Kretsloppet i naturen

Kretsloppet i naturen
Solen är livets motor. Den har lyst över jorden fyra och en halv miljarder år.
Dess strålar innehåller energi som tas upp av de gröna växterna.
Trädens gröna blad är naturens solfångare.
Växterna använder solenergin för att samla in främst koldioxid och vatten.
Av detta bygger de upp sina stjälkar, stammar, rötter, blommor och blad.
En del av solens energi har på så sätt fångats in i växternas vävnader
– främst i form av socker – en process som kallas fotosyntes.
Vid tillverkningen av socker bildas en restprodukt – syre.
Alla levande varelser behöver energi för att leva.
Men djur, svampar och de flesta bakterier kan inte som de gröna växterna
fånga upp solenergin direkt.
I stället får de energi genom att bryta ner det socker växterna byggt upp.
Djur tar upp energi genom att äta växterna eller äta växtätande djur.
Svampar och många bakterier måste också ”äta”.
Det tänker vi sällan på, då vi inte med blotta ögat kan se hur det går till.
För att kunna förbränna energin i sockret måste de alla ha syre – de måste
andas.
Restprodukter blir koldioxid och vatten.
Växter, djur, svampar och bakterier är således inbegripna i ett kretslopp, där
all materia vandrar runt.
Det enda som flödar igenom systemet är solens energi.
Den kommer till jorden i form av högvärdig strålningsenergi som driver livets
kretslopp.
Energin lämnar sedan jorden i form av lågvärdig värmestrålning.
www.gnm.se 1 031-775 24 00

Den gröna fabriken
Nästa gång du går ut i trädgården eller i skogen, ge dig tid att beundra ett träd
en stund.
Du står inför världens i särklass effektivaste fabrik – helt utan avfallsproblem.
Och inte bara det – ur avfall tillverkar den gröna fabriken sina produkter.
Om vi med vår teknik kunde upprepa den bedriften skulle det innebära att vi
i våra fabriker ur rök, aska och sopor framställde datorer, bilar, kläder eller
andra användbara ting.
Och detta med endast solljuset som energikälla.
Även om vi tycker att vi kommit långt i vår tekniska utveckling, har vi en bit
kvar innan vi kan tävla med de gröna växternas avancerade och högeffektiva
teknik.
För att förstå hur effektiv den är kan man betrakta en växande björk.
Den är ytterst komplicerad till sin struktur och bygger sig själv från avfall.
Runt björken hittar vi dock inget byggavfall.
Jämför det med hur det ser ut kring ett mänskligt bygge!
Som sagt, vi har en bit kvar.
www.gnm.se 2 031-775 24 00

Kretsloppets kemi
I sin enklaste form ser livets kretslopp ut så här:
En kol- och två syreatomer bildar en molekyl koldioxid.
Vatten består av en syreatom och två väteatomer.
Med hjälp av solenergi samlar de gröna växterna
in utspridda och oordnade koldioxid- och vattenmolekyler
och ordnar dem till nya molekyler.
När sex molekyler vardera av koldioxid och vatten sätts samman
vid fotosyntesen bildas en molekyl socker.
Den består av sex kolatomer, tolv väteatomer och sex syreatomer
som sitter ihop på ett speciellt sätt.
Alla syreatomer i koldioxiden och vattnet går alltså inte åt.
Det blir tolv över.
De sätts samman två och två och bildar därmed sex syremolekyler.
För att ordna atomerna så att de bildar en sockermolekyl krävs solenergi,
varav en del binds i sockret.
Solenergi omformas därvid till kemisk energi som frigörs när sockret
förbränns, d.v.s. när det reagerar med syre och återgår till koldioxid och
vatten.
Det är denna energi som djuren, svamparna och de flesta bakterier lever av.
När energins arbetsförmåga förbrukas avges koldioxid, vatten och värme.
Koldioxiden och vattnet stannar kvar på jorden
det är samma atomer som gått runt i kretsloppet
sedan tidernas begynnelse.
Värmen däremot strålar ut i rymden.
www.gnm.se 3 031-775 24 00

Termodynamik eller värmelära
Denna vetenskap har två mycket viktiga lagar.
1. Energi och materia kan inte produceras eller förstöras
2. Allting sprids (entropilagen)
Om vi förstår de här två lagarna, förstår vi också varför det kan uppstå
miljöproblem.
Energi och materia kan aldrig skapas eller försvinna.
De kan bara övergå i andra former.
Som du förstår av molekylmodellerna är det samma atomer som vandrar runt
i kretsloppet.
Det gäller all materia på jorden.
Exergi – energins arbetsförmåga
Energins arbetsförmåga kallas exergi.
Olika former av energi har olika grad av exergi.
Energi kan omvandlas från en form med hög grad av exergi till en med lägre –
men aldrig tvärtom.
Vid varje omvandling förloras en del av energin.
Det som förloras blir värmeenergi som sprids till omgivningen.
När arbetsförmågan är helt förbrukad har all energi övergått till värme, som
är den lägsta formen av energi.
När vi i vardagslag talar om energi, menar vi egentligen exergi.
Det är energins arbetsförmåga vi förbrukar, inte energin eftersom den varken
kan produceras eller förstöras.
www.gnm.se 4 031-775 24 00

Varför blir det så stökigt på ditt rum?
Lagen om materiens inneboende illvilja?
Nja, inte helt rätt – men nästan.
Du såg nyss att entropilagen säger att allting sprids.
Den handlar egentligen om sannolikhet.
Om du tänker efter så finns det oändligt många olika sätt att placera dina prylar
huller om buller, men bara ett fåtal sätt som du vill ha dem ordnade.
Om du bara kastar in grejerna i rummet så är sannolikheten att de skulle hamna så
som du (eller kanske snarare din mamma) önskar, praktiskt taget lika med noll.
För att få dina prylar ordnade precis som du vill ha dem, måste du städa, d.v.s.
tillföra energi.
Jodå, det är du pinsamt väl medveten om?
Ordningen du skapar när du städar är ett osannolikt tillstånd,
(ett konstaterande din mamma antagligen mer än gärna instämmer i).
Om du inte fortlöpande tillför energi, d.v.s. upprätthåller ordningen,
är det snart lika ostädat igen, då oordningen är ett mer sannolikt tillstånd.
www.gnm.se 5 031-775 24 00

Entropilagen – välbekant men ändå okänd?
Entropilagen säger oss att naturliga processer alltid går från en högre grad av
ordning till en lägre; från kontrast till utjämning; från det osannolika till det
sannolika.
För att uppnå och upprätthålla en hög grad av ordning måste energi tillföras.
Men detta sker alltid till priset av större oordning någon annanstans i
systemet.
När du städar ditt rum använder du energi.
Maten du ätit förbränns med hjälp av syret du andas in och övergår i
koldioxid och vatten som du andas ut.
Den kemiska energin i maten övergår i värme, något som du märker när du
arbetar dig svettig.
Den ordning du skapar medan du arbetar sker alltså till priset av en större
oordning i form av lågvärdig värmeenergi och utspridda koldioxid- och
vattenmolekyler.
www.gnm.se 6 031-775 24 00

Solen
När solen driver livets kretslopp på jorden förbrukas solenergins
arbetsförmåga - dess exergi.
Den ordning som växterna med hjälp av solenergin skapar på jorden sker till
priset av en större oordning i världsrymden när den lågvärdiga värmeenergin
strålar ut.
Det är livsviktigt att samma mängd energi som strålar in mot jordytan också
lämnar den.
I annat fall skulle energin lagras i form av värme; jorden skulle hettas upp och
bli obeboelig.
Att genomströmningen av energi innebär ökad oordning är för vårt
vidkommande inget bekymmer eftersom den hamnar i rymden.
Solen kommer att leverera högvärdig energi i fyra miljarder år till,
så ur vår synvinkel är solenergin evig.
Solen skiner över havet och värmer upp vattnet.
När det blir varmt förångas det, stiger i atmosfären, förs in över land, kyls av
och faller ner som regn.
Regnvattnet samlas i vattendrag och börjar sin färd tillbaka mot havet.
Vattnets rörelse kan vi utnyttja genom att låta det forsa genom turbiner.
Här övergår en del av vattnets rörelseenergi till elektrisk energi.
Den kan sedan driva ett tåg, varvid en del av den elektriska energin återigen
övergår i rörelseenergi.
Vid varje omvandling minskar exergin eftersom en del av energin går förlorad
i form av värme.
När tåget rör sig förloras också värme genom friktion mellan hjul och räls,
luftmotstånd m.m.
www.gnm.se 7 031-775 24 00

Entropilagen – svår att förstå?
Kanske inte så konstigt?
Entropilagen formulerades första gången på 1800-talet.
Varför dröjde det så länge innan den upptäcktes?
Antagligen därför att människan under mer än 99 % av sin existens aldrig
behövt bekymra sig om dess konsekvenser.
Under stenåldern använde man verktyg av sten, trä och ben och klädde sig i
djurhudar.
Uttjänta verktyg och persedlar kunde man helt enkelt slänga bort var som
helst.
Allt som var tillverkat av trä, ben eller hudar bröts snart ner och gick in i
kretsloppet.
Stenverktygen blev visserligen kvar, men eftersom de inte var tillverkade av
några giftiga ämnen vållade de inga problem.
Här kan du se några stenåldersverktyg och jämföra dem med nutida
motsvarigheter.
Stämjärn tillverkades av bäverns underkäke.
När verktyget var utslitet var det bara att slänga.
Skelettdelar innehåller kalk som är eftertraktat av många djur. Skogsmössen
gnager gärna på benrester från döda djur.
Det dröjer oftast inte länge förrän de är borta.
Ett modernt stämjärn med plastskaft blir däremot kvar länge.
Metallen rostar och försvinner, men plasten bryts ner mycket långsamt.
Plaster är naturfrämmande material som tillverkats av olja.
Det tar lång tid för bakterier att ”lära sig” att bryta ner dem.
T.o.m. vi själva blev besvärliga att bryta ner sedan vi började laga våra tänder
med amalgam och plaster.
Så länge de inte var bofasta behövde stenåldersmänniskorna aldrig bekymra
sig om var de skulle göra av sitt avfall.
www.gnm.se 8 031-775 24 00

Matrester kastade de bara över axeln.
När man lämnade lägerplatsen blev matresterna snabbt omhändertagna av
rävar, kråkor, möss och andra djur.
Eftersom det inte fanns särskilt många människor på den tiden och eftersom
de inte bodde på samma plats under långa tider blev det aldrig några
anhopningar av avfall.
Det var först när människorna blev många och bofasta som det började bli
bekymmersamt med nedsmutsning.
I byar och städer ansamlades avfall, vilket kunde vålla sanitära olägenheter och
spridning av sjukdomar.
Men det var inte förrän människan började hantera energi och materia i stor
skala som det började bli riktigt allvarligt.
www.gnm.se 9 031-775 24 00

Industriåldern
När vi började med produktion av varor i industriell skala verkade det till en
början som om allt var frid och fröjd.
Massor av varor kunde produceras till synes snabbt och effektivt.
Men efter ett tag började en del avigsidor göra sig gällande.
Att producera varor innebär att sätta samman råvaror på ett speciellt sätt –
d.v.s. skapa ordning.
Som vi sett av värmelärans huvudsatser sker detta alltid till priset av större
oordning någonstans i systemet.
Det här märktes först genom att miljön runt industrierna blev förorenad.
Hur skulle man lösa detta problem?
Under 1950- och 1960-talen tänkte man sig att det nog skulle gå att lösa
problemen om man spädde ut föroreningarna tillräckligt.
Om man bara byggde tillräckligt höga skorstenar skulle inte föroreningarna
hamna i grannskapet och problemet var löst – trodde man.
Men vi som nu lärt oss lite värmelära inser att det här inte kunde fungera.
Bara för att föroreningarna sprids ut lite mer försvinner de ju inte.
T.o.m. i Sydpolens is finns miljögifter som kommer svenska fabriker.
Under 1970-talet övergavs utspädningsfilosofin.
I stället försökte man rena bort miljöfarliga utsläpp.
Nu satte man speciella filter på skorstenarna för att hindra farliga ämnen att
komma ut i luften. En liten del av miljögifterna hamnade nu i skorstensfiltret,
men den största delen kom via varorna ut genom fabriksportarna och
hamnade i butikerna.
Var lägger man ett skorstensfilter?
Och vilken är slutstationen för de produkter som tillverkades i fabriken?
Jo, naturligtvis soptippen. Men stannar de farliga ämnena kvar där?
Nej, inte i längden. När det regnar på soptippen följer miljögifterna med
regnvattnet. På så sätt sprids de i naturen.
Problemet var alltså fortfarande inte löst. Det enda man lyckades åstadkomma
med reningsmetoden var en fördröjning av giftspridningen.
www.gnm.se 10 031-775 24 00

En droppe i havet – och sen…
Man kanske kan tro miljögifter som hamnar i havet borde bli så utspädda i
den väldiga vattenmassan att de inte kan utgöra något hot.
Men när miljögifter kommer ut i naturen kan de anrikas i biologiska
näringskedjor.
När DDT började spridas upptäcktes det snart i mycket låga koncentrationer i
havsvattnet.
Men det visade sig också att koncentrationen i plankton var hela 800 gånger
högre än i vattnet.
Plankton utgör föda för blåmusslor som filtrerar ut dem ur havsvattnet.
Ungefär 90 % av maten ger energi som håller musslan vid liv.
Resten, 10 %, hamnar i musslans vävnader.
Ejdern äter musslor. Den använder då 90 % av energin i musslans vävnader
när den dyker, simmar och flyger omkring.
Endast 10 % blir kvar i fågelns egna vävnader.
När så en havsörn fångar och äter en ejder upprepas samma mönster.
Det mesta av ejderns vävnader förbrukas för att hålla rovfågeln vid liv och
bara en liten del används för att bygga upp den stora fågelns kropp.
Varje steg i en biologisk näringskedja måste alltså suga åt sig omkring tio
gånger mer energi än vad som förs vidare till nästa.
Gifter som följer med vid insugningen men som inte förbränns, anrikas då i
allt högre koncentration för varje steg i näringskedjan.
Blåmusslor kan därför förväntas ha 10 gånger högre koncentration av DDT än
vad som finns i plankton.
Ejdern bör då ha 100 och havsörnen 1000 gånger högre koncentration.
Mycket riktigt drabbades havsörnen under 1960- och 1970-talen mycket hårt
av miljögifter som den fick i sig via födan.
Häckningarna misslyckades och den gick tillbaka starkt i antal.
Efter att DDT förbjöds förbättrades situationen. De mäktiga rovfåglarna har
började återhämta sig och man kan nu åter få se dem kring våra kuster.
www.gnm.se 11 031-775 24 00

På väg mot kretsloppssamhället
Mot slutet av förra århundradet insåg man att enda sättet att undvika
spridning av miljöfarliga ämnen helt enkelt var att sluta använda dem.
Man började förstå att det är omöjligt att ur berggrunden hämta upp alltmer
metaller, kol, olja o. dy.
Alla råvaror man hämtade upp passerade i linjära flöden från berggrunden
genom fabriker till konsumenter för att efter viss fördröjning till sist hamna
som avfall på soptippar.
Dessutom fick man mer och mer problem med att placera de ständigt växande
avfallsbergen.
Ingen ville ha en soptipp till granne.
1900-talets linjära materialflöden måste således ersättas med slutna.
När vi nu kan värmelärans två grundprinciper förstår vi att lösningen på
avfallsproblemet är att imitera naturens eget kretslopp.
All materia vi hanterar måste gå runt i slutna flöden.
Det enda som kan flöda genom systemet är den eviga solenergin
Vår energi- och materialanvändning måste efterlikna naturens eget kretslopp.
I annat fall kommer vi förr eller senare att kvävas i vårt eget avfall
- för ingenting försvinner och allting sprids.
Nu bor de flesta av oss i städer.
Vi kan inte alla flytta ut på landet och vi kan inte bli stenåldersjägare igen.
Därtill är vi alldeles för många. Men hur ska vi göra då?
Är det inte jobbigt att källsortera?
Går det verkligen att kompostera mitt i storstaden?
Luktar det inte? Drar inte komposten till sig råttor?
Svaret på sådana frågor är att visst kan det uppstå inkörningsproblem
och att vägen till kretsloppssamhället ibland kan te sig törnbeströdd.
www.gnm.se 12 031-775 24 00

Men det finns helt enkelt inga alternativ om vi vill behålla vårt välstånd
och fortsätta att utveckla vårt samhälle.
Vägen till det soldrivna kretsloppssamhället är förvisso lång,
men vi har redan anträtt den.
Vi accepterar att det kommer att ta tid, men vi förstår vad som måste göras.
Och här finns enorma utvecklingsmöjligheter.
Det går att åstadkomma en hel del även om vi är många och bor i staden.
Hemligheten är att se avfallet som resurs.
Och den som begriper vilken energiinsats som ligger bakom skapandet av den
ordning som är inbyggd i en tillverkad produkt torde vara angelägen om att
bevara den och inte onödigtvis låta den gå till spillo.
Genom att sortera avfallet kan ordningen till stor del bibehållas.
Av metallskrot kan det bli stekpannor.
Av ketchupflaskor kan det bli joraformplankor
och av dem kan man bygga kompostanläggningar.
Av köksavfallet kan det bli jord att plantera grönsaker i
eller metangas att köra bil på.
Värmeflödet behandlades i den fasta utställningen.
Vi fick inte plats med det i den bantade vandringsvarianten, men texten till
avsnittet återfinns nedan.
Värme kan endast övergå från en varmare till en kallare kropp.
En kopp hett kaffe förlorar sin värme till den omgivande, kallare luften i
rummet.
Om man mäter temperaturen i rummet märker man knappast någon
förändring, trots att värmen från koppen övergår till luften.
Det beror på att värmen späds ut i den stora luftvolymen.
Tänk dej nu att du skulle försöka samla in den utspridda värmeenergin i luften
och föra tillbaka den till kaffet så att det blir varmt och drickbart igen. Det går
som bekant inte.
För att få kaffet varmt igen måste du ställa det i en mikrovågsugn eller hålla
det över en eld så att en högre grad av värmeenergi kan övergå i det kalla
kaffet och därmed värma upp det.
www.gnm.se 13 031-775 24 00