Elefanten i porslinsbutiken med Klimat

Denna artikel har jag fått av Per-Olov Käll, professor emeritus i oorganisk kemi och forskare i energiområdet, särskilt om vätgasbaserad energi.

På Biblioteksgatan i Stockholm – ”Sveriges exklusivaste shoppinggata” – finns en mycket elegant porslinsbutik, som är nästan lika känd som Svenskt Tenn på den närbelägna Strandvägen. Om du har vägarna förbi bör du inte missa att gå in i butiken. Redan när man kastar en blick i skyltfönstret varseblir man en stor livs levande elefant, som uppehåller sig i lokalen. Det råder emellertid ett slags tyst överenskommelse hos alla att inte låtsas om att djuret befinner sig där. Istället anstränger man sig att se ut som om det enda som intresserar en här i världen är de utsökt dekorerade kinesiska vaser och traditionella charmiga kaffekoppar från firma Rosenthal i Bayern som är framställda till beskådan. Inte heller de som arbetar i butiken ser ut att fästa något avseende elefanten, i varje fall så länge denna inte sveper runt med snabeln bland porslinshyllorna eller på ett opassande sätt överröstar kundernas diskreta frågor genom att trumpeta.

–Jag ser att ni har en elefant här, säger en överraskad kund som inte är införstådd med sammanhangen.

–Tja, har och har, svarar expediten. Vi talar inte om sådant som i princip inte bör finnas.

–Jag förstår, säger kunden. En klok inställning!

Denna allegori handlar om det som för var dag tycks bli alltmer uppenbart. Att vi inte kan undvika en klimatkatastrof med mindre än en radikal omläggning av vår etablerade och mycket omhuldade västerländska livsstil. Den livsstil som blivit vår inom loppet av ett drygt, högst två århundraden men vars slut vi redan tydligt skymtar.

Vad kommer denna livsstil att ersättas av?

Ingen vet!

Än värre, vi låtsas inte om hur besvärlig omställningen till ett annan typ av samhälle sannolikt kommer att vara. ”Ingen kommer att acceptera att gå tillbaka till en lägre levnadsstandard” är ett ofta upprepat argument i den konventionella debatten. Även i de delar av världen där man just har kämpat sig upp ur den värsta fattigdomen vill man gärna efterlikna oss. Vilket liberalt sinnade personer ofta tolkar som bevis på vår kulturs och vårt ekonomiska systems överlägsenhet.

Men denna kulturs och ekonomis överlägsenhet ställs nu inför ett avgörande mandomsprov.

Jag ska här försöka förklara varför jag tror att övergången till ett (miljömässigt) ”hållbart” samhälle innebär en vändpunkt i mänsklighetens historia. Därmed inte sagt att livet för framtida generationer med nödvändighet kommer att vara ”sämre” eller ”svårare” än det vi själva fått uppleva. Men troligen blir det annorlunda.

Dissipativa system

Det mest fundamentala som kan sägas om livet – liksom om ekonomin och samhället – är att de utgör exempel på vad Nobelpristagaren Ilya Prigogine benämnde dissipativa system [1]. Sådana system kännetecknas av att de endast kan existera (”leva”) genom att oavbrutet utbyta energi med omgivningen. Det innebär att de permanent befinner sig i ett tillstånd som ligger långt från jämvikt [2]. I sådana system är alla processer till sin natur irreversibla. Det vill säga systemet (livet, ekonomin, samhället) kan aldrig av sig självt återvända till en tidigare punkt. Tiden har bara en riktning. Att det är så har att göra med att systemet för att existera måste producera vad som kallas för entropi och som kan översättas med oordning. Tendensen till oordning kan endast motverkas genom oupphörlig tillförsel av ny energi. Miljöproblem är typiska exempel på samhällets entropiproduktion. Ekonomiska kriser är en följd av ekonomins entropiproduktion. Denna entropiproduktion kan inte väljas bort, men den kan påverkas av hur vi väljer att hantera systemet. Bäst fungerar ett system om processerna inom det sker så nära jämvikt som möjligt. Då blir entropiproduktionen (”oordningen”) liten.

Om detta låter komplicerat i teorin är det ganska lätt att förklara praktiskt. En människa kan som bekant bara existera om hon regelbundet tillförs energi i form av föda, (vi behöver dessutom syre, vatten och vissa mineraler). Födan är en välordnad blandning av kemiska ämnen, vilka innehåller energirika kemiska bindningar. I förbränningen i kroppen (oxidation med syre som elektronmottagare) omvandlas de energirika ämnena till energifattiga såsom vatten, koldioxid och slaggprodukter. Vår energiskuld till omgivningen återbetalar vi genom att avge kroppsvärme, som dock är en energiform av lägre kvalitet (högre entropiinnehåll) än den högkvalitativa ordnade kemiska energi vi tillförs genom födan. Det är rätt uppenbart att på ett analogt sätt inget samhälle kan existera utan att oupphörligt tillföras energi från omgivningen. Solenergi (avgörande för växtligheten och jordbruket), olja (transporter, läkemedel, plaster), kol (generering av el och värme), naturgas (el och värme), kärnkraft (el och värme), vattenkraft (el), biobränslen (transporter, el, värme) osv. Detsamma gäller det vi kallar ekonomi. Att hålla reda på finansmarknadernas oräkneliga siffermängder slukar kolossala mängder elektrisk energi och resulterar i stora mängder värme (entropi) i datorhallarna [4].

Sambandet mellan ekonomisk tillväxt och energiförbrukning har långt ifrån alltid insetts till fullo. Till exempel hade Kina, när man på 90-talet inledde sin imponerande ekonomiska tillväxt, den uttalade ambitionen att detta skulle kunna ske utan alltför stor ökning av energiförbrukningen, i synnerhet i form av kol som Kina är rikt på och som är landets viktigaste energikälla. Det har dock visat sig att Kinas energiförbrukning har ökat på i stort sett samma sätt som skett för alla andra utvecklade länder, (Fig. 1). Tillväxt utan ökad energiförbrukning är en tulipanaros.

Fig. 1. Kinas energiproduktion från 1965 fram till 2017 uttryckt i miljarder ton oljeekvivalenter för olika bränslen [se fotnot 4]. Det tycks som om Kinas egen kolproduktion nådde ett maximum (”Peak Coal”) runt 2013 och därefter börjat sjunka. Skillnaden mellan den producerade energin – från olja, kol, naturgas, kärnkraft, vattenkraft osv – och Kinas totala energikonsumtion, representerad av den tjocka svarta kurvan, utgörs av Kinas import av olika bränslen. Som framgår har Kinas energiimport hela tiden ökat sedan slutet av 90-talet. För närvarande är Kina världens största oljeimportör. (Graf hämtad från Gail Tverberg: Gail Tverberg)

Den energimängd som solstrålningen tillför jorden under ett år är flera tusen gånger större än den energimängd det mänskliga samhället förbrukar under samma tidsperiod. Detta förhållande förleder många människor att tro att den fossila energin kan avskaffas genom att man helt enkelt ersätter den med sol- och vindkraft. Tyvärr är det en allvarlig underskattning av de tekniska svårigheterna att åstadkomma en sådan övergång. I förhållande till hur vårt elnät faktiskt fungerar lider de rikligt flödande sol- och vindenergierna av en avgörande svaghet. De är intermittenta.

Det vill säga vinden blåser långt ifrån alltid medan solenergin saknas helt på natten, är svag vid molnigt väder och på platser där solen står lågt.

För att förstå vilken svårighet intermittensen utgör kan vårt elnät liknas vid en orkester, där de olika instrumenten (vattenkraften, kärnkraften, gaskraften, kolkraften osv) på ett harmoniskt sätt samspelar enligt dirigentens (= elkundernas) önskemål. Inkorporering av sol- och vindenergi innebär att man byter ut de väldisciplinerade musikerna mot helt nyckfulla sådana. (Musiker som inte bryr sig ett skvatt om hur dirigenten viftar med sin pinne och bara spelar när de har lust.) I en stor orkester spelar några få sådana musiker inte så stor roll, eftersom deras nyckfulla beteende kan balanseras genom att andra musiker, t.ex. gaskraften, får ta på sig en kompenserande roll (genom att slås av eller på). Men ju fler de anarkistiska musikerna blir, desto svårare blir det att få elnätet att fungera som avsett, nämligen att till kunderna på ett jämnt sätt leverera en högkvalitativ ström doserad efter deras elektriska behov.

Den som tvivlar på denna beskrivning rekommenderas att ta en diskussion med de ingenjörer, som hanterar det tyska elnätet. Tyskland har under de senaste decennierna inkorporerat stora mängder ”förnyelsebar” energi (sol och vind) i sitt nät och plågas nu med stora funktionsproblem i form av frekventa strömavbrott och höga eltaxor. För att dämpa ryckigheten i systemet vill Tyskland köpa ännu mer rysk naturgas och hoppas även kunna importera norsk vattenkraft.

Egentligen tycks det bara finnas två trovärdiga lösningar på ”orkesterproblemet”:

1) Att i elnätet bygga in jättelika energireservoarer (t.ex. batteriparker och/eller vattendammar) som kan nyttjas för att kompensera för systemets inherenta ryckighet. Även om sådana lösningar med säkerhet kan fungera lokalt på olika platser är det tveksamt om de låter sig genomföras i verkligt stor skala, inte minst om man tar hänsyn till kostnaderna för ett sådant projekt.

2) Att helt byta strategi. Istället för att försöka få det intermittenta systemet att leverera elenergi efter våra nuvarande behov får vi anpassa våra behov efter vad systemen faktiskt kan leverera. I viss mening innebär det en återgång till forna tiders förhållanden (t.ex. segelfartyg). Dock med en viktig skillnad; vi förfogar idag över avancerade teknologier och material som våra förfäder inte hade tillgång till.

Den som önskar fördjupa sig i dessa frågeställningar har en omfattande litteratur att tillgå, huvudsakligen på engelska. En populärt hållen introduktion ges i två utmärkta artiklar av energijournalisten Kris De Decker [5].

NOTER

[1] Ilya Prigogine (1917-2003) föddes i en judisk familj i Moskva några månader innan oktoberrevolutionen. Familjen lämnade dock Sovjetunionen 1921 och Ilya Prigogine studerade kemi i Belgien. Han räknas som en av den moderna kemins viktigaste teoretiker och utnämndes till professor vid en rad universitet. 1997 erhöll
han Nobelpriset i kemi för sina ”bidrag till icke-jämviktstermodynamik, i synnerhet för teorin om dissipativa strukturer”.

[2] Här använder jag begreppet jämvikt i dess exakta termodynamiska betydelse, som inte riktigt är densamma som de jämviktsbegrepp som ekonomer, biologer eller psykologer ofta använder. En marknadsekonomi som befinner sig i ”jämvikt” befinner sig i termodynamisk mening långt ifrån en sådan. Det vetenskapligt korrekta begreppet för en sådan jämvikt är steady state. I ett verkligt jämviktstillstånd, t.ex. ett urladdat batteri, är inga förändringar möjliga.

[3] Det ska kanske påpekas att alla verkliga processer lyder termodynamikens lagar. Det gäller även tankeprocesser, som egentligen inte är något annat än bioelektriska processer som pågår i vår hjärna.

[4] 1 miljard ton oljeekvivalenter (1 GTOE) motsvarar ungefär 4.19·1019 Joule (J) eller 11 630 terawatt timmar (TWh). Kinas totala energiförbrukning är alltså i storleksordningen 3.2×11 630 = 37 216 TWh. Som jämförelse kan nämnas att Sveriges totala energiförbrukning år 2016 uppgick till 559.2 TWh eller 1.5 % av Kinas.
Å andra sidan är Sveriges befolkning endast 0.7 % av Kinas, vilket innebär att energikonsumtionen per capita är dubbelt så hög i vårt land som i Kina. [5] här