¿Podemos enfriar la Tierra disparando potentes láseres al espacio?

Question

En cierto sentido, el debate sobre el cambio climático gira en torno al calentamiento no deseado de la atmósfera terrestre en su conjunto.

Parece demasiado obvio para ser cierto, pero ¿podríamos enfriar la atmósfera simplemente lanzando esa energía no deseada a otra parte?

La energía podría obtenerse en zonas remotas en las que, de otro modo, sería inútil recolectarla debido a la falta de habitabilidad y a las pérdidas previstas por la transmisión (superficie oceánica, etc.).

Si es así, ¿cuál sería un buen lugar para rodarlo?

Answer 1

Tu idea de enfriar la Tierra lanzando fotones al espacio es lo que ya ocurre en la actualidad. Sin embargo, en lugar de un láser, la Tierra se enfría por la radiación del cuerpo negro. La Tierra irradia una $\mathrm{\approx 300~^\circ K}$ (temperatura ambiente) con un pico a $\mathrm{kT=\frac{1}{40}eV}$ que es sólo un poco más rojo que un láser infrarrojo. La Tierra también recibe radiación del Sol y un $\mathrm{3 ~^\circ K}$ espectro de cuerpo negro del fondo cósmico de microondas (CMBR). En general, la Tierra está en equilibrio (su temperatura es constante), por lo que irradia tanta energía como recibe.

La potencia total radiada por la Tierra es:

$$\mathrm{Power=4\pi(R_{earth})^2\sigma T^4=2.3\times 10^5\quad Terawatts}$$

Se necesitarían grandes láseres de onda continua para competir con esto.

Answer 2

El calor ambiental es energía de baja calidad. No se puede aprovechar para realizar un trabajo (que es una transferencia de energía, como el láser, que es una máquina para transferir energía) porque no tiene por dónde fluir. Si pudieras, no tendríamos problemas de energía. En absoluto. Entonces se podría aprovechar el calor residual de las máquinas y hacer máquinas de movimiento perpetuo (o casi), o hacer que fluyera fácilmente por sí mismo en otro lugar si hay demasiado (que era el objetivo de un láser de lujo para empezar). En realidad, es como intentar alimentar una presa o drenar el agua cuando la elevación en todas partes es la misma.

Necesitarías algo con el mismo concepto fundamental de un frigorífico que utiliza una entrada de energía de alto grado (electricidad) para hacer trabajo. Ese trabajo consiste en empujar la energía de baja calidad de un lugar a otro porque la energía de baja calidad no quiere fluir por sí sola a ninguna parte. En este caso, el láser actúa como un disipador térmico activo que expulsa la energía una vez acumulada.

La pega es que esto consume la energía buena que tienes, que puede ser escasa, y de por sí también produce calor residual cuando se utiliza. Así que también se necesita un mecanismo para introducir ese calor residual en el láser o, si no se puede, algún modo de alejarlo sin el láser (que era el problema original), para evitar una acumulación neta de calor. Es casi un círculo vicioso.

No es imposible, pero es difícil. Casi se necesitaría un ascensor espacial de un refrigerador para derivar el calor hacia la maquinaria en el espacio donde se podría hacer algo para disipar donde el calor residual del proceso también podría ser disipado sin terminar inmediatamente de vuelta en la Tierra. Olvídate del láser. Podría ser tan "simple" como un masivo disipador rojo o blanco incandescente que irradia calor de forma ineficiente al vacío del espacio (y, con suerte, no a la Tierra) a través de la radiación del cuerpo negro. Te recordaré por qué brilla el sol en este punto), pero puedes ver los problemas.

En realidad lo que he descrito es básicamente lo que es un sistema de aire acondicionado split pero a escala de ascensor espacial. Están dispuestos estructuralmente de la misma manera por la misma razón. La división impide que el calor de la maquinaria retroalimente la zona que se intenta enfriar.

Answer 3

Su propuesta es aumentar el albedo efectivo de la Tierra, y en principio podría funcionar. Sin embargo, no son necesarios los láseres gigantes: probablemente sea más eficaz y barato utilizar espejos.

Answer 4

Buena idea... pero los láseres obtienen su energía de la electricidad. Si tuviéramos mucha electricidad de sobra, podríamos dejar de generar más y reducir la producción energética de las centrales de carbón o gas.

Por tanto, sería bueno para el planeta utilizar esa electricidad para calentar nuestras casas, etc., pero no tiene sentido lanzarla al espacio.

Answer 5

... ¿podríamos enfriar la atmósfera simplemente lanzando esa energía no deseada a otra parte?

Sí, pero sólo empeorando nuestros problemas más de lo que ya están. Una bomba de calor elimina el calor no deseado (así es como funciona un frigorífico) mais se necesita energía para hacer funcionar una bomba de calor. O bien esta energía procede de recursos no renovables -lo que sólo genera más calor y agrava nuestros problemas energéticos- o bien procede de recursos renovables como la energía solar. Pero utilizar energía procedente de recursos renovables para exportar el calor que se ha generado consumiendo recursos no renovables no tiene sentido: basta con sustituir los recursos no renovables por recursos renovables.

He aquí una analogía: has encendido un fuego en tu habitación para hacer funcionar una máquina de vapor que genera toda tu electricidad. Pero el fuego calienta demasiado la habitación y quieres poner en marcha un aparato de aire acondicionado para refrescarla. Podrías hacer una hoguera más grande para generar más electricidad y hacer funcionar el aire acondicionado, pero eso empeoraría el problema. O puedes instalar paneles solares para generar electricidad que haga funcionar el aire acondicionado, pero si tienes paneles solares, ¿para qué necesitas el fuego y la máquina de vapor?