RECENSION
Titel: Miljöfysik. Energi och Klimat.
Förf.: Mats Areskoug.
Förl.: Studentlitteratur (www.studentlitteratur.se).
250 sidor.
I oljekrisens kölvatten väckte fysikern Amory B Lovins' skriverier om den
"hårda" och "mjuka" vägen berättigat uppseende under senare hälften av 70- talet. Lovins var fysikern som med hårda fysikaliska argument bevisade lönsamheten för "mjuk" energi och besparingar och att anpassa energiformen efter behovet. Istället för att automatiskt kräva "mera energi" blev
frågeställningen istället "behövs det". Många kraftverksbolag övertygades om det förnuftiga och lönsamma i att ersätta mera megawatt med negawatt.
Med en växande befolkning på jorden och utbredning av den industriella livsstilen accentueras problemen med mänsklighetens energianvändning och miljöpåverkan. De flesta människor torde vara ense om nödvändigheten att eftersträva en dynamisk jämvikt med naturen där både naturens mångfald och mänsklig välmåga kan uppnås. Fysiken kommer här till hjälp både för att analysera våra möjligheter att använda energi och vilka följder olika aktiviteter kan ha för miljön som t.ex. den globala uppvärmningen. Fakiskt kan
värmeläran, termodynamiken, sägas ha sin upprinnelse i kraven på att spara energi. Sadi Carnots undersökningar på 1800-talet, som lade grunden för termodynamiken, gällde verkningsgraden hos ångmaskiner; om hur mycket bränsle fodrades för att uföra en viss mängd arbete.
Mats Areskoug skriver i förordet till sin bok: "Fysikämnet kan bidra till förståelsen av en rad viktiga miljöfrågor, bl a globala klimatfrågor och frågor kring långsiktigt hållbar energiförsörjning. Miljöfrågorna kan berika
fysikundervisningen med aktuella och angelägna tillämpningar." Med miljöfysik (environmental physics) förstår han i detta sammanhang en undersökning av "dels de förutsättningar naturen ger för att att utnyttja energin för samhällets behov, dels de återverkningar på naturen, som
energianvändningen åstadkommer." Boken är en mycket lyckad introduktion till detta problemfält. Boken tar upp många komplicerade fenomen, som t ex
"växthuseffekten", vilka förklaras och analyseras överskådligt med hjälp av
ett fåtal grundläggade fysikaliska principer och lagar. Boken kan sägas vara uppdelad i tre delar.
Först behandlas det globala energikretsloppet, ftotsyntesen,
"växthuseffekten", ozonuttunningen och UV-strålningen. Med en enkel modell av atmosfären och med hjälp av strålningslagar kan man göra en god uppskattningen av planetens medeltemperatur.
Den andra huvuddelen handlar om olika sätt att tillvarata solenergi; från solfångare, till solcell, biobränslen och vindkraft. Vi har alltid levat av
solenergi, men med förbättrad teknik kan vi hoppas ta till vara en större del av solenergin innan den förskingras som omgivningens värme. Mänsklighetens tekniska energianvändning på global nivå är ca 10 TW medan den globala solinstrålningen uppgår vid markytan till omkr 100 000 TW varav
fotosyntesen binder netto 100 TW (TW = terawatt = 1000 000 000 000 Watt). En intressant uppgift är att nästan hälften av Europas stora
solfångaranläggningar med mer än 500 kvm solfångaryta finns i Sverige.
Lyckebo i Uppland har en anläggning med 4300 kvm solfångare där värmen lagras i stora vattenmagasin. För Sverige (och Finland) kan man räkna med en total instrålning mot markytan på 1000 kWh per kvm och år. I Sverige
forskas också aktivt i ny teknologi för solceller (exv i Uppsala). Areskoug ger en lättfattlig förklaring om hur en solcells effektivitet beror på halvledarens bandgap. Energifattiga fotoner som inte förmår skuffa elektroner från valensbandet till ledningsbandet går helt förlorade, medan för energiska fotoner all den energin utöver den som fodras att överbrygga bandgapet förloras i värme. Ett sätt att komma förbi denna begränsning är sk
tandemsolceller där solceller med olika bandgap placeras ovanpå varandra för utnyttja olika delar av solspektrat. Solcellers teoretiska maximala
verkningsgrad har beräknats till 29 %, medan man under
laboratorieförhållandena lär ha uppnått 23 %. Värmepumpen ägnas också ett kapitel. I Sverige har användningen av värmepumpar ökat dramatiskt och står för 15 % av landets uppvärmningsbehov. Ytjordevärmepumpar med slingor på ca 1 meters djup har ett värmeuttag omkr 30 - 100 kWh per år och kvm (vilket kan innebära en 2 - 3 veckors försening av våren).
Den avslutande delen ger kortfattat den teoretiska grundvalen för energiläran och begrepp såsom entropi och exergi. Samma mängd energi kan göra olika mycket nyttigt arbete beroende på dess kvalitet. Exergi definieras som den mängd kinetisk energi ("nyttoarbete") som kan utvinnas ur en viss mängd
energi. Att t ex värma upp hus med el är att slösa bort nästan all exergi hos elenergin (som ju ändå till slut skulle hade blivit värme efter att ha istället använts för något "nyttigt" arbete). Areskoug anmärker att energin skulle användas effektivare ifall man tog betalt för exergi och inte energi.
Energikvalitet var just en av de centrala punkterna som Amory Lovins förde fram under 70-talets energidebatt.
I övrigt innehåller boken en mängd uppgifter (med ledning, svar och kommentarer i slutet av boken) och uppslag för intressanta och lärorika experiment, samt hänvisningar till litteratur och resurser på internet där man kan hitta fler uppslag. Boken lämpar sig som kursbok vid högskolor.
Speciellt intressant är den för fysiklärare på alla nivåer som här får idéer till experiment och demonstrationer med det fysikaliska sammanhanget förklarat.
Självfallet har alla som intresserar sig för fysik och miljö stort utbyte av boken (motsvarar gymnasienivå). Författaren Mats Areskoug är fysiker vid Malmö högskola där han utformat experiment och undervisningsmetoder i miljöfysik.
Frank Borg