Vår Energiförsörjning PDF

## Vår Energiförsörjning ### De olika energiformerna Människans energianvändning är på väg att förändra jordens klimat. Vi behöver därför hitta lösningar som förändrar vårt sätt att använda energi. Men det tar tid att förändra hur vi får fram energi till våra hem, företag och transporter. Moderna...

## Vår Energiförsörjning ### De olika energiformerna Människans energianvändning är på väg att förändra jordens klimat. Vi behöver därför hitta lösningar som förändrar vårt sätt att använda energi. Men det tar tid att förändra hur vi får fram energi till våra hem, företag och transporter. Moderna energianläggningar tar lång tid att planera och bygga. Det kommer även ta lång tid att förändra vårt sätt att leva. Ett första viktiga steg är att alla medborgare i alla länder lär sig mer om olika energislag. Vi måste alla bli kunnigare och engagera oss mer i energifrågan för att vi ska lyckas hindra den globala uppvärmningen. Vi behöver enorma mängder energi för att förflytta oss själva och alla varor med bilar, lastbilar, bussar, mopeder osv. Sättet vi gör det på har visat sig leda till att jordklotet värms upp. #### Energi i sex olika former Vi använder ordet energi varje dag. Ändå kan det vara svårt att beskriva vad det är. Förklaringen är att det inte går att ta på energi. Den består ju inte av några atomer. Men vi kan ändå förstå att energi finns med hjälp av experiment och beräkningar. Framför allt kan vi ha enorm nytta av energin för att t.ex. odla mat, värma bostäder, tillverka produkter eller förflytta oss mellan olika platser. Energi finns alltid som en viss energiform, men kan omvandlas till en annan energiform. De olika energiformerna är: - Elektrisk energi - Mekanisk energi - Värmeenergi - Strålningsenergi - Kemisk energi - Kärnenergi #### Elektrisk energi Elektrisk energi finns så snart en elektrisk spänning uppstår i naturen. Det kan t.ex. vara spänningen mellan moln när det åskar. En spänning kan ge upphov till en elektrisk ström som vi kan använda för att driva elektriska apparater. Till vardags har vi tillgång till elenergi genom elnätet. Elektrisk energi är lätt att transportera men svår att lagra. Elenergi är redan en mycket viktig energiform i vårt samhälle, men den kommer att bli ännu viktigare i framtiden. Elenergi har i själva verket en extra viktig roll när det gäller energiförsörjningen i Sverige, eftersom alla andra tekniska energisystem är beroende av elenergi för att fungera. #### Mekanisk energi Mekanisk energi är ett gemensamt namn för lägesenergi och rörelseenergi. Om du t.ex. lyfter upp en väska finns arbetet lagrat hos väskan i form av lägesenergi. När du släpper väskan faller den till marken. Lägesenergin övergår då i rörelseenergi. #### Värmeenergi Värmeenergi, eller värme, är egentligen ingen egen energiform. Värme är atomers rörelser. Ju högre temperaturen är, desto fortare rör sig atomerna. Därför borde kanske värme egentligen räknas som ett slags rörelseenergi. Men värme brukar ändå räknas som en särskild energiform. Stora energimängder går åt för att t.ex. skapa värme i bostäder och för att värma vatten. Men stora mängder värmeenergi går även till spillo när energi omvandlas mellan olika former. Om vi t.ex. eldar i en öppen spis, omvandlas kemisk energi som finns lagrad i veden till värmeenergi som sprider sig i rummet. Men en stor del av värmen försvinner ut genom skorstenen. Sådan "förlorad" energi kallas ofta spillvärme. #### Kärnenergi Kärnenergi finns lagrad i atomernas kärnor. Genom att klyva eller slå samman atomkärnor kan denna energi frigöras. När atomkärnor klyvs kallas det fission. När atomkärnor slås samman kallas det fusion. Både när man klyver atomer och när man slår samman dem, omvandlas materia till energi. Den frigjorda energin omvandlas sedan till andra energislag, t.ex. strålningsenergi och värmeenergi. #### Strålningsenergi Solen är den allra viktigaste energikällan. Utan solen vore inget liv möjligt på jorden. I solen omvandlas kärnenergi till olika former av strålningsenergi. Strålningen når oss som ljus, UV-strålning, infraröd strålning och röntgenstrålning. Det är våglängden som skiljer de olika typerna av strålning åt. Ju kortare våglängd strålningen har, desto energirikare är den. #### Kemisk energi Kemisk energi är lätt att lagra och finns i all mat som vi äter. Men stora mängder kemisk energi finns också i olja, bensin, gas och kol. Kemisk energi kan lätt omvandlas till rörelseenergi och värmeenergi genom olika kemiska reaktioner. Det händer t.ex. när dina celler förbränner maten du ätit eller när vi värmer upp ett hus genom att elda med ved eller olja. Även batterier innehåller kemisk energi. Och när vi t.ex. kopplar en lampa till ett batteri omvandlas kemisk energi till elektrisk energi och vidare till strålningsenergi som gör att vi ser i mörker. ### Energiprincipen Energi kan omvandlas mellan dessa olika energiformer. Men ingen energi försvinner någonsin och det skapas heller ingen ny. Det betyder att det alltid finns lika mycket energi före en omvandling som efter. Denna mycket viktiga naturlag kallas energiprincipen och brukar skrivas med ord så här: Energi kan varken förstöras eller nyskapas, utan bara omvandlas mellan olika former. ### Energiomvandlingar när du cyklar Om du sätter dig på cykeln utan att ha ätit på en stund kommer orken snart att ta slut. Varför? Jo, musklerna kräver energi för att kunna trampa runt pedalerna. Den energin kommer från maten du äter. I mat finns kemisk energi lagrad som frigörs när cellerna förbränner maten. Den kemiska energin i växterna kommer från solens strålningsenergi. Växterna kan nämligen binda en del av solenergin som kemisk energi vid sin fotosyntes. Energin som du använder för att cykla kommer alltså ursprungligen från solen. Vad händer sedan? När du trampar, omvandlas den kemiska energin i musklerna till rörelseenergi hos dig och cykeln. En del energi går förlorad som värme när du blir varm och svettig av allt trampande. Om du cyklar i uppförsbacke omvandlas även en del av den kemiska energin till lägesenergi. Ju högre upp i backen du kommer, desto större blir lägesenergin. I nedförsbacke omvandlas lägesenergi åter till rörelseenergi. Du rullar utan att behöva trampa - skönt! Till sist bromsar du cykeln med din handbroms. Bromsklossarna pressas mot hjulet och det uppstår en friktionskraft som motverkar rörelsen. På grund av friktionen mellan klossarna och hjulet omvandlas rörelseenergin till värmeenergi och cykeln stannar. ### Vattenkraftverk skapar elenergi Ett vattenkraftverk drivs av solen. Men för att det ska fungera krävs det en serie olika energiomvandlingar, vilket naturen själv delvis hjälper oss med. Strålningsenergi från solen omvandlas till värmeenergi här på jorden. Det gör att vattnet i hav och sjöar värms upp. En del vatten avdunstar då och det bildas vattenånga som stiger uppåt. När vattenångan når en viss höjd kyls den så mycket att den kondenserar till vattendroppar. Det bildas moln. Värmeenergin i vattnet har på så sätt omvandlats till lägesenergi. När det sedan börjar regna omvandlas vattendropparnas lägesenergi till rörelseenergi. En del regn faller ner på höga höjder och börjar rinna nerför bergsluttningarna, t.ex. runt Lule älv. Längs älven finns det 15 vattenkraftverk. Vid varje vattenkraftverk samlas vattnet upp i stora dammar. Vattnet har då fortfarande en viss lägesenergi i förhållande till havet som den en gång avdunstade ifrån. När vattnet sedan forsar genom en tunnel mot kraftverkets turbiner omvandlas lägesenergi till rörelseenergi. Turbinerna börjar snurra och rörelseenergi omvandlas till elektrisk energi. ### Vad är verkningsgrad? När energi omvandlas från en form till en annan så omvandlas inte all energi till energi vi har nytta av. När vi cyklar och blir varma så har vi ingen direkt nytta av den värme som kroppen skapar. Samma sak gäller transporter i allmänhet. När vi åker bil omvandlas kemisk energi till andra energislag. När bensinen förbränns i en motor, omvandlas en del av den kemiska energin till rörelseenergi. Den delen kallar vi för nyttig energi, eftersom den får bilen att rulla. Men en stor del av bensinens kemsika energi omvandlas tyvärr också till värmeenergi som vi inte alls har någon nytta av, så kallad spillvärme. För att kunna ange i vilken utsträckning energi omvandlas till nyttig energi har fysikerna infört begreppet verkningsgrad. Verkningsgrad uttrycks i procent och talar om hur stor andel av den tillförda energin som omvandlas till nyttig energi. Verkningsgraden för en bensinmotor är ungefär 30%. Det betyder att bara 30% av energin i bensinen utnyttjas till att driva motorn. Resten försvinner som värmeenergi. Verkningsgraden hos en dieselmotor är ungefär 50% och hos en elmotor ungefär 80%. ### Förnybar energi är framtiden Det finns energikällor som förnyas varje dag med hjälp av solens energirika strålar, t.ex. våra forsande älvar och vår växande skog. Vattenkraft och ved är bra exempel på förnybara energikällor. Nästan 20% av den totala mängd energi som världen använder under ett år kommer från förnybara energikällor. Men andelen måste öka kraftigt om vi ska klara av att förhindra ett allt varmare klimat. I vårt land är andelen förnybar energi nästan 50%. Det har vi till största delen våra älvar och vår skog att tacka för. ### Vattenkraft är kanske renast av alla Ungefär hälften av den elektriska energi som vi använder i sverige kommer från vattenkraft. Vattenkraft är en förnybar energikälla som inte smutsar ner. Men för att skapa de dammar där vatten ska samlas, måste stora naturområden förstöras. En damm samlar upp en massa vatten genom att strypa vattenflödet. Då läggs stora delar av naturen under vatten samtidigt som delar av älven efter dammen torrläggs. Därför beslutade politikerna år 1975 att de fyra orörda älvarna i norr, Torneälv, Kalixälv, Piteälv och Vindelälven ska förbli orörda. ### Biobränslen ökar I Sverige har vi av tradition alltid använt ved som bränsle. Ved, ris, sly, havre, halm och snabbväxande energiskog kallas med ett gemensamt namn för biobränslen. Alla biobränslen är förnybara energikällor. Men det förutsätter att t.ex. ny skog planteras när den befintliga avverkas. Då ger biobränslet inget tillskott av koldioxid till atmosfären. Koldioxid bildas visserligen när vi eldar ved. Men ett nytt träd behöver precis lika mycket koldioxid för att växa som det gamla avger när det brinner. I många städer finns värmeverk som förser t.ex. bostäder och företag med värme och varmvatten. I dessa värmeverk eldar man ofta med biobränslen t.ex. i form av flis. I många villor använder man istället pellets. Pellets är små tärningsliknande träbitar som tillverkas genom att bark och sågspån pressas samman. ### Jordvärme Solens strålar värmer ständigt upp vårt jordklot. Om vi i Sverige mäter temperaturen cirka 1 m ner i marken, märker vi att den är mellan 5-6 °C även på vintern. Temperaturen varierar lite beroende på var man bor. Därför krävs det att man gräver lite djupare i norra delen av Sverige än i södra för att få samma temperatur. Värmen i marken kan användas som energikälla för att t.ex. värma upp våra bostäder. Då kallas energikällan för jordvärme. Värmeenergin tas tillvara på så sätt att en vätska får cirkulera genom en slang som är nergrävd 1-2 m i marken. Vätskan får då samma temperatur som marken. Sedan pumpas vätskan till en så kallad värmepump. I den används vätskans värmeenergi för att värma upp vatten. När den nedkylda vätskan kommer tillbaka till marken värms den upp den igen till 5-6 °C. En värmepump tar alltså värmeenergi från marken genom att göra marken lite kallare. Solen värmer sedan upp marken igen. ### Bergvärme Istället för att gräva ner slangen kan man borra ett 50-200 m djupt hål i berget. Man utnyttjar då den värme som finns i berggrunden. Det brukar kallas bergvärme. I hålet sänker man ner en slang och fyller den med samma vätska som vid jordvärme. Grundvatten som finns i det borrade hålet värmer upp vätskan i slangen. I övrigt fungerar det på samma sätt som med jordvärme. ### Luftvärme Det allra enklaste sättet att använda en värmepump är att nyttja den värme som finns i utomhusluften. En så kallad luftvärmepump brukar sitta inbyggd i en yttervägg på en bostad och fungerar lite som ett omvänt kylskåp. Luften inomhus blir varmare och luften utomhus blir kallare. Enkelt förklarat kan man säga att pumpen med en snillrik konstruktion hämtar upp lite av den värme som trots allt finns i utomhusluften och använder den för att värma upp inomhusluften. I Sverige har antalet värmepumpar ökat stadigt sedan 1990-talet. Idag finns det värmepumpar av något slag i knappt hälften av alla småhus. ### Geotermisk energi Värmen i jorden kommer inte bara från solen. I jordens inre sker radioaktiva sönderfall som skapar värme. Ibland kommer sådan värme upp till ytan. Det är vanligt på Island där varma källor används som energikällor. Men även i Sverige finns det exempel där vi använder energi från jordens inre. Det sker t.ex. i Lund, där man hämtar upp 20-gradigt vatten från cirka 700 meters djup. Omkring 30% av Lunds fjärrvärme kommer från jordens inre. ### Vindkraften ökar Förr i tiden fanns det många väderkvarnar i Sverige. Men när elektriciteten gjorde sitt intåg övergavs vinden som energikälla. Under de senaste 10-20 åren har idén om att utnyttja energin i vinden kommit tillbaka. Vindkraft är det energislag som ökar mest i vårt land. Även om antalet vindkraftverk ökat i Sverige, står de ändå bara för en ganska liten andel av den producerade elenergin. Vindkraften är nämligen beroende av vädret. Om det inte blåser så blir det ingen elenergi. Särskilt besvärligt blir det här under kalla vinterdagar då behovet av elenergi är som allra störst. Då kanske en stor andel av vindkraftverken står stilla. Det måste då finnas andra energikällor som reserv. ### Icke förnybara energikällor Trots hoten om ett varmare klimat och att kol, olja och naturgas kommer att ta slut, så är världen fortfarande beroende av dessa energikällor. I Sverige har vi minskat vårt beroende av olja. Vi använder idag väsentligt mindre olja för att värma hus och vatten jämfört med för 30 år sedan. Även industrin använder mindre olja idag jämfört med förr. Däremot går det långsammare när det gäller vårt resande. Här ligger användningen av olja fortfarande på höga nivåer. #### Icke förnybara energikällor Det är inte bara med hänsyn till den globala uppvärmningen som vi måste sluta använda kol, olja och naturgas. De är dessutom energikällor som förr eller senare kommer att ta slut. Därför kallas dessa _icke förnybara energikällor_. Ett annat exempel är uran, som används som bränsle i kärnkraftverkens kärnreaktorer. Fortfarande kommer merparten av den energi som världen totalt använder från icke förnybara energikällor. #### Vad är fossila bränslen? De vattendjur och växter som levde för miljontals år sedan sjönk till botten i sjöar och hav när de dog. Under årmiljoner har sedan de döda vattendjuren och växterna packats in i jordskorpan under hög temperatur och högt tryck. Kolföreningarna i de döda djuren och växterna har då omvandlats till olja, naturgas och kol. Ett gemensamt namn för bränslen som bildats på det här sättet är _fossila bränslen_. Forskarna räknar med att det tar mellan 50 och 500 miljoner år för fossila bränslen att bildas. #### Fossila bränslen ökar växthuseffekten När kol, olja eller gas brinner bildas koldioxid. Det gör att mängden koldioxid i atmosfären ökar. Den ökade mängden koldioxid kan medföra att jordens medeltemperatur stiger. Att jordens medeltemperatur stiger med hjälp av de gaser som finns i atmosfären kallas för _växthuseffekt_. Om inte atmosfären fungerade som ett växthus, skulle det vara betydligt kallare på jorden. Men de flesta forskarna är överens om att den ökande mängden koldioxid i atmosfären förstärker växthuseffekten och därmed höjer temperaturen på jorden. Om jordens medeltemperatur höjs med bara några grader kommer isen vid polerna att börja smälta. Havsytan stiger då flera meter och klimatet på jorden kommer att förändras. Under de senaste 100 åren har medeltemperaturen höjts med omkring en halv grad. Halten av koldioxid i atmosfären har under samma tid ökat med cirka 20%. År 1997 träffades 170 av världens länder i Kyoto i Japan. Där skrevs det så kallade _Kyotoprotokollet_ i vilket länderna lovade att sänka koldioxidutsläppen. Protokollet började gälla 2005 trots att ett antal länder, bland annat USA, ännu inte undertecknat avtalet. En rad globala klimatkonferenser har ägt rum sedan dess, men än så länge har ingen överenskommelse skett som alla länder ställer upp på. Förhoppningsvis har det ändrats när du läser det här. ### Kärnkraften är riskfylld Reaktorerna i ett kärnkraftverk använder grundämnet uran som bränsle. Forskarna tror att uranet som finns på jorden räcker för att driva kärnkraftverk i några hundra år till. Men förr eller senare tar det slut. Det gör att kärnkraft är en icke förnybar energikälla Kärnkraften smutsar visserligen inte ner och bidrar inte heller till växthuseffekten som de fossila bränslena gör. Men inne i en kärnreaktor finns farlig strålning som inte får komma ut. Runt om i världen finns omkring 440 kärnreaktorer. I en sådan gäller det att ha kontroll på kedjereaktionerna. En reaktor kan inte explodera som en atombomb, men under riktigt olyckliga omständigheter kan kedjereaktionerna orsaka en så kallad _härdsmälta_. En sådan kan exempelvis inträffa om en reaktor av någon anledning inte kyls tillräckligt. Följden kan då bli att själva reaktorn smälter ner av den väldiga hettan. Då kan radioaktiva ämnen komma ut i luften. ### Härdsmälta i Tjernobyl År 1986 inträffade en härdsmälta i Tjernobyl i Ukraina (dåvarande Sovjetunionen). I räddningsarbetet dog 50 personer, de flesta inom en månad. Man räknar med att ytterligare ett par tusen personer har dött eller kommer att dö på grund av sjukdomar som orsakats av den förhöjda strålningen. Vid härdsmältan spreds radioaktiva ämnen över stora områden. På grund av att vindarna blåste västerut fördes radioaktiva ämnen från Tjernobyl till Sverige. Områden i Jämtland och i närheten av Gävle drabbades speciellt av bland annat det radioaktiva ämnet cesium. Halveringstiden för cesium som finns i skog och mark samt i djur och svampar är 30 år. Radioaktiviteten kommer alltså att vara halverad först 2016. ### Radioaktivt avfall I varje kärnkraftverk skapas restprodukter i samband med att energin utvinns. När uranet är uttömt som bränsle har det bildats nya ämnen, t.ex. plutonium och cesium. Dessa ämnen är radioaktiva och därför farliga för oss människor. Det radioaktiva avfallet måste därför förvaras på ett säkert sätt tills det har blivit stabilt och slutat avge farlig strålning. Det sker när de radioaktiva ämnena nästan helt har sönderfallit och omvandlats till nya ofarliga ämnen. Det tar lång tid, ofattbart lång tid för vissa ämnen. I Sverige har vi därför byggt underjordiska lager. Ett ligger utanför Oskarshamn. Där ska det radioaktiva avfallet först förvaras i cirka 40 år tills den allra farligaste radioaktiviteten har försvunnit. Därefter ska bränslet slutförvaras i kapslar av koppar långt ner i urberget intill Forsmarks kärnkraftverk. Slutförvaret är planerat att börja byggas inom kort och tas i bruk år 2025. Ett annat problem med avfallet från ett kärnkraftverk är hur de radioaktiva restprodukterna ska lagras så att de inte kan stjälas. En del av restprodukterna kan nämligen användas för att tillverka atombomber. Därför måste kärnkraftverken bevakas och kontrolleras i detalj, så att inga ämnen eller teknik försvinner.