Det Globala Energisystemet
Sommarkurs, Föreläsning 2: Energihistoria
Ångströmlaboratoriet, Uppsala, 2011-06-03
Mikael Höök, teknologie doktor
Globala Energisystem, Uppsala Universitet
I begynnelsen...
• Människan var tämligen begränsad till
den energi som kunde omvandlas och
genereras med kroppen
• Kroppsvärme och muskelarbete var
urmänniskans första energikällor
• Människans möjligheter var därmed
relativt begränsade till vad den egna
kroppen kunde åstadkomma
Men används än...
• En del arbeten bygger
fortfarande på mänskligt
kroppsarbete
• Numera mest för nöjes
skull då maskiner ofta tar
över de tyngre sysslorna
(iallafall i i-länder)
Redskap och evolution
• Små energibesparande redskap
• Ökar sannolikheten att överleva
• Ses även hos nära släktingar
Schimpans med spjut
Krossa nötter med sten
Pinne för att komma åt termiter
Primitiva redskap
• Klubbor
• Diverse stenredskap
• Grenar och andra
funktionella träbitar
• Användes flitigt för att
åstadkomma saker
effektivare och till
mindre energiåtgång
Upptäckten av elden
• Någon gång under förhistorisk tid
upptäckte människan elden
• Sannolikt i följderna av blixtnedslag
eller andra naturliga eldfenomen
• Man lärde sig kontrollera elden och
själv skapa den
• De äldsta spåren av mänskligt bruk
av eld är runt 790 000 år gamla
Eldens möjligheter
Med eld kunde man nu göra mycket nya saker och
många dörrar öppnades för människan
• Matberedning och kokning
• Skapa keramik
• Belysning
• Ceremoni & kommunikation
• Landskapsmodifikation
• Malm- och metallhantering
Kokning
• Elden gjorde att människan kunde äta en massa
nya saker och därigenom fick mindre problem
med matförsörjningen
• Energitillskott från eld kunde användas för att
koka hårda rötter till ätbarhet, oskadliggöra
bakterier i kött och mycket annat
Keramik & Tegel
• Med värme från eld kunde vatten
drivas ut från lera
• Keramik, tegel och en rad nya
material kunde då skapas
• Dessa flexibla material erbjöd
nya möjligheter för byggnationer
och lagring av matvaror/saker
• Fortfarande viktiga än idag
Belysning
• Människans dåliga ögon är inte
lämpade för nattlig aktivitet
• Tidigare kunde man inte göra så
mycket efter att solen gått ned
• Med eld kunde man utnyttja en
större del av dygnet och var inte
länge begränsad av solljuset för
att se vad man gjorde
Eld i ceremonier
• Eld kom snabbt att spela
en viktig rituell roll
• Ceremonier, kulturella
uttryck och mycket annat
• Har haft viktig roll för
utvecklingen av kulturer
och traditioner
• Olympiska elden
Eld för kommunikation
• Eld syns över långa avstånd
• Bättre kommunikationsmedel
än den egna rösten
• Fyrbråk för varning mot fiender
• Röksignaler med varierande
betydelse
Svedjebruk och dylikt
• Med eld kunde man rensa
bort vegetation över större
arealer än tidigare
• Askan gödde marken och
gav bättre skördar
• Skog och snårskog kunde
nu enkelt omvandlas till
jordbruksmark
Malm och metallhantering
• Med värme kunde vissa malmer
enkelt smältas och omvandlas till
metaller
• Dessa var mycket hållbarare och
bättre som redskap än tidigare trä
och stenföremål
• Brons, koppar, mässing och järn
blev tidigt viktiga delar i människans
utveckling
Bränslen för elden
• Ved och trä var ofta det dominerande bränslet
• På vissa platser var vedtillgången bristfällig så
andra bränslen användes
• Däribland djurfett, torkad djurspillning, torv eller
kol
• Tillgången på brännbart material var ofta viktig
för uppkomsten av städer (bränsle fraktas lättast
via båt)
Domesticering av djur
• Människan började tidigt tämja och domesticera
djur för att utnyttja dem för olika syften
• Förutom att ge kött, mjölk och andra biprodukter
kunde de användas för att utföra arbete
• Dragdjur var vanliga inom lantbruk och för olika
typer av transport
Tidslinje över domesticering
Djur
Plats
Tidpunkt
Syfte
Hund
Östra Afrika
15 000 f.Kr
Jakt, sällskap transporter
Får
Sydvästra Asien
10 000 f.Kr
Ull, pälsar, kött, läder
Gris
Kina
8000 f.Kr
Kött, läder
Get
Iran
8000 f.Kr
Mjölk, kött, ull
Ko
Afrika
8000 f.Kr
Mat, arbete, transportrt
Åsna
Egypten
5000 f.Kr
Mat, arbete, transporter
Buffel
Asien
4000 f.Kr
Mat, arbete, transporter
Häst
Eurasiens stäpper
4000 f.Kr
Mat, arbete, transporter
Dromedar
Arabien
4000 f.Kr
Mat, arbete, transporter
Ren
Ryssland
3000 f.Kr
Mat, arbete, transporter
Yak
Tibet
2500 f.Kr
Mat, arbete, transporter
Lama
Peru
2400 f.Kr
Mat, arbete, transporter
Energi och effekt från olika djur
Djur
Effekt
[W]
Arbetstimmar per
dag [timmar]
Levererar energi
per dag [MJ]
Draghäst
500-600
10
18
Oxe
450
6
10
Mulåsna
400
6
8
Åsna
200
4
4
Kamel
650
6
14
Buffel
500
5
9
Människa
60-100
6-12
2-4
Som jämförelse innehåller ett fat olja 6.12 MJ och maskiner kan
ofta utveckla effekter på hundratals, tusentals eller miljoner Watt
Källa: FAO - Tools for Agriculture, 1992
Olika exempel
Draghästar är riktiga kraftpaket
Åsnor är inte riktigt lika starka
Djurdrivna apparater
• Används fortfarande i olika tillämpningar
Kameldriven vattenpump i
Afghanistan
Oxdriven jordnötskvarn
i Thailand
Den neolitiska revolutionen
• Tack vare eld och domesticeringen av djur började
människan gå från den nomadiska jägarsamlarkulturen och skapa permanenta bosättningar
kring år 8 000 f.Kr
• Jordbruk och boskapsskötsel blev hörnstenar i
samhället och den kulturella utvecklingen satte fart
på allvar
• Nya energisystem och tekniker gjorde det möjligt att
överleva på en och samma plats jämfört med tidigare
Energi från slavar
• Mer komplicerade sysslor kunde
inte göras av arbetsdjur eller
primitiva maskiner
• Många samhällen och kulturer
har varit extremt beroende av
slavar för att få olika
arbetsintensiva sysslor att bli
utförda
Egyptisk slaverimålning
Slavhandel
Slaveri som energikälla
• Kan dateras tillbaka till långt innan 2000 f.Kr
• Återfinns i alla stora historiska civilisationer världen
över (Egypten, Akkadien, Grekland, Persien, Inca,
Aztek, Rom, Kina, Indien med flera)
• Var en blandning av skuldslaveri, bestraffning av
kriminella, krigsfångar, övergivna barn och de som
föddes in i slaveri via sina föräldrar
Slaveri var viktigt
• Mellan 40-80% av befolkningen i Grekland var
slavar och runt 25% i Romarriket
• Jordbruk, gruvbrytning och andra tunga fysiska
arbeten dominerades ofta av slavar
Den stora slaveriperioden
Varuhandel
Ombord på ett slavskepp
Miljontals slavar flyttades
Slaveriets olika former
• I Västeuropa förbjöds slaveri på 1200-talet men
ersattes av olika typer av livegendom
• Träldom, slaveri och dylika former var vanliga i
Asien och Mellanöstern långt in på 1800/1900-talet
• Till sist gjorde tekniken behovet av slaveri nödigt och
det kom att minska i omfattning världen över i takt
med att industrialiseringen ändrade villkoren
Slaveri ersätts av industri
• Efter Amerikanska inbördeskriget förbjöds
slaveriet år 1865
• Sammanfaller med ångmaskinerna och
uppgången av fossil energianvändning
• Industrier kunde nu använda mekaniska arbetare
som aldrig behövde vila eller krävde lön
Slavar ersätts med andra
energikällor
Robotar och maskiner
• Ordet “robot” kommer från ett slaviskt ord som
betyder “slitgöra” och “tungt arbete”
• Nya maskiner, robotar och motorer kunde med
ökande tillförlitlighet och kapacitet ta över mycket
av de tunga fysiska arbetet som tidigare utförts
av människor
• Maskiner har tagit över rollen som slavar i det
moderna samhället
Mänsklig uppfinningsrikedom
• Mänsklig uppfinningsrikedom tog fart redan under
den tidigaste delen av civilisationen
• Hjulet betydde mycket för transporter, då saker
kunde flyttas enklare och med mindre
energiåtgång
• Olika apparater och primitiva maskiner började
dyka upp under antiken och ta över en del sysslor
från människor och tama djur
• Fortsatt utveckling sedan dess
Människodrivna maskiner
• Olika typer av spel
användes flitigt i primitiva
maskiner
• Medelhavsländerna var
pionjärer på området
under Antiken
• Förekom i många
varianter, men främst för
kranar och lyftanordningar
Hjuldriven kran
• Människor fick gå runt i
hamsterhjulet för att
lyfta tunga lass
• Enkel och effektiv
design som egentligen
bara krävde dugliga
snickare
• Designen används än i
dag på vissa platser
Pedalkraft
Pedaldriven svarv
Pedaldriven finsåg
Värmemotorn
• Det som verkligen
revolutionerade
samhället var
uppfinningen av
värmemotorn
• En maskin som kan
omvandla
värmeenergi till
mekaniskt arbete
Studier av vattenånga
• Ånga tar upp mot 1600 gånger mer volym än
vätska och ökar därmed trycket
• Genom att värma vatten så att det blir ånga och
sedan kyla ned det till vatten igen kunde man få
en kolv i en cylinder att åka fram och tillbaka
• Robert Boyle och andra tidiga forskare inom
termodynamik hade noterat hur temperatur, tryck
och volym hängde ihop men inte sett den
tekniska betydelsen av detta
Ångmaskinen
• Principen känd sedan
antiken men ingen hade
fått den att kunna ge
nyttigt arbete
• Nya framsteg under
1600/1700-talet löste
detta problem
• Thomas Savery gjorde
den första användbara
ångmaskinen år 1698
Grekisk Aeolipile
Newcomens ångmaskin
• Saverys ursprungliga
design var opålitlig och
exploderade ofta
• Thomas Newcomen gjorde
en förbättrad och
kommersiellt framgångsrik
ångmaskin år 1712
• Fortfarande långt från
perfekt men banbrytande
James Watt – vår hjälte
• Arbetade som ung ingenjör med
ångmaskiner av Newcomens typ
• Insåg att de kunde förbättras
avsevärt
• Designade sina egna ångmaskiner
som var runt fem gånger bättre än
Newcomens föregående modeller
• Kunde även skapa roterande
rörelse
James Watt
1736-1819
Den industriella revolutionen
• Med värmemotorer kunde mänskligt arbete
ersättas och man kunde åstadkomma mycket
mer arbete på kortare tid tack vare nya maskiner
• Ångmaskiner kunde driva fartyg, pumpa vatten,
lyfta saker och driva allehanda andra maskiner
precis där man ville
• Halvmekaniserade manufakturer och tidiga
fabriker började dyka upp som svampar ur jorden
Gammal metallpress
Snickerifabrik
Bränsle för maskinerna
• I takt med att mer och mer maskiner krävde bränsle
liksom allt fler och fler människor behövde värme
blev det en stor efterfrågan på ved
• Avskogning blev ett påtagligt problem i flera länder,
exempelvis England likaså Dalarna i Sverige
• Man började leta efter andra bränslen för maskiner
och industri samtidigt som dessa ställde högre krav
på renhet och energiinnehåll i bränslena
Träkol
• Vanlig ved är för oren och
innehåller mycket
föroreningar som skapade
problem
• Energiinnehållet var också
för lågt varpå man gjorde
om veden till träkol som är
bättre
• Kolare och kolmilor
Kolmila i Småland
Tidig kolbrytning
• Kolbrytning har förekommit
sedan bronsåldern över hela
världen
• Romarna bröt exempelvis kol i
Storbritannien för att värma hus
• Omfattningen var dock liten fram
till den industriella revolutionen
Kinesisk kolgruva under
Mingdynastin
Kolbrytningen tar fart
• Brist på skog gjorde att
man vände sig till kol
• Ny teknik och
ångmaskiner som kunde
pumpa upp vatten ur
gruvor gjorde att man
kunde bryta på större
djup än tidigare
• Tungt och farligt
Kolgruvearbetare
Gruvans faror
• Ständig rasrisk
• Takförstärkning blev
standard först på 1800-talet
• Explosioner från associerad
metangas och koldamm
• Kolmonoxid och svavelväte
• Säkerhetslampor
Gruvolyckor
Lampor och kanariefåglar
• Säkerhetslampan kunde ge
sken utan att riskera att
antända explosiva gaser
• Kanariefåglar i burar användes
för att upptäcka andra giftiga
gaser som kolmonoxid (ända
till 1900-talet)
• Kolgruvor var och är
fortfarande farliga
Kolet sinade till sist...
Källa: Höök (2010) Coal and Oil: The Dark Monarchs of Global Energy
Ökande urbanisering
• Under 1800-talet växte städerna kraftigt då växande
ekonomier ropade efter allt mer arbetare
• Innan uppfinningen av elektriciteten var olika typer
av ljus, facklor och oljelampor de enda ljuskällorna
som fanns att använda
• Ökad efterfrågan på belysning var big business
• Stadsgas, vaxljus och valolja var vanliga ljuskällor
Den viktiga belysningen
Lampor för valolja
Stadsgas i gatulampa
Valar var viktiga
• Förutom valolja försåg
valar samhället med en rad
andra produkter
• Valben maldes till
konstgödsel
• Valbarder användes i
korsetter och fiskespön
• Valar var extremt värdefulla
Valjaktsskepp lossar last
Sinande tillgång på valar
Källa: Höök et al (2010) Development of oil formation theories and their importance for peak oil.
Marine and Petroleum Geology, Volume 27, Issue 9, October 2010, Pages 1995-2004
Fotogenet upptäcks
• Råolja har varit känt sedan
antiken men utan praktisk
tillämpning
• På 1800-talet lyckades
kemister utvinna fotogen från
råolja och naturligt
förekommande asfalt
• Fotogenet var överlägset
valoljan som ljuskälla
Abraham Gesner
1797-1864
Oljan gör entré
• Gesners upptäckt av fotogenet
öppnade många dörrar
• Överste Drake hittade olja i Oil
Creek i Pennsylvania år 1858
• Fotogenet kunde nu göras
billigare från olja än från kol
och asfalt
• Trängde snabbt ut valolja
Olja ersätter valar
Den tidiga oljeboomen
• Investerare och
lycksökare strömmade
till Pennsylvania för att
tjäna på det svarta
guldet som flödade upp
• Den första oljeboomen
inträffade och en skog
av borriggar sköt upp
Oljeäventyr i Europa
• Nobelfamiljen hade ett
eget oljeäventyr i Bakuregionen vid Svarta
Havet
• Polen och andra länder
fick också små
industrier som
blommade upp
• USA dominerade stort
USA tar täten
Vid 1900-talets början är USA världens största oljeproducent
och dominerar helt på oljefronten
Standard Oil
• John D. Rockefeller
grundar Standard Oil
Company år 1870
• Det blev snabbt
världens ledande
oljebolag
• Rockefeller blev den
rikaste mannen i
världen och en
industriell kejsare
Oljearbetare, början av 1900-talet
Källa: Maverick Energy Inc.
Nya motorer
• Bensin och Dieselmotorn utvecklades i slutet av
1800-talet
• Nu kunde även dessa drivmedel utvinnas från
oljan så detta område blev ännu viktigare när
fotogenen började trängas ut av elektrifieringen
• Bilar och nya transportsystem kom att
revolutionera USA och senare spridas till Europa
Standard Oil
Standard Oil fick nästan fullständigt monopol på
olja och raffinaderitjänster i USA och hela världen
Standard Oil slaktas
• Anti-monopollagar tvingas Standard Oil att brytas
upp i 34 separata bolag efter massiv folkligt
missnöje
• Jersey Standard blev senare Exxon
• Standard Oil of New York blev Mobil
• Standard Oil of California blev Chevron
• Continental Oil of Indiana blev Amoco
• And many other offshoots
Första Världskriget
• Ett fåtal länder hade gått över till olja innan första
världskriget
• Olja innehåller mer energi per volym än kol
• Första världskriget blev mycket en kamp mellan
Tysklands koldrivna ekonomi och järnvägar mot
de allierades oljedrivna lastbilar och andra fordon
Ny kemi utvecklas
• Tyska kemister uvecklas Haber-Bosch och
Fischer-Tropschprocesserna
• Plast börjar tillverkas storskaligt
• Nya flytande bränslen och motorer ökar behovet
av petrokemikalier
• Många nya petrokemiska processer gör
massproduktion av allt från läkemedel till
mattillsatser möjligt
Haber-Bosch Process
Världens viktigaste kemiska process som ensam använder cirka
1% av all energi i samhället
Andra Världskriget
• Oljeregioner = strategiska mål
• Stark roll för drivmedel och
mekaniserade förband
• Utvecklingen av nukleär
teknik mot krigets slut
• Långtgående politiska
konsekvenser
Efter andra världskriget
• Energibrist i Europa på grund av brist på kol
• Detta löses genom att importera olja från
Mellanöstern
• USA når sin maximala oljeproduktion 1970 och
produktionen börjar avta samtidigt som
importberoendet ökar
• Globalt beroende av Mellanösterns olja
Ännu mer nya produkter
• Syntetiska fibrer som nylon, rayon, kevlar,
spandex med mera
• Ännu fler typer plaster utvecklas (exempelvis
teflon och pvc)
• Den gröna revolutionen startar med billigt
konstgödsel och besprutningsmedel som alla
utvinns från olja och naturgas
Olja – mer än vad ögat ser!
Över 4000 produkter görs av olja, däribland:
DVDer, asfalt, parfym, värmeljus, plast, lösningsmedel,
bensin, diesel, smörjoljor, bildelar, deodorant, mediciner,
mattor, sprängämnen, kontaktlinser, tvättmedel, färg,
aspirin, nylon, konstfibrer, vinyl, tändargas, petroleumkoks,
elektroder, paintballkulor, glasyrämnen (E905),
hudvårdsprodukter, återfuktningskräm, tjära, cykeldäck,
syntetgummi och mycket annat….
Historiska trender
• Världens energiförsörjning var starkt begränsad
innan den industriella revolutionen satte fart
• Innan dess använde vi bara kroppsarbete och
biomassa, men nu kom en rad andra energikällor
in i bilden
• Energiförbrukningen och användandet har
exploderat efter 1800-talet
• Enbart mellan 1949 och 1972 har världen
tredubblat sin energikonsumtion
Världens energiförbrukning
Befolkningstillväxten
Världsekonomin
Sammanfattning
• Den industriella revolutionen innebar en radikal
ökning av användandet av fossil energi
• Energikonsumtionen har ökat extremt mycket
sedan 1950
• Fossila bränslen är inte bara vitala aktörer I
historien utan I varenda del av det moderna
samhället, däribland som plats och inom
jordbruket
Tack för uppmärksamheten!
Läs mer om forskningen här:
Globala Energisystem: http://www.fysast.uu.se/ges/
ASPO: http://www.peakoil.net eller http://www.asposverige.se
