Kategorier dette opslag er registreret under:
Arbejde  .  Videnskab  .  Naturvidenskab  .  Råstof
DatoOpdatering
Indhold
Diskussionsforum
Send
Sidst ajourført: 7/6 2008
Læst af: 109.833
Arbejde  .  Videnskab  .  Naturvidenskab  .  Råstof
: :
Energi

Energi kan fremtræde i mange former. I Danmark får vi overvejende elektrisk energi fra kulkraftværker. Vi får varmeenergi fra forbrændingen af forskellige olieprodukter (benzin, fyringsolie) i bilmotorer, i varmekedler og fra såkaldte kraftvarmeværker, der producerer både elektricitet og varme.

Vi betjener os desuden af en tredje energiform: maden vi spiser. Den er produceret ved fotosyntese - den naturlige proces hvor planternes grønkorn binder og udnytter den indstrømmende solenergi. Fotosyntesen er forudsætningen for alt liv. Den giver det enkelte menneske det nødvendige energitilskud.

Disse forskellige former for energi kan ikke ses isoleret fra hinanden. Brugen af én overflødiggør ikke brugen af en anden.

Hvad er energi?

Energi er evnen til at udføre arbejde. Energi kan optræde i mange former, som stråling, bevægelse, varme eller potentiale-energi for at nævne nogle. Når energi går fra en form til en anden, bliver der udført et arbejde. Den del af energien som ikke går til varme, udtrykker virkningsgraden ved processen. Virkningsgraden for en benzinmotor er ca. 20 %, for et atomkraftværk ca. 32 %, for et oliefyret kraftværk ca. 40 % og for et vandkraftværk ca. 90 %.

En udbredt misforståelse er forestillingen om, at energi er noget som kan forbruges og tilintetgøres. Ifølge termodynamikkens 1. hovedsætning - loven om energiens konstans - kan energi hverken opstå eller gå til grunde. Jordens ressourcer af kul, olie, gas eller uran kan forbruges, men den energi som er lagret i disse såkaldte energibærere, kan kun frigøres og omformes, ikke forsvinde. Energi kan bruges eller nyttiggøres - ikke forbruges. Når vi nyttiggør energi, omdanner vi den fra en form til en anden. Ved at omdanne energi til andre former, bliver vi i stand til at udføre arbejde.

Termodynamikkens 1. hovedsætning tager udgangspunkt i varmeenergien, når den slår fast, at verdens energimængde eller energimængden indenfor et lukket system er uforanderlig. Jorden er egentlig ikke noget sådan lukket system. Men da alle biologiske processer bygger på balance mellem indstråling og udstråling af energi mellem sol, jord og univers, og fordi strømmen af energi gennem biosfæren er konstant, har denne naturlov både lokalt og globalt en grundlæggende betydning.

Når energien bruges til at udføre et arbejde - uanset om det sker i kroppen eller i en maskine - «degraderes» energien. Fysikerne taler om, at entropien øges. Termodynamikkens 2. hovedsætning - loven om stadig tiltagende entropi - fortæller os, at al energi som omformes, ender i naturen som varme i finfordelt og uordnet form. Loven fortæller endvidere, at varmeenergi kun kan sprede sig af sig selv fra et varmere til et koldere sted og ikke omvendt. Alle temperaturforskelle stræber altså mod en udjævning. Når al energi er blevet forvandlet til finfordelt varmeenergi og alle temperaturforskelle er udjævnet, er entropien blevet maksimal. Da kan energien ikke længere nyttiggøres - f.eks. drive en maskine eller holde kropsfunktionerne i gang. Entropien giver altså et mål for hvor stor evne vi har til at udnytte en bestemt energimængde. Lav entropi betyder høj arbejdsevne, mens høj entropi betyder lav arbejdsevne (se Entropi).

Grunden til at vi ikke for længst har opnået en fuldstændig udjævning af alle temperaturer i biosfæren, skyldes at jorden modtager en stadig energistrøm fra solen. Denne konstante energistrøm driver livsprocesserne, driver klimaet (regn, vind), havstrømme og en relativt konstant global middeltemperatur.

Energi i tal

Effekt er en egenskab hos de maskiner som er i brug, mens den energi disse anvender eller yder, afhænger af hvor længe de har været tilkoblet, og hvor hårdt de er blevet kørt.

Effekt er en ydelsesevne, mens energi er et mål for det der bliver ydet. Om en atomreaktor kan man f.eks. sige, at den har en elektrisk effekt på 1000 MW (megawatt). Dette angiver reaktorens maksimale elektriske ydelsesevne, mens den maksimale termiske ydelsesevne (den totale varmeudvikling ved spaltningen af atomer) er noget over tre gange så høj. Hvis en atomreaktor på 1000 MW køres med fuld effekt i et helt år (8.760 timer), ville den i løbet af denne tid have givet en elektrisk energimængde på 8,76 TWh (terawatt-timer) eller 8,76 milliarder kWh (kilowatt-timer). Kørt med halv effekt i et år, hvilket er en mere realistisk antagelse om ydelsen, ville reaktoren give 4,38 TWh elektricitet.

Effekthenheder:

1 kW (kilowatt) = 1000 W (watt = 1,36 HK (hestekræfter))

1 MW (megawatt) = 1000 kW = 1.000.000 W

1 GW (gigawatt) = 1000 MW = 1 million kW

1 TW (terawatt) = 1 million MW = 1 milliard kW

Energienheder:

1 kWh (kilowatt-time) = 360.000 Ws (watt-sekunder)

1 GWh (gigawatt-time) = 1 million kWh

1 TWh (terawatt-time = 1000 GWh = 1 milliard kW

1 kcal (kilokalorier) = 1,163 kWh

Energiindhold

Energiindholdet for forskellige typer af brændsler i de pågældende typer af varmekraftværker eller varmekedler kan angives som den totale varmemængde eller som udnyttelig elektrisk energi. Udnyttelig elektrisk energi i et varmekraftværk vil normalt være 30-40 % af den totale varmemængde.

Nogle tal:

Menneskenes indgreb i energistrømmene

Energi kan ikke bruges uden konsekvenser for vore omgivelser. Øget brug til fordel for mennesker medfører blot at vi frigør, omdanner eller omdirigerer allerede eksisterende energipotentialer og energistrømme. Al industriel virksomhed fører til indgreb i de naturlige energistrømme. Sådanne indgreb kan ske på to måder, som er fundamentalt forskellige:

Den ene måde er kanalisering af de naturlige energistrømme for at tjene menneskenes formål. Eksempler på sådanne indgreb er vindmøller, vandkraftværker, udnyttelse af jordvarme og direkte udnyttelse af solstrålingen. Denne type af energiproduktion forandrer ikke den globale varmebalance, fordi den ikke tilfører jorden noget netto tilskud af energi. Lokalt kan den have store skadevirkninger, som når store reguleringer af floder ændrer vandføringen i floderne og påvirker lokalklimaet og grundvandet.

Den anden måden menneskene griber ind i naturens energistrømme på, er ved at producere energi, som giver et netto overskud til jordens energiregnskab. Dette er tilfældet ved fossil-fyrede kraftværker og atomkraftværker. Den energi som slippes ud ved denne produktion, vil nå ud i omgivelserne og føre til en stigning i den globale middeltemperatur. Lokalt set vil skadevirkningerne bestå i store udslip af spildvarme i kølevandet.

En anden måde at inddele energiressourcerne på, er i kredsløbs- og lagerressourcer. Lagerressourcer kan ikke genskabes, når de først er brugt (olie, kul, gas, uran). Kredsløbsressourcerne kommer hele tiden igen efter brug, fordi de drives af solen. Dette gælder vand- og vindkraft, bølgeenergi osv. Generelt kan man sige, at kredsløbsressourcer udnyttes ved, at vi omdirigerer energistrømmen i naturen. Forbruget af energibærende lagerressourcer medfører, at vi opnår en netto global øgning i den tilførte varme.

Varmeforurening

Varmeforurening opstår, når «spildvarmen» fra menneskelig virksomhed bliver ophobet eller koncentreret på bestemte steder, f.eks. i byer, fabriksområder, floder og indsøer, således at der opstår lokale, regionale eller globale klimaforandringer. Denne forurening kan føre til vidtgående og uoverskuelige konsekvenser for økosystemet og vor egen livssituation. Varmeforureningen kan - i lighed med radioaktiv forurening - hverken fjernes eller tilintetgøres. Naturen må selv fordele eller borttransportere varmeenergien. Det eneste menneskene kan bestemme over, er hvor stor forurening man tillader at skabe, hvor man lader dem opstå, og hvor stærke koncentrationer man vil tillade.

Klimatiske virkninger globalt

Den altoverskyggende trussel i globalt perspektiv er klimaforandringer som følge af energiproduktionen. Teoretiske beregninger er vanskelige at gennemføre, fordi vekselvirkningerne mellem alle de mekanismer som bestemmer klimaet ikke er tilstrækkelig kendte. De fleste undersøgelser som er foretaget tyder på, at en stigning i jordens gennemsnitstemperatur på 1oC er det absolut højeste der kan tillades, uden at vi risikerer alvorlige klimaændringer. Men grænsen kan ligge langt lavere, især i de arktiske områder.

En stigning i jordens middeltemperatur - så Grønlandsisen og isen på Antarktis smelter - vil føre til at havene stiger 50-60 m, og de fleste storbyer og vældige landområder bliver sat under vand. Dette er nok det mest kendte eksempel på, hvordan forandringer i energibalancen kan udløse enorme klimaændringer.

Den globale energiproduktion er i dag mindre end 1/10.000 af den effekt vi modtager fra solen, og under den faregrænse som forskerne sætter. Der er dog en vis enighed om, at en energiproduktion på 0,1-1 % af den modtagne solenergi vil kunne true det globale klima. 1 % vil sige en hundrededobling af den nuværende produktion. Med en vækst på 5 % vil det tage 92 år at nå denne grænse. En tidobling vil tage 46 år.

Eftersom den største del af energiproduktionen foregår ved forbrænding af olie, kul eller gas, og fortsat vil gøre det i flere årtier fremover, er der en anden væsentlig faktor inde i billedet. Karbondioxid, CO2, er ansvarlig for størstedelen af den såkaldte drivhuseffekt, som øger temperaturen på jorden. Ved forbrænding af fossile brændsler tilføres atmosfæren store mængder CO2, som ikke hører til i det naturlige kredsløb mellem planter og dyr. Resultatet er, at indholdet af CO2 i atmosfæren stiger. Siden begyndelsen af den industrielle revolution er det øget med over 15 %, og er nu ca. 0,05 %. Alene i løbet af de sidste 20-30 år har det ført til registrerbare temperaturstigninger og klimaforandringer.

Energi og/eller levestandard?

De der går ind for en fortsat stigning i energiforbruget fremhæver ofte sammenhængen mellem højt energiforbrug og høj levestandard. De taler også om nødvendigheden af stigende energiforbrug for at løse en række samfundsproblemer og sikre alle rige muligheder.

Imidlertid er det et klart træk ved udviklingen af energiforbruget i f.eks. Danmark, at der siden slutningen af 1950'erne er gået stadig stigende energimængder til hver BNP krone. Det er derfor klart, at der ikke er nogen direkte sammenhæng mellem stigning i energiforbrug og levestandard. Energiforbruget er mangedoblet siden 1960'erne, og spørgsmålet om levestandarden tilsvarende er mangedoblet lader sig let besvare.

Det indebærer ikke nogen øgning af levestandarden at transportere gods med lastbil i stedet for med jernbane, men der kræves 5-6 gange mere energi til vejtransport end til jernbanetransport, foruden at bygningen af motorveje kræver 3-4 gange mere energi end jernbanebygning og omtrent 4 gange mere areal. Det stigende energiforbrug har samtidig medført en produktion af fuldstændig unyttige produkter, og udviklingen af markeder i tid ved hjælp af indbygget forældelse af produkterne - altså et klart sløseri med energi. Man får folk som kunder flere gange end før, ved at gøre tingene mindre solide og ved at fremtvinge stadige skift i moden. Dette medfører ingen stigning i levestandarden.

Samfundsmæssig arbejdsdeling og specialisering er yderst energiintensiv, bl.a. fordi den fremtvinger intensiv transport. Tidligere kunne man færdes i naturen uden at det medførte store udgifter. I dag kræver det for mange bilrejser, dobbelt bosætning osv. Disse eksempler viser, at udviklingen påtvinger folk en mere energiforbrugende livsstil.

Energibesparelser

Lige så vigtig som at diskutere alternative energikilder er det at diskutere alternativ brug af energi. Forbrugsniveauet i Danmark er allerede særdeles højt. Det sløses i betydelig grad med energi, og der er meget energi at hente ved en mere rationel brug af den energi, som allerede er tilgængelig. Målet må være, at en kWh sparet er bedre end endnu en kWh i kraftværksudbygning.

Der eksisterer store muligheder for besparelser i genindvinding og recirkulation af råstoffer. Ved mange industriprocesser dannes der f.eks. store mængder af energirige biprodukter og affaldsprodukter, som kan genindvindes som energi. Ved fremstilling af f.eks. kopper og aluminium fra affaldsmetal medgår der bare 10-20 % af de energimængder, som behøves når metallerne produceres ud fra råstofferne. Ved stålproduktion fra affaldsjern behøves bare ca. 15 % af energiforbruget ved fremstilling ud fra jernmalm. Ved recirkulering af affaldspapir spares op imod 1000 kWh pr. ton sammenlignet med papirproduktion udfra træmasse.

I bygningssektoren er det særdeles nærliggende at reducere varmetabet. Hovedposterne i varmeregnskabet der er ventilationstab, varmtvandsforbrug og varmelækage gennem yderflader (vinduer, vægge, tag). Forbruget af ventilationsvarme kan nedskæres drastisk ved rigtig tilpasning af mængden og brugen af moderne varmegenvindingsanlæg. For varmtvandsforbruget er lignende forholdsregler mulige. Ved bygninger med stort ventilationsbehov, som f.eks. sygehuse, skoler, administrationsbygninger osv. kan 60-70 % af fyringsudgifterne skyldes opvarmningen af ventilationsluft. Med moderne varmegenvindingsanlæg kan dette forbrug reduceres med 75 %. Et andet eksempel kan være et stort moderne varehus, hvor der udvikles megen varme fra fryse- og kølediskene. Hvis man bevarer denne varme, i stedet for at lede den ud i den fri luft, vil den være tilstrækkelig sammen med varme-effekten fra belysningen og betjeningen af kunder, til at sørge for 90 % af varehusets totale opvarmningsbehov. I småhuse er det muligt at reducere ventilationstabene med 50-60 % og udnytte ca. 65 % af varmtvandets energiindhold med varmegenvindingsanlæg. Med forbedret isolation og 3-glas termovinduer kan der for det enkelte hus opnås en besparelse på 40-50 %. Disse eksempler skulle vise, at besparelsesmulighederne er mange og store.

Alternative energikilder

I modsætning til atomkraft benytter de energikilder som her skal omtales, sig af jordens naturlige energistrømme. Disse energikilder kan kaldes «alternative energikilder». Det er sol-, vind-, bølgeenergi og jordvarme. Disse energikilder tilfører ikke jorden ny varmeenergi, således at den globale varmebalance ikke forandres. Jorden tappes heller ikke for lagerressourcer. Den anvendte teknologi er enkel, således at afhængigheden af de store multinationale selskaber (som ved atomkraft) bortfalder. Dette skulle sikre selvstændigheden, både nationalt og lokalt. De fleste af energikilderne er bedst egnet for små enheder, og skulle dermed tilfredsstille ønsket om en spredt bosættelse. Forureningsproblemet bortfalder ved denne form for energiproduktion. Konsekvenserne af et uheld er så små, at kun få sikkerhedsforanstaltninger er nødvendige.

Solenergi

Solen kan give os al den energi vi behøver. Den energistrøm som når os fra solen er over ti tusinde ganger større end menneskets samlede forbrug. Problemet er at finde effektive måder at udnytte denne energi på. Vandkraft, vindmøller og sejlskibe er kendte eksempler på udnyttelse af solenergi. Andre former for udnyttelse er direkte produktion af elektricitet ved hjælp af solceller, udnyttelse af temperaturforskelle i havet og direkte solopvarmning af huse. Fælles for disse måder at udnytte solenergien på, er at de teknologisk set er enkle.

Ved at belyse såkaldte solceller opstår der en elektrisk strøm. Solcellerne har en virkningsgrad på 10-15 % og er foreløbig for dyre til at kunne bruges i stor skala i energiproduktionen. Men de egner sig meget godt til formål, hvor strømforbruget er beskedent og ingen almindelig kraftforsyning er tilgængelig.

Den største mulighed for udnyttelse af solvarmen ligger sandsynligvis i produktionen af lavtemperaturvarme (op til 100oC). En meget stor del af vort energiforbrug går til denne varmeform - enten til husopvarmning eller til procesvarme i industrien. Ved at bruge solfangere kan man selv på skyede dage, opnå et godt varmeudbytte.

Vindkraft

Vindkraft blev længe udnyttet i stor skala af menneskene til at drive vindmøller og skibe. De største sejlskibe udvandt en effekt på ca. 4 MW (6.000 hk) fra vinden. Danmark råder over vindmøller på op til 2 MW - blandt verdens største.

Hvor de lokale forhold er egnede, er vindkraften et velegnet alternativ. Den er forureningsfri, har ingen brændselsudgifter og et minimalt vedligehold. Den egner sig bedst til mindre effekter (0,1-1 MW), hvilket giver et kraftforsyningssystem, som favoriserer decentralisering og ikke er særlig følsom for driftstop på de enkelte anlæg.

Bølgeenergi

Der er foreslået flere metoder til at udnytte energien i bølgebevægelserne i havet. Storbritannien er det land, som er nået længst i udviklingen af bølgeenergi. En udformning består af en flydende, cylindrisk tank, som skal fange op den op- og nedadgående bevægelse i bølgerne, og en generator på bunden skal så overføre bevægelsen til elektricitet.

Jordvarme

Jorden består af en forholdsvis tynd, fast jordskorpe og et smeltet indre. Fra jordens indre går der en stadig strøm af varme mod overfladen. Borer man nedad i jordskorpen, viser det sig at temperaturen stiger ca. 1oC for hver 30 meter.

Nogle steder som i Island og Italien gør geologiske forhold, at denne varme let kan udnyttes. Men også de mindre forskelle der er betinget af temperaturen på overfladen og temperaturen 1-2 meter nede kan udnyttes - i lande som Danmark.

Et stabilt energiforbrug

Det er klart at det sløses meget med energi i dag. Det er nødvendigt, at vi i stigende grad forholder os til, hvad energien bruges til, og hvilket social formål en fortsat stigning i energiforbruget egentlig tjener. En udvikling med en reduceret vækst i forbruget er påkrævet.

Allerede i dag er klimaforskere stort set enige om, at det nuværende energiforbrug vil medføre langsigtede klimaforandringer. Globalt er der derfor taget beslutning om at reducere udledningen af specielt CO2, der umiddelbart er den største kilde til klimaforandringer. Alligevel viger politikere verden over tilbage fra at gribe ind overfor den hastigt stigende biltrafik og den stadige udbygning af kraft-varmeværkerne drevet af olie og gas. Samtidig mangler viljen til mere offensivt at satse på anvendelsen af vedvarende energikilder. Det er nødvendigt at øge fokuseringen på disse problemer. Det vil ikke afværge de vidtrækkende klimaforandringer, der allerede er i gang, men vil forhåbentligt kunne bremse en endnu mere katastrofal udvikling.

K.G.H.


Litteratur

Norges Naturvernforbund: Energi, miljø og samfund, Oslo 1974.
(snm)-Oslo: Energi - tjener eller herre?, Oslo 1975.
I. Illich: Energy and Equity, London 1974.
B. Commoner: The Poverty of Power, New York 1976.
Aksjon mod Atomkraft: Energi og Atomkraft, Oslo 1977.