Un viver de científics

El centre Món Natura Pirineus, a les Planes de Son, és un viver de joves científics. Des del 2007 la Fundació la Pedrera hi organitza les estades Joves i Ciència. Durant dues setmanes estudiants d’arreu de Catalunya fan classe de teoria, pràctiques al laboratori i treball de camp en les àrees de biologia o astronomia. Per arribar aquí han hagut de superar un exigent procés de selecció. De 800 candidats, se n’han triat 50, en funció de l’expedient acadèmic, una carta de motivació i una entrevista personal. Aquesta experiència els marca positivament per a la resta de la seva vida, tant en l’àmbit personal com professional.
Hi intervenen els estudiants Anastasia Zhuchkova, St. Georges School de Fornells de la Selva, Roger Castellanos, Institut Jaume Vicens Vives de Girona, Pau Tarrés, Escola Escaladei de Cerdanyola del Vallès, Eloi Fernández, Escola Pia de Terrassa, Pere Llorens, Escola el Cim de Vilanova i la Geltrú, Àstrid C. Mayné, La Salle Bonanova de Barcelona i els professors Florian Le Formal, Escola Politècnica de Lausana, Suïssa, Davide Moia, Imperial College de Londres, Regne Unit, Ismael Jurado, LimnoPirneus (Sorelló, Estudis Ambientals), Marc Ventura, coordinador LimnoPirineus (CEAB-CSIC), Alexandre Miró, LimnoPirineus (CEAB-CSIC), i Santi Roca, Ignasi Pérez i Víctor Moreno, Dept. Física Quàntica i Astrofísica, ICCUB, UB.

Fotosíntesi artificial
Un dels projectes de l’any 2017 es dedica a la fotosíntesi artificial. Els estudiants s’inspiren en la vegetació per desenvolupar sistemes alternatius d’ús i emmagatzematge de l’energia solar. Extreuen clorofil·la de les fulles, també altres pigments. Un groc procedent del curri, un porpra de flors o un vermell d’un compost sintètic anomenat rucidium. Amb tot això fabriquen la cel·la d’una placa solar. El material de suport són dos petits quadrats de vidre que només condueixen l’electricitat per una cara. Un dels vidres es pinta amb llapis, ja que el grafit actua com a catalitzador, i l’altre s’ha tenyit amb un dels pigments. Les cel·les fabricades amb diferents pigments es proven al sol amb un aparell per determinar-ne el voltatge i la intensitat elèctrica. També s’hi interposen diversos filtres per avaluar el rendiment en cadascun dels colors de l’espectre solar. En la mesura del possible els estudiants han de fer l’experiment tots sols, per aprendre a espavilar-se. La fotosíntesi té un rendiment baix del voltant d’un 1%. En compensació, l’estratègia evolutiva de les plantes ha estat estendre’s per grans superfícies del planeta i disposar les fulles en capes per aprofitar millor la llum. Les plaques fotovoltaiques convencionals, per contra, són molt eficients, però no deixen passar la llum. D’aquí l’interès d’imitar la natura i fabricar plaques solars translúcides, que es puguin instal·lar no a la teulada, sinó a les finestres de les nostres cases.

Ecologia de llacs d’alta muntanya
Un altre projecte de Joves i Ciència se centra en l’estudi dels ecosistemes aquàtics d’alta muntanya. Els adolescents fan una excursió fins a l’estany Naorte, al Pallars Sobirà, per col·laborar en el programa Life Limnos Pirineus. Aquest projecte pretén retornar 8 estanys dels Pirineus al seu estat natural, que està lliure de peixos. Els estanys pirinencs es van formar fa uns 10.000 anys quan es va retirar el glaç al final de l’última glaciació. Molts van quedar penjats respecte a la vall principal, per la qual cosa els rius que els drenen formen salts d’aigua que els peixos no poden remuntar. Per això tots els peixos dels estanys hi són introduïts. Per eliminar-los no es fa servir la canya, sinó tècniques més expeditives com la pesca elèctrica. Amb tot, com que l’aigua és molt pura, gairebé no té sals minerals i condueix malament l’electricitat, cosa que obliga a perseguir els peixos de ben a prop. Quan queden atordits, els nens s’afanyen a atrapar-los amb el salabret. Els peixos que han pescat són barbs rojos. Després de sacrificar-los, es mesuren, es pesen i es sexen, per estudiar com decau la població. Els mascles tenen colors més vius que les femelles, especialment durant el període de zel. A l’estany Naorte ja no hi queda cap truita, i entre els anys 2014 i 2016 s’han extret 51.000 barbs rojos. Per això els amfibis s’estan recuperant. La granota roja sembla que encara no es reprodueix a l’estany, el que sí que ho fa és el tritó palmat. Però el canvi més espectacular que s’ha produït en l’ecosistema d’ençà de la reducció dràstica de barb roig s’aprecia bé al mig de l’estany. La composició del plàncton s’ha invertit completament. Si abans només hi havia fitoplàncton, algues microscòpiques, ara domina el zooplàncton, format per petits crustacis herbívors. Quan l’estany Naorte tenia una superpoblació de barb roig, el seu aspecte era verd com un enciam. Ara, en canvi, amb la majoria dels peixos eliminats, té unes aigües cristal·lines. És, doncs, un exemple diàfan per explicar ecologia als nois.

Un cotxe que funciona amb aigua?
Els professors marquen el camí en l’aprenentatge i saben molt bé com alternar teoria feixuga amb estones de relaxació. Els estudiants participen en una cursa de cotxes d’hidrogen. El motor d’aquest cotxe és molt rudimentari, assoleix una velocitat de tortuga i una autonomia d’uns dos metres. A més, no té control de direcció. Quan surt de la pista se l’ha de tornar a col·locar manualment, i quan es queda sense combustible, els nens l’han de portar ràpidament a la zona de boxes, situada al sol, on les plaques solars generaran electricitat i, aquesta, al seu torn, hidrolitzarà l’aigua per produir l’hidrogen. La competició consisteix a aconseguir completar el màxim nombre de voltes al circuit en 10 minuts. L’estratègia de recàrrega a boxes i el traçat a les voltes marca la diferència entre els dos equips. Jugant també s’aprèn.

La pila d’hidrogen
El gran problema de l’energia elèctrica és que és molt difícil d’emmagatzemar. Hi ha productes innocus, barats i molt assequibles que poden ser utilitzats com a piles excel·lents. Un d’ells es pot obtenir de l’aigua. Gràcies a l’energia elèctrica que, per exemple, produeix una placa fotovoltaica podem trencar les molècules d’aigua i obtenir gas hidrogen per una part i gas oxigen per l’altra. Es necessita un recipient amb aigua, dos elèctrodes i una font d’electricitat, d’energia. Cal també una placa feta d’un metall catalitzador. Al pas del corrent surt el gas en forma de bombolles. D’aquesta manera amb energia elèctrica un gas que podem emmagatzemar. L’hem obtingut per electròlisi. Electròlisi vol dir separar per l’acció de l’electricitat. L’hidrogen i l’oxigen per separat tenen molta més energia que quan es combinen per formar una molècula d’aigua. I allà estava amagada l’energia. Posteriorment, ja sense l’energia del sol, sense cèl·lules fotovoltaiques, podem tornar a agrupar l’hidrogen i l’oxigen, mitjançant el mateix aparell, però de forma inversa i obtenir pràcticament la mateixa energia que hem gastat al principi, però ara en forma de corrent elèctrica que ens permetrà fer funcionar, per exemple, un cotxe. La pila d’hidrogen, com s’anomena, pot produir electricitat i és molt més eficient que altres fonts d’energia. Per exemple, perquè el petroli produeixi electricitat primer es transforma en energia calorífica, la calor fa vapor i mou unes turbines, per tant, passa a energia mecànica i, finalment, de la mecànica a electricitat. Pel camí s’ha perdut una part d’energia en cada pas, a més de provocar contaminació. En canvi, de la pila d’hidrogen es passa directament a produir electricitat i el producte resultant és aigua i cap contaminant. Això permet que sigui molt més eficient, es perd molta menys energia pel camí i, d’aquesta manera, s’aprofita millor. D’aquí que sigui una de les millors formes d’emmagatzemar energia en el futur.

Astronomia
Les jornades al centre Món Natura, de Planes de Son, són llargues. Els estudiants aprofiten l’hora de sopar per retrobar-se amb la resta de grups, comentar les anècdotes del dia i recuperar energies. Perquè en realitat la feina no ha acabat per tothom. Quan es fa fosc el grup d’astronomia comença a observar l’Univers. Els estudiants posicionen el telescopi i fotografien objectes com els pilars de la creació, el cúmul d’Hèrcules, la nebulosa M51 o el cometa JohnsonC.
L’espai no només s’observa a través de la llum de les estrelles, també es pot observar a partir dels seus rajos còsmics, que són una pluja de protons. Quan aquests protons xoquen amb l’atmosfera terrestre generen unes altres partícules anomenades muons que tenen una vida d’uns dos microsegons. Encara que viatgen gairebé a la velocitat de la llum, necessiten uns 50 microsegons per travessar l’atmosfera terrestre, per tant, es desintegrarien molt abans de tocar terra. Però, en canvi, hi arriben i es poden detectar. Com és possible? Doncs perquè, tal com va anunciar Einstein, com que viatgen molt de pressa, el seu temps es dilata i, des de la nostra perspectiva, viuen més. Els estudiants construeixen una cambra de boira, un detector de partícules com els muons. Per fabricar-la necessiten gel sec, és a dir, gel de CO2 a 78ºC sota zero, cotó fluix, i alcohol. La cambra funciona de la següent manera: amb l’escalfor de la mà, l’alcohol que amara el cotó fluix, s’evapora. Quan el vapor entra en contacte amb el gel de la part inferior, es condensa i forma una boira d’alcohol. És en aquesta boira on es pot observar passar els muons. Però el fenomen dura un instant i cal observar amb molta atenció. Veure un muó per primera vegada és emocionant. De manera similar a com es forma l’estela dels avions, quan una partícula travessa la boira d’alcohol, facilita la condensació. El que veiem és la trajectòria que la partícula deixa quan passa. Muons atmosfèrics arran de terra, una prova més que Einstein tenia raó.

Els muons
Estem sota una pluja de partícules còsmiques que ens travessen constantment. Per cada metre quadrat passen més de 10 mil muons per minut. O, dit d’una altra manera, cada segon tres muons ens travessen el cap. Els muons son partícules subatòmiques que van a 296 mil quilòmetres per segon, el 99% de la velocitat de la llum. D’on surten? La Terra està contínuament il·luminada per raigs còsmics. (De fet, el nom de raig és erroni perquè son partícules, no pas radiació electromagnètica. Però el dia del bateig no en sabien prou i creien que era radiació). Els raigs còsmics, però, són majoritàriament nuclis atòmics, sense electrons, i tenen una extraordinària energia. No se sap amb exactitud l’origen d’aquestes partícules, però es creu que surten disparades de fenòmens superenergètics còsmics, com les supernoves. Quan entren a l’atmosfera terrestre xoquen amb els àtoms que hi ha, normalment amb un de nitrogen o d’oxigen. D’aquesta patacada es produeix una reacció nuclear que part de l’energia que desprèn es transforma en partícules subatòmiques que es diuen pions. Aquests pions poden, és el més habitual, tornar a xocar amb un àtom atmosfèric i, de la resultant, en sortiran un muó i un neutrí. El muó té càrrega negativa, com l’electró, però és 207 vegades més pesant que l’electró. Al neutrí se li ha de donar menjar a part, no té càrrega, el neutrí, però té molt mala bava… la seva capacitat de penetració és tan gran que pot travessar el planeta de punta a punta. El nostre protagonista, el muó, també és energètic, però no tant, “només” penetrarà uns pocs centenars de metres dins l’escorça terrestre, es desintegrarà en 2 milionèsimes de segon i es convertirà en un electró i dos neutrins. I una curiositat: aprofitant la capacitat de penetració dels muons, un equip japonès ha inventat la muografia, una tècnica que ha permès, entre altres coses, “veure” com són per dins les piràmides d’Egipte.