Kategoriarkiv Energiproduktion

Atomer och övriga kemiska sammansättningar är byggda på neutralt, positivt och negativt laddade partiklar. Partiklarnas benämning är neutroner (neutrala) och protoner (+) som är placerade i atomens kärna, samt elektroner (-) som cirkulerar runt kärnan och överlag är mer mobila. När elektroner eller andra laddningar rör på sig förflyttar sig energi och den energin kan (så länge den är i rörelse) användas som strömkälla.

Människan har (hittills) lyckats få elektriska laddningar att röra sig på två betydelsefulla sätt, som skapar två olika typer av ström. Den ena strömmen är likström som har fått sitt namn av att de elektriska laddningarna rör sig i en och samma riktning. Den andra strömmen är växelström där laddningarna förflyttar sig runt en spole som konstant växlar mellan att vara positivt och negativt laddad. Båda dessa rörelsemönster finns naturligt men isolationen och koncentrationen av strömmen är människans skapelse.

Tekniker för att skapa och ta vara på likström och växelström är ungefär samtida och utvecklades under andra halvan av 1800-talet. Mannen med patent på likström var Thomas Edison som är den antagligen största Amerikanska uppfinnaren någonsin. Edisons rival inom området var Nicola Tesla som kom på och patenterade tekniken bakom växelström. Innan de två började konkurrera med varandra var Tesla anställd hos Edison där han upptäckte att han kraftigt ogillade hans personlighet. Tesla valde därför att vid förfrågan överlåta sin teknik till George Westinghouse (en annan betydelsefull uppfinnare) och ett marknadskrig började om vilken typ av el som skulle användas i USA.

Likströmmen går ut på att laddningarna (vanligtvis elektroner) förflyttar sig i en sluten krets där de går från en källa med mycket elektroner till en källa med lite elektroner. Genom att reglera laddningarnas flöde/möjlighet att röra på sig går det att ändra mellan att ha strömmen på och avslagen. Likström används i alla former av batterier och i traditionella glödlampor. Tekniken har dock stora problem med att förflytta ström över längre distanser utan stora energiförluster. Så stora de facto att under 1800-talet tvingades konsumenter av likström vara försiktiga med att hantera strömmen i sina egna hem. Möjligheten att överföra strömmen gjorde att växelströmmen vann elkriget och blev den dominerande strömkällan i USA och i övriga världen.

Bakgrunden till växelströmmen går tillbaka till år 1820 när dansken Hans Christian Ørsted slumpmässigt upptäckte att en kompassnål förflyttade sig på grund av en närliggande strömkrets. Ørsted förstod att strömmen hade skapat en magnetism som fick nålen att röra på sig. Tesla skulle sedan upptäcka att även den omvända ordningen gäller: Att genom att skapa ett roterande magnetisk fält, kan man sätta elektriska laddningar i rörelse. Det finns en anledning till att barn i svenska skolor läser så mycket om magnetism: den är grunden för nästan allt det vi kan göra i vårt moderna samhälle.

Principerna för att skapa växelström är konsekventa och ganska lättbegripliga. Precis som för hundra år sedan handlar det om att sätta en magnet i rörelse runt en spole (alternativt en spole runt en magnet) för att bilda ett magnetiskt fällt som sätter laddade partiklar i rörelse. En yttre energikälla driver magneten eller spolen som är inkapslade i en generator placerad på en turbin. Ju mer magneten snurrar desto mer elektricitet genererar källan.

Begreppet energikällor innebär metoderna bakom energin som driver generatorn/magneten. Förnybara energikällor är sätt att skapa energi utan att själva källan förbrukas vid produktion. Ur miljösynpunkt är förnybara energikällor att kraftigt föredra framför icke-förnybara av två olika anledningar: Den ena är att icke-förnybara energikällor förr eller senare kommer att ta slut då de förbrukas vid användning. Den andra är att det bildas minst sagt oönskade restprodukter när man utvinner deras energi.

Solceller/solpaneler

Solceller är det i nuläget vanligaste sättet att ta del av planetens främsta energikälla, solen. Solceller fungerar något förenklat genom att solen laddar upp olika skikt i panelen olika mycket. När dessa skikt kopplas samman förflyttar sig elektronerna mellan skikten vilket skapar en likström (som senare vanligtvis omvandlas till växelström). En stor utmaning/utvecklingspotential för solceller är att hitta material som är både billiga, har låga utsläpp vid produktion och tar vara på så mycket av solens energi som möjligt. I nuläget tar de mest effektiva panelerna vara på ungefär 15% av den energi de får på sig.

Vind och gravitationen

Luft trycks neråt av gravitationen, när den värms upp av solen stiger den och ny luft pressas in från sidorna. Luften som kommer in från sidan kallas för vind och den kan direkt användas för att driva turbinen och skapa rörelse i dess magnet. Vindkraftverk har väldigt låga utsläpp vid produktion och är bland de mest miljövänliga energikällorna. Den största utmaningen för vindkraft är att minska det höga aerodynamiska ljud som anläggningar ger upphov till.

Vatten

I vattenkraft används den kraft som finns i forsande vatten för att direkt sätta fart på magneten. Vattenkraft kräver en höjdskillnad och att det går att mekaniskt kontrollera vattnets flöde. Anläggningarna har tämligen stora effekter på marint liv, vilket lett till utforskning av alternativa metoder för att utnyttja vattnets energi. Ett sådant allternativ är vågkraft som använder bojar ute på vattnet för att ta upp vågornas energi.

Geotermisk energi

Geotermisk energi utnyttjar den värme/energi som finns i jordens inre för att hetta upp vattenånga som i sin tur driver en turbin. Tekniken med att värma upp vattenånga är densamma som används för både fossila bränslen och kärnkraft.

Fossila bränslen bildas när kvarlevor från döda djur och växter lagras under högt tryck i flera miljoner år. Slutresultatet är bildande av stenkol eller brunkol från växter och olja eller naturgas från djur. Då ursprungskällan är levande (kolbaserade) organismer innehåller både stenkol, brunkol, olja och naturgas alltid grundämnet kol.

De fossila bränslena skapar elektricitet genom att frigöra energi som används för att koka upp vatten till ånga. Vattenångan är sedan det som får magneten i kraftverket att snurra. I all energiutvinning (bensin, elproduktion, etc.) måste bränslet värmas upp och i samband med den uppvärmningen skapas avfallsprodukter som har förödande långsiktiga effekter på vår planet. Den vanligaste av dessa är växthusgasen koldioxid (Co2) som bildas naturligt när kol interagerar med syret i luften. Om det fossila bränslet innehåller andra föroreningar kommer även dessa att frigöras när bränslet brinner upp.

Historiskt har tillgången till fossila bränslen varit en av de viktigaste orsakerna till att industriella revolutionen började i just Storbritannien. Maskinerna som gjorde omställningen möjlig praktiskt tagit drevs av den energi som man fick fram när man eldade stenkol. När elen började sprida sig under 1900-talet blev det således naturligt att använda samma energikälla som man använde till allting annat. Fossila bränslen var dessutom både smidigt, billigt och tillförlitligt.

Vi lever i kvarlevorna av ett industriellt fossilbaserat samhälle. Våra transportmedel drivs i huvudsak av bensin och andra fossila bränslen och 3/5 av världens elektricitet produceras av dess energi. Det är ett stort problem då det innebär att det inte räcker med att elektrifiera varor som kräver fossila bränslen, man måste även göra en omställning i metoderna för att skapa elektricitet. De goda nyheterna är att människans transportmedel redan håller på att elektrifieras och det finns ingenting som säger att det är fossila bränslen som ska skapa den el som driver dem.

Nyckeln till att förstå växthuseffekten och den globala uppvärmningen är att förstå växthusgaser och hur de fungerar. Koldioxid är egentligen en ganska svag växthusgas men är fortfarande den som bidragit mest till uppvärmningen (skapad av människan) på grund av att den bildas lätt och släpps ut i stora mängder.

Växthusgaserna är placerade i jordens atmosfär mellan solen och jorden. Mängden energi som jorden får in från solen måste den göra sig av med. Det är helt enkelt så fysik fungerar och om den inte gjorde det skulle liv aldrig kunnat ha uppstå på planeten. Energin/strålningen en kropp skickar ut är baserad på dess temperatur och eftersom solen har en betydligt högre temperatur än jorden blir dess strålning mer energirik. Strålningen jorden skickar ut innehåller mindre energi men är också mer utspridd, så att strålningen är olika men den totala mängden energi är densamma.

Eftersom solen och jordens strålning skiljer sig åt reagerar molekyler på den på olika sätt. Växthusgaser kallas de gaser som tar upp mer av den energi som jorden skickar ut, än vad de reflekterar bort den energi som kommer in från solen. Växthusgaser har en uppvärmande effekt på planeten, ökar man mängden växthusgaser ökar man även jordens genomsnittliga temperatur.

Den värsta effekten av den globala uppvärmningen är fördelningen av vatten på planeten. Det gäller både de kallare delarna som successivt kommer att smälta bort och de varma/torra som riskerar att bli obeboeliga på grund av torka. Smällt landis bidrar dessutom till mer vatten i haven och en högre kustlinje. De delar som inte ligger tillräckligt högt upp kommer att dränkas och många av världens största städer ligger just vid kusten.

Vatten har också en påskyndande effekt av händelseförloppet. Det sker genom att vatten i fast form (is, snö och moln) reflekterar bort delar av solens strålning, medans vattenånga är en växthusgas som är ungefär fem gånger starkare än koldioxid. Med smältande isar behöver jorden ta upp mer av solens energi. Med högre temperaturer får man en varmare luft som binder mer vatten, vilket leder till mer vattenånga och ökad växthuseffekt.

En annan påskyndande faktor hittar vi i vår granne Ryssland i öst. I stora delar av dess tundra, insjöar och norra havskust finns det stora mängder metan som är en ungefär 80 gånger starkare växthusgas än koldioxid. Exakt hur mycket som finns eller hur lätt den läcker är något oklart, men man är rörande överens om att det är en påskyndande faktor av betydelse.