Solenergi

Vår sol är den yttersta förutsättningen för liv i vårt solsystem. Solen är den mest formidabla vätebomb vi skådat. Den befinner sig i konstant explosion som varat i femtusen miljoner år, och den beräknas fortsätta sin explosion i ytterligare femtusen miljoner år.

Den totala solenergi som träffar jorden är 30 000 gånger större än mänsklighetens hela energiutnyttjande och den energi som åtgår till att dunsta vatten från jordytan är 7000 gånger större än energin som används av människor. Den energimängd som binds av jordens gröna växter är endast någon procent, men är ändå fullt tillräcklig för att understödja jordens myllrande biologiska liv, kanske 10 miljoner nu levande arter representerade av hundratals miljarder individer.

Materian - myllrets byggstenar

Varje materiellt föremål på jorden består av ett eller flera av de närmare hundra grundämnen som är stabila under de förhållanden som råder på jorden. Teoretiskt kan alla dessa ämnen kombineras på ett nästan oändligt antal sätt och antalet skulle kunna bli ett tal med över hundra nollor. Livet har trots detta nöjt sig med ett ganska litet antal ämnen.

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°C¸ eller lägesenergi i form av en sten som hänger i ett rep. Energin måste omvandlas till 90-gradig värmeenergi. Det är sådan omvandling som man i dagligt tal brukar kalla energiproduktion.

Energiomvandling

Genom att höja temperaturen 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 omgivande luft - det svalnar - och det kaffe som är varmare än 37°C sprider sin värme till kroppen via handen. Detta brukar man kalla energikonsumtion, men det är egentligen fråga om en omvandling 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°C, och vi befinner oss i rumstemperatur, har exergin sjunkit till noll. Tar vi därefter med kaffet ut, där temperaturen är 5°C, har det återigen ett exergivärde. Detta innebär att energi kan uträtta arbete flera gånger, vid olika exerginivåer.

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, vilket 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 materia 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 strålar 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. 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 som åter kan användas som byggmaterial av växterna.

Såväl oljan som 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 luftmassornas volym 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 accelereras energiomvandlingen. Vad det får för konsekvenser kan man endast spekulera i, men det faktum att entropi ökningen 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 människans 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. En person som kör bil omvandlar 50-80 kWh kemisk energi per timme till värme.

Värma hus

Uppvärmning 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°C är poängen att värme vid en något högre temperatur är den mest ekonomiska och resurssnåla energiformen, vilken samtidigt representerar en låg energinivå. 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 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 omgivningen också är större. Följden blir, för storskaliga (centraliserade) och högexergiutnyttjande omvandlingssystem, att större mängder energi sprids och entropin ökar snabbare. Man kan också spekulera i hur de storskaliga systemens organisation påverkar människornas 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. Att vi kommer att tvingas överge kärnbränslen, och därmed högexergiideologin, 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 (lågenergiprincipen) brukar kallas "alternativa", en beteckning som ter sig komisk i historiens ljus. Utnyttjandet av förnyelsebar solenergi i alla dess former - solvärme, vind, ved, vattenkraft etc. - är avgjort både äldre, och mera 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 det 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 forslande 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 kylvattnet.

Av säkerhetsskäl har man avstått från att placera kärnkraftverk i närheten av tätbebyggda områden och avstånden blir för stora för att kylvärmen ska kunna 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.

Exempel på Förnyelsebar energi

Solvärme.

Hur man kan ta till vara på den energi som solen ger i befintliga flerfamiljhus i staden, beror delvis på husets placering i vädersträck samt skuggning från omgivande bebyggelse och natur. På väl solbelagda ytor kan solfångare placeras. Husen måste vara väl isolerade, speciellt mot norr. Växthus på taket är ett sätt att ta tillvara på solstrålningen för odling och även tillföra huset värme. Under den kallaste årstiden lyser solen bara någras få timmar om dagen och man behöver komplettera med någon annan enrgikälla.

Passiva solfångare är en del av huset med stora söderfönster och värmeackumelerande väggar och golv och helst en glasvägg eller en veranda som fångar upp solstrålningen.

Aktiva solfångare kan bestå av "kasetter" som värms av solstrålningen och genomströmmas av luft som sedan leds genom huset. Ingen frysrisk i ledningarna men sämre effekt än med vattenburet system.

Aktiva solfångare med vätska placeras på vägg, tak eller fristående. Automatik för vattencirkulationen och ackumulatortank för det värmda vattnet.

Solceller ger liten effekt och passar bäst för strömförsörjning av mindre apparater på avlägsna platser samt till digitalur och räknedosor m m.

Av: Torbjörn Peterson, Guy Madison (ur Handbok för vardagsekologi) + Material från Infoteket. Redigering av redaktionen.