Energi

Nedanstående innehåll är skapat av Mimers Brunns besökare. Kommentera arbete

Vi behöver energi till nästan allting. Idag har vi byggt upp ett samhälle som ständigt är beroende av att det finns enorma mängder energi att tillgå. En stor del av energin vi använder kommer till oss i form av elektricitet. Utan el kan vi inte se på TV, värma mat eller ha fungerande sjukvård.
Men långt ifrån all energi får vi genom elektriciteten. Den största delen kommer direkt från olika förbränningsmaterial som vi eldar för att få ut energi. Först och främst bensin och olja, som vore svårt att vara utan i dagens samhälle.
Ja, det är mycket som inte skulle fungera utan vår energitillförsel. Det innebär att vi måste ha denna tillförsel, frågan är bara vart energin ska komma från. När vi väljer våra energikällor måsta vi ta hänsyn till både miljö och ekonomi, och därefter har vi de energikällor vi använder idag.

Kärnkraftens bakgrund
Klyvningsprocessen upptäcktes 1938 av tyskarna Otto Hahn och Fritz Strassmann. Möjligheten att nyttja processen för energiproduktion blev på teoretiska grunder uppenbar för ett antal fysiker i USA. Två av dem var Leo Szilard och Eugene Paul Wigner, vilka insåg att man stod inför en energikälla av gigantiska mått. Fruktan för att Hitlertyskland skulle hinna först i utvecklingen av kärnvapen och dess tillämpning drev bl.a. Albert Einstein att vädja till president Franklin Roosevelt om en kraftfull amerikansk forskningsinsats med syfte att bekräfta teorierna. Detta resulterade i det s.k. Manhattanprojektet, vars yttersta ändamål var att utveckla kärnvapen.
År 1942 lyckades man för första gången starta en självunderhållande kedjereaktion. Det var en arbetsgrupp under ledning av Enrico Fermi i Chicago som hade lyckats med det i världens första kärnreaktor.
Den första provsprängningen av en kärnladdning ägde rum 1945 i en öken i New Mexico. Den 6 augusti samma år fällde amerikanerna en uran 235-bomb över Hiroshima i Japan. Tre dagar senare en plutoniumbomb över Nagasaki.
Parallellt med utvecklingen av vapen med okontrollerad energifrigörelse utvecklade man reaktorer med reglerbar energiutvinning. P.g.a. den mycket ringa bränsleåtgången sågs kärnkraftdrift som en militärt intressant möjlighet för framdrivning av fartyg vars räckvidd begränsades av bunkringsbehovet.

Fredlig användning
Så småningom började man använda kärnkraft mer och mer i fredliga avseenden främst för elproduktion. Den första större reaktorn för elproduktion började man använda 1954 i Obninsk, Sovjetunionen.
1955 startade olika länder ett samarbete med initiativ av USA för att utöka den fredliga kärnkraften. Tanken var att de länder som inte förfogade över kärnvapen skulle förmås att avstå från egen vapenutveckling genom att man erbjöd dem teknisk hjälp på det civila området. 1957 bildades FN:s internationella atomenergiorgan, IAEA, vars uppgift numera är att dels främja det fredliga teknikutbytet, dels kontrollera efterlevnaden av icke-spridningsavtalet.
Svårigheten att anrika uran fick många länder att till en början välja reaktorkonstruktioner för uran med naturlig sammansättning. Dessa reaktorer måste modereras med grafit eller tungt vatten. När anrikat uran på 1960-talet blev tillgängligt på världsmarknaden kom den lättvattenmodererade reaktorn att dominera. Denna reaktor utvecklades först i USA.

Kärnkrafts olyckor
Än så länge har det skett tre kärnkraftsolyckor i världen. Den första inträffade 1957 vid en militär engelsk reaktor, varvid eld utbröt. Denna olycka är känd under namnet Windscaleolyckan. Betydande utsläpp inträffade, framförallt av jod. Inga dödsfall i akuta strålskador inträffade, men vissa skyddsåtgärder behövde vidtas i omgivningen. Den andra inträffade 1979 vid reaktorn Three Mile Island utanför Harrisburg i USA. Denna olycka utlöstes av en serie tekniska fel i kombination med felhandlande från personalens sida. Reaktorhärden fick omfattande mekaniska skador, och nära 50 % av bränslet smälte. Trots de svåra skadorna på reaktorhärden blev de radioaktiva utsläppen till omgivningen obetydliga. Den tredje, kändaste och svåraste olyckan är den som inträffade 1986 i Tjernobyl. Haveriet i en grafitmodererad reaktor utlöstes sedan driftpersonalen brutit mot en rad säkerhetsföreskrifter. De omfattande konsekvenserna var en följd av en säkerhetsmässigt dålig konstruktion.

Svensk kärnkraft
I Sverige började man tidigt utveckla kärnkraften. Den största anledningen till att Sverige 1954 började med utvecklingen av kärnkraft, var att Sverige hade dåligt med fossila bränslen men däremot rikt av Uran. För att skapa ett oberoende gentemot utlandet valde man att som bränsle använda naturligt uran, med tungt vatten som moderator; båda kunde man framställa inom landet.
Den första större reaktorn av denna typ, Ågesta kraftvärmeverk, gav Farsta 68 MW fjärrvärme under tio år (1964-74). Reaktorn producerade samtidigt 12 MW el.
Det första svenska kärnkraftverket för enbart elproduktion var Marviken utanför Norrköping. Men p.g.a. säkerhetstekniska komplikationer blev anläggningen aldrig använd.

Kärnkraften svarade 1991 för ca 52 % av elproduktionen i Sverige. Från att de första tjugo åren ha varit politiskt okontroversiell blev kärnkraften i början av 1970-talet omstridd som energikälla. Kärnkraften blev ett hett debattämne. Kritiken gällde till en början alla radioaktivitetsutsläpp vid normal drift, risken för svåra haverier samt hanteringen av avfallet. Vissa kritiker har också ifrågasatt verksamhetens ekonomi, andra befarar att civila kärnkraftprogram kan underlätta spridningen av kärnvapen till allt fler länder. Samtidigt som den intensiva kärnkraftsdebatten pågick medförde en långvarig lågkonjunktur att elbehovet ökade i lägre takt än vad de stora kärnkraftsbolagen väntat sig. Dessa och andra faktorer har fått som följd att kärnkraftutbyggnaden upphörde i vissa västliga i-länder, främst USA.
Efter en folkomröstning i Sverige 1980 fattades beslut i riksdagen om att samtliga 12 svenska kärnkraftverk ska vara avvecklade år 2010. Reaktorolyckan i Tjernobyl väckte dock ny oro över kärnkraften och den socialdemokratiska minoritetsregeringen föreslog att en avveckling av kärnkraften skulle inledas 1995-96 med två reaktorer, vilket också blev riksdagens beslut 1988. Avvecklingsbeslutet utsattes för hård kritik av företrädare för bl.a. näringslivet och ledande LO-företrädare och regeringen ändrade ståndpunkt.
Överläggningar med centern och folkpartiet resulterade 1991 i en överenskommelse som rev upp 1988 års beslut. Det stora målet, avveckling år 2010, fanns förvisso kvar. Men hänsyn skulle tagas till välfärd och sysselsättning och inte inledas förrän ny och förnybar elproduktion till rimliga priser utvecklats. En ny energiuppgörelse gjordes i början av 1997, vilken bl.a. innebar att Barsebäcksreaktorerna skulle stängas.
Fram till kärnkraftsolyckan i Tjernobyl 1986 var det Frankrike, Japan, östblocksländerna och Indien, Västtyskland, Storbritannien, Nederländerna, Italien m.fl. som satsade i stor skala på kärnkraft. De bygger även nu ut kärnkraften men med mer försiktighet.
Tre olyckor har hittills inträffat i världen med allvarliga skador på reaktorhärden. Den första inträffade 1957 vid en militär engelsk reaktor med grafitmoderator, varvid eld utbröt. Betydande utsläpp inträffade, främst av kortlivad jod. Inga dödsfall i akuta strålskador inträffade, men vissa skyddsåtgärder behövde vidtas i omgivningen. Den andra inträffade 1979 vid tryckvatten-reaktorn Three Mile Island utanför Harrisburg, USA. Denna olycka utlöstes av en serie tekniska fel i kombination med felhandlande från personalens sida. Reaktorhärden fick omfattande mekaniska skador, och hälften av bränslet smälte. Trots de svåra skadorna på reaktorhärden blev de radioaktiva utsläppen till omgivningen obetydliga. Den tredje och svåraste olyckan är den som inträffade 1986 i Tjernobyl, där haveriet i en grafitmodererad reaktor utlöstes sedan driftpersonalen brutit mot en rad säkerhetsföreskrifter. De omfattande konsekvenserna var en följd av en säkerhetsmässigt dålig konstruktion.

Kärnfysikalisk bakgrund
Atomkärnornas byggstenar är protoner och neutroner, gemensamt kallade nukleoner. Nukleonerna är olika hårt bundna till varandra i olika kärnslag, varför kärnornas energiinnehåll per nukleon varierar. De lättaste och de tyngsta kärnslagen har mest energi per nukleon. Genom att slå ihop lätta kärnor eller klyva tunga kärnor får man medeltunga kärnor med mindre energi per nukleon. Energiöverskottet frigörs i dessa processer väsentligen som rörelseenergi hos reaktionsprodukterna. Sammanslagning av lätta kärnor kallas fusion, klyvning av tunga kärnor fission. Hittills har man lyckats utnyttja fissionsprocessen för kontrollerad energiutvinning. En kärnklyvning ger ca hundra miljoner gånger mer energi än en kemisk förbränningsreaktion.


Alternativa energikällor
I framtiden måste vi ha mer miljövänliga energikällor. De fossila bränslena måste nästan ersättas helt, och kärnkraften är inte heller någon framtidslösning. Vi måste börja ersätta dessa med mer miljövänliga källor. Men för att detta ska bli verklighet måste vi hitta fler och mer effektiva alternativa energikällor. Idag har vi endast möjlighet att avveckla väldigt små delar av våra omiljövänliga energikällor. Men man måste börja någonstans, och även om avvecklingen av t.ex. Barsebäck 2 inte betyder mycket är det en början på något mycket stort. Ju mer vi avvecklar gamla energikällor, desto större utrymme skapar man åt de nya, miljövänliga energikällorna.
Det finns miljövänliga energikällor som redan är i bruk, men kan byggas ut och effektivisera, t.ex. vatten- och vindkraft, biobränslen och solkraft. Vattenkraften är idag redan utbyggt till max i Sverige, förutom de fyra älvar som är skyddade av ett riksdagsbeslut.

Biobränslen
Biobränslen är bränslen som kommer från naturen. De har tillkommit under de senaste hundra åren, t.ex. skogsavfall (bark och grenar) och vegetabiliska oljor.
Skillnaden mellan fossila bränslen och biobränslen är att de fossila har bildats under miljontals år medan biobränslena endast under inom några hundra år. På så sätt släpper vi inte ut mer koldioxid än vad naturen har tagit upp, och vi uppnår balans i koldioxidens kretslopp. Eftersom vi i Sverige har en så stor skogsindustri har vi stora mängder av biobränslen.
Det lönsammaste sättet att bränna bränslet på är i värmekraftverk, då man både får elkraft och värme, exempelvis till ett fjärrvärmenät. Biobränslen skulle t.ex. kunna värma upp höghus och stora villa- och radhusområden genom fjärrvärme. Problemet är kostnaden att installera fjärrvärmenäten, men om man ska bygga nytt eller byta ut är det definitivt något att satsa på.
Biobränslen i form av vegetabiliska oljor som rapsolja är speciellt lämat för drift av bilar eller andra fordon, eftersom det är så lätthanterligt. När svensk bilprovning skulle testa utsläppen från en parafferindriven bil var utsläppen så låga att deras instrument inte ens gav några utslag.

 Biobränslen ökar inte, till skillnad från fossila bränslen, inte koldioxidmängden i atmosfären på lång sikt.

 När man förbränner vissa biobränslen frigörs giftiga gaser, precis som med olja och kol. Därför är det viktigt med moderna reningssystem när man eldar bränslena.
 Biobränslen har inte lika stor energitäthet som kol och olja, men det finns förädlade biobränslen som pellets och pulver. De är nästan lika energitäta.

 Förädlade biobränslen är mer lätthanterliga och energitäta, vilket minskar transporterna.

Solenergi
Idag finns det inte så mycket solenergi i Sverige, 170 000 m2 solceller. För att producera en TW el krävs det 15 km2 solceller. Men istället för att ha stora anläggningar ska man satsa på flera mindre. Man planerar att ha solceller på många södervända tak, och räknar med att det skulle ge 10 Tw när det är klart. Problemet är att solcellerna är dyra att tillverka, men priserna sjunker hela tiden. Idag är priset en tiondel av vad det var för tjugo år sedan, och man räknar med att raset ska fortstätta. Solenergi är bra och kommer bli stört i framtiden.

Bränsleceller
En nackdel med solenergi är att solens intensitet är så olika beroende på väder, årstid och tid på dygnet. Solkraften ger minst energi när vi behöver som mest - på vintern. Men om man lagrar energin kemiskt i väte-syre-celler med lite elektronik får man något som kallas bränsleceller. På det sättet kan man på sommaren använda solenergin till elektrolys av vatten, som sedan kan användas på vintern.

På sommaren: 2H2O + Energi  O2 + 2H2
På vintern: O2 + 2H2  2H2O + Energi

Bränsleceller är små, under en centimeter, lätta och ger en spänning på 0,7-0,9 V. Den räcker inte till mycket, men med 150 stycken seriekopplade blir det 120 V som är lagom för elmotorer i bilar m.m. Det finns inga rörliga delar, och man behöver endast tanka dem med väte så länge syre finns i omgivningen. Väte finns som bekant i obegränsade mängder i allt vatten på jorden.

 Inga utsläpp förutom rent vatten.
 Inga rörliga delar.
 Liten och lätt.
 Beprövad teknik.
 Fortfarande dyrt, men priserna sjunker.

Fusion
Fusion är en sorts kärnkraft, men inte fissionskraft som i dagens kärnkraftverk. Istället för att klyva tunga atomer, slår man ihop små. På detta sätt kan man få ut enorma mängder energi. Så mycket att det skulle kunna försörja hela världens energibehov. Fusionen har fissionens alla fördelar, och nästan inga av dess nackdelar. Atomerna man slår ihop är väte, som finns i obegränsade volymer i våra hav.
Fusionskraften är kanske den perfekta energikällan, problemet är att den fortfarande är under utvecklingsskedet. Klart är att om den fungerar lika bra som vi tror, kommer den garanterat användas flitigt i framtiden.

Rätt och fel
Dagens energifråga är mycket viktig, och den handlar till största del av vart vi ska få vår energi ifrån. Denna fråga handlar inte bara om vilka som är effektivast, utan också vilka som är miljövänliga eller klarar de säkerhetskrav som ställs, både på driften samt militärt. Sverige kan inte ha en energiproduktion som kan bli totaltförstörd om det blev krig.
Vi måsta vara självförsörjande, miljövänliga, ekonomiska samtidigt som vi tänker på nationens säkerhet.
Många anser att vi bör avveckla kärnkraften, för miljöns skull. Sedan vi stängde Barsebäck 2, har vi blivit tvungen att importera dansk kolkraft istället, vilket är något av det mest omiljövänliga som finns i dagens läge. Avvecklingen av kärnkraften får ske, men inte i högra takt än de alternativa energikällorna växer.
I framtiden kommer vi måsta ersätta de fossila bränslena samt kärnkraft, det är de flesta överens om. Med vad och i vilken takt vi ska ersätta är däremot en omdiskuterad fråga. Med dagens alternativa energikällor kan vi inte ersätta både fossila bränslena och kärnkraften. Men om, eller snarare när fusionen kommer igång, kan den ersätta i stort sätt alla energikällor, på ett miljövänl...