Exergibegreppet behövs för att lättare kunna förklara att det inte är energi som vi förbrukar. Energi är alltid oförstörbar. Vi förbrukar i stället energins kvalitet, dvs exergin. Enligt termodynamikens andra huvudsats är det alltid exergi som förbrukas när en process är irreversibel, till exempel genom att gå från en högre nivå till en lägre. Kortfattat kan exergi sammanfattat som ”energikvalitet”. Exergi är alltså den delen av energin som t ex går åt för att omvandla till mekaniskt arbete med hjälp av en teknisk process.
Ju fler användningsområden en energienhet har, desto högre exergivärde representerar därför energiformen. Som exempel kan en MWh elström användas till att smälta stål och restvärmen därifrån kan sedan återanvändas i många steg, innan den blivit så ”utspädd” att den inte längre kan omvandlas. Olja kan förbrännas i en panna där man kokar vatten till ånga. Den ångan kan i sin tur driva en ångturbin som är kopplat till en generator alstrar elektrisk ström och restenergin kan därefter ge fjärrvärme osv. Elström och olja är bra exempel på energi med ett högt exergivärde medan samma mängd energi (t ex en kWh) i form av 30 gradigt duschvatten i avloppet ger ett lågt exergivärde då det inte kan återanvändas speciellt många gånger.
Det är därmed en fundamental naturlag, att exergin — totalt sett — ständigt försämras. Att all exergi förr eller senare kommer att gå förlorad. När vi använder resurser, så utnyttjar vi bara exergin. Ingenting är gratis; en ökning av exergin på ett ställe kräver en ännu större minskning någon annanstans. Så totalt sett minskar ändå exergin. Alla förändringar sker därför med exergiförlust, det vill säga vara icke omvändbara. Därför är det alltid exergimässigt osmart att slösa bort högvärdig elenergi enbart för att få 20 grader varmt.
Energi eller exergi?
Termodynamikens lagar har lärt oss att energi kan inte förbrukas, energi kan endast omvandlas från en energiform till en annan energiform. Teorin om energins bevarande kom redan 1849, då James Joule och William Thomson (Lord Kelvin) myntade begreppet termodynamik.
Till exempel kan kemisk energi i form av bensin omvandlas till värme och tryckenergi i en förbränningsmotor. Dessa energiformer förvandlas i sin tur till rörelseenergi i motorns innanmäte och vidare till växellådan ut i hjulaxlarna och ut på hjulen. Bilen får därmed rörelseenergi och vi kan transportera oss. På vägen från bensinen till hjulen sker många energiomvandlingar, dessa är behäftade med förluster i form av bl a friktion, luftmotstånd etc. Bensinen vi tankar utnyttjas egentligen rätt så dåligt. Verkningsgraden för en bensinmotor är inte bättre än ca 30 %. Dessutom tappar vi många av dessa procenten ytterligare i energiomvandlingar från vevaxeln till hjulen. Bara 0,6 procent av exergin utnyttjas för persontransport.
Ändå, om vi skulle analysera den energi som vi stoppar in i motorn (se fig ovan), skulle vi kunna hitta tillbaka varenda Wh eller Joule på vägen ut från bilen. Största energimängden förvandlas till värme i avgaserna, i kylsystemet och som friktion i lager mm. Med andra ord är energin som vi matat in kommer ut igen, men i andra former än bensinenergi. Energi är konstant, det vi förbrukat är Exergi.
Om vi använder 20 000 kWh för att värma vårt hus har vi inte förbrukat energin utan bara omvandlat 20 000 kWh i någon form till värme och varmvatten. Vi vet kvantiteten, men vi har ingen aning om exergikvalitén! Var det olja, el eller biobränsle som användes? Det blir ungefär som att säga att en plånbok innehåller 10 sedlar utan att tala om vilken valör dessa har. Är det 20-kronorssedlar eller 500-lappar, eller en mix av valörer?
Att bejaka, och utgå från, Exergibegreppet har därför en avgörande betydelse för hur vårt samhälle kommer att utvecklas. Redan den en 18 november 1975, presenterade Hannes Alfvén dessa tankar i Svenska Dagbladet under rubriken Exergiutredning kan ge ny energipolitik – ”Att helt enkelt summera energi av olika värde är lika felaktigt som att ange kassabehållningen i antalet mynt utan att ange om de är enkronor eller femöringar.”
När vi förstått att alla förändringar alltid kommer att ske med exergiförluster, så kan vi välja att betrakta framtiden i form av Exergi i stället för Energi. Vi kommer då att upptäcka en helt annan verklighet än den övertro på elektrifiering som råder i dag. Med fokus på Exergi kommer många av oss att tvingas förändra sin verklighetsuppfattning, men också samtidigt upptäcka att exergi ger både nya möjligheter och andra svårigheter.
Exergibegreppet ger oss en bättre helhetssyn när det gäller både människan och miljön. Ett verktyg för att komma närmare ett cirkulärt samhälle. För övrig ett synsätt som ”first nations” i Nordamerika redan visste när man beskrev sin verklighet som ”Naturen är vår moder – sin moder äger man inte, sin moder tillhör man”. Vi ska se naturen som en vän —en del av oss själva— i stället för en fiende! Vi måste samarbeta med naturen i stället för att motarbeta den och utnyttja naturkrafterna i stället för att bli offer för dem. Genom att utnyttja människans intelligens och förmåga till samarbete kan vi främja både kreativitet och livskvalitet.
Rätt energiform skall användas på rätt plats!
Det är viktigt att understryka att exergi inte är något mått för förnybart eller icke förnybart. El med sin höga exergi skall enbart användas till det el är bra på. Till exempel: belysning, driva elmotorer, datorer m m. El skall inte användas för att tillverka ljummen värme som har en exergivärde mycket nära noll. Detta är alltid ett slöseri med exergi. Spillvärme från industrier och värmeverk med låg exergi eller restprodukter från skog och jord kan i stället med fördel användas till att värma våra bostäder.
Exergibegreppet ger alltså en annorlunda bild av vårt ”välutvecklade” samhälle. Det moderna industrisamhället framstår som en gigantisk exergislösare Vilket blir ännu tydligare om vi väljer att studera en resurskedja kring elvärme baserat på kärnkraft lite närmare. Kärnkraft är utan tvekan den mest exergi slösande energibäraren av alla.
Utbytet av Exergi då kärnbränsle i lättvatten-reaktorer omvandlas till el för att bli elvärme i våra hus är ca 0.25 promille, dvs ett utbyte av 1 på 4 000.
Kärnkraft innebär inte bara ett enormt resursslöseri — det innebär också en förödande miljöförstöring — den rådande samhällsutvecklingen är således ohållbar. Ett kanske inte alldeles smart val att bygga framtiden på?
Men, samtidigt som förlusterna avslöjas, så visas också möjligheterna till förändring och förbättring. Vi behöver använda Exergibegreppet mera. Det borde inte vara så svårt att ta till sig. I dag ökar intresset för effektivisering av energi- och materialomsättningen i takt med att vi upplever resursbrist och miljöförstöring.
Exergibegreppet borde därför bli allmänt accepterat som en standard vid all beskrivning av energi- och materialomsättande system. Barriären jag ser, är i dagsläget samhällets inkompetens och våra politikers ovilja att se till verklighetens naturlagar. Som politiker vinner man säkert fler röster bland oss okunniga medborgare genom att säga att elpriset skall sänkas – utan att ange hur det ska ske. Ena stunder är det ny kärnkraft, i nästa är det vindkraft, solenergi och kraftvärme. Exergimässigt blir skillnaden enorm.
Bengt-Erik Löfgren, ÄFAB
bengt@afabinfo.com