Verkningsgrad

I diskussionerna av olika energialternativ brukar ju begreppet verkningsgrad vara ofta återkommande. Man pratar bland annat om solcellens "dåliga" verkningsgrad (jag har själv lite okritisk köpt det resonemanget). Jag tycker det vore intressant att hitta ett bättre mått på effektivitet hos energiformer som klarar av att ge bättre jämförbara värderingar. Ett exempel: Biomassa omvandlar 1-2% av solenergin till kemiskt lagrad. Av denna kan vi skörda ungefär hälften. Låt oss anta att vi initialt drar nytta av 90% av skördens energi. En tredjedel av skörden blir etanol som i en förbränningsmotor nyttjas till en verkningsgrad på 15%. Sedan tillkommer den energiinsats som krävs för skörd och framställning och leverans av etanolen (energy return on energy invested) där jag drar till med att det går åt en tredjedels enhet energi för varje enhet i färdig etnaol. Med förhoppningsvis tungan rätt i mun får jag det till att av den inkommande solenergin blev det storleksordningen 0,1% kvar i "nyttig" (rörelse)energi. Vad jag inte har tagit med nu och som givetvis också bör räknas in är de fasta kostnaderna i termer av energi (anläggningar och maskiner för skörd och framställning). Räknar man på motsvarande sätt för solceller så borde man kuna räkna med ca 100 gågner så hög "verkningsgrad" på den "rörliga" delen mfrån infallande solljus till "nyttig" energi. Jämförelsen haltar dock eftersom ett ekosystem kräver betydligt mindre investerings- och skötselinsats än en solcellsanläggning. De parametrar som jag tycker behöver mätas för att värdera energisystem/former är alltså bland annat (allting per levererad nyttig energienhet): Arbetsinsats Energiinsats Investering Arealbehov Kortsiktig, Långsiktig, Lokal, Regional och Global miljöbelastning Vilka fler behövs?

Som jag förstår det är du ute efter bättre sätt att jämföra energi från solceller med energi från biomassa? Och det finns det såklart bland de som professionellt ägnar sig åt sådana jämförelser. Intressant att du landar på en faktor hundra, det är precis vad Björn Sandén anger när han jämför yteffektiviteten av etanol från vete med solcellen i senaste numret av Camino. Ditt förslag och din länk (själva länken, inte gymnasieuppsatsen eller vad det är den länkar till) påminner mig om att det finns begrepp som exergi och emergi som jag tror kanske väger in en del av dina parametrar? Vet inte om jag tycker det är så nödvändigt att krångla till det med de begreppen dock. Jag tror att de vedertagna miljöpåverkanskategorierna inom livscykelanalys räcker en god bit på väg vid jämförelser, bl.a: -Klimatpåverkan -Landanvändning (map konkurrens, t.ex. matproduktion) -Landanvändning (map livsuppehållande system och biologisk mångfald) -Användning av abiotiska resurser (Relevant för dagens solceller som innehåller sällsynta material. Och kärnkraft. Och alla fossila bränslen.) -Övergödning -Försurning -Radioaktiv srålning -Humantoxicitet -Ekotoxicitet En del är lätt att räkna på, annat är svårare och kräver kvalitativa jämförelser. Jämförelsen bör som du säger göras med hänsyn till tids- och platsaspekter. Och i realiten är det också så klart centralt med kostnad per energienhet. Är det för dyrt blir det politiskt svårt att byta till något bättre. Det gäller nog också att noga hålla reda på vilken kvalitet den nyttiga energin har, är det el eller värme vi pratar om? Eller en kombination? En reflektion om arbetsinsats: paradoxalt nog ses väl stor arbetsinsats som något positivt eftersom det skapar arbetstillfällen.

Ja, det här är ingen lätt fråga. Det krävs nästan en professorstitel för att förstå de här emergi och exergi analyserna. Så, det är nog lättare att hålla på med LCA och lägga till lite andra faktorer där LCA inte räcker till som Johan påpekar. Exergi är lite abstrakt också. Den ska ha med sådana saker som hur mycket solenergi som krävs (den är ju gratis och finns där i alla fall), hur många personer som ska till arbetet vid den aktuella produktionen (hur mycket energi förbrukar detta? Det kan man ju inte överslagsräkna. Det beror på en massa faktorer, som att man antingen cyklar eller åker bil till arbetet, vilket förändras med tiden), etc.

Jag var på ett möte i går, där miljöforskare ansåg att exergi och emergi kan ge lite schyssta pedagogiska poänger, men inte bidrar till någon djupare analys eller tillförde något mer till någon lösning av energiproblematiken

Tack Johan för en massa värdefull information. Min önskan om jämförelse omfattar egentligen alla energislag och gärna även en slags dynamiska effekter. Jag är nog mycket ute efter att belysa skillnaderna mellan småskaligt och storskaligt utnyttjande av olika energislag. Det är min uppfattning att kvantitativ "värdering" av hållbara (?) energislag som sol-el eller bioetanol ofta utgår ifrån småskalig produktion. Man bör kunna göra antagandet att miljöbelastningen ur vissa aspekter ökar mer eller mindre linjärt (t ex CO2) medan andra ökar mer exponentiellt (t ex partiklar i luften i tätbebyggt område). Jag ser det som att miljöbelastningen ökar med energiuttaget, men att detta samband ser olika ut för olika bränslen. Jämför man fossil bensin med bioetanol är jag övertygad om att den fossila bensinen är det miljömässigt minst dåliga alternativet när energiuttag överstigen en viss nivå.

Magnus, det finns mycket att säga om det här, så jag får återkomma fler gånger. Generellt tror jag inte att småskaliga produktionsenheter har lägre miljöpåverkan per energimängd, snarare tvärtom. Däremot kan det vara så att en storskalig introduktion (stor total produktion) av ett visst energislag kan ge en total miljöpåverkan som inte uppmärksammas i liten skala (liten total produktion). (Visserligen innebär en storskalig produktion ofta stora produktionsenheter...)

Förresten Magnus, över en viss nivå ökar miljöpåverkan frpn oljeutvinning väsentligt, dvs. när man går över till oljesand, eller produktion av syntetiska bränslen från kol. Detta görs redan, se t.ex. World Energy Outlook 2006:

Angående EXERGI så bör begreppet främst ses som ett mått på kvalitet på energi. Det är lite för abstrakt för att användas praktiskt, men innebörden bör kännas. Bland annat är ju en energimängd el exergimässigt mycket mer värt än samma mängd värme, i synnerhet om värmen är nära omgivningstemperatur. Exergiförluster innebär egentligen alltid förlust av nyttig energi, i någon form! En praktisk användning av begreppet kan exempelvis vara att undvika att göra el i solceller, om det är värme som behövs i slutändan. I ett soldrivet hus skulle det vara vansinne att ha disk- och tvättmaskiner som värmer vattnet med elpatron. Om värmen försörjs av solfångare (högre effektivitet), behövs det mindre yta och investering. Jämförelsen mellan arealbehov för solenergi relativt biobränsle är en intressant aspekt som tas upp alltför sällan. Faktor 100 är inte orimligt, men nog det högsta på skalan. Värdet av mark borde lyftas upp mer i energidebatten. Det är dock viktigt att verkligen ta med alla aspekter och inte jämföra "äpplen med päron". Vilken form av energi är det som behövs? Är energiomvandligen optimerad mot effektivitet eller kostnad? Sådant som marktäckningsgrad är väldigt viktigt att ta med för solenergitekniker (solföljande celler täcker kanske bara 20-30% av markytan). För många energislag finns det numera Livscykelanalyser som beskriver "energy pay back time", vilket ger en uppskattning av energibehovet i hela produktkedjan. För solceller ligger den vanligtvis på 1-5 år där tunnfilmssolceller ligger bättre till än kiselsolceller.