidrógeno para dar metano y agua). El hidrógeno, el metano y el dióxido de carbono están presentes en la atmósfera de Titán, aunque la extracción y manipulación de estos gases no es igual de sencilla. La hidrogenación del nitrógeno —el principal componente de la atmósfera— para producir amoniaco es otra reacción a tener en cuenta, aunque es bastante menos energética que las anteriores.

Desgraciadamente estas reacciones generan mucha menos energía que la combustión del metano y, especialmente, la del etano, así que quizá no debamos desechar la combustión tan rápidamente. Se podría generar oxígeno mediante electrólisis usando energía nuclear —que además se emplearía para que los habitantes de la base respirasen, lo que siempre viene bien— y se podría almacenar el gas sobrante para quemar etano en situaciones puntuales (en vehículos a motor o generadores de emergencia, por ejemplo).

Sí, por el momento todo esto son divagaciones. No sabemos si alguien vivirá en Titán en el futuro, pero al menos está claro que los futuros exploradores podrán aprovechar otros recursos energéticos además del Sol y el átomo.

Referencias:

43 Comentarios

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DavidDavid

La verdad, siempre he pensado que el futuro de la habitabilidad del espacio no es vivir en planetas sino en gigantescas naves espaciales, tipo RAMA, construidas quizá sobre la base de asteroides de tipo metálico, y en las cercanías de un sol que provea de energía de sobra. Rollo esfera de Dyson a largo plazo. Y si algun día la tecnología nos lo permite, terraformar Venus y Marte en lo posible si podemos blindarlos a la radiación. Vivir en un planeta o satelite más allá del cinturon de kepler, y en condiciones dificilmente controlables me parece altamente improbable.

Gonzalo

Si los primeros peces pudiesen hablar también les habría parecido improbable que alguien habitase fuera del agua

Horacio de ArgentinaHoracio de Argentina

Muy de acuerdo con David, la humanidad debería centrar sus esfuerzos futuros a naves espaciales generacionales y habitad espaciales.
Pero amigo David ¿Cuáles es el cinturón Kepler? ¿querrás decir Kuiper?

Al autor de la primera imagen, el amigo Carroll, le ha pifiado con el oleaje, pero es una representación magnifica.
Gran artículo Daniel, gracias.

JorgeSJorgeS

Tienes que leer Aurora, de Kim Stanley Robinson, toda una reflexión sobre esas naves generacionales que comentas. Recomendado para todos los que gusten de buena SF.

Hilario GómezHilario Gómez

Justo lo contrario: todo buen aficionado a la ciencia ficción «hard» debe mantenerse alejado de esa pésima novela.

DavidDavid

Olvida lo de Kepler, cosas de comentar medio dormido. Quería decir simplemente el cinturon de asteroides entre marte y jupiter. Aprovechar en un futuro todos los restos flotantes en esa región para la fabricación de naves y habitats espaciales de forma casi automatizada. Luego esos habitats podrían desplazarse a orbitas mas cercanas al sol, aunque espero que para entonces la fusión nuclear sea algo común en cuyo caso no le daremos excesiva importancia a la distancia al sol y esas gigantescas naves/mundo puedan emprender un camino de siglos hasta otras estrellas.

Soñar es gratis.

carlos 2carlos 2

la gran ignorada siempre ha sido Ganimedes creo que seria muy buen destino para una colonia humana mucho más cercana, la luna más grande de todo el Sistema solar y protegida por su propio campo magnético y por el de júpiter

JxJx

siempre me he preguntado lo mismo:
¿por que Ganimedes siendo la luna conocida mas grande del sistema solar, con un volumen mayor que el planeta Mercurio, y un campo magnético propio tiene tan escasa hasta casi inexistente atención?
otro satélite galileano, Calisto,el tercero en tamaño en el sistema solar y que siempre le da la misma cara a Jupiter y esta fuera de la magnetoesfera de Jupiter es también ignorado.

pochimaxpochimax

Hombre, si tienes un mundo con presuntos oceános subterráneos y potencial astrobiológico, como Europa, y un mundo volcánico como Io parece que los otros dos resultan un pelín más aburridos.

RobertSmithRobertSmith

Bueno, para eso está la misión JUICE de la agencia espacial europea. Por algo se empieza 😉

Diego MendoDiego Mendo

¿Existe algún cuerpo estelar donde hayamos detectado uranio? Sería un buen sitio para poner una gasolinera espacial.

JxJx

No conocemos la composición de los asteroides ni de los objetos de la nube de cometas de Oort ni del cinturón de Kuiper con gran detalle. La teoría de la formación del sistema solar dice que hay más metales en el sistema solar interno. Eso significaría que la mayor parte del Uranio esta Marte, Mercurio, Tierra, Venus y el cinturón de asteroides principal. Entre mas cerca al sol mas Uranio. Una noticia buena la luna tiene uranio.

SBSB

Ola, falta mucho tiempo, pero todos estos mundos, Titán, Ganímedes, Europa, serán algún día el refugio que tendrá la Humanidad (si existe para entonces, cosa no clara) cuando el astro rey afronte su vejez y empiece a hacer inhabitable nuestro bello planeta, hecho que se producirá antes de que nuestra estrella complete su fase de gigante roja. Lo que ahora parece ciencia ficción algún día puede ser ciencia necesaria para sobrevivir.

TelescopTelescop

Para entonces habrán pasado ochocientos millones de años mínimo. A saber para ese entonces qué tipo de avances se habrían conseguido y en qué clase de entidades se habrán convertido los humanos..

U-95U-95

¿Los rusos no tenían unos reactores nucleares pequeños?. Salen en la novela de Stephen Baxter “Titán”.

Gabriel DomínguezGabriel Domínguez

Me temo que tendremos que seguir en nuestro planeta originario mucho mucho tiempo, optimizando todo tipo de fuentes de energía y conquistando nuevos habitats para la Humanidad: las tierras desérticas, áridas, montañosas y heladas de la superficie, el subsuelo, el fondo marino, incluso la troposfera… hasta transformarnos poco a poco en auténticos humanos extremófilos…

NoelNoel

Buen artículo… pero se ha obviado una de las principales características de Titán, de gran importancia en el tema que nos ocupa: su extremamente baja temperatura.

Si nos las vemos y deseamos para que nuestra tecnología y biología aguante en la Antártida, a “sólo” -70/-80ºC… ¿cuánto podrían aguantar ambas a -190/-200ºC? En rollo explorador, vale… pero en base permanente casi que no.

Como dicen más arriba, es más prometedor el sistema joviano. Y, si se lograse la tecnología para generar un campo magnético artificial de escala planetaria, acometer la terraformación de Marte y Venus.

A mí, Venus me parece buen candidato, pese a sus infernales condiciones actuales. Con un parasol gigante en el punto L1 Venus-Sol, que al mismo tiempo fuese un panel solar (estamos con la idea tecnología futura, ¿eh?) se podría enviar la energía generada, mayor que en órbita terrestre, mediante un haz comprimido de microondas (o láser) al sistema del generador orbital del escudo, por ejemplo. Así, tendríamos protección de radiación y bajada de temperatura hasta niveles aceptables para acometer la regeneración química de la atmósfera y la hidrosfera. Por supuesto, sería un proceso (a falta de la startrekiana protomateria, jajaja) a MILES de años vista.

Es que Venus tiene la química, el material, la densidad atmosférica, la actividad geológica, la gravedad y los recursos más idóneos… si se puede invertir su infierno. Es el único mundo del Sistema Solar en el que no hay que “añadir”, sino “quitar”… exceptuando el tema del escudo magnético, que Ganímedes sí tiene.

Salu2

amagoamago

a ver, haces un parasol para que venus tenga menor irradiación y enfriarlo. pero luego coges toda esa energía y se la devuelves con un láser. pues entonces lo has dejado igual o peor que antes.

NoelNoel

No has leído bien: el máser (o láser) generado por el parasol alimentaría de energía a la red ORBITAL de generadores de escudo EM planetario… Esa energía no llegaría a la superficie, al menos, no en forma de calor.

La sombra del parasol evitaría que una pate de la radiación y casi todo el calor procedente del Sol alcanzasen el planeta, por lo que la temperatura debería disminuir rápidamente (en unas décadas)

amagoamago

ah, cierto, no presté suficiente atención. ciertamente es tecnologia ficcion, si. veo complicado eso de enfocar el maser a vehiculos orbitando el planeta. y no se me ocurre como funcionarían los generadores de campo… puede qje el parasol de miles de km de diámetro sea la parte fácil del plan.

Federico GonzalezFederico Gonzalez

se te olvida que un dia en venus dura mas de 200 ditas terrestres, y la noche de venus, otros 200 días, eso es algo difícil de soportar, en cambio, en marte el ciclo dia-noche es igual que en la tierra, de 24 horas

PacoPaco

¿Qué el año dure 200 días y no 365 es difícil de soportar exactamente por qué?

Raúl NaranjoRaúl Naranjo

No. Un día (rotación) dura 243 días Paco.
Lo que significa que tiene un tiempo de translación (225 días) más rápido que de rotación. Añadido que en un día Venus enfocaría mucho tiempo el Sol y mucho tiempo la sombra.

AgüimenseAgüimense

Perdonen la pregunta pero, creo que el metano es incoloro, ¿porqué en las imágenes de Cassi, se ven los mares y lagos siempre oscuros, casi negros?. Con algún instrumento de la sonda, ¿se ha podido saber la composición de los fondos?. Saludos.

PacoPaco

No están hechos en el espectro visible.
Son imágenes de radar.

La atmósfera de Titan no deja pasar las longitudes de onda de la luz visible y no podemos ver la superficie directamente en esas longitudes de onda.

CarlosCarlos

Y la energia mareomotriz? Digo yo que las mareas de Titan deben ser brutales, estando tan cerca de Saturno, no?

Daniel Marín

Lamentablemente no, precisamente porque Titán sufre acoplamiento de marea y siempre muestra la misma cara hacia Saturno. Podría haber mareas fuertes con la presencia de otro satélite de gran tamaño, como en Júpiter, pero no es el caso.

GMGM

Estoy de acuerdo que la eólica sólo valdría para un pequeño dron de exploración, como comenté en el artículo del proyecto Dragonfly propuesto a la NASA (http://danielmarin.naukas.com/2017/0...ando-titan/).

A su vez, quedando también claro que la energía termoquímica, hidráulica, mareomotriz y solar son inviables dadas las características de los mares, superficie y ubicación de Titán.

Pero, y la geotérmica (titantérmica), esta se podría realizar en unas cerca de las regiones con hielo de Titán; dónde se perfore un pozo hacia su núcleo caliente, por el efecto de marea de Saturno (esquivando las bolsas de hidrocarburos, a no ser que al extraerlos a presión quieras utilizar la capilaridad para generar energía también).

Tras esto, se inyecta, en dicho pozo, una cantidad determinada de hielo superficial y al subir a presión por el calor, se pasa por una turbina. El funcionamiento no variaría del de la tierra, dadas las idénticas condiciones de explotación.

A la vez, que el agua necesaria sería reducida para el bien de la colonia humana, utilizándose este método para descongelar y luego filtrar y tratar el agua presente en titán; desviándose una parte de esta, para que, por medio de la electrólisis con energía eléctrica de origen geotérmico (titantérmico), se suministre además oxígeno a la colonia humana presente en Titán.

Por otra parte, a las alturas de colonizar Titán, ya habremos adquirido experienca para perforar en medio sistema solar, a distancia, por medios robotizados; reduciendo así el riesgo humano y aumentando la automatización en esta “conquista” de Titán.

Por último, se tendría todo el satélite para emplazar las instalaciones y la colonia, sin fronteras internacionales (pudiendo buscar la “Islandia” perfecta).

GinésGinés

Como divagación es entretenida pero no nos llevemos a engaño, a Titán sólo llegarán los seres humanos con el uso de energía nuclear (de qué tipo está aún por verse) así que lo lógico es que la energía que se use en su superficie también sea nuclear.

GinésGinés

Me refiero a que llegarán a Titán cuando hayan desarrollado reactores lo suficientemente compactos y potentes como para propulsar una nave. Y si tienes tecnología para fabricar creactores nucleares compactos lo lógico es usarlos también en superficie.

Por otra parte, si ya en nuestro planeta el mayor inconveniente de las renovables es su baja densidad energética pues en Titán ya ni te cuento.

GinésGinés

Si cada kilo de masa transportada por el espacio cuenta, imagínate el coste de transportar el material para aprovechar una fuente de energía con una densidad energética ridícula.

YopYop

Puestos a divagar, con la tecnología suficiente para lo que se propone en el articulo en titan, lo lógico es que sean decisiones basadas en el dinero, y por extensión lo que lleva moviendo el mundo miles de años: el comercio. En titan se exportará metano, valioso por ejemplo para coheteria, y se importara oxigeno, usado para quemar metano y generar energía.
El oxigeno provendrá, quizás, de fabricas en orbita cercana al sol para aprovechar la eficiencia de las placas solares, y se obtendrá mediante electrolisis de agua obtenida de asteroides de hielo.

O cualquier otra combinación de explotar los recursos naturales locales que genere dinero a los interesados en cada eslabón de la cadena.

urheimaiturheimait

Hay que añadir otro factor más en la ecuación del comercio: que sea también rentable. Esa exportación/importación de metano y oxígeno no se producirá mientras siga gastando más energía mandar un kilo de metano que la energía que se obtendrá de la quema de ese kilo de metano. O lo que es lo mismo, mientras el gasto económico del envío sea mayor que el beneficio económico neto. Ese es el problema de la comercialización del espacio.

En el futuro quizás (esperemos!) sí sea rentable, pero seguramente será debido a que se habrán sustituido los costosos e ineficientes combustibles químicos por otros medios de propulsión alternativos, y en ese caso ya no sería útil ni rentable la exportación/importación de metano y oxígeno (a no ser que estos recursos se empleasen para otros fines, como una industria química y manufacturera a gran escala)

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