Ved at bruge denne tjeneste og relateret indhold accepterer du brug af cookies til analyseformål, tilpasset indhold og reklamer.
Du bruger en ældre browserversion. Brug en understøttet version for at få den bedste MSN-oplevelse.

Omdannelse af energi er en evig udfordring

Ingeniøren's logo Ingeniøren 01-07-2017 Jens Ramskov

Mine Herrer!

Sådan begyndte G.A. Hagemann 22. marts 1892 sit indledningsforedrag i Dansk Ingeniørforening med titlen ‘Om Energien og dens Ændringer’.

Foredraget blev optrykt i fuld længde i den første udgave fra 2. juli af foreningens ugetidsskrift ‘Ingeniøren’, der havde til formål at bringe ‘teknisk-videnskabelige Meddelelser, der have særlig aktuel Interesse’.

Men før vi går videre, så lad mig tilføje: Og Damer! – for i det følgende vil jeg i en nutidig kontekst for en formodentlig mere divers læserskare kaste et blik på Hagemanns foredrag om materie og energi, som ‘ere evig bestandige, de kunne vel ændres – derimod ikke forgaa’.

© Provided by Ingeniøren

2. juli 1992 udkom første nummer af det oprindelige Ingeniøren – tre måneder efter stiftelsen af Dansk Ingeniørforening. Det markerer vi i denne weekend med en række artikler fra jubilæumsudgaven af den trykte avis, der udkom fredag 23. juni.

Læs også: Vi kender ikke alle naturens love – men nok

Læs også: Biler, fly, skibe og tog: Transporten bliver elektrisk og førerløs

Læs også: Omdannelse af energi er en evig udfordring

Læs også: Ingeniørblade i krig og fred: 1892-1975

Med henvisning til førende videnskabsmænd og gennem talrige industrielle eksempler fra ind- og udland gennemgik Hagemann på imponerende og meget detaljeret vis, hvordan og hvor let eller besværligt mekanisk, elektrisk, termisk og kemisk energi kunne omsættes mellem hinanden.

Af Hagemanns glimrende foredrag er det tydeligt, at ingeniør­videnskaben i slutningen af 1800-tallet var i stand til at håndtere energi på mange måder, men der var også store huller og dedicerede fejlopfattelser i forhold til den indsigt, vi har i dag (se f.eks. boksene til denne artikel: ‘Energien er materiens behersker’ og ‘Bevægelse er energiens ytringsform’).

Det var Hagemann selv klar over, for han bemærkede ved afslutningen af sit foredrag:

‘De har af min oversigt, mine Herrer, faaet et Begreb om, hvor liden vor Viden er, men forhaabentlig samtidig faaet et Indtryk af Størrelsen af den Udvikling, som er opnaaet igjennem denne ringe Viden’.

Energiforbruget er eksploderet

En sikker og stabil energiforsyning til glæde og gavn for mennesker over alt på Jorden uden store nega­tive følgevirkninger er en af de helt store udfordringer i dag, så emnet ‘Energien og dens Ændringer’ er mindst lige så aktuelt nu som for 125 år siden.

I slutningen af 1800-tallet var verdens samlede energiforbrug i runde tal 50 exajoule om året (1 exajoule er 1018 joule), nu ligger det omkring 550 exajoule.

© Provided by Ingeniøren

På 125 år er verdens samlede energiforbrug steget fra omkring 50 exajoule om året til over 550 exajoule. Især relativt billig olie, kul og naturgas har leveret varen, men vi står nu over for en ny energiomstilling, hvor vedvarende energikilder som sol, vind og muligvis kernekraft får en større rolle, end de har i dag. Hvis den omstilling skal forløbe gnidningsfrit, er der brug for effektive metoder til at omdanne energi mellem forskellige former. (Kilde: Our Finite World)

© Provided by Ingeniøren

Det skyldes dels en kraftig befolkningstilvækst fra 1,6 milliarder mennesker til 7,5 milliarder, og dels, at det årlige energiforbrug pr. person er vokset fra ca. 30 gigajoule til næsten 80 gigajoule.

Hvor halvdelen af verdens energi i slutningen af 1800-tallet kom fra biomasse (træ), og den anden halvdel fra kul, så er olie, kul og naturgas tilsammen altdominerende i dag. Vind og sol – eller for den sags skyld kernekraft, som Hagemann naturligvis ikke kendte til – udgør kun en mindre del.

G.A. Hagemann

© Provided by Ingeniøren

Gustav Adolph Hagemann blev født på herregården Rodsteenseje ved Odder syd for Aarhus i 1842 og blev kandidat i anvendt naturvidenskab fra Polyteknisk Læreanstalt i 1865.

I 1892, hvor han var direktør for De Danske Sukkerfabrikker og desuden bl.a. medlem af Jernbanerådet og Borgerrepræsentationen i København valgt på en liberal liste, var han en helt central person ved stiftelsen af Dansk Ingeniørforening, som han blev formand for tre år senere.

I slutningen af 1800-tallet var Hagemann medlem af et utal af kommissioner og virksomhedsbestyrelser, foruden at han var ejer af plantager på St. Croix.

Hagemann blev i 1902 direktør (rektor) for Polyteknisk Læreanstalt og varetog posten til 1912. Han døde fire år senere.

Han grundlagde for egne midler G.A. Hagemanns kollegium på Østerbro i København, der åbnede i 1908.

Stigningen i energiforbruget har været altafgørende for at skabe velstand og velfærd, men omkostningerne ved en hastig afbrænding af fossile materialer er nu tydelige for alle – eller næsten alle, skulle man måske sige.

I takt med en omstilling til energi­former, der mindsker udledningen af CO2 til atmosfæren, vil sol og vind – og muligvis kernekraft – få større betydning.

Kernekraft har et dårligt ry mange steder, men hvis vi glemmer de følelsesladede argumenter, så er en renæssance for kernekraft nok først og fremmest afhængig af, om der kommer styr på økonomien for moderne kernekraftværker. Her vil succes med byggeriet af et nyt anlæg ved Hinkley Point i England være altafgørende.

Bæredygtig energi i vækst

Globalt set voksede den bæredygtige elektricitetsforsyning med 9 pct. i 2016, og for andet år i træk udgjorde bæredygtig energi mere end halvdelen af den vækst, der var i den samlede globale elektricitetsforsyning.

Så der ér et skifte på vej bort fra fossile brændstoffer, men ifølge det internationale energiagentur, IEA, udgjorde sol og vind i 2015 stadig mindre end 5 pct. af den globale elekticitetsforsyning.

Energi fra sol og vind kommer mere uregelmæssigt end fra kul- eller kernekraft, så det er afgørende, at man kan distribuere energien over store afstande og gerne lagre den, til der er behov for den – et intenst forskningsområde, hvor danske forskere yder deres vigtige bidrag.

For at illustrere udfordringen kan nævnes, at alle verdens batteri­systemer i allerbedste fald kun er i stand til at lagre energi svarende til verdens energiforbrug i 11 minutter – selv hvis man regner rub og stub med, herunder bilbatterier. I praksis kan man kun lagre energi til nogle få sekunders elforbrug i batterisystemer koblet på elnettet.

Skiftet til sol og vind

Afbrænding af træ var i hundreder og tusinder af år dominerende, indtil kul stille og roligt kom på banen.

Den glemte Colding

I begyndelsen af sit foredrag mindede G.A. Hagemann om den betydning, som ikke mindst Julius Robert von Mayer, James Prescott Joule og Hermann von Helmholtz havde for forståelsen af loven om energiens bevarelse, der var udviklet i midten af 1800-tallet. Men i den forbindelse glemte han den danske ingeniør Ludvig A. Colding, der senere blev stadsingeniør i København.

Coldings indsats, der stod mål med Mayer og Joule, var godt nok overset af mange i samtiden, men kendt af Helmholtz. Det havde været mere end passende, hvis Hagemann i sit foredrag havde inkluderet Colding.

Og så kan det i øvrigt tilføjes, at Coldings meget tidlige erkendelse af energiens bevarelse først blev omtalt i Ingeniøren så sent som i 1990 – i en artikel, der i øvrigt primært fokuserede på hans arbejde med at skabe en vandforsyning i København og som grundlægger af faget teknisk hygiejne.

I 1840 udgjorde kuls andel kun 5 pct., og først ved slutningen af 1800-tallet, da Hagemann holdt sit foredrag, nåede kul op på at levere halvdelen af verdens energi.

Hvor hurtigt et skifte til nye energi­kilder kan finde sted er usikkert. Men det er dog værd at påpege, at Frankrig i løbet af 12 år – fra 197o til 1982 – øgede andelen af elektricitet genereret fra kernekraft fra 4 pct. til næsten 40 pct.

I 2010 vurderede det interna­tionale energiagentur, IEA, at det ville tage 14 år, før den installerede kapacitet for solenergi nåede 180 gigawatt. I dag er den allerede over 290 gigawatt, så det kan måske ske hurtigere, end man umiddelbart skulle tro, selv om det er en kæmpe opgave at sige farvel til kul som en stabil og billig energikilde, vi kan takke for meget – men hvis svineri vi ikke længere kan tolerere.

Globalt set er der store forhåbninger til solenergi, hvor priserne har været drastisk faldende de senere år.

Energien er Materiens Behersker

Hagemann forklarer, at der er dyb forskel mellem energi og stof (materie), da en ændring af materien næsten altid er ledsaget af en energi­ændring, mens det omvendte ikke behøver at være tilfældet.

Energien er således materiens behersker. Men den er mere end det, beretter Hagemann:

‘Vi kjende Ilt og Brint, og vi véd, at de under stærk Varmeudvikling: under Ændring af deres chemiske Energi til termisk Energi, danne Vand, men i hvilken tilstand Ilten og Brinten findes i Vandet, véd vi ikke. Kun det véd vi, at føje vi igjen den Mængde Energi til Vandet, som omdannedes til Varme ved Vanddannelsen, da faa vi igjen Ilt og Brint. Og er da saaledes Energien Materiens Behersker, saa er den også Hersker over Materieændringer’.

Ud over at illustrere datidens ringe kemiske viden, hvor kemiske bindinger ikke var kendt, var det en fejlslutning, for da Albert Einstein i 1905 formulerede sin mest berømte ligning E= mc2, blev det klart, at energi og materie i virkeligheden er to sider af samme sag.

Den erkendelse banede senere vejen for kernekraft, hvor man kan omsætte de masseændringer, der sker ved fis­sion af tunge grundstoffer, som eksempelvis uran, eller ved fusion af lette grundstoffer som brint, til energi.

Når Hagemann karakteriserer energien som materiens behersker, er det dog ikke helt forkert.

Når protonens masse er 83 gange større end summen af massen af de tre kvarker, den består af, så skyldes det, at størstedelen af massen er koncentreret energi i form af kinetisk energi for kvarker og fra gluonfeltet, der holder dem sammen. Men alt det vidste Hagemann naturligvis intet om.

Fra elektricitet til lys

Solenergi betragter vi i dag som strålingsenergi til forskel fra termisk energi, som skyldes den indre bevægelse af molekyler i et legeme.

Hagemann skelnende ikke på samme måde – Solen og lyset var for ham forbundet med varme og var derfor termisk energi.

Men for Hagemann var det mere interessant at omdanne elektricitet til lys end omvendt, så han fokuserede i sit foredrag bl.a. på forskellen i effektivitet ved omdannelse af elektricitet til lys i gløde- og buelamper.

Når det gælder den omvendte omdannelse af varme eller lys til elektrisk energi, var det primært termoelektricitet, han havde i tankerne, omend han bemærkede, at dette princip ikke havde fundet større praktisk anvendelse.

‘Det vil dog sikkert komme,’ spåede Hagemann, som dog næppe kunne forudse, at termoelektricitet en dag ville blive udnyttet i rumsonder til solsystemets fjerne egne, hvor varmeenergi fra henfald af radioaktive isotoper omsættes til elektricitet.

Hagemann kunne måske nok forestille sig at udnytte Solens energi og varme via solfangere, som vi i dag vil betragte som omsætning fra strålingsenergi til termisk energi.

Men solceller, hvor strålingsenergi omsættes direkte til elektrisk energi, havde Hagemann ingen mulighed for at forestille sig. Det krævede en forståelse af opbygningen af atomer, som ikke fandtes på den tid.

Vi har brug for energislaver

Det er energi, der har skabt det moderne velfærdssamfund og gjort det muligt for almindelige mennesker at leve et liv med en komfort, som tidligere dages konger og baroner ville misunde dem.

Når den herskende klasse tidligere kunne leve et behageligt liv og blive opvartet i alle ender og kanter, så skyldes det, at de havde billig arbejdskraft – nogle endog slaver – til rådighed, der kunne levere den fornødne energi.

Bevægelse er Energiens Ytringsform

For Hagemann var der fire energiformer: mekanisk, elektrisk, termisk og kemisk – og disse måtte i hans øjne have noget tilfælles, da energien kan ændres fra den ene til den anden form.

Når mekanisk energi kan ændres til elektrisk energi og tilbage igen, så må de ifølge Hagemann begge være bevægelsesformer – og det samme må så også termisk og kemisk energi være.

Det er ikke umiddelbart indlysende, hvorfor dette skulle være tilfældet, og i dag vil man sige, at nok er mekanisk, termisk og elektrisk energi bevægelsesenergi, men kemisk energi såvel som kerneenergi og gravitationel energi, som er energien for et legeme i en højde over jordoverfladen, er potentiel energi.

Det interessante er, at Hagemanns betragtninger fører ham videre ud i ren spekulation om, at hvis energi er bevægelse, så må eksempelvis også magnetisk tiltrækning og frastødning, krystallisation og allervigtigst den almindelige massetiltrækning kunne forklares af bevægelse som energiens ytringsform.

Heldigvis skynder Hagemann sig at bemærke, at det naturligvis er helt umuligt at føre noget bevis herfor, for her var han klart på afveje.

Nu klarer vi os heldigvis med såkaldte ‘energislaver’ – et mål for, hvor meget menneskelig arbejdskraft der teoretisk skal til at levere vores energiforbrug.

Dem har vi til gengæld også brug for rigtig mange af: En gennemsnits­amerikaner bruger i dag næsten 100 megawatttimer energi om året. Da et menneske kan levere en effekt, der svarer til ca. en tiendedel hestekraft eller 75 watt, skal en gennemsnitsamerikaner have ca. 150 ‘slaver’ til at arbejde for sig i døgndrift for at levere samme energi.

Det lyder dyrt, men omkostningen til energi er faktisk mindre end 5 pct. af gennemsnitsamerikanerens totale forbrug, og netop denne adgang til billig energi har været årsagen til en økonomisk vækst i det 20. århundrede i et omfang, som verden aldrig tidligere har oplevet.

Vi står foran et 'Energiewende'

Men den billige energi har også en omkostning, som kan mærkes ved påvirkningen af klima og miljø. Derfor står verden over for et nyt skifte i vores energiforsyning – et Energiewende som tyskerne kalder det.

Energi har vi sådan set nok af. Solen leverer rigeligt.

Derfor er det nye og forbedrede metoder til ændringer mellem energiformerne, der afgør, hvilket samfund vi kan skabe.

Mine Damer og Herrer ... Lad mig derfor slutte den lille rundtur i energiens verden med Hagemanns afsluttende bemærkning fra 1892, som den dag i dag er lige så rigtig:

‘Fremtiden indeholder endnu mange Muligheder, og selv den vildeste Fantasi vil ikke kunne udmale de Vidundere, som et videre Studium af Energierne og deres Ændringer vil berige Menneske­heden med.’

Omdannelse af energi er en evig udfordring © Aalborg CSP A/S Omdannelse af energi er en evig udfordring

Jobopslag fra Jobfinder

image beaconimage beaconimage beacon