Energibalans

Energibalans för kroppen,
samhället och jorden.
Energibalans
Energiprincipen säger att energi är oförstörbar
och inte kan skapas. Jag visar exempel på
energibalans för kroppen och för jorden, samt
diskuterar om samhällets energibehov och
energitillförsel kan vara förenliga med en
hållbar utveckling.
för kroppen, jorden och samhället
Fysikdagar Karlstad 7oktober 2010
Mats Areskoug
1
2
3
4
Kroppens omvandling av materia
och energi
Vi mäter
Mätresultaten
Koldioxidhalt (ppm)
Luftfuktighet (%)
Temperatur (oC)
Syrehalt (%)
5
7
Jämförelse med 100 W lampa
Förbränning
• Sker i
100 W
lampa
– Kroppen
– Brasan
– Bilmotorn etc
Kropp
• Kol och väte förenar sig med syre
• Det bildas koldioxid och vattenånga
• Energi frigörs
8
9
Kroppens energibehov per dygn
Respiration, förbränning, förmultning
100 W = 100 J/s
koldioxid + vatten
På ett dygn blir energibehovet
100 . 3600 . 24 J = 8,6 MJ = 2100 kcal
Bränsle eller föda + syre
12
Sammanfattning,
Kroppens energibalans
15
Jorden i energiflödet från solen
• Energiomvandlingen motsvarar effekten 100 W
174 000
174 000
• Koldioxidhalten ökar med c:a 1000 ppm
på 5 minuter i 1 kubikmeter luft
0,3
2
11
16
0,002
0,9
Energiflöden i terawatt, TW
17
Effekt per person
Koldioxidhalt i atmosfären
Koldioxidhalt i atmosfären
• Teknisk effekt (samhället: uppvärmning, transporter,
industri):
14 TW =14 000 000 000 000 W
• Antal människor på jorden:
7 miljarder = 7 000 000 000
390
380
14 000 000 000 000
W = 2000 W
7 000 000 000
Koldioxidhalt / ppm
Teknisk effekt per person:
400
370
360
350
340
330
320
310
Biologisk effekt (kroppen): 100 W
300
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
2020
Tid / år
18
Koldioxid på gott och ont
29
Fotosyntesen
koldioxid + vatten
Socker + syre
Växten omvandlar sockret vidare till kolhydrater,
proteiner, fetter.
30
31
Koldioxidhalt i atmosfären
400 ppm
Atmosfärens tjocklek är 10 000 m
400 miljondelar motsvarar 4 meter
4 meter
32
CO2
33
Tillförselperspektiv
Primära
energikällor
Energi till vad?
Användarperspektiv
Energi Energitjänster
Energitjänster
34
Energitjänster
35
Uppvärmning
Vi har behov av bekvämligheter och tjänster,
som energin kan utföra - energitjänster
Energi behövs för att
• Höja temperaturen
• Ersätta värme som förloras genom väggar o fönster
– Mat
– Lagom temperatur
– Bra belysning
– Tillredning o förvaring av mat
– Resor o transporter
– Tillverkning av varor
– Information o kommunikation
36
Passivhus
37
Resor och transporter
Med tillräckligt bra isolering behövs ingen
energi för att hålla temperaturen konstant
• Köp huset uppvärmt, sen behöver du aldrig elda.
• Passivhus: klarar sig på värme från människor och
hushållsapparater.
100 000 km/h
38
• Ingen energi behövs för att resa med
konstant fart
39
Energi för transporter
Energi behövs för att
Kör bil som du cyklar!
• Övervinna friktion
• Övervinna luftmotstånd
• Öka farten
• Välpumpade däck (litet rullmotstånd)
• Lagom fart (litet luftmotstånd)
• Släpp gasen i stället för bromsa (tag
vara på rörelseenergin)
40
41
Energihushållning på olika sätt
Sveriges energianvändning
• Likvärdig energitjänst på alternativt sätt
(ändrat semestermål, varmare tröja, åk kollektivt…)
• Effektivare energianvändning
(lågenergilampa, ecodriving, energisnåla fönster…)
• Energiåtervinning
(värmeåtervinning, hybridbil…)
• Ingen onödig energi
(standby, varmvattenskran…)
• Välj energislag
(förnybar energi eller ändliga resurser)
• Ingen onödig energikvalitet
(solvärme till varmvattnet, el till datorn)
Med dessa metoder kommer man långt. Sist kommer:
• Snåla (kallare, färre resor, mindre shopping…)
42
43
Tillförselperspektiv
Energihushållning
Användarperspektiv
• Individens val
– Vanor, ideologi och pengar
• Samhällets styrmedel
– Skatter, miljöbilsspremie, biltull, statsbidrag till
solfångare
Primära
energikällor
Energi Energitjänster
• Företagens vägval
– Bensinbolag satsar på solceller
44
45
Primära energikällor
Hållbar utveckling
Tre vägar för energiframtiden
• En utveckling som tillfredsställer våra behov
utan att äventyra kommande generationers
behov
Resursperspektiv
Naturresurser
Fossilenergi
• Kol
• Olja
• Fossilgas
Utsläppsperspektiv
Kärnenergi
• Fission
• Fusion
Förnybar (flödande) energi
• Solenergi
• Geotermisk energi
• Gravitation (tidvatten)
Energi Utsläpp
•Solvärme
•Solel
•Värme från luft, mark och vatten
•Vattenenergi o vindenergi
•Bioenergi
46
Miljökonsekvenser, energi
Fossilenergi
Kärnenergi
• Klimatpåverkan (växthusgasen
koldioxid)
• Försurning
• Hälsofarliga utsläpp
• Radioaktivt avfall
• Olyckor med radioaktiva
utsläpp
47
Sveriges energitillförsel
Förnybar (flödande) energi
• Estetiskt
• Stora markytor utnyttjas
• Olycksrisker
48
49
Respiration, förbränning, förmultning
koldioxid + vatten
Bioenergi
Bränsle eller föda + syre
50
52
Förbränning:
den bundna
energin frigörs
(ofta som värme)
Fotosyntesen
koldioxid + vatten
Fotosyntes:
solenergi binds
mellan atomerna i
sockermolekylen
koldioxid + vatten
Socker + syre
Växten omvandlar sockret vidare till kolhydrater,
proteiner, fetter.
53
Socker + syre
54
Hantering av biobränsle kan
medföra utsläpp
Jordbruks- o skogsmaskiner
Konstgödning
Bekämpning
Transporter
Förädling
Försäljning
Biobränsle är (i sig själva)
koldioxidneutrala för atmosfären
Återställer den koldioxid som
växten bundit genom fotosyntesen
55
56
Fjärrvärmeproduktion
Solvärme
57
58
Temperaturer i
experimentsolfångare
Solfångare med lagringstank
70
50
o
Vattentemperatur /C
60
40
Vatten ut
Vatten in
Vattentank
30
20
10
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
Tid / h
59
60
Vakuumsolfångare
Solfångarens vekningsgrad
små värmeförluster från
absorbatorplåten
62
64
Vakuumsolfångare
Sol-el
66
9 Solel
Mats Areskoug, Malmö högskola
89
Dalmatinerbanan
Sol-el i Malmö
- en modell för energiomvandlingar i solcellen
90
91
Dalmatinerbana
- rulltrappa upp,
rutschkana ned
Solcell –
fotonenergi upp,
strömkrets ned
93
9 Solel
Solcellsdrivna leksaker
Mats Areskoug, Malmö högskola
94
Solceller, elenergi per månad
Solceller Orkanen 2009
Elenergi per månad (kWh)
200
Elenergi per månad (kWh)
150
100
50
95
de
ce
mb
er
er
mb
er
tob
ok
no
ve
se
pte
mb
er
juli
Tid (datum)
au
gu
sti
jun
i
ma
j
ap
ril
ari
ma
rs
feb
ru
jan
ua
ri
0
96
Tack för uppmärksamheten
Solceller, elenergi per dag
Solceller Orkanen 2009
11
2200
2100
Staplar: Elenergi per dag (kWh)
2000
Kurva: Elenergi totalt (kWh)
-01
Mats Areskoug
20
10
-01
20
09
-12
20
09
-11
20
09
-10
20
09
-09
20
09
-08
20
09
-06
20
09
-05
20
09
-04
20
09
-02
20
09
-03
20
09
-01
20
09
-07
Tid (datum)
(Karlstads kommuns logotyp)
-01
1100
-01
1200
0
-01
1300
1
-01
1400
2
-01
3
-01
1500
-01
1600
4
-01
1700
5
-01
1800
6
-01
1900
7
-01
8
Elenergi totalt (kWh)
9
-01
Elenergi per dag (kWh)
10
97
105