Staffan Delin om termodynamik, exergi och det ... - Exergiakademin

Exergibegreppet.
Exergi är arbete, dvs ordnad rörelse, förmåga till arbete och förmåga till förändring. Energi är rörelse eller förmåga till rörelse
i största allmänhet, således inte nödvändigtvis arbete och inte nödvändigtvis förändring.
Exergi uppträder i flera former, som energi i form av ensriktad rörelse. (jämför figur 1).
Figur 1.
Exergi är rörelse som utmärks av att partiklar, t ex atomer, molekyler, elektroner, (prickarna i
figuren) samtidigt rör sig åt ett och samma håll, (pilarnas riktning i figuren). Exempel är
vattenmolekylernas rörelse i ett vattenfall, elektronernas rörelser i en elektrisk ström i en
elektrisk ledare, Det sätt som elektronerna rör sig inne i atomerna och molekylerna, det
elektromagnetiska fältet i strålning, t ex i ljus.
Exergin kan också uppträda som materia, som struktur, t ex timmer, mat och andra former av biomassa. Den sitter i materians
kemiska egenskaper som beror på hur elektronerna inne i atomernas rör sig.
Exergibegreppet är av principiell betydelse för förståelsen av verkligheten. Ett universum av energi i fullständig jämvikt, där
verkan av alla rörelser således tar ut varandra, Rörelser huller om buller, skulle inte ha någon exergi, ingen kontrast, inga
skillnader, inga mönster och inga strukturer.jämför figur 2)
1.

Figur 2.
Energi definieras som rörelse eller förmåga till rörelse. Denna rörelse är inte nödvändigtvis
samordnad, (exergi), utan partiklarna, atomer, molekyler elektroner o s v rör sig huller om
buller. Deras ”ansträngningar” motverkar varandra och resultatet av dem blir därför noll. Detta
utmärker vad som inom termodynamiken benämns maximal entropi.
2.

Energi - Teknik - Uthållighet / Hållbarhet.
Figur 3
3.
Exergi (v g se Appendix) tillförs processerna
från det livsuppehållande systemet självt via
råvaror, drivmedel och arbetskraft.
Produkterna som bildas innehåller bara en
liten del av den tillförda exergin. Det mesta av
den förloras som värme i processerna och även
andra avfall än värme uppstår.

Figur 4
4.
I ekosystemet omvandlas avfall till resurser via
processer som överför och binder exergi från
solljuset.
Exergirika produkter, d v s resurser bildas
trots att det mesta av exergin i solljuset förloras
som värme till omgivningen (världsrymden).
Processerna i ekosystemet har ofta
100 000 000 000 000 000 000 gånger bättre
exergiöverföringsförmåga (effektivitet) än våra
industriella processer.

Figur 5
5.

Text till figur 5
Det livsuppehållande systemet kan uppfattas som sammansatt av resursskapande och resursförbrukande processer.
Resurser, råvaror, drivmedel, arbetskraft (2, i fig 5) bildas ur avfall via omvandling av exergifattig
materia,(avfall) i processer i ekosystemet (1, i fig 5) som överför och binder exergi från solljuset.
Via ”produktions”- och konsumtionsprocesser i samhället (3 & 4 i fig 5) förloras exergin (som värme). I takt med
att exergin i resurserna förbrukas omvandlas resurserna till avfall (5 i fig 5).
För att det livsuppehållande systemet inklusive samhället skall vara uthålligt, måste fixeringen av exergi och
resursuppbyggnaden i systemet vara minst lika stor som exergiförlusten och resursförbrukningen. Det betyder att
systemet måste reparera sig själv i minst samma takt som det bryts ned.
Om exergiförlusten är större än fixeringen av exergi från solljuset i systemet, bryts systemets strukturer ned
(miljöförstöring). Det betyder att systemet inte hinner med att reparera sig själv. Det leder till bl.a. att
exergifixeringen från solljuset in i det livsuppehållande systemet försvåras och minskar allt mera.
6.
För att öka fixeringen av exergi in i det livsuppehållande systemet och därmed också förbättra livsbetingelserna
här på jorden, måste ekosystemets förmåga att fixera exergi från solljuset öka. Det förutsätter expansion och
effektivisering av de exergifixerande processerna i systemet. Den biologiska mångfalden, som är en förutsättning
för samverkan mellan systemets komponenter, spelar en viktig roll i det sammanhanget.

Exergi
Figur 6
1.
Instrålning av exergi från solen
2.
7.
Förnyelse / nedbrytning av resurser
i det livsuppehållande systemet
3.
4.
5.
6
Exergi i
samhället
Tid

Text till figur 6
8.
1. Industrialiseringen börjar. Fortfarande påverkar samhällets exergiförbrukning det livsuppehållande systemet ganska
obetydligt.
2. Industrisamhället expanderar genom att resurser från det livsuppehållande systemet utnyttjas, konsumeras och
omvandlas till avfall. Naturresurserna förefaller dock fortfarande vara outtömliga så som den ekonomiska teorin
utgår från. Stor utvecklingsoptimism råder.
3. Resursuttaget ökar i takt med att ekonomin expanderar. Välståndet ökar kraftigt i länder som industrialiserats
tidigt. Stor utvecklingsoptimism råder. U-hjälp införs för att industrialisera och öka levnadsstandarden även i ännu
inte industrialiserade länder. Stor utvecklingsoptimism råder.
4. Resursuttaget från det livsuppehållande systemet ökar i allt flera länder och den materiella välfärden ökar i takt
med ökande energiomsättnig (exergiförbrukning). Tecken på att det livsuppehållande systemet börjar förändras och att
det bryts ned börjar visa sig som miljöförstöring
5. Utvecklingsoptimismen börjar vackla på sina håll, men den upprätthålls m h a förnekelse, bagatellisering och
bortförklaringar av problemen. Den stärks också m h a internationella avtal om ”miljövård”, ”teknisk utveckling”,
”energieffektivisering”, ”minskade koldioxidutsläpp”, ”decoupeling”, politiska löften om uthållig utveckling, et c.
6. Det livsuppehållande systemet överexploateras. (överavverkning, utfiskning, förorening av mark, luft, vatten,
erosion et c.). Konsekvenserna blir allt svårare att förneka, bagatellisera och förklara bort. Följden blir rimligen
politisk oro. Samhället bryter samman och populationen minskar.

Exergi
Figur 7
Förnyelse / nedbrytning av resurser
i det livsuppehållande systemet
9.
Instrålning av exergi från solen
Så här skulle exergiinnehållet (resurserna) i det
livsuppehållande systemet påverkas om akltiviteterna i
samhället vore produktiva och bidroge till systemets
uthållighet.
Exergi i
samhället
Tid

Text till figur 7
För att samhället skall bli uthålligt måste det livsuppehållande systemet i sin helhet bli uthålligt.
Aktiviteterna i samhället måste därför bidra till den totala exergifixeringen i det livsuppehållande
systemet. Vi måste samverka med våra medvarelser i det livsuppehållande systemet (ingå i den biologiska
mångfalden) så att vi tillsammans med dem ökar det livsuppehållande systemets förmåga att fixera mera
exergi från solljuset än vad som skulle vara fallet utan denna vår medverkan.
10.
Exempel på exergiberäkningar och uthållighetskalkyler i praktiken.
Två system för hantering av avloppsvatten i Smedsbyn jämförs ur uthållighetssynpunkt och
påverkan på det livsuppehållande systemet med hjälp av exergiberäkningar. Den tilltänkta
moderniseringen med anslutning till reningsverket i Uddebo är ett betydligt sämre
alternativ, som påverkar det livsuppehållande systemet och dess uthållighet negativt i
förhållande till systemet med urinseparering och kompostering. Jämför nedanstående
figurer

11.

12.