ENERGI

Energi är evig och oförstörbar. Detta innebär att energi inte kan produceras eller konsumeras, bara ändra form. Normalt menar vi med energi något som uträttar arbete. energin måste då ha en sådan form som passar för det aktuella arbetet. Om vi vill värma en kopp kaffe hjälper det inte med aldrig så mycket värmeenergi vid 20^oC, eller lägesenergi i form av en sten som hänger i ett rep. Energin måste omvandlas till 90-gradig värmeenergi. Det är sådan omvandling som i dagligt tal brukar kallas energiproduktion.

Energiomvandling
Genom att höja temperaturern på vårt 20-gradiga vatten med en värmepump eller låta stenen driva en friktionslamell eller elektrisk generator - som i sin tur värmer en kokplatta - kan vi värma vårt kaffe. Kaffet avger sedan en del av sin värme till kroppen via handen. Detta brukar man kalla energikonsumtion, men det är egentligen fråga om energiomvandling till mer lågvärdiga energiformer. Vad som konsumeras är energins förmåga att utföra arbete, genom att värmen sprids ut i omgivningen och förlorar sin skillnad mot densamma.

Exergi
Exergi är ett mått på den del av den aktuella energimängden som har tillräcklig skillnad (kontrast) för att uträtta arbete. När kaffet är 20^oC, och vi befinner oss i rumstemperatur, har energin sjunkit till noll. Tar vi därefter med kaffet ut, där temperaturen är 5^oC, har det återigen ett exergivärde. Detta innebär att energi kan uträtta arbete flera gånger, vid olika exerginivåer.

Om det finns möjlighet att samordna flera processer kring samma energisystem skulle man kunna först smälta metaller vid 1500^oC, låta de svalnande tackorna värma någon kemisk process vid 500^oC, vilken i sin tur kyls i ett tropiskt växthus med 50^oC, för att slutligen värma lokaler till 20^oC.

Har man inte bruk för dessa olika nivåer kan man, istället för att kyla bort hela intervallet mellan processens sluttemperatur och omgivningen, höja exerginivån tillbaka till begynnelsetemperaturen med en värmepump. Då ersätter man endast den energi som processen verkligen nyttiggjort sig, och slipper ersätta den del som ligger mellan sluttemperaturen och omgivningens temperatur, och som man traditionellt alltid kyler bort med luft eller vatten.

Materia och energi
Materia är också energi, bunden i atomernas kärnor, som i sin tur bildar de molekyler vilka bildar kroppar. Bindningen av atomenergi är mycket stark, men en liten del av de särskilt lättkluvna uranatomernas massa omvandlas i kärnkraftverken till värmeenergi. Materia kan också ha en molekylär (kemisk) bindning av energi, vilken frigörs i elektriska batterier och vid förbränning av olja, ved och gas.

Entropi
Energins väg i vår kaffekopp följer samma principer som på jorden i stort. Alla skillnader, eller kontraster, i såväl energi som materia, strävar ständigt mot utjämning. Högvärdig energi i form av mekanisk-, kemisk- eller lägesenergi är på väg mot lågvärdig värmeenergi, jämnt fördelad i omgivningen. Termodynamiken kallar detta för oordning, eller entropi.
På samma sätt är materien stadd i upplösning från större enheter till mindre, för att slutligen bli stoft. Ordning är alltså ett uttryck för att materia är organiserad i kroppar och att energin är ordnad i former som kontrasterar mot varandra eller omgivningen - och har hög exergi.

Biologiskt liv och entropi
Förbränning av fossila bränslen innebär dels att den lagrade, högvärdiga energin sprids ut i form av lågtempererad värme, och dels att entropin accelereras med tiopotenser. Livet på jorden representerar ett stort mått av ordning, men var kommer den ifrån, när jorden i begynnelsen var död och när allting strävar mot entropi? Svaret är att entropin ökar i solens kärnkraftsreaktion. En gnutta av dess energi hamnar på jorden. Enligt teorier om livets uppkomst var det just solens ultravioletta strålning som fick enkla molekyler att slås ihop till de komplicerade aminosyror som bildar grundstommen i vårt genetiska material.
Vegetabiliskt liv är länken som omvandlar solens energi till sådana ämnen som animaliskt liv är beroende av. Växterna klarar sig utan djur (och oss) men vi klarar oss inte utan dem. En människa avger en värmeeffekt på 60-100 watt och har en hudtemperatur på ca 30 grader. Det ger en "årsförbrukning" i storleksordningen 700 kWh per människa. Människor och djur bidrar med sin ämnesomsättning och höga kroppstemperatur till entropin, men deras avfallsprodukter tas normalt om hand av nedbrytande organismer som för in dem i ett kretslopp. Utandningsluftens koldioxid blir till syre genom fotosyntesen och matsmältningens rester blir till kväveföreningar och salter som åter kan användas som byggmaterial av växterna.

Såväl oljan, uranet och kolet som ligger lagrat i jordskorpan har skapats av solens strålning. Värme från solen lyfter också vattnet ur havet upp i vattenkraftverkens dammar, och förändrar luftmassorna så att vind börjar blåsa. Dessutom alstrar strålningen värme med hög kontrast som kan tas tillvara av solfångare och solpaneler.

Teknologi och termodynamik
I vårt teknologiska samhälle acceleraras energiomvandlingen. vad det får för konsekvenser kan man endast spekulera i, men det faktum att entropiökningen är enkelriktad manar till eftertanke. Enkel logik säger att förutsättningarna på jorden så småningom ändras då entropinivån ändras. Frånsett direkta effekter av dessa förändringar på månniskans överlevnadsmöjligheter är det lätt att föreställa sig att jordens biotoper endast klarar ett visst mått av förändring per tidsenhet utan att brytas sönder och kollapsa.

Många av Sveriges sjöar är exempel på ekosystem som kollapsat efter tillförsel av bland annat konstgödsel och svavelförorenat regn. Enbart Sveriges elförbrukning motsvarar 12.500 kWh per person och år, eller 18 gånger mer än vad människokroppen avger. En person som kör bil omvandlar 50-80 kWh kemisk energi per timme till värme, eller lika mycket energi som kroppen ensam omvandlar på en månad. Tio timmars bilkörning motsvarar alltså kroppens årliga energianvändning.

Värma hus
Uppvärming av bostäder är ett aktuellt problem för människor som bor på nordliga breddgrader. Vi tar det som illustration till resonemanget om exerginivåer. Man kan idag skönja två huvudsakliga principer, eller kanske till och med ideologier, för att värma våra hus.
Den ena riktningen strävar efter att omvandla så lite energi som möjligt, bland annat genom att fördröja entropin och ta tillvara exergi ur närmiljön.

Nära värme
Närmiljön kan vara våra egna kroppar, vilka ju alstrar värmeenergi vare sig vi vill det eller ej. Dess entropi kan fördröjas genom att den kapslas in med riklig isolering, och detsamma gäller värmen från elbelysningen vi vill använda för att kunna se under dygnets mörka timmar. Ur närmiljön kan också energi tas tillvara från de processer som drivs av solen - vind, vatten, biomassa och direkt solinstrålning. Att dessa omvandlingstekniker fungerar, och kan byggas ut till att täcka även våra nordliga behov är ett etablerat faktum.

Resurssnålhet
För uppvärmning av bostäder till 20^oC är poängen att värme vid en något högre temperatur är den mest ekonomiska och resurssnåla energiformen. Nio av årets tolv månader kan sådan energi till exempel utvinnas direkt ur solstrålningen med hjälp av solfångare. Reaktorhärdens temperatur på tusentals grader är en verklig "overkill", liksom egentligen all förbränning med hjälp av syre.

Från hög till låg
Den andra principen innebär istället att omvandla energi från högvärdiga former som olja, uran etc. till lågvärdig värme. Den höga exerginivån, i form av hög temperatur sprider energin snabbare till omgivningen, som ju alltid har samma temperatur. Dessutom talar vi om komplicerade system som är geografiskt utspridda (fjärrvärme, elnät etc.) så att kontaktytorna till omvärlden också är större. Följden blir, för storskaliga och högexergiutnyttjande omvandlingssystem, att större mängd energi sprids och entropin ökar snabbare. Man kan också spekulera i hur de storskaliga systemens organisation påverkar människans sätt att tänka.

Konfliktgrund
Med en stor "overhead", ett distributionssystem som i sig självt sprider stora mängder energi och kostar mycket att underhålla, blir det ekonomiskt viktigt att ha så stor omsättning/försäljning som möjligt. Ur "energiproducentens" synvinkel är detta självklart sunt förnuft, vare sig det handlar om statlig eller privat verksamhet. Man kan här ana en fundamental konflikt, eftersom det aldrig kan ligga i "energikonsumentens" intresse att maximera energiomvandlingen. Man kan konstatera att högexergisystem i ett längre perspektiv innebär en entropiökning som inte kan kompenseras av andra mekanismer, eftersom uran och fossila bränslen tillkom under klimatbetingelser som inte finns idag. Att vi tvingas överge dessa bränslen, och därmed högexergi-ideologin, är endast en tidsfråga. Det tragiska är att dessa råvaror inte används där deras specifika egenskaper kommer till sin rätt, utan bränns upp i onödan.

Vad är alternativt?
Energisystem enligt den första principen burkar kallas "alternativa", en beteckning som ter sig komisk i ljuset av historien. Utnyttjandet av förnyelsebar solenergi i alla dess former - solvärme, vind, ved, vattenkraft etc. - är avgjort både äldre och mer utbrett än fossil- och kärnkraft. När man först hittade olja visste man inte vad man skulle göra med den. Så småningom, sedan endast något hundratal år, har man konstruerat maskiner av olika slag som kan nyttja den.

Att segla, elda, mala säd i väder- och vattenkvarnar och vända ansiktet och boningens öppning mot solen har vi gjort i tiotusentals år. Såvitt vi kan förstå har varken människan eller hennes förfäder utnyttjat annat än solenergiformer - och då handlar tidsperspektivet om flera miljoner år jämfört med några hundra år. Det är fossil- och kärnkraft som rätteligen borde kallas alternativa källor för energiomvandling.
Det verkar orimligt att forslandet av olja i båtar från mellanöstern skulle vara bättre än att utvinna energi ur den sol som faller på våra egna hus. Likaså förefaller det orimligt komplicerat att forsla uran från Canada eller någon annan fyndort, till Sverige och efter omvandlingar i flera led placera det som avfall i enorma bergrum. Det verkar också oekonomiskt att huvuddelen av de svenska kärnkraftverkens utvunna energi hamnar i havet via kylvatten.
Av säkerhetsskäl har man avstått från att placera kärnkraftverk i närheten av tätbebyggda områden, och avstånden blir för stora för att kylvärmen kan utnyttjas till bostadsuppvärmning. Nya rön gör gällande att brytning och anrikning av uranet till kärnkraftverken i sig genererar mer koldioxid än motsvarande förbränning av fossil- eller biobränslen skulle gjort.

Tillfälligt livsrum
Sammanfattningsvis vill jag befästa bilden av den lilla planeten på det enorma avståndet från den gigantiska solen. I solens kärnenergikaos ökar hela tiden oordningen, så att den om eoner av tid så småningom tynar bort och slocknar. men just nu har solens tilltagande oordning skapat ett tillfälligt tillstånd av ordning på vår planet, vilket händelsevis ger livsrum för organismer av vår egen sort. Vi är inte endast beroende av dagens balans och storlek på energiflödena, utan också av vår biosfär och dess ekologi som förser oss med näringsämnen. Varje ingrepp i energiflödena, även sådana som vi kan göra själva, ger ofrånkomligen effekter på biosfären.

Man kan konstatera att ställningstaganden rörande samma fysikaliska principer kan bli helt olika beroende på vilket perspektiv man har. Eftersom energilagarna och ekologin fungerar som de gör oaktat vilket ekonomiskt system som dikterar våra prioriteringar, har ekonomiska argument undvikits här.
Energins principer är enkla och rimmar ofta väl med våra intuitiva uppfattningar. Industrisamhällets monopoliserande av kunskap vill dock förbehålla endast experter inom ämnet en uppfattning, bland annat med hjälp av fikonspråk och auktoritetstro.

Vår nutidshistoria omfattar ett ökande antal exempel på energipolitiska misstag. Gemensamt för de flesta av debattens aktörer är att de medvetet eller på grund av ofullständiga kunskaper utelämnar en större eller mindre del av sammanhanget, och därtill representerar andras intressen än energianvändarnas. För att välja i energifrågor efter sina egna intressen bör man alltså dels äga en helhetsbild och därtill lyssna mycket kritiskt till experter.

Guy Madison

Kommentera gärna artikeln