Entropía: La segunda ley de termodinámica

La segunda ley de termodinámica describe los cambios a la entropía (o desorden) en un sistema. La ley surge de observaciones empíricas del aumento en el desorden y la conclusión de que los procesos tienen una dirección. Por ejemplo, las hojas se mueven de un estado de orden (adheridas de manera nítida al árbol) a un estado de desorden (tiradas por todo el suelo). Muchos hemos visto las hojas caer, pero ninguno ha visto que las hojas caídas se adhieran nuevamente al árbol.

De igual modo, el calor fluye de una temperatura mayor a una menor. Por ejemplo, una taza caliente de té de hierbas se enfría cuando se deja sola en una casa a temperatura ambiente pues el calor del té fluye al espacio que le rodea. El té se enfría mientras que el espacio en la casa se calienta levemente.

La segunda ley de termodinámica se manifiesta como ineficiencias, pérdidas y flujos de desechos durante la conversión de energía, tales como el desecho de calor, combustible perdido o la operación subóptima de los sistemas. Las ineficiencias son problemáticas pero a la vez una excelente oportunidad para el sistema de energía global. Estados Unidos consume alrededor de 105 exajulios (EJ) de energía al año (alrededor de 100 quads o mil billones de unidades térmicas británicas [Btu]). Más de la mitad de esa energía, es decir, alrededor de 62 EJ (59 mil billones), entra a la atmósfera como desecho de calor de las chimeneas y tubos de escape o a la hidrósfera como agua caliente de las centrales eléctricas. Otras corrientes de desechos incluyen desechos de comida, desechos sólidos municipales, desechos agrícolas (estiércol), agua residual y gas de combustión. Obtener de manera exitosa la energía desperdiciada sería un paso valioso para resolver los problemas de energía globales. 

Podemos medir la eficiencia al comparar la salida de energía de un sistema con su entrada de energía. Los sistemas altamente eficientes convierten más del 90% de la energía entrante en energía útil de salida a través de una forma diferente. Algunos procesos antropogénicos, tales como los generadores de electricidad y calderas, son muy eficientes, mientras que otros como las turbinas de vapor y los bombillos incandescentes no lo son. Muchos procesos naturales resilientes y fuertes no son muy eficientes. Por ejemplo, la fotosíntesis convierte en promedio menos de 1% de la energía en fotones del sol en energía química almacenada en el biomaterial de las plantas.

Las corrientes de desechos incluyen desechos sólidos municipales (MSW, en inglés), estiércol y otros desechos agrícolas, calor residual de los procesos industriales, emisiones de los automóviles y agua residual y aguas negras.

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