Tècnica i tecnologia
El terme tecnologia no té un sol significat; per aquest motiu, farem unes observacions generals, a fi d’aclarir-lo. Per a poder progressar i modificar i controlar el medi en què viu, la humanitat necessita coneixements, i amb cada pas endavant sorgeixen nous interrogants. Mirem de classificar els coneixements segons el tipus de preguntes a què responen. En observar el món que ens envolta, podem demanar-nos com tenen lloc els fenòmens que s’hi esdevenen: com cauen els pesos, com creixen els arbres, com es produeixen els llamps, etcètera. La ciència és qui respon a aquestes preguntes, o les ciències, si considerem les diferents parcel·les del coneixement. També ens podríem demanar per què passen les coses. De les respostes d’aquesta mena, se n’ocupa des de sempre la filosofia, o bé la religió si l’instrument utilitzat no és la raó sinó la fe. Un cop alguna disciplina científica ens ha explicat com s’esdevé un fenomen determinat, pot ser que el vulguem utilitzar amb alguna finalitat pràctica. En aquest cas ens cal saber com fer-ho. La ciència del saber aplicat és la tecnologia, un conjunt de coneixements pràctics destinats a aconseguir un resultat concret. La tecnologia, que s’ha definit també com la ciència que tracta de les arts industrials, comprèn la història, la descripció i la crítica dels procediments industrials.
Què és la tecnologia
Quan volem assolir un objectiu pràctic ens podem trobar davant una cosa molt precisa i concreta, com per exemple pintar una aquarel·la, soldar un fil de coure a un circuit elèctric o fotografiar un insecte; o bé tenir un camp d’acció molt més ampli, com per exemple decorar l’interior d’una casa, unir diferents parts mecàniques d’una màquina o produir teixits. Els coneixements necessaris per a assolir els objectius del primer tipus són anomenats tècniques, mentre que els que serveixen per a assolir-ne els més amplis constitueixen les tecnologies. Així, podem parlar de la tècnica de la fosa de l’or i de la tecnologia de la fosa dels metalls, essent la primera una part de la segona. No hi ha una frontera clara i precisa que separi una tècnica d’una tecnologia, però podem afirmar que en general la tecnologia és un conjunt de tècniques.
Així, doncs, com es poden agrupar i classificar les diferents tecnologies de què la humanitat se serveix avui dia? En realitat, es pot fer de moltíssimes maneres. Podem basar-nos en aquelles tecnologies que estan relacionades amb les principals necessitats humanes, com són ara alimentar-se, vestir-se, allotjar-se, recuperar la salut, arreglar-se, desplaçar-se, comunicar-se.
També en podríem afegir d’altres, com defensar-se, però aquest esquema és prou ampli per a permetre agrupar força bé la major part de les coses pràctiques que un ésser humà pot o necessita fer.
Cadascuna de les activitats esmentades requereix que prèviament s’hagin desenvolupat diverses tecnologies. Doncs bé, l’aplicació successiva de les diverses tecnologies dóna lloc a les indústries.
A tall d’exemple, enumerem alguns dels sectors industrials o tecnològics relacionats amb aquestes activitats:
Les indústries relacionades directament o indirectament amb el camp de l’alimentació són moltes i extremament importants. Els coneixements necessaris i, per tant, les tecnologies específiques no són gens simples. Això ha estat així des dels orígens, quan entre les activitats quotidianes principals hi havia la caça i la recol·lecció dels fruits presents espontàniament a la natura. Des d’aleshores, la humanitat ha hagut de desenvolupar coneixements específics per a caçar, conservar els aliments i preparar-los.
Vegem ara altres exemples d’aquestes relacions:
Cadascun dels conceptes que figuren a la dreta es poden subclassificar al seu torn i mostrar una gran quantitat d’activitats i, per tant, de tecnologies específiques.
Després d’allotjar-se posarem la recuperació de la salut, tenint en compte que aquesta, quan ha estat compromesa, genera també una sèrie de necessitats:
En aquest camp, naturalment, les “tècniques” per a guarir no són sinó aplicacions de ciències com la medicina i la biologia.
Els objectius que hem considerat fins aquí són, per dir-ho d’alguna manera, els essencials, però, com tots sabem, la humanitat sempre n’ha tingut molts altres, per diverses raons. En viure en contacte i en relació amb altres persones, l’home sempre ha tingut la preocupació, per raons socials, per vanitat o per altres motius, de mostrar-se d’una manera agradable i digna d’admiració. D’aquí ve l’exigència d’arreglar-se:
En aquest camp també intervenen diverses tècniques i tecnologies que són imprescindibles per a produir el que necessitem. Potser no hi havíem pensat mai, però darrere la laca per als cabells, la capsa de pólvores o l’esmalt d’ungles hi ha una quantitat notable de coneixements per a “saber com fer” i un desplegament industrial considerable.
Els dos últims elements de la nostra llista, certament incompleta, són els que fan referència a l’exigència de totes les activitats humanes de moure’s, transportar coses i comunicar-se:
En aquesta classificació, no hi figuren les tecnologies que serveixen alhora per a més d’una de les necessitats que hem esmentat. Així, per exemple, en el cas de l’extracció o la producció de primeres matèries, o de la producció d’energia, sobretot elèctrica.
Invents i descobriments
Des de l’antiguitat la humanitat ha evolucionat tecnològicament gràcies a la invenció de nous instruments o tècniques de producció, com també gràcies a descobriments científics importants, esdeveniments que resulten de l’esforç d’un sol individu, sovint identificat amb un personatge mític. És típic el cas de Prometeu, un dels personatges més cèlebres de la mitologia clàssica: Zeus havia castigat els homes privant-los del foc, i Prometeu ho va resoldre amb l’ajuda d’Atenea ensenyant a la humanitat les ciències i les tecnologies; a més, va donar als homes una brasa encesa que va robar al mateix Zeus.
Aquesta idea de l’invent com a producte d’un individu excepcional era molt estesa entre la gent de cultura fins no fa gaire. Inventar —deia Kant, el cèlebre filòsof alemany del segle XVIII— és del tot diferent que descobrir, perquè el que es descobreix ja existeix prèviament, només que no se sabia, mentre que allò que s’inventa és del tot nou; a més, el filòsof feia una distinció entre el descobriment d’Amèrica i la invenció de la pólvora, i qualificava de “genial” la capacitat inventiva individual. Avui, en canvi, es tendeix a subratllar la relació existent entre la societat i l’inventor, i s’afirma que l’invent és fruit del “bagatge” tecnològic i cultural de tota la societat, com també del grau de desenvolupament econòmic i social d’aquesta. Es tracta d’una consideració que, naturalment, no pretén menystenir la importància de la capacitat, de vegades realment “excepcional”, dels individus concrets en la gènesi de l’invent.
Els factors socials també són determinants a l’hora d’afavorir l’èxit d’un invent, ja que si la societat el considera útil, interessant o positiu, en garanteix la difusió (tots podem evocar la caricatura del científic boig que inventa aparells del tot inútils). És típic l’exemple de la màquina de vapor: ens consta amb seguretat que a l’època clàssica s’havia projectat un instrument que utilitzava l’energia del vapor (l’anomenada màquina d’Heró, matemàtic del segle I aC), però allò que va determinar l’èxit de James Watt va ser, a més de l’aplicació correcta de coneixements científics que explicaven el fenomen, la necessitat que tenia la societat de disposar de noves formes d’energia i sobretot de mitjans de transport més ràpids (que explica l’aplicació del vapor als trens). Així, l’exaltació ingènua de les capacitats genials d’un sol individu dóna pas a una consideració que té més en compte el període històric en conjunt i els coneixements tècnics adquirits fins aleshores. En efecte, la invenció de nous instruments sol anar precedida del progrés del pensament científic en un camp determinat. Tot i que no sempre era així en el passat, amb l’augment de la complexitat dels conceptes teòrics i el perfeccionament dels instruments, l’invent ha perdut el seu caràcter individual per esdevenir cada cop més un fenomen d’equip (com es reflecteix freqüentment en la premsa: “l’equip del professor X ha obtingut...”).
Així, doncs, avui pràcticament ha desaparegut la figura de l’inventor aïllat, que concep l’invent (o el troba per casualitat, tot i que si s’hi pensa, mai no és del tot casual) i que sovint després ha de lluitar per imposar-lo i difondre’l i per defensar-ne la patent (els drets exclusius d’explotació). L’invent, fruit de la recerca col·lectiva, avui és un monopoli de grans laboratoris altament especialitzats, vinculats a les institucions d’investigació públiques i privades, a les universitats més prestigioses, a les indústries més modernes; i tendeix a concentrar-se progressivament en un nombre molt limitat de països, els únics que poden destinar grans pressupostos a la recerca i l’experimentació científiques.
En l’actualitat, l’aplicació de les noves tecnologies al creixement econòmic és el camp més privilegiat de la investigació, en el qual concorren fons públics i privats. La R+D, la recerca més el desenvolupament, és la sigla amb què es coneix aquesta línia de treball.
Les noves tècniques
A mesura que els coneixements acumulats per la humanitat augmenten, els camps d’aplicació també es multipliquen, de manera que neixen i s’originen noves tecnologies. L’expressió “noves tecnologies” s’aplica avui dia a alguns sectors de desenvolupament recent particularment importants.
Les biotecnologies representen un d’aquests sectors; vegem què són. Tots els éssers vius són constituïts per unes unitats elementals, les cèl·lules, sia per una sola cèl·lula, com s’esdevé en els organismes unicel·lulars, sia per un conjunt de milers de milions de cèl·lules, com succeix en el cos humà. Al seu torn, cada cèl·lula conté a l’interior (més ben dit, a l’interior del nucli, si en té) una molècula en forma de “cinta” molt llarga, anomenada DNA. Aquesta “cinta” conté el patrimoni genètic de l’espècie a què pertany la cèl·lula, és a dir, totes les informacions relatives a la conformació i el funcionament de l’organisme d’un individu de l’espècie en qüestió. En el cas d’un de nosaltres, per exemple, el DNA porta “escrit” el color dels cabells, la forma del nas i moltíssimes altres dades més. La informació continguda en el DNA és la mateixa en totes les cèl·lules d’un organisme determinat; així, continuant amb l’exemple humà, és indiferent que la cèl·lula procedeixi dels cabells, les ungles, la pell, la sang o qualsevol altra part del cos. Doncs bé, avui, s’està aprenent a intervenir en el DNA per modificar les informacions que conté. Es tracta de les tecnologies de manipulació genètica, capaces de generar individus d’aquesta o aquella altra espècie animal o vegetal amb característiques predeterminades. Aquesta possibilitat ja és explotada per la indústria farmacèutica, i té molt de futur en l’agricultura i la ramaderia; així mateix, es parla molt de les aplicacions en el camp mèdic. Les biotecnologies no solament inclouen la manipulació genètica i la clonació, sinó també moltes altres tècniques —algunes de molt antigues, com la de la hibridació animal o vegetal—, avui molt perfeccionades i eficaces.
Altres tecnologies noves que estan canviant radicalment la nostra manera de viure són les relacionades amb l’electrònica i la informàtica, concretament amb els ordinadors. Les tecnologies electròniques són les que realitzen la transmissió i l’elaboració de senyals electromagnètics usant corrents elèctrics molt febles i les propietats físiques de determinades substàncies (essencialment els semiconductors). Les tecnologies informàtiques s’ocupen de l’elaboració de les informacions en senyals elèctrics que poden ser tractades pels ordinadors. La informàtica, com a ciència, estudia les regles generals de la transmissió d’informacions i també, com la tecnologia, produeix els “llenguatges” i les instruccions que els ordinadors “entenen”.
L’electrònica i la informàtica combinades i aplicades al camp de la producció industrial estan generant tota una nova sèrie de tecnologies específiques que tendeixen cap al que serà el proper objectiu general del desenvolupament tecnològic: la substitució del treball humà per les màquines en totes les activitats que no requereixin inventiva ni imaginació. De moment, estem assistint al desenvolupament de l’automatització de la producció industrial mitjançant màquines controlades per ordinadors, cadascuna de les quals és capaç de fer tota sola treballs complexos que abans requerien la intervenció de desenes d’obrers (vegeu “L’automatització”).
El factor decisiu: l’energia
"Matèria i energia" i "Energia, treball i calor" tracten del concepte d’energia des d’un punt de vista teòric. Aquí la considerem sobretot des del punt de vista de les seves aplicacions pràctiques, de la importància que té l’energia per a les activitats productives de la societat humana.
Transformar alguna cosa, com doblegar una planxa de metall, fer una paret o aixecar un pes, requereix un treball, gràcies al qual s’obté un resultat, diferent de la situació inicial. Doncs bé, l’energia és la capacitat de fer un treball. Com més considerable és el treball que es pot fer, de més energia es disposa.
Formes i transformacions energètiques
El principi de conservació de l’energia, segons el qual l’energia ni es crea ni es destrueix, sinó que solament es transforma, és bàsic en ciència. El dibuix mostra un esquema de les transformacions energètiques.
ECSA
Considerem una pedra posada dalt d’un petit mur; si la fem caure a terra, pot esclafar una llauna o trencar una nou. Això ens permet afirmar que la pedra tenia inicialment una certa quantitat d’energia de posició o potencial. Considerem ara un trineu que llisca per un pla inclinat; si topa amb una estaca aquesta potser es deforma i el trineu s’atura: aleshores direm que el trineu tenia inicialment una certa energia de moviment o energia cinètica.
Sabem que els àtoms dels diferents elements químics es poden combinar entre ells per formar molècules. Doncs bé, en la forma i en el tipus de molècules que es poden formar s’amaga l’energia química. Quan les molècules d’una barreja es descomponen i els seus àtoms es recombinen i originen molècules diferents de les inicials diem que hi ha hagut una reacció química. Si això té lloc, per exemple, en l’explosió de la mescla d’aire i benzina tancada en el cilindre d’un motor de cotxe, el qual, en alliberar gasos i calor posa en moviment el pistó, direm que una part de l’energia química disponible s’ha transformat en treball.
Podríem posar altres exemples, però amb aquests sembla que n’hi ha prou per a entendre una cosa: que l’energia no es gasta mai; com a molt es transforma. El roc que hi havia sobre el mur converteix, en caure, la seva energia inicial en energia cinètica, i quan arriba a terra aquesta energia es transforma en calor, que també és una forma d’energia. L’explosió d’un petard transforma una part de l’energia química disponible al començament en energia cinètica de les partícules que salten en totes direccions i en calor present en els productes de l’explosió, els quals conserven la part d’energia química que els és pròpia.
En els dos exemples que hem considerat al final apareix la calor, que és la forma més desordenada d’energia. Diem desordenada perquè la calor consisteix en les vibracions casuals de les molècules a l’interior dels sòlids, els líquids o els gasos: com més calent és un cos més s’agiten les seves molècules.
La transformació en calor no és un fet accidental; al contrari, és l’expressió d’una llei física general segons la qual, en tota transformació d’energia, una part de l’energia inicial es converteix necessàriament en calor (segon principi de la termodinàmica). Una altra manera de dir el mateix és que mai no es pot transformar tota l’energia de què es disposa en treball útil. O també que les transformacions d’energia que tenen lloc en un medi aïllat tendeixen a augmentar el desordre en aquest medi. Són conseqüències del segon principi de la termodinàmica que hem esmentat.
Energia i rendiment
Consum d’energia per habitant en quilograms equivalents a carbó, corresponent al 1993. Els països que consumeixen més energia, com els estats àrabs del golf Pèrsic, l’Amèrica del Nord, Austràlia i alguns estats europeus, són també els que tenen els nivells més alts de producció industrial, encara que sovint no siguin els productors energètics principals.
ECSA
El coneixement d’aquestes propietats de les transformacions energètiques és extremament important per a tots aquells que vulguin construir màquines o fer-les treballar. Sobretot és important recordar sempre que no tota l’energia disponible es pot transformar en treball útil, és a dir, que la relació entre el treball obtingut i l’energia gastada (rendiment primari) sempre és inferior a 1. No és difícil d’entendre-ho si ens servim d’una simple analogia. Imaginem dos dipòsits situats al mateix nivell, l’un ple de líquid i l’altre buit. Els dos dipòsits són units per la base per un conducte que al començament queda tancat per una aixeta. Podem considerar el líquid com l’equivalent de l’energia disponible. Si en un cert moment obrim l’aixeta, el líquid començarà a passar del primer recipient al segon: s’haurà activat la transformació d’energia, i mentre duri el flux entre els dos recipients se’n podrà obtenir un treball. Però amb el pas del líquid, el nivell del primer dipòsit baixa, mentre que el del segon puja, fins que els nivells de tots dos s’igualen. Quan s’arriba a aquest punt, el flux entre els dos recipients s’atura i ja no se’n pot obtenir treball, però alhora veiem que el primer dipòsit no s’ha buidat, és a dir, que una part de l’energia inicial no s’ha transformat en treball.
L’ús creixent de diferents tipus d’energia és el que ha permès a la humanitat modificar sensiblement les condicions del planeta, de transformar en bona mesura el medi natural en un medi artificial. Per a aquesta empresa titànica, no n’hi havia prou amb l’energia muscular de què disposa el cos humà (que també és el resultat —cal dir-ho— d’una transformació: la de l’energia continguda en els aliments que prenem). Mentre la humanitat no podia utilitzar cap altre tipus d’energia (en la remota prehistòria) no podia tampoc canviar el món, sinó només adaptar-s’hi. Però, de mica en mica, ha aconseguit obtenir fonts d’energia extracorporal que li han permès de construir un medi diferent, més adequat (almenys és el que pretén) a les seves necessitats i els seus desigs. Avui que la humanitat contemporània disposa de grans quantitats d’energia d’origen extracorporal amb les quals fa treballar màquines cada vegada més potents i eficaces, la transformació del medi natural ha assolit unes proporcions i un ritme excepcionals.
A "Breu història de l’energia" parlem de la història de la “conquesta de l’energia”; aquí donem una visió general de les fonts energètiques principals de què disposem actualment (per a un tractament més aprofundit, vegeu “Les fonts d’energia”).
La forma d’energia primària (és a dir, que s’obté directament del medi) més emprada avui dia és, sens dubte, la química, que normalment és explotada per a produir calor mitjançant reaccions de combustió (en definitiva, es crema alguna cosa). Al seu torn, la calor es pot usar directament, com en un forn alt o la llar de foc, o bé es pot transformar en vapor a fi de generar energia mecànica, com en una locomotora o en una turbina, a part de poder ser utilitzada d’altres maneres.
La tendència a fer servir preferentment energia química té relació amb l’abundància de combustibles naturals. Els més emprats avui, almenys als països industrialitzats, són els combustibles fòssils: carbó, petroli i gas natural (principalment metà), si bé el preferit és el petroli, sobretot per la facilitat del transport.
En el món occidental, abans de l’era industrial i encara ara en bona part del món, el combustible més utilitzat era la llenya, o com a molt la torba. La concentració d’energia química en la fusta és molt menor que en els combustibles fòssils; en altres paraules, se’n necessita més per a produir la mateixa quantitat de calor. Independentment d’això, si es crema fusta a una velocitat superior a la velocitat de creixement dels arbres es provoquen extensos desboscaments que modifiquen dràsticament el medi natural, com està passant per aquest motiu i també per altres en moltes parts del món.
L’energia de posició i l’energia cinètica que es troben en la natura també han estat explotades, i encara ho són, per a produir treball útil a la societat. Els exemples més antics són els molins d’aigua o de vent, utilitzats tant per a moldre cereals com per a mantenir en moviment màquines de diferents menes. Un exemple més recent són les instal·lacions hidroelèctriques, en què l’energia de posició de l’aigua continguda en una presa és transformada, primer, en energia cinètica de la mateixa aigua que baixa per un conducte forçat i, després, en energia de rotació d’una turbina. L’energia cinètica de rotació de la turbina també es converteix, mitjançant un alternador, en energia elèctrica. Des de poc abans de mitjan segle XX, la humanitat també ha après a explotar —malauradament no solament amb finalitats pacífiques— l’energia nuclear continguda en certs nuclis atòmics inestables, com el de l’urani 235. Aquests nuclis, en determinades condicions, “exploten” com petits petards dels quals salten a gran velocitat partícules de massa més petita, i així converteixen una part de la seva energia nuclear en energia cinètica. És el fenomen de la fissió nuclear. Les partícules produïdes en la fissió topen a l’atzar amb els àtoms del voltant i contribueixen a augmentar-ne l’agitació, amb la qual cosa es genera calor. Els aparells en què l’energia nuclear es transforma de manera controlada en calor són els reactors nuclears. La calor que aquests produeixen se sol emprar per a generar vapor d’aigua a alta temperatura que, al seu torn, a través d’una turbina i un alternador, produeix energia elèctrica.
Hem esmentat dos cops l’energia elèctrica. Aquesta consisteix essencialment en la possibilitat de posar en moviment unes càrregues elèctriques (normalment electrons) a l’interior d’un material conductor (per exemple, el coure). Quan les càrregues elèctriques es mouen de manera ordenada a través d’un conductor es diu que constitueixen un corrent elèctric, i el corrent transporta precisament l’energia elèctrica. Aquesta energia es pot transformar en calor (estufes, forns elèctrics), en llum (bombetes), en energia cinètica (motors elèctrics) o en senyals electromagnètics, capaços de viatjar per l’aire (ones radioelèctriques).
La flexibilitat i la multiplicitat extremes dels usos i la simplicitat del transport (mitjançant fils) fan de l’energia elèctrica una forma intermèdia i privilegiada d’energia. Intermèdia perquè hi ha una forma d’energia primària (química, nuclear, cinètica) que es transforma en energia elèctrica, canalitzada en una xarxa de distribució que arriba a tot arreu, a casa nostra, a les fàbriques, a les botigues i als carrers (vegeu “Electricitat i magnetisme”). Així, qui està connectat a aquesta xarxa pot convertir al seu torn l’energia elèctrica en el tipus d’energia que li convingui. Aquests són els motius pels quals avui hi ha tant d’interès en les diferents maneres d’obtenir energia elèctrica i que expliquen el desenvolupament de la tecnologia que hi està relacionada.
Les fonts energètiques renovables
Els exemples que hem posat i que es basen en la hidroelectricitat, els combustibles fòssils i l’energia nuclear, representen tecnologies consolidades de fa temps, “madures”, però els inconvenients derivats del seu ús porten a desenvolupar noves tecnologies, que puguin tenir un punt de partida diferent.
Aquí també és convenient posar exemples. En primer lloc, el Sol, la font d’energia que alimenta gairebé tota la vida del nostre planeta. La seva energia ens arriba a través dels seus raigs (ones electromagnètiques), tant els visibles com els invisibles. Com que la Terra gira sobre ella mateixa, l’energia solar no escalfa de la mateixa manera els diferents punts de l’atmosfera, i això fa que l’aire es mogui i es formin els vents. Quan aprofitem el vent (energia eòlica) per a fer girar els braços d’un molí o d’un aeromotor per a la producció d’energia elèctrica, podem afirmar amb raó que estem aprofitant l’energia solar. Així, també és el Sol qui determina l’evaporació de l’aigua dels mars, la mateixa aigua que, a través de les precipitacions, alimenta els cursos d’aigua de muntanya, punt de partida de les instal·lacions hidroelèctriques. I finalment, és el Sol, juntament amb la rotació terrestre, el responsable dels corrents marins; a més, determina i manté la diferència de temperatura entre la superfície dels oceans a les zones tropicals i les aigües profundes. Hi ha projectes, i en el segon cas intents concrets, d’utilitzar tots dos fenòmens per a la producció d’energia.
Un altre efecte, potser el més sorprenent de tots, de l’energia solar, és que fa de motor del laboratori químic de les plantes. El laboratori que s’encarrega de transformar substàncies procedents de la terra, l’aire i l’aigua en matèria orgànica. Si cremem llenya podem dir que alliberem l’energia solar atrapada, afirmació que també serveix per als combustibles fòssils: es tracta d’energia solar acumulada en un passat remot.
Avui dia, també coneixem altres maneres d’emprar directament l’energia solar per a les nostres finalitats. En primer lloc, si volem escalfar aigua, ho podem fer mitjançant les plaques solars. Si volem produir vapor, podem recollir l’energia que arriba a una superfície àmplia i conduir-la, mitjançant miralls, a una caldera. I si volem convertir directament l’energia solar en electricitat, ho podem fer explotant les propietats físiques d’alguns semiconductors que s’empren per a confeccionar les cèl·lules fotovoltaiques.
Una font d’energia natural diferent de les esmentades és constituïda per la geotèrmia. Certs fenòmens geològics determinen la concentració de la calor de la Terra i provoquen fenòmens vistents i de vegades espectaculars, com les fonts calentes, els guèisers i els volcans. L’home està aprenent a utilitzar aquestes fonts de calor tant per a escalfar-se com per a produir vapor i, amb això, energia elèctrica.
Finalment, convé no oblidar que la Terra té un satèl·lit, la Lluna, que gira al seu voltant. L’atracció gravitacional de la Lluna, com també en part la del Sol, combinada amb la rotació terrestre, produeix sobre les masses fluides (mars i atmosfera) del nostre planeta els augments i les disminucions de nivell que anomenem marees. Les marees contenen una gran quantitat d’energia mecànica que, en principi, es pot convertir en altres tipus d’energia, per exemple, elèctrica.
Els materials
En parlar de tecnologies ens hem referit diverses vegades als materials. En efecte, per a obtenir un producte útil cal, a més dels coneixements tecnològics i l’energia necessària per a fer el treball, els materials idonis. Es pot mirar d’establir una classificació general dels materials? Sí que és possible, però el problema és que hi ha moltes maneres diferents de fer-ho. La que proposem, doncs, només n’és un exemple.
Materials naturals
Els primers materials de què la humanitat s’ha servit han estat, naturalment, els que podia trobar en el seu entorn més immediat. Aquests es poden dividir en dos grans subgrups: els d’origen inanimat o inorgànic i els d’origen biològic o orgànic.
El primer grup inclou en general la terra i les pedres, que en la pràctica, i segons els usos especialitzats, se subdivideixen en molts minerals diferents. Aquest tipus de material es pot utilitzar directament (per exemple, per a aixecar un mur o per a fer una escultura) o bé pot fer de primera matèria, de la qual s’extreu, per refinació, separació o altres procediments, una altra cosa, un derivat. L’exemple més immediat d’aquest segon ús és l’extracció dels diferents metalls dels minerals respectius. Si el material és emprat tal com és (o com a molt amb algun treball mecànic), se’n pot fer una classificació segons l’ús: en el neolític, per exemple, l’obsidiana era un material apreciat per a la fabricació de ganivets, i posteriorment l’argila serveix per a fer ceràmica, el marbre s’utilitza en estàtues, les pedres precioses amb finalitats ornamentals, etc.
En general, els materials de què estem parlant, tant en brut com tractats, es poden classificar també segons les seves propietats. Els metalls, per exemple, es caracteritzen per ser dúctils i mal·leables a l’hora de treballar-los i, des del punt de vista físic, per l’elevada conductibilitat elèctrica i tèrmica.
Quant als materials d’origen orgànic, el seu mateix nom ens indica que es tracta de substàncies produïdes per plantes i animals. El cas més obvi i antic, quant a l’ús, és la fusta, però hi podem afegir l’escorça, les fulles, les fibres, les resines... (deixant de banda els possibles usos alimentaris directes) i també els ossos, el pèl i les pells d’animals, a més de l’ambre fòssil, emprat des de temps remots per a la fabricació d’ornaments i també amb funcions medicinals, i produït per coníferes antigues, d’abans de l’aparició del primer home.
De la mateixa manera que, en el cas dels minerals, l’aplicació de les tècniques adequades permet, per exemple, extreure els metalls —material bàsic per a moltíssims productes—, en el cas de les substàncies d’origen orgànic la introducció de la ramaderia i de l’agricultura permet produir els “materials” desitjats. És el que s’esdevé, per exemple, amb les fibres com la llana, el cotó, el cànem, el fil; la llet, que si no es consumeix directament és la base per a l’elaboració de formatges, mantegues i d’altres productes.
En parlar de primeres matèries se sol distingir entre les primeres matèries no renovables i les renovables. Són no renovables les matèries que desapareixen durant el seu ús (sobretot en el cas de minerals combustibles) i que no es tornen a formar si no és al cap de milers o milions d’anys; són renovables les matèries que, per la seva naturalesa, es poden reproduir (generalment les que procedeixen del món animal i vegetal).
Avui dia la necessitat de primeres matèries ha augmentat en gran manera a causa de l’increment de la població i, per tant, del consum, fins al punt que les reserves resulten escasses o disminueixen perillosament.
És per això que des de fa poc s’estan aplicant polítiques de conservació de les primeres matèries amb reserves limitades. Es tracta de polítiques encaminades a una utilització racional dels recursos i cap al control del mal ús o l’explotació desmesurada d’aquests (per exemple, control de la desforestació). Des d’aquest punt de vista, es poden distingir dos tipus d’intervenció: la reutilització dels materials emprats en els processos productius (les restes de metalls que es tornen a fondre o les brises seques i transformades en menjar) i la recollida de materials que l’ús ha fet obsolets (paper, vidre, peces metàl·liques). Aquestes darreres intervencions, anomenades de reciclatge, tenen l’avantatge que són menys costoses que l’elaboració dels materials en brut, i pel que fa a certs materials representen actualment una font important de proveïment.
En l’actualitat resulta cada vegada més urgent trobar materials alternatius per a reduir la utilització dels que són problemàtics (penseu en l’ús de les algues i l’explotació dels fons marins), de manera que la relació entre la tecnologia i les primeres matèries es fa cada vegada més estreta. Això és particularment evident en el cas de les primeres matèries renovables que, com hem dit, constitueixen una part important de les primeres matèries del futur. En conclusió, el concepte clàssic de primera matèria com a recurs natural utilitzat en brut s’ha ampliat fins a incloure també els materials reciclats i, de vegades, fins i tot els materials abstractes, canvi que també ha afectat les mateixes tecnologies, que tenen un paper rellevant sobretot en els processos productius més avançats.
Materials nous
Avui dia, el desenvolupament de la tecnologia, a més de comportar una demanda de materials cada vegada més específics i concrets, també ha ensenyat, en col·laboració amb la física i la química, a produir-ne artificialment de nous. L’exemple per excel·lència són els plàstics, que serveixen per a una gran quantitat d’aplicacions, i que es produeixen per síntesi a partir de matèries naturals com el petroli, la pasta de fusta o altres. Els plàstics són materials a tots els efectes, però són artificials, perquè no es poden trobar en la natura.
Així, acabem de trobar una segona i gran categoria: la dels materials artificials, que a la vegada es pot subdividir en dos grups més segons les característiques químiques. Així, podem fer una distinció entre materials orgànics i materials inorgànics, els primers amb molècules essencialment a base de carboni, a diferència dels altres. Pertanyen al primer subgrup els plàstics, el cautxú i similars. El segon subgrup també inclou un gran nombre de materials diferents. Per exemple, podem esmentar una gran quantitat d’aliatges diferents, sobretot a base de metalls lleugers com el magnesi (Mg); o bé els semiconductors, com el germani (Ge), el silici (Si), l’arseniür de gal·li (GaAs) o d’altres, emprats en les cèl·lules fotovoltaiques i en microelectrònica, o també els anomenats superconductors d’“alta” temperatura, que són òxids ceràmics de coure (Cu) i altres elements com l’itri (Y), el lantà (La), etcètera. Avui dia, els coneixements tecnològics acumulats són tants que el catàleg dels materials artificials creix a una velocitat extrema cada any. Això fa que sovint la pressa per a arribar a aplicacions pràctiques resulti més gran que la prudència que hauria d’inspirar una anàlisi completa de les conseqüències de la introducció de noves substàncies al medi ambient.