For å bygge et energisystem, og forbruke energien, må det en eller annen form for energiinvestering til. Denne investeringen er det som utgjør forskjellen mellom brutto og netto energi. For å beskrive forholdene mellom investert energi og nyttbar energi, brukes det mange forskjellige termer som ofte går om hverandre. Netto energi, overskuddsenergi, EROI og ERoEI representerer alle omtrent det samme forholdet mellom hvor mye energi vi får ut i forhold til hvor mye vi putter inn. Den vanligste, men dog alt for lite brukte måten å beskrive dette på, er EROI. Det er, enklest fortalt, forholdet mellom den energien vi får ut kontra den vi putter inn for å opprette og vedlikeholde energisystemet. EROI (Energy Return on Invested) og ERoEI (Energy Return on Energy Invested) brukes om hverandre og er akkurat det samme, men jeg velger å bruke EROI pga. dens historiske bruk, da det holder muligheten åpen til å inkludere finansielle aspekter i vurderingen.² I teorien tar EROI i betraktning all energi produsert og all energi konsumert for å få den produksjonen. I praksis kalkuleres EROI fra ut fra den direkte og indirekte energien forbrukt for å produsere den gitte mengden energi. EROI er en nyttig måte å måle forholdet mellom investert energi og nyttbar energi. Formelen er enkel og ser slik ut:

EROI = (nyttbar energi / investert energi)

Ligningen kan oppsummeres som energien som trengs å investeres for å få ut så så mye mer (eller mindre) energi. Telleren og nevneren er vanligvis oppgitt i samme enheter, slik at forholdstallet blir dimensjonsløs, f.eks. 100:1, som uttales «100 til 1″. Dette eksempelet innebærer at vi får ut 100 kJ eller f.eks. 100 btu ved å investere 1 kJ eller 1 btu. EROI er veldig verdifull når det gjelder å sammenligne ulike energikilder og produksjonsmetoder. På denne måten kan man gjøre nøye analyser angående hvilke energikilder og produksjonsteknikker man bør investere i før man bare hopper i det og risikerer store tap. Det er mange som har brent seg på dette i blant annet satsingen på bioetanol.

Netto energi taler, på sin side, ofte om energimengde og er forskjellen mellom energien vi får ut og energien vi investerer:

Netto energi = nyttbar energi – investert energi [kJ]

I sammenheng med EROI kan netto energi skrives, som den ofte gjør, per enhet energi investert (her uten benevning):

Netto energi = EROI – 1

Hvis da f.eks. EROI er 20, så er netto energi 19 per enhet investert energi. Har man investert 10 enheter energi, så vil total netto energi være lik 1900. Break-even punktet for EROI er når 1:1, mens for netto energi er den lik 0. Ved dette punktet har man da fått ut like mye energi som man investerte, og gått helt i null. Det hadde vært som om staten tok alle pengene du tjente. Hvis EROI for en etanolprosess er 1,2:1, så er netto energi 0,2 per enhet investert energi. Hvis man i denne sammenhengen også trekker inn definisjonen av virkningsgrad, så kan fort forvirringen bli komplett. Og med opplistingen av formelen, forstår man hvorfor:

η = E_ut / E_inn

Formelen virker tilsynelatende veldig lik som EROI-formelen øverst. Her er det snakk om energien vi får ut, som også kan skrives som nyttig energi, og den energien vi må putte inn for å få den ut, som også kan skrives som investert energi. Hva er forskjellen på de to? For det første handler dette om to forskjellige definisjoner. For EROI dreier det seg om å bruke energi for å «hente» energi fra en energikilde, om det så skulle være fra en konvensjonell oljebrønn, tjæresand, geotermisk eller vindkraft. For virkningsgrad dreier det seg om å konvertere en energiform fra en til en annen, som f.eks. fra varmeenergi til elektrisitet, fra potensiell energi til mekanisk energi eller fra elektromagnetisk energi til kjemisk energi. Når det dreier seg om å konvertere energiformer innebærer det alltid tap i prosessen pga. termodynamikkens lover. Derfor vil E_inn alltid være større enn E_ut og η, i motsetning til EROI, vil alltid være mindre enn 1.

EROIs eksponentielle natur

Som sagt er EROI veldig nyttig og talende for å si noe om hvilke energikilder det er gunstig å satse på. Alle med fornuft vil ønske å få igjen så store mengder energi som mulig, ved å forbruke så lite som mulig. Jo større forholdet er, jo mer overskuddsenergi sitter man igjen med som man kan bruke på å bygge ting, frakte ting, et cetera og generelt kan opprettholde og utvikle komplekse samfunn. Det er med andre ord av stor samfunnsmessig nytte å prioritere energikilder med høy EROI. I begynnelsen av olje-eraen, lå oljen lett tilgjengelig, nesten på toppen av overflaten. I USA på 1930 hadde oljen den utrolige EROI-faktoren på 100:1. Siden den tid har den gradvis blitt lavere. Den lett tilgjengelige oljen er nesten helt borte, og derfor må vi bevege oss offshore og til langt dypere farvann og til ukonvensjonell olje som den ekstremt energikrevende utvinningen av tjæresand. I 1970 var EROI nede i ca. 30:1, og i 2000 så langt nede som mellom 11 til 18:1. Utvinningen av tjæresand har i dag en EROI på 2-3:1.³

EROI for alle energikilder, særlig ikke-fornybare, følger et forutsigbart mønster, hvor man i starten lokaliserer de lettest tilgjengelige ressurser og som man dermed ikke trenger å investere så mye i for å noe igjen. Etterhvert vil ressursene bli gradvis mer utarmet og utilgjengelig at man må yte en stadig større innsatsfaktor for å få ut den samme energi som tidligere. Den eksponentielle nedgangen er illustrert til høyre, og er hentet fra Michael Dales doktoravhandling fra 2011.⁴ Den eksponentielle nedgangen kan også illustreres enda mer dramatisk i form av det mange kaller «the energy cliff«. På energiklippen er EROI = E_ut/E_inn plassert på x-aksen, mens total energi er presentert prosentvis på y-aksen. Det som er under grafen, farget grønn, representerer netto energi – altså overskuddet som går til samfunnet – og det røde over grafen representerer investert energi. Totalt gir y-aksen oss brutto energi. Her ser man fort hvorfor det kalles energiklippen.

Mellom EROI på 50 og 10 ser vi at vi fremdeles får veldig mye overskuddenergi til samfunnet. Men fra 8 og nedover blir det grønne området under grafen brått mye mindre. Så selv om vi nå ikke merker store forskjeller på netto energi, vil det skje plutselige forandringer når vi først har nådd klippekanten.

Systemgrenser

EROI er et enkelt konsept, og selve ligningen i seg selv er ingen kunst å resonnere seg frem til. Det er selve utførelsen og, ikke minst, hvor man skal sette grensene for hva EROI-analysen skal inneholde. For å være konsekvent, og ikke oppnå ulike resultater på utregningen av EROI, er det essensielt at grensene for hva man skal inkludere i analysen er forhåndsdefinert. Dette bør være definert for alle like industrielle prosesser og energikilder slik at man ikke oppnår forskjellige resultater. For å gjøre det konkret; skal man kun ta med energien brukt for å lage brønnhodet, eller bør man gå lenger tilbake og utvide grensene ved å ta med energien som ble brukt for å lage evt. infrastruktur. Skal man også inkludere hvor mye energi man brukte for å utvinne mineralene brukt til materialer. Skal man også ta med maskinering av utstyret, menneskelig energi og energien brukt i frakten og installeringen av utstyret? Skal negative miljømessige påvirkninger også tas med? Det er med andre ord mange mulige aspekter som kan inkluderes i regnskapet. En standard for defineringen av dette må med altså skapes.

Mulder og Hagens⁵ definerer ulike EROIs, avhengig av hvilke inputs som er tatt i bruk. De definerer førsteordens, andreordens og tredjeordens rammeverk. Førsteorden inkluderer kun direkte energi input og outputs. Andreordens inkluderer også både indirekte energi- og ikke-energi inputs, og kreditterer også sekundære produkter som output. Tredjeordens EROI inkluderer også andre «eksterne» elementer i produksjonsprosessen som eksempelvis vannuttømmingen pga. produksjonen av maisetanol. Så når man ser hvor man skal trekke grensene for hva som skal inkluderes skjønner man fort at EROI trenger en standard for hva som skal inkluderes, og at innhentingen av de ulike dataene kan være en utfordring.

EROI kan for øvrig ha visse begrensninger, og tar ikke nødvendigvis hensyn til politiske faktorer som energiuavhengighet, utslipp, praktiskhet i forhold til rådende teknologier og tid. I dette studiet tas det eksempelvis hensyn til EROI som funksjon av levetid.

Videoer om EROI

Se kapittel 17b i Crash Courset til Chris Martenson om energibudsjettering:

Se også EROI-faderen Charles S. Hall utbrodere litt om konseptet.

Videre lesning

I denne artikkelen av Charles S. Hall på oildrum.com kan du lese om ulike måter for å kalkulere EROI.

Her kan du lese en grundig studie av utviklingen til EROI for olje og gass i USA fra 1919 til 2007. Mye av resultatene blir også oppsummert og plassert i fine grafer her.

I denne studien: Energy Return on Investment for Norwegian Oil and Gas from 1991 to 2008, skrevet av Leena Grandell med peer review aksept i mars 2011, kan man lese om hvordan EROI-faktoren for norsk olje og gass har utviklet seg fra 1991 til 2008. Norge har (fremdeles) blant de høyeste EROI-tallene i verden, fra maksverdien 59:1 i 1996 til 40:1 som tallene i snitt ligger på nå. Konklusjonen er at EROI for de norske feltene vil fortsette å synke, da det krever mer ny teknologi og investeringer for å få ut den samme energien.

På Encyclopedia of Earth finnes det en studie som tar for seg EROI til 119 vindturbiner i 50 ulike analyser. Der kommer de frem til at vindkraft har en gjennomsnittlig EROI på 25:1.

På Encyclopedia of Earth finnes det også en oversikt over aktuelle temaer når det gjelder energibudsjettering.

1. http://www.bp.com/assets/bp_internet/globalbp/globalbp_uk_english/reports_and_publications/statistical_energy_review_2011/
   STAGING/local_assets/pdf/statistical_review_of_world_energy_full_report_2011.pdf
2. http://www.soest.hawaii.edu/GG/FACULTY/ITO/GG410/EROI_Future_Energy_Sources/Murphy_EROI_AnNYAcSci10.pdf
3. http://www.theoildrum.com/node/3810. Se også dette studiet fra 2011
4. Michael Dale. (2011). Global Energy Modelling Biophysical Approach (GEMBA). Kan lastes ned her: http://www.stanford.edu/~mikdale/Michael_Dale/PhD_Thesis_files/Dale%20(2011)%20Global%20energy%20modelling%20-%20a%20biophysical%20approach%20(GEMBA)%20-%20THESIS_Part10.pdf
5. Mulder, K. & N.J. Hagens. 2008. Energy return on investment: towards a consistent framework. AMBIO 37:74

Denne boken var et spennende og uortodokst funn på et lokalt loppemarked. Boken er skrevet av noe så sjeldent som en norsk anarkist. Som undertittelen antyder er det en bok som favner et vidt spekter av tema. Etter å ha lest den store teoretikeren Kropotkin, den lidenskapelige Bakunin og Tolstoi på hard og gammelmodig engelsk, var ihvertfall én ting sikkert: det er hakket mer behaglig å lese om anarkistiske tanker på norsk.

Morgenstierne skriver lettforståelig ved hjelp av hverdagslig språkbruk som til tider kan være rimelig humoristisk. Boken er delt opp i fem kapitler. Det første kapitlet tar for seg problematikken rundt overbefolkningen i verden, ihvertfall på overflaten. Hele kapitlet er egentlig bare en sarkastisk kritikk av industrisamfunnet og dets teknokratiske løsninger. Kapittel 2 tar for seg velstandsfordelingen i verden, hvor det obligatorisk nok gjøres en kritikk av vekstsamfunnets økonomimodeller – uendelig vekst. Det var et par interessante ting ved dette kapitlet. Blant annet nevnes Herman Daly, en tidligere økonom i Verdensbanken. Fremdeles i arbeid for Verdensbanken, prøvde han å fronte en mer grønn økonomi, ved å få de ortodokse økonomer til å innse at uendelig vekst var umulig grunnet rammene satt av økologien. Med andre ord, at det fins økologiske grenser for økonomisk vekst. Han fikk sparken. I tillegg nevnes det en motsetning til pyramidespillet renter – en direkte anti-rente. I 1890 fremmet den tyske forretningsmannen Silvio Gesell å ha en slags parkeringsavgift for penger. Dem som lot pengene ligge uvirksom i banken, istedenfor å la dem sirkulere, måtte betale en avgift. Han ble ikke populær blant økonomene, men Keynes skal visstnok ha hatt mye til overs for ideene hans. Nå frontes denne ideen av blant annet Margrit Kennedy. I sin bok «Det nye pengesystemet» mener hun at dette ville «nøytralisert» pengene, slik at de lignet mer på andre goder, der verdien er mer eller mindre lik bruksverdien.

Det tredje kapitlet heter Retten til dovenskap og taler for akkurat det. Forfatteren funderer over hva vårt arbeid i dag faktisk er verdt, den travle tomheten til forbrukersamfunnets beboere. Selskaper, ved hjelp av medias verktøyer, skaper kunstige behov hos folk og spinningen går fort opp i vinningen, til tross for både ny jobb og høyere lønn. Hun fronter også tanken om at mye av dagens arbeid har utrolig store likhetstrekk med slaveriet. «Eneste praktiske forskjellen», sier hun, «…er at i dag har vi mer fri om ettermiddagen, og mer penger mellom hendene». Dette utbroderer hun endel om ved å sammenligne det med historisk former for slaveri. Hun fronter det å jobbe for seg selv, i såkalte frie yrker. Men de fleste av oss, skriver hun, finner ikke veien ut av lønnsslaveriet. Da kan det tas i bruk sabotasjemetoder for å være fri i ufriheten. Hun broderer ut så endel tips til ulike måter man kan sabotere arbeidsplassen. Flørt med kollegaer, ekstra lange lunsjer, skriv en bok mens du «jobber», utnytt egenmelding, kom for sent og gå for tidlige fra jobb nevner hun som eksempler. Det finnes en lang historie med forakt for arbeid. Hun pekerer på grekernes behagelige tilværelse hvor slavene gjorde jobben og jeger- og sankekulturen minimale arbeid. Folk ønsket å utnytte tid med sine nære og kjære, samt bedrive det de fant mest interessant og oppfyllende. Hun fronter at minst mulig arbeid – i konvensjonell forstand – er noe alle foretrekker. Hun hevder at det finnes basis, historisk sett, for at mennesker har hatt 4-timers arbeidsdager, fire dager i uken. Vi trodde vi skulle komme til en slik utopia ved hjelp av datamaskinene, skriver hun. Men å spise, sove og elske er enda ikke livets eneste gjøremål. Menneskene løser ikke sine problemer teknologisk. Løsningen ligger i synet på livet, skriver hun.

Det fjerde kapitlet heter Kunstnerlønn til alle. Hele kapitlet er et argument for at alle bør få borgerlønn, og hvilken rolle staten har i dette. I dette siste punktet, gjør anarkismen hos Morgenstierne seg synligere – staten blir irrelevant. Dette skal blant annet skje ved at staten får en ren fordelingsfunksjon av skatteinntektene, hvor lik lønn går ut til alle borgerne. Staten vil være en gavestat, litt lignende i dag, men med to grunnleggende forskjeller. Det ene er at ikke bare kunstnerne, tenkerne, mødrene (med fare for å fornærme), pensjonistene eller taperne blant oss får betalt for å sparke småstein. I realiteten er det store likhetstrekk med dagens situasjon. Forskjellen vil være at staten, fremfor å være tungt administrativ med utallige unødvendige byråkratiske stillinger som sluker milliarder, fordeler. «Leger kan endelig få konsentrere seg om det leger skal gjøre, istedenfor å terroriseres av skjemaer», skriver hun. Staten får dermed en ren forretningsfunskjon, og skal ikke gjøre noe annet enn å samle inn penger for deretter å gi dem bort rent mekanisk. Hun skriver at det vil være «…uten noe apparat av reguleringer og beslutningsprosesser, uten statsfunksjoner! Tilbake blir ingen stat, bare et sekretariat». I tillegg nevner Morgenstierne ett av flere milliardsluk. Professor ved Norges Landsbrukshøgskole, Normann Aanesland, har kalkulert at incentivene til norske bønder er et pengesluk. Det hadde visstnok lønt seg for samfunnet om man nedla alle gårdsbruk, betalte alle bønder det samme som de får nå uten at de produserte noe, og importert all maten fra utlandet. Hun legger til en viktig bemerkning rundt dette: «Med borgerlønn ville bøndene naturligvis fortsette å dyrke jorda, iallefall de av dem som liker yrket sitt – men de ville sannsynligvis gjøre det på en måte som var både hyggeligere og mer miljøvennlig, frigjort fra landbrukssektorens mange restriksjoner».

I det siste kapitlet – elsk deg rik – legges det mer direkte frem om anarksimen til Morgenstierne, filosofien, etikken og bak anarkismen til Morgenstierne. Det er et lite kapittel, så man må yte forfatteren og hennes valgte format rettferdighet ved å anse det som en liten og hyggelig sketsj av en langt større argumentasjonsrekke. Hun starter det hele ved å sitere filosofihistoriens første selverklærte egoist, Max Stirner: «Gud tenker bare på seg selv, hvorfor skulle ikke også jeg gjøre det?». Ettersom Stirner tydelig gikk inn for at mennesket skulle tro på seg selv, ikke på noen som helst overmakt, fikk han Marx ettertrykkelig på nakken, «ettersom hans system var like avhengig av ydmyke tilhengere som alle andre maktsystemer». Samfunnsfilosofien begynte omtrent her, og hun poengterer at i dag er tilnærmet alle samfunnsfilosofer. Men dagens samfunnsfilosofer begrenser seg i to leirer; dem som tror at mennesket er godt og dem som tror at det er ondt. Som hun poengterer har begge leirer feil. Som alle vet, er vi begge deler. Derfor blir det interessant å stille seg spørsmålet hva som skjer i menneskets møte med fellesskapet, hvor hun poengterer at dette ikke er et problem så lenge det ligger i ordet fellesskap – en løs eller fast sammenslutning av likeverdige mennesker som har like mye rett til å uttale seg. Frykten er altså, i følge forfatterinnen, ikke hva som skjer i menneskets møtet med fellesskapet, men i enekeltmenneskets møte med overmakten. Deretter tar hun for seg den fryktede overmakten som vi ser i alle samfunnslag fra staten, lærere, foreldre, arbeidsgivere til politiske ledere, religiøse ledere og stiller spørsmål til hvorfor vi skal overgi vår frihet til andre og la dem styre over oss. Hun kommer med et gyldig spørsmål: «Er disse lederne så eksepsjonelt begavede og fremstående personer at de med noen grad av fornuft må antas å kunne handle på alles vegne bedre enn alle selv ville kunne ha handlet på egne vegne?» I tillegg påpeker hun scenariet hvor det hypotetisk sett eksisterer en slik person, og stiller spørsmålet «ville det at de fikk makten, tilføye noe som helst til deres positive innflytelse?» Deretter går hun løs på statsmakten, hvor hun påpeker at den har to grunnfunksjoner: (1) å regulere økonomien og (2) å forsvare territoriet. Til punkt kommenteres det: «Ingen stat har klart å beskytte sine borgere mot økonomisk depresjon, inflasjon, børskrakk, synkende pengeverdi eller massearbeidsløshet. Alt dette rammer alle land fra tid til annen uansett økonomisk politikk og uansett hva de knytter myntenheten sin til. Og spør de internasjonale forretningsvirksomhetene om de trenger hjelp fra noen stat til å skjøtte sin virksomhet».

“I dette store land, saa fattigslig udstyret med mindesmærker om et folks tusindaarige liv; hvor saa lidet blev bygget; hvor historien mangler billedstoffet, og den haarde, almægtige natur, uvidende om menneskeslægterne neppe bærer andre spor efter deres gjerning end spredte lyse rydninger og veibaandene mellem dem – her har vor egen tid reist et monument, vor egen slægt, nutidsfolket aabenbaret sin magt, sin energi, sin fremfærd, sin enhed. Høifjeldsbanen er vort nationale storværk, dobbelt stolt, fordi det er udført av en saa faamændt nation; vi kan vise den frem som landets enestaaende seværdighed – hver bro, hver sneforbygning, hver tunnel er mærkværdigere end alle vore haugudgravede skuderester tilhobe.”

– Nils Kjær i sitt reisebrev “Vestlandsreise” fra 1909.

Samme år som Bergensbanen åpnet for fullt skrev Nils Kjær med nasjonalromantisk schwung om vårt lands nye ”nationale storværk”. Nylig fridd fra unionen med Sverige, og midt i datidens ravende teknologiske utvikling, ville man knytte landet mer sammen. På samme måte som datidens helter Nansen og Amundsen overvant naturen i både sør og nord, skulle Norges ingeniører fra NTH, grunnlagt i 1900, overvinne fjell, snø og mektige stup ved å la stålskikkelser suse gjennom landskapet. Dampskipet langs kysten, fra Bergen til Oslo, kunne bruke hele 55 timer på overfarten, og begynte å bli et stadig mindre tiltrekkende alternativ. For å henge med i 1900-tallets utvikling måtte det tas grep. Norge ville delta i utviklingen – noe vi gjorde. Vi tok for oss av datidens kunnskap og arbeidskraft ved å gjennomføre verdifulle og langsiktige endringer i infrastrukturen.

Men banen ble ikke bare proklamert som limet mellom øst og vest og et bidrag til økonomisk vekst og velstand. Den var også viktig i markedsføringen av Norge som et land med arktiske sletter, mørke skoger, høye fjell og stupbratte fjorder. Estetikken og det storslagne ble også da brukt for å promotere Norge i utlandet. Norges Statsbaner (NSB) opprettet rundreisekontorer på kontinentet og i Amerika i 1889, og var med det første bedrift til å selge Norge til utlendinger i skiturismens spede begynnelse. Disse argumentene har bestått tidens tann like sikkert som dovre, og vil fortsette å gjøre det. Den innflytelsesrike reiselivseksperten, Gary Werner, kåret i 2005 i Chicago Tribune Bergensbanen til verdens beste jernbanestrekning. Det estetiske ved banetraséen og dens natur er altså like gjeldende nå som for 100 år siden. Men hvordan står det til med å anvende nåtidens kunnskap, teknologi, og ikke minst alminnlige fornuft, slik vi gjorde med vårt ”nationale storværk” for 100 år siden?

Før vi går inn på dette, kan det være viktig å påpeke et par nyanser som har entret vår bevissthet siden den tid: (1) miljøaspektet ved å velge tog (mrk. elektrifisert og fra fornybare kilder) og (2) fremtidsaspektet, da man med sikkerhet kan si at råolje ikke akkurat er fremtidens energkilde. Så siden 1909 har det altså oppstått to tilleggsargumenter som taler for utviklingen av infrastrukturen rundt jernbanen.

Bergensbanen på 4 timer blir promotert på mange fronter. Både av enkeltpersoner og grupperinger som Bergensbanekomiteen, Forum nye bergensbanen og sjeldne meningsfeller som LO og NHO. Engasjementet er stort blant mange – og med god grunn. Med relativt små investeringer kan man få reisetiden ned i 4 timer fort, øke godstransport, spare miljøet, bedre turisttilbudet og bygge verdifull infrastruktur som varer; og dét uten at utbedringene står som motsetning til en eventuell høyhastighetsbane.

Bergensbanen strekker seg offisielt over 371 km mellom Bergen og Hønefoss. Videre går toget over på randsfjordsbanen i 71,35 km inn til Drammen. Drammensbanen inn til Oslo S er på 52,86 km og fullender med det den vakre togferden fra Bergen til Oslo på totalt 495,21 km. Morgentoget, som er det raskeste av de daglige fire avganger, fullfører denne distansen på 6 timer og 29 minutter. Dette tilsvarer en gjennomsnittshastighet på kun 76 km i timen. Det er betraktelig fortere enn i 1909, hvor det ble brukt 15 timer på overfarten. Men teknologien, ressursene og et stort antall tilleggsargumenter skulle tilsi at vi klarer langt bedre. Med relativt små forandringer kan det skapes store positive ringvirkninger. I perioden frem mot 1909 ble det brukt omtrent ett halvt statsbudsjett til utbyggingen av banen. Til sammenligning blir de 50 milliardene, presentert i høyhastighetsutredningen, en liten andel å avse for å senke reisetiden til 4 timer og/eller mindre. Men flere mener at 50 milliarder er en i overkant stiv pris for å senke reisetiden ned til 4 timer. Fagperson og regionsdirektør i Jernbaneverket, Lars Christian Stendal, mener at en investering på 7 milliarder er tilstrekkelig for å få overfarten ned i 4 og en halv time. Jeg har stor tro på at en høyhastighetsbane kan være svar på mange av utfordringene våre og at dette er fullt mulig å få til, sier Stendal. I forhold til de tunge investeringene som en høyhastighetsbane krever, vil så vidt beskjedne investeringer som jeg her snakker om komme til nytte uansett om det senere bygges en høyhastighetsbane, sier Stendal. En slik kjapp og verdifull investering vil åpne nye arbeidsmarkeder, reiselivsprodukter, styrke godstrafikken og få en større andel mennesker til å anvende toget som transportmiddel mellom Oslo og Bergen. I dag anvender 16 prosent av reisende mellom Bergen og Oslo toget og 59 prosent flyet. I en studie gjort av NSB viser til at hele 41 prosent ville brukt toget hvis reisetiden ble redusert til 4 og en halv time og antall togavganger ble økt til å gå hver annen time.

Ringeriksbanen, som står for den største enkeltutbedringen på strekningen, ble vedtatt på Stortinget for hele 21 år siden. Men hittil har ingen konstruksjonsstart funnet sted. Her vil en investering på 7 milliarder (2007 kr) – ca. 1 prosent av statsbudsjettet –forkorte distansen Oslo S – Hønefoss med 60 km og 1 time i innspart tid. Så bare med denne beskjedne investeringen reduseres reisetiden betraktelig. Dette vil i tillegg, for dem som synes det høres positivt ut, åpne for et nytt betydlig utviklingsområde i det sentrale Østlandet, da turen fra Hønefoss til Oslo kun vil ta 30 minutter. Før 1985 gikk bergensbanen fra Bergen til Oslo via Hønefoss-Roa. I dag kjører de fleste persontog omveien fra Hønefoss gjennom oslotunnelen til Drammen. Denne strekningen er 34,64 km lengre enn ruten via Hønefoss-Roa, og 64 km lengre enn den kommende ringeriksbanen. Drammen er med andre ord en stor omvei, og stadig flere kjører bil når de skal til eller fra Oslo.

Det er for øvrig mer enn bare kortere reisetid promotørene av “bergensbanen på 4 timer” foreslår. Forslaget innebærer å få 7 ekstra krysningsspor og ny godsterminal i vest, noe som kan øke andelen av godstog til 80 prosent på strekningen. I dag er godstransporten mellom Bergen og Oslo under 60 prosent og synkende. Det har ingenting med villigheten til transportfirmaer å gjøre, men rett og slett en total mangel på infrastrukturens kapasitet, både når det gjelder godsterminaler, dobbeltspor og krysningspunkter. Rundt sentralbyene, Bergen og Oslo, vil forbedringer langs Voss-Bergen og utbyggingen av Ringeriksbanen knytte innlandet nærmere og åpne for nye muligheter innenfor handel, samt mer fleksibilitet når det gjelder bosetting i forhold til arbeidsplasser. Også reiselivsnæringen vil nyte godt av dette. I dag tar 500 000 mennesker flåmsbanen hvert år. Med flere avganger og kortere reisetid vil potensialet øke betraktelig. Kanskje kan bergensbanen og Hurtigruten skreddersy en helhetlig norgesferie som dekker både horisontalt og vertikalt på kartet.

For å oppsummere. Bergensbanekomitéen har fremsatt “Bergensbanepakken” som lister opp forbedringer som bør gjennomføres for å oppnå alt dette. Det trengs blant annet:

• Tunnel Trengereid-Takvam
• Rikelig antall krysningsspor
• Utbedring av kjøreledninger i Hallingdal
• Rassikringstiltak
• Plattformtiltak på utvalgte stasjoner
• To spor gjennom Ulriken og krysningsspor i Arna
• Andre nødvendige tiltak (Jf. Jernbaneverket)

Kanskje bergensbanen, og kreative løsninger rundt den, igjen kan bli vårt “nationale storværk”. Kanskje den igjen kan lede veien mot et samfunn som skal leve, transportere og handle også etter oljen – vår nasjonale griseflaks.

Innlegg originalt skrevet i Naturvernforbundet i Hordalands magasin, NaturVest, utgave 1 fra 2013.

Det skadelige ligger vel i oss selv. Og ja, kanskje også jaget etter stadig nye inntrykk har noe med det å gjøre. Vi lider av en lukseriøs rastløshet som fører til stadig lavere konsentrasjonsspenn. Det er nesten obligatorisk å ta minst et halvår med valfarting og landhopping før man skal ta fatt på studiene. Flesteparten klarer ikke en gang å la være å stirre begjærlig ned på telefonen sin i løpet av en halvtimes samtale. Det tilgjengelige, det som er rett foran oss, er ikke godt nok. Vi stopper ikke opp og lærer oss til å være tilfredse med hva vi har.

Derfor er det bra å ikke bry seg. Ikke på en nihilistisk måte. Men på en sosiointrospektiv måte. Sagt på en annen måte: gi blanke fanden i hva andre måtte mene og tenke om deg. Sett deg heller ned, eller reis deg opp, og gjør det du liker godt. Kos deg med det, bruk tid på det og bli god i det. Hvis du ikke bryr deg, blir du bedre til å bry deg om de ting du bryr deg om.

For å bevege oss utenfor den koselige hollywood-modellen av Jesu fødsel, er det viktig å forstå den historiske symbolikken og konteksten Jesus ble født inn. Evangelieforfatteren Lukas fremlegger essensielle aspekter helt fra starten av den historiske konteksten til Jesus fødsel:

«Det skjedde i de dager at det gikk ut befaling fra keiser Augustus om at hele verden skulle innskrives i manntall. Denne første innskrivningen ble holdt mens Kvirinius var landshøvding i Syria». (Luk 2:1-2)

Vi blir altså kastet midt inn i romerrikets storhetstid med keiser Augustus, Julius Cæsars arvtaker, som herre og hersker. I tillegg skulle hele verden «innskrives i manntall», som med andre ord kunne gi keiseren et hint om hvor mange mennesker som bodde i sitt rike, og som han dermed kunne avkreve skatteinntekter fra. Jesus blir født inn i dette politiske klimaet, i et undertrykt og okkupert jødeland i en liten skitten stall – langt fra det man anser verdig for en konge, herre og verdens frelser. Jesus blir født som en total motsats til de regjerende herrer. Keiser Augstus, som regjerte over den daverende kjente verden, fra Europa til østen, ble kalt herre (kyrios), frelser (soter) og guds sønn (divi filius). I tillegg kom han med «det gode budskap» (evangelion) om fred i riket – Pax Romana. Evangelieforfatterne gav Jesus de samme titlene og påpekte dermed hans motsats til keiseren. Jesus kom også med «det gode budskap» – Pax Christiana. Forskjellene mellom de to er for øvrig absolutte.

Jesus, ble som nevnt født som en antikonge i en liten jødisk by under okkupert territorium. Hans fred var, i motsetning til Cæsars fred gjennom makt og vold, en gjennomsyret fred hvor middelet var konsekvent med målet. Fred gjennom fred – ikke fred gjennom vold. Jesus løftet opp de lave i samfunnet – «de siste skal bli de første» – og brøt ned datidens sosiale kastesystem. Han sa:

«Dere vet at folkenes fyrster undertrykker dem, og stormennene deres styrer med hard hånd. Men slik skal det ikke være blant dere. Den som vil bli stor blant dere, skal være tjeneren deres». (Matt 20:25-26)

Han snudde opp ned på de sosiale konvensjoner. Han, som var konge, vasket de laveste sine føtter, tok på spedalske (forbudt ved jødisk lov), praktiserte aktiv ikke-vold og elsket sine fiender, skapte sann fred ved hjelp av fred, delte alt med alle, brøt ned nasjonalistisk og religiøs autoritet og stod opp for de svake. God revolusjonær jul!

Du må virkelig beklage mine ord om dette, men påstander som Huckabee kommer med irriterer meg grundig. For det første går de rett i strupen på den Gud Jesus åpenbarte, samtidig som de presenterer banale og lite konstruktive svar i de vanskelige tider for de sørgende. Det er kanskje ikke helt åpenbart i én slik uttalelse. Men leses det mellom linjene ser man etterhvert den kontrollsyke, voldelige og nasjonalistiske Guden som gjemmer seg bak det hele. Holdninger som Huckabees er dessverre ikke uvanlige. Lignende begrunnelser for slike hendelser som går mye igjen, er at landet har forlatt Gud, tatt de ti bud ut av skolene eller at man ikke støtter Israel.

For at landet skal kunne forlate Gud, må det logisk nok bety at de engang tilhørte Gud. Når den tiden var, er jeg veldig nysgjerrig på. Var disse gudfryktige årene da europeerne «oppdaget» Amerika, og levde ut doktrinen om «Manifest destiny», et land med selvrefererte paralleller til det nye Israel – «a city upon a hill» som John Winthrop sa. I følge dem hadde Gud utvalgt de hvite kristne til å underlegge seg urinnvånerne og stjele deres land. Var de gudsforherligende årene når de hvite immigrantene massakrerte flere millioner indianere, brøt omtrent hver eneste avtale med dem og tvang de få gjenlevende til å leve i små isolerte reservater? Var den gyldne tidsalder på den tiden hvite kristne tvangslastet fem til seks millioner afrikanere for å bringe dem til sitt nyvunnede land, og gjøre de tre millionene som overlevde seilturen til slaver? Eller tilhørte Amerika Gud da de opparbeidet seg enorm velstand og tjente grovt på sine slavers blod, svette og lidelse? Kanskje var tiden de refererer til under borgerkrigen, når kristne slåss mot andre kristne for å frigjøre slavene? Det fungerer nok ikke heller som den hellige tiden man så diffust refererer til. Selv om slavene ble «fri», var det praktisk talt apartheid under Jim Crow lovene helt frem til det tyvende århundret. I tillegg skal man ikke glemme all vold, urettferdighet og uærlighet rettet mot indianerne og andre ikke-hvite grupperinger på den tiden. Så vidt det er meg bekjent, ligner ikke dette mye på noe som kan kalles kristent. Jeg vet ikke om det bare er meg, men jeg ser ikke helt for meg at Jesus ville gjort noen av det ovenfor nevnte.

En annen vanlig begrunnelse til slike tragiske hendelser, er at de ti bud fjernes fra skolene, eller at morgenbønn på skolene ikke lenger er endel av pensum, slik som blant annet Mike Paulson ytret i en preken etter Columbine skytingen.¹ «Gud er tatt ut av skolene», sies det. Dette skal være forklaringen på at stadig flere skole-massakrer forekommer.² For det første er dette en grusomt banal og unyansert forklaring. For det andre, fremstiller også denne begrunnelsen en Gud milevis fra det Jesus åpenbarte. Gud krever ikke at man følger et sett med regler og tomme ritualer. Han ønsker fellesskap med individer, godt eksemplifisert av et ekteskap mellom to personer. Selv om de ti bud ikke høres så horribelt gale ut på overflaten, er de skremmende ekskluderende som lover. For det første er lover ikke det som bringer folk på rett bølgelengde med Gud. For det andre – konsekvent praktisert som lover – utelukker de andre religioner («Dere skal ikke ha andre guder enn meg»), noe som er galskap i et pluralistisk samfunn. De fleste kristne mener dette om sharialovgivningen i Iran, så eneste forskjellen blir i så fall at det utøves under en annen Gud. Og hvis man faktisk skulle praktisert de ti bud mer enn enn et kulturhistorisk symbol et meningsløst religiøst mantra, måtte man kjørt hele løpet fullt ut og fulgt de gamle testamentlige skriftene (hvor de faktisk er hentet fra) ved å steine dem som har en annen Gud, er utro og stjeler. Ettersom Jesus er den som definerer Gud, burde man også se at det å innføre slike proposisjoner på skoler og i politiske institusjoner er et hån mot menneskers frie vilje. Den frie viljen er jo tross alt skapt av Gud, ettersom hans mål er å leve i kjærlighet med mennesker. Tvang og kjærlighet er motsetninger.

En annen utrolig vanlig begrunnelse er å trekke inn sin nasjons forhold til staten Israel. Her finnes det mange eksempler å ta av, blant annet de obligatoriske kommentarene fra enkelte kristne påfølgende orkanen Katarina og dens ødeleggelser.³ Selv i Norge kom det lignende utsagn etter 22. juli tragedien, hvor blant annet Per Haakonsen på et KrF-møte sa at «Utøya-massakren kan sees i lys av det stadig mer betente forhold mellom Israel og Norge og de diplomatiske kontroverser som har vært i den senere tid.» Logikken lyder som følgende: Støtter man Israel har man Guds velsignelse, gjør man det ikke kommer man under Guds forbannelse, selv om dette ikke står nevnt en eneste gang i bibelen. Det er en skremmende mengde kristne som faktisk har tatt til seg denne teologiske tolkningen. De henter det hovedsakelig fra teksten i 1.Mos 12:3 hvor Gud sier til Abraham: «Jeg vil velsigne dem som velsigner deg, men den som forbanner deg, skal jeg forbanne. I deg skal alle slekter på jorden velsignes”. Det de glemmer er at innenfor kristen teologi påpekes det hvem som er ætten det refereres til. Paulus skriver i Gal 3:16 “Gud ga løftene til Abraham og hans ætt. Det står ikke «til dine ætter», som om det gjaldt mange, men det blir talt om én, « til din ætt», og det er Kristus”. Det er med andre ord de som velsigner Kristus, altså tar i mot ham og hans liv, som skal være velsignet. Dette har ikke noe med staten Israel å gjøre, men med hvor man står i forhold til Jesus. (Se også Apgj 3:25)

Disse tre begrunnelsene kan i det store og det hele summeres opp til å ha én felles og grunnleggende feilkilde, nemlig at alle bibelens bøker blir vektlagt med samme autoritet. Hvis da for eksempel 3. Mosebok og kongebøkene får lik autoritet som Jesu ord, ender vi opp med å blande det entydige Gudebildet i NT med det diffuse gudebildet i GT og det skapes en schizofren Gud, som på det ene siden kan fremstå som kjærlig, god og barmhjertig og på den andre siden som voldelig, hevngjerrig og ubarmhjertig. Med denne blandingen er min erfaring at det skapes en hang mot nasjonalisme og dermed også en voldelig underbevissthet. Gudebildet som Jesus åpenbarer er et radikalt annet enn skyggeåpenbaringen i det gamle testamentet, noe de nyetestamentlige skriftene er veldig klare på. Se f.eks hva Hebreerbrevet 10:1 sier om loven:

«Loven inneholder bare en skygge av alt det gode som skulle komme, ikke det sanne bildet av tingene.»

Loven er, som det står her, bare en skygge. Den er en vag, skjev og skrukkete form av virkeligheten. Mens loven som representerer nasjonalisme, oss og dem mentalitet, hierarki, maktstrukturer, landegrenser, egeninteresse og dermed vold og krig – symboliserer virkeligheten Jesus og hans rike kom med det totalt motsatte. Hvis man ikke har dette klart, vil man få en systematisk farlig Gud og dermed et systematisk farlig samfunn. At volden gjennomsyrer det amerikanske samfunnet er det liten tvil om. Fra underholdningsbransjens til utenrikspolitikk og fra mentalitet til sosioøkonomiske forhold. Vold er ikke et snevert begrep som kun hører til innenfor krig eller i et barslagsmål. Vold springer, som det meste annet, ut fra den mentale input man utsetter seg for. Det er ikke enkelte råtne epler, determinert av genetikken, som er problemet, men et system som er gjennomsyret av vold. At teologien også er innbakt av en voldelig underbevissthet, gjør ikke saken bedre.

Derfor er eksempelvis skoleskyting ikke et nytt fenomen i USA. I følge FBI har det de siste 100 årene vært 272 tilfeller av skoleskytinger, og som i følge statistikken stadig øker.⁴ Jeg tror ikke at det ville løst noe som helst å få Mike Huckabees Gud inn igjen i skolevesenet.

1. http://cnview.com/tragedy_at_columbine_high_school.htm
2. http://www.fbi.gov/stats-services/school-violence
3. Jack Chick – Somebody Angry? - http://www.chick.com/reading/tracts/1055/1055_01.asp
4. http://www.fbi.gov/stats-services/school-violence

Panelovnen med motstandselementer kan hjelpe oss til videre å forstå varmepumpen bedre. I en panelovn blir strøm ledet gjennom ledninger. Når strømmen når frem til motstandselementet vil strømmen, enkelt fortalt, møte motstand og dermed bli omgjort til varme på grunn av friksjon. Elektrisitet blir altså direkte omgjort til varme i en panelovn. Slik er det ikke med varmepumper.

Tenker man nøye nok over det, skjønner man at hemmeligheten ligger i varmepumpens navn – varmePUMPE. Alle vet at pumper brukes til å flytte fluider – dvs. gass eller væske – fra ett sted til et annet. Varmepumpen genererer altså ikke varme, den bare flytter det fra utsiden (omgivelsene) av eksempelvis huset og rett inn i stuen (systemet). På lignende måte som en tankbil kan frakte flere tusen liter drivstoff fra ett sted til et annet, ved bare å bruke noen få liter selv, bruker varmepumpen litt elektrisk energi for å flytte store mengder termisk energi. I tillegg er det verdt å merke seg at varmepumpen – på samme måte som bruksområdet til pumper generelt – flytter fluidet i motsatt retning av dens naturlige retning. Man bruker pumper til å flytte vann fra lavere til høyere punkter. Man motvirker altså gravitasjonskraften. En varmepumpe motvirker den naturlige retningen som varme «beveger» seg i. Varme (ihvertfall i dagligtale) flytter seg fra områder med høyere temperaturer til områder med lavere temperaturer. Varmepumpen flytter luft fra de kalde (i relativ forstand) omgivelsene til de varme. Det er med andre ord store likheter mellom varmepumpen og andre pumper. Da er det for øvrig interessant å legge merke til at ingen hevder at en pumpe som flytter vann fra havnivå og opp f.eks. 100 meter, produserer mer energi enn den forbruker.

COP og η
Forskjellen mellom Coefficient Of Performance (COP) eller effektfaktor på norsk og virkningsgrad (η) er liten, og da er det kanskje forståelig at misforståelsen eksisterer. Det hele dreier seg om måter å holde energiregnskap på – hvor mye energi man får ut i forhold til hvor mye man putter inn. Og i dette, taes det utgangspunkt i et system, slik definert i termodynamikken. Systemet kan være hva som helst: innsiden av sylinderen til en stempelmotor, et rom, et hus, et glass. Grensene som systemet er bundet av kan være faste, bevegelige eller imaginære. Uansett hva systemet er og består av, er det rimelig enkelt å fastslå både virkningsgrad og COP til systemet. Man trenger kun å finne ut hva som foregår på grensene – hva som går inn og hva som går ut.

Forskjellen mellom COP og virkningsgraden dreier seg om hva man tar hensyn til i forholdet mellom energi inn og energi ut av systemet. Mens COP kun tar hensyn til det som kan defineres som operatørens input (i Varmepumpens tilfelle: strømmen til kompressoren), tar virkningsgraden hensyn til alle inputs, både fra omgivelsene og fra operatøren. For COP er det altså oppsummert forholdet mellom operatør inputs (W_el) kontra nyttig output (Q_ut), mens for virkningsgrad er det forholdet mellom operatør inputs, samt input fra omgivelser (Q_o) kontra nyttig output fra systemet som gjelder. Matematisk uttrykker dette seg:

 

COP = Q_ut / W_el      

og

η = Q_ut / (W_el + Q_o)     

(IEA heatpumpcenter)

Hvis vi da putter inn tall, ser vi tydelig hvordan COP kan bli større enn 1, mens virkningsgraden ikke kan det. Hvis f.eks operatør input er 1 kJ, gratis energi fra omgivelsene er 3 kJ og nyttig output er 4 kJ (maks!), da vil COP = 4/1 = 4, mens η = 4/(1+3) = 1.

Men i dette enkle prinsippielle eksemplet kommer det ikke frem at systemvirkningsgraden for et virkelig system alltid er η < 100%. Et virkelig system har alltid noe tap. Virkningsgraden er dermed alltid mindre enn 100%, mens COP (selv med tap) kan være større enn 1. Gjennomsnittlig har en varmepumpe en virkningsgrad på ca. 40 %, basert på tap i systemet, lite optimale temperaturforskjeller og tekniske mangler. COP ligger i praksis ofte mellom 2-3. På bildet til høyre ser man hvordan COP og virkningsgrad er avhengig av temperaturdifferansen, ΔT (her kalt kondenseringstemperatur, da 0°C, er satt til fast utetemperatur).

Det store bildet: varmepumper, entropi og varmekraftmaskiner
For bedre å forstå at virkningsgraden er det som virkelig betyr noe for det store bildet kan det være greit med en liten tur innom termodynamikkens verden, og kjapt introdusere varmekraftmaskinen, varmepumpen, entropi og sammenhengen mellom dem. Varmepumpen, som vi såvidt har blitt kjent med, og varmekraftmaskinen er veldig like på noen områder og helt ulik på andre. Si hei til varmekraftmaskinen.

(Wikipedia)

Varmkraftmaskinen ((Som blant annet stirlingmaskinen, dampmaskinen, dieselmotoren og bensinmotoren. Alle disse er drevet ved ekspansjon og kompresjon av gasser)) omformer varme, Q_h, til arbeid W. Den drives ved at man har to varmereservoarer, ett «kaldt» og ett «varmt». Det er denne temperaturforskjellen, ved hjelp av en kompresjons- og ekspansjonssyklus, som produserer arbeid til eksempelvis å drive biler og produsere elektrisitet.

Hvis vi bryter det hele ned, og ser for oss den prinsippielle oppbygningen, består varmekraftmaskinen av et volum med en gass eller væske (som eks. i en dieselmotor) og et bevegelig stempel som sørger for den kjente «Kraft x vei», eller ∫PdV om du vil. Dette gjør den, ved å (1) tilføre varme slik at den ekspanderende gassen skyver på stempelet og gjør arbeid. Men det hele må foregå i en syklus, slik at stempelet kommer tilbake til utgangspunktet. Derfor må det (2) slippes ut varme til omgivelsene (også kalt varmesluk), slik at trykket går litt ned. (3) Videre slippe ut mer varme ut slik at volumet blir mindre og trykket igjen øker. Slik kan man igjen komme tilbake til utgangspunktet, og syklusen kan starte igjen ved at det tilføres varme. Nå har denne beskrivelsen ikke tatt hensyn til slike fancy ord som isoterm og adiabatisk ekspansjon og kompresjon. Det kan ihvertfall være greit å ha i bakhodet at det henholdsvis bare betyr ved konstant temperatur og uten varmeoverføring.

Uansett, en av likhetene mellom varmekraftmaskinen og varmepumpen består i at de utnytter temperaturforskjeller ΔT. Forskjeller, slik som ΔT og eksempelvis Δh (høyde) virker som naturmessige nødvendigheter for å skape videre forandring. Oppnås det likevekt i et system, som f.eks. lik temperatur mellom ute og inne eller ingen høydeforskjell, vil det ikke være mulig å ekstrahere energi. Ingen varme vil «bevege», verken ut eller inn, og en stein ved den franske rivieraen kan heller ikke utrette noe nyttig arbeid/skade noen. Begge disse halvveis definerte systemene vil da ha en eksergi – mulighet til å gjøre nyttig arbeid – lik 0.

En av forskjellene mellom varmekraftmaskinen og varmepumpen er at varmepumpen har størst mulig virkningsgrad når ΔT er liten, mens varmekraftmaskinen har størst mulig virkningsgrad når ΔT er stor. Når det er liten ΔT, betyr det at varmepumpen i praksis må bruke mindre elektrisitet for å pumpe varme inn. Man trenger da å gjøre mindre arbeid, W_el, på systemet. Når det er stor ΔT, betyr det for en varmekraftmaskin at den har et større potensiale til å gjøre arbeid, ettersom temperaturdifferanse er den drivende kraften. Allikevel begrenser fascinerende nok Carnot virkningsgraden den maksimale virkningsgraden for dem begge og viser hvordan man ikke kan få ut mer energi enn hva man putter inn. I tillegg henviser den oss, ved hjelp av Rudolf Clausius og Max-Planck sine utredninger, til termodynamikkens 2. lov og den ekstensive tilstandsvariabelen entropi.¹

Carnotmaskinen er en reversibel maskin som virker mellom to varmereservoarer – en varmekilde og et varmesluk (tenk på sluken i dusjen hvor det kaldere og «brukte» vannet renner ut). At den er reversibel vil si at den kan returnere til sin forrige tilstand uten tap. Den er med andre ord teoretisk. Hvis en maskin har friksjon (som alle har) vil noe av prosessens effektivitet bli lavere, da noe går over til ubrukelig vare. Sagt på en fancy og termodynamisk korrekt måte: entropi genereres og eksergi ødelegges. Carnot teoremet sier at en reversibel maskin er den mest effektive maskinene som kan operere mellom to ulike temperaturreservoarer. Den er med andre ord, logisk nok, mer effektiv enn en irreversibel maskin (pga friksjon etc.) og setter en øvre grense for ytelsen til både varmekraftmaskiner og varmepumper. Disse begrensningene oppsummerer historien om entropi og termodynamikkens 2. lov.

Entropi er et fascinerende (og kanskje deprimerende) tema som leder til mange dype temaer som universets varmedød, retningen til tid og hverdagslige observasjoner som issmelting og kjølige eldre boliger. Mens termodynamikkens 1. lov forteller at å skape eller ødelegge energi er umulig (da masse og energi er konservert), forteller termodynamikkens 2. lov om retningen til energien. Energien er til enhver tid konservert, men den beveger seg i retning av stadig lavere kvalitet. C.P. Snow oppsummerte denne retningen, i sin bok Two Cultures, ved å omtale termodynamikkens tre hovedlover slik:

• You cannot win (that is, you cannot get something for nothing, because matter and energy are conserved).
• You cannot break even (you cannot return to the same energy state, because there is always an increase in disorder; entropy always increases).
• You cannot get out of the game (because absolute zero is unattainable).

Gjennom enhver fysisk prosess i ethvert fysisk definert system vil entropien, og dermed uordenen øke. På makroskopisk skala betyr dette at man ikke klarer å omgjøre all input energi direkte om til arbeid. Prosessen vil generere noe varme og temperaturen vil øke. På mikroskopisk skala betyr det at det blir flere mulige energinivåer pga molekylenes hurtige bevegelse. Dette beskrives av Boltzmann-distribusjonen: S = k lnW

I tilfellet på bildet til høyre, hvor romtemperaturen er 298 K (25 °C) og isvannet er 273 K (0 °C), vil varmen fra rommet øke temperaturen i vannet. Varmeenergien fra omgivelsene vil øke antallet potensielle tilstander i vannet. Varmen vil strømme inntil temperaturene blir like – denne prosessen mot likevekt maksimerer entropien. Varmen ΔQ som går inn i systemet (isvannet) medfører at entropien i rommet minker: ΔS_rom = -ΔQ/(298K). Samtidig vil entropien i isvannet øke, som vi ser av ligningen ΔS_is = ΔQ/(273K) (man deler på et lavere tall). Med andre ord, den totale entropien i universet øker: ΔS_system = ΔS_rom + ΔS_is = ΔQ(1/273 – 1/298) > 0. Legg også merke til at den 2. loven sier at entropien i et isolert system må øke, men den spesifiserer ikke hvor mye den må øke. Hvis vi lar temperaturforskjellen mellom rommet og isvannet generere mekanisk arbeid på veien, eksempelvis ved hjelp av en stirlingmaskin, vil mindre entropi genereres ettersom mindre varme strømmer til isvannet (ΔQ_is = ΔQ_rom – W).

Til tross for at varmepumpen motvirker den naturlige retningen til varme, er den også overhengende begrenset av termodynamikkens 2. lov. Ved hjelp av høykvalitetsenergi fra eksempelvis – og forhåpentligvis – et vannkraftverk pumper den varme inn i våre hus. Hvis vi også tar hensyn til det totale systemets virkningsgrad, med kraftverkets virkningsgrad, overføringsledningens tap, transformatortap, samt varierende teknologi og utemperaturer vil bildet fort bli klarere. Men det som betyr noe, i sammenheng med hva som faktisk sier noe om muligheten for kontinuerlig vekst er virkningsgraden. Det finnes fysiske grenser for teknologiske forbedringer, og dermed også for kontinuerlig økonomisk vekst. Varmepumpen motvirker ikke termodynamikkens 2. lov, men det er virkelig en fantastisk teknologisk duppeditt.

Til slutt… litt om varmepumpens teknologi

(Fornybar.no)

Varmepumper og kjølemaskiner baserer seg på sammenhengen mellom trykk og temperatur for gasser og væsker. Trykk og temperatur er proporsjonale til hverandre, mens trykk og volum er inverse. Øker man trykket, så øker temperaturen. En gass som komprimeres vil få høyere temperatur, og tilsvarende vil en trykksenkning gi lavere temperatur. En varmepumpe består av en lukket krets, som inneholder et kuldemedium (også kalt refrigerant). Dette kuldemediumet er systemets energibærer, og tar opp og avgir termisk energi i repeterende syklyser. I den kalde varmeveksleren (utedelen) tar kuldemediumet til seg varme fra omgivelsene og fordamper, da den har veldig lavt kokepunkt. Kompressoren, drevet av elektrisitet, komprimerer så gassen slik at den får høyere trykk og temperatur. Den varme gassen føres inn i den varme varmeveksleren. Der avgis varmen til rommet og gassen kondenserer og blir til væske igjen. Deretter går arbeidsmediet gjennom en strupeventil slik at trykk og temperatur reduseres før det så går tilbake til fordamperen. Syklusen starter igjen.

 

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Second_law_of_thermodynamics#Equivalence_of_the_statements

Den kjemiske reaksjonen som oppstår mellom luftens oksygen og vedens karbon frigjør både lys og varme. Denne reaksjonen omformer kjemisk energi om til, det man på fagspråket kaller, termisk energi – bedre kjent som varme. Vi skal ikke gå i dybden på det her, men det som kan være greit å vite, er at termisk energi er den energiformen med lavest kvalitet. Termisk energi er endepunktet for alle energioverføringer. Nordmenn bruker i stor grad elektrisk energi til oppvarming av sine boliger. Med andre ord kaster vi høyverdig energi rett i vasken, og det uten å utføre noe arbeid. Hvis vi absolutt må bruke strøm til å varme våre boliger med, finnes det betraktelig smartere måter å gjøre det på. Hver gang vi ønsket å varme opp boligen kunne vi samtidig gjort noe oppussing, eller noe manuelt arbeid. Vi kunne da i tillegg til å få like mye varme som fra en panelovn også utført noe arbeid med eksempelvis en drill med likt antall watt som ovnen. Men det blir vel litt for upraktisk i lengden.

Ulike energiformer har altså forskjellig kvalitet, basert på termodynamikkens 2.lov.¹ Enkelt fortalt kan man si at høyere energikvalitet gir større mulighet til å konvertere den gjeldende energiformen til en annen energiform med minst mulig tap. Elektrisk energi er et eksempel på høykvalitets energi, da den i veldig stor grad kan konverteres til andre energiformer – som eksempelvis mekanisk energi – uten noe særlig tap.

Å gjøre strøm om til varme, slik mange av oss gjør ved å ta i bruk en elektrisk ovn med motstandselementer, er med andre ord en lite smart måte å anvende høykvalitetsenergi på. Derfor er det ikke nødvendigvis så altfor eksergetisk dumt å foreta reisen til termisk energi fra kjemisk energi. Men bruk av ved til oppvarming er absolutt ikke DEN store løsningen på hverken energikrise eller global oppvarming. Mange steder i verden – hovedsakelig i u-land – er det et kjent problem at skogene brukes fortere enn de erstattes. Der er ved ofte den eneste ressursen til oppvarming og matlaging. På slike steder, med mye sol og stadig mindre skog, kan en enkel solkoker bidra til å lette trykket på skogen, ihvertfall når det gjelder matlaging. I Norge derimot er det store mengder med skog, så akkurat her kan det være en potent ressurs som kan bidra med at vi bruker energien vår smartere. Det man for øvrig bør ta hensyn til, særlig i byer, er å fyre riktig, ettersom feil fyring og ineffektive ovner bidrar til skadelige partikkelutslipp i nærmiljøet. Men for å bevege oss tilbake til det rent vitenskapelige med vedfyring og varme: hva er den kjemiske reaksjonen som foregår når man fyrer opp ved?

Kjemien bak vedfyring

(Wikipedia)

Ved blir, som omtrent alt annet organisk materiale, dannet ved hjelp av fotosyntesens fantastiske prosess, hvor vann (H₂O), karbondioksid (CO₂) og lys er de nødvendige ingredienser. Disse ingrediensene danner vedens masse, som består av ca. 40 % cellulose (C₆H₁₀O₅), ca. 25 % hemicellulose og 20–30 % lignin, mens resten er forbindelser som harpiks, garvesyre, fett m.m. Hvis vi ser bort fra de kjemiske bindingene og oppsummerer, består ved av 50 % karbon, 43 % oksygen, 6 % hydrogen og 1 % nitrogen og aske.

Karbondioksidet blir spaltet av lyset, i sammenheng med komplekse prosesser, om til oksygen og karbon. Sluttproduktet av denne prosessen er at karbonatomet tas opp i planten og danner glukose, mens atomet – et avfallsstoff for planter – blir frigjort i luften. Luftens usynlige karbonatomer binder seg sammen og bygger seg etterhvert opp til synlig materie i form av et tre. I motsetning til vår intuisjon, kommer trær i størst grad fra luften, og ikke fra bakken.

Fotosyntesens kjemiske reaksjon og sluttprodukt ser slik ut: 6CO₂ + 12H₂O + (energi fra sollys) → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O    (1)

Det går med andre ord fra karbondioksid, vann og lys over til henholdsvis glukose, oksygen og vann. Oppbygningen av ved og nedbrytningen av ved følger like, men motsatte prosesser. Uavhengig av om nedbrytningen foregår i fordøyelsessystemet vårt, eller i et ildsted, er i prinsippet den kjemiske nettoreaksjonen den samme. I det første tilfellet utnyttes energien som kjemisk energi i cellene som bygger opp organismen. I det andre blir energien frigjort som varme. Forbrenningen ser slik ut:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + termisk energi    (2)

(wikipedia)

Når man brenner ved, reagerer enkelt fortalt, oksygenet med karbonet i veden, da de tiltrekkes lett til hverandre pga deres atomoppbygging (altså ant. valenselektroner). Oksygenet reagerer ikke med karbonen i veden uten en «kick-start» – en aktiveringsenergi. Hvis det ikke hadde vært tilfellet ville all organisk materiale rundt oss brent, og vi ville bodd på et inferno av en planet. For at oksygenet skal reagere med veden, må brenselet nå sin antenningstemperatur. For vanlig ved er dette ca. 275 °C. I cellulose er det styrken mellom de kjemiske bindingene (kovalente bindinger) i karbon, hydrogen og oksygen som holder dem sammen og hindrer en momentan reaksjon med oksygenet i luften. Når vi i tillegg kjenner til prinsippet om aktiveringsenergi, er det lett å forstå at man kan tenne på ting på en rekke forskjellige måter. Veien til å nå den rette antenningstemperaturen kan være mange, f.eks ved:

1. Friksjon.
2. Konsentrasjon av lys.
3. Ved å minske trykket. Jo lavere trykk, jo lavere antenningstemperatur trenger man. Dette ser man i praksis ved at vann koker fortere på et høyt fjell.

Når man så har nådd aktiveringstemperaturen vil cellulosen dekomposteres og avgi gasser. Disse gassene kjenner vi som røyk, men er ulike sammensetninger av hydrogen, karbon og oksygen. Når det aktuelle materialet tar fyr, på grunn av reaksjonen med oksygen, vil det skje en kjedereaksjon og resten av forbrenningen vil gå av seg selv. Kjedereaksjonen er for øvrig avhengig av tilstedeverelsen til nok brensel, luft og varme. De nye bindingene som finner sted vil frigjøre mye energi i form av lys og varme og dermed starte nedbrytningen av flere nye kvadrillioner med andre cellulose-bindinger i stadig nye reaksjoner med oksygen. Varmen vi føler fra ildstedet er summen av både infrarød stråling (lys) og gasser med høy bevegelsesenergi.

Forbrenningsreaksjonen kan kjemisk sett deles opp i to faser.

1. Oppvarmingen av veden og avgivelsen av gasser

6C₁₀H₁₅O₇ + Varme →  C₅₀H₁₀O + 10CH₂O    (3)

Rektantene er henholdsvis ved og varme, og produktet er henholdsvis tjære og formaldehydgass. Resten av materialet danner tjære som er nesten ren karbon og aske, som er de ubrennbare mineralene i treet (kalsium, kalk, jernkarbonat, magnesiumkarbonat, fosfat).² Tjæren er det du kjøper når du kjøper grillkull. Grillkull er tre som har blitt oppvarmet for å fjerne de ulike gassene og kun etterlate seg karbon. Derfor brenner grillkull uten røyk.

2. Gassene reagerer med oksygen

CH₂O + O₂ →  H₂O + CO₂ + CO + C + N₂ + termisk energi    (4)

Reaktantene er her henholdsvis formaldehydgass og oksygen, mens produktet er henholdsvis vann, karbondioksid, karbonmonoksid, karbon og nitrogengass. Det skal bemerkes at denne formelen er mer nøyaktig enn den generelle forbrenningsformelen (2) over.

Forbrenningen av ved gjenforener altså karbonet med oksygenet, slik det opprinnelig var før sollyset separerte dem og karbonet ble til et tre. Det er interessant å legge merke til denne syklusen. I tillegg til denne gjenforeningen, sendes det også ut lysfotoner fra peisen, noe som også er gjenkjennelig med tanke på at det måtte lysfotoner til for å danne veden. Man kan på sett og vis si at ved er lagret sollys. På samme måte som det finnes konserveringslover for både masse og energi, kan man legge merke til at ulike reakasjoner og prosesser i naturen har potensialet til å «vende tilbake» til hvor de kom fra. Det er ihvertfall slik helt til de blir til langbølget varmestråling gjennom mange molekylære kollisjoner og dermed blir går mot sin laveste energitilstand som varme. Varme er uansett nyttig, og fyring i ovnen er ikke den værste måten å anvende ved på – ihvertfall i Norge.

Til slutt kan vi avslutte med en inspirerende video om fysikken bak ild av den fantastiske fysikeren Richard Feynman.

1. notat til meg selv: Legg til link her hvor du forklarer T2.lov
2. http://snl.no/aske/kjemi

(Bilde tatt av Arne Daniel S. Haldorsen)

Når enhver vinter nærmer seg, er det viktig og bli minnet på hvilke konsekvenser dårlig fyring og ovner kan ha for nærmiljøet. Etter to milde vintre skal detikke mye dårlige hukommelse for å glemme den kalde 2010 vinteren i Bergen. Den kalde vinteren åpenbarte en kombinasjon av dårlige fyrevaner og vedovner i form av et skylokk som lå over byen. Men som Signe Sandberg, leder i Naturvernforbundet i Hordaland, påpekte i innledningsforedraget, er ikke vedyring løsningen på klimaproblematikk og energiproblematikken. Hun påpekte at man må forholde oss til realitetene og være tilstede for å gjøre de feilbarlige ting så godt som mulig. Og det var noe av kjernen bak iniativet til Naturvernforbundet – promotere rett fyring i rett ildsted slik at lokal forurensning blir minimert.

Seljeskogs foredrag ble fremført med vitenskapelig pondus og en fin ro over seg. Det var tydelig at han var godt bevandret i vedfyringens verden. I starten av foredraget tok han for seg vedovnens utvikling i Norge. Kronologien lød som følgende:

• 1990: ny forbrenningsteknologi for vedovner introdusert
• 1998: Ny forbrenningsteknologi lovpålagt nye ovner.
• 2001: Nye utslippsfaktorer for nasjonalt regnskap.
  • utslipp av svevestøv av gammel teknologi: 33-40 gram per kilo
  • utslipp av svevestøv fra rentbrennende ovn: 6,6 gram per kilo (kravet er maks 10 g/kg og aldri mer enn 20 g/kg samme hvordan man fyrer)
  • virkningsgrad med gammel teknologi: ned mot 50 prosent
  • virkningsgrad med ny teknologi: opp mot 80 prosent

Men Seljeskog presiserte at «selv med denne utviklingen får vi et problem om det ikke fyres på rett måte». Det som blant annet taler sterkt for at problemet fremdeles er høyaktuelt, er at 61 prosent av svevestøvet kommer fra fyring med ved i boliger og fritidsboliger. Målingene fra 2010 lager et tydelig bilde av problemet – 53 900 tonn svevestøv totalt. hvor vedfyring er skyldig i 33 000 av dem. Norges 2 millioner ovner kan med andre ord både byttes ut og fyres i bedre.

Men til tross for de store mengdene med partikkelutslipp blir det gradvis mindre. Nye ovner, med virkningsgrad på mellom 70 til 80 prosent, bidrar til en mer fullstendig forbrenning og dermed også mindre utslipp. Men å bytte ut en gammel ovn (ca. virkningsgrad på 50 %) med en ny er ikke synonymt med å sluntre unna på vedfyringsteknikken. Det er foreløpig uenighet i vitenskapelige miljøer om hva som er best: (1) å fyre riktig kontra (2) det å bytte ut en gammel ovn med en ny. Den sikre vinneren er uansett å gjøre begge deler: fyre riktig i ny ovn.

Statistikken viser at vedovnsprodusentene har latt seg utfordre og styre av myndighetenes krav fra 2001 om en grense på 10 g/kg med partikkelutslipp. Trenden viser en nedgang fra gjennomsnittlig 6 g/kg i 2001 til under 4 g/kg i 2012. Det er enkelte vedovner som har utslipp ned mot 1 g/kg, noe som taler for at vedovnsmarkedet har noen idealer å strekke seg etter. Seljeskog nevnte også en annen viktig ting med tanke på partikkelutslipp og reglement. Den tyske standarden for vedovner prøves å bli presset gjennom i EU. Dette kan være negativt med tanke på at den, da den kun har krav på å bli testet på nominell standard, mens den norske standarden har krav til fire ulike laster. Derfor er SINTEF proaktiv og prøver å få gjennom sin standard i EU.

Hvilke vedovner er i bruk?

Jøtul F 372 (Produsent)

Seljeskog deler inn vedovnene i bruk i dag i 3 hovedkategorier:

1. «Eldgammel» vedovn (koksovn)
2. Gammel vedovn
3. Moderne vedovn

Den eldgamle varianten kjennetegnes ved ikke å ha vindu (eller bare et lite vindu) og ingen vindusspyling. Den er ikke isolert og har ikke sekundærlufttilgang. Den gamle typen mangler også alt dette, bortsett fra vindusspyling. Den nye typen har derimot både luftspyling over vindu, sekundærluft¹ og et isolert brennkammer.

Hvordan brenner veden?

1. Steg – fordamping av vann

Når veden varmes opp vil vannet transporteres til vedens overflate. Vannet på vedens overflate vil bli oppvarmet fra de omkringliggende flammene og gradvis gå over til vanndamp. Varmen til fordampingen reduserer temperaturen. Dette fører til redusert forbrenning og varmeavgivelse. Bruk derfor tørr ved med vanninnhold mindre enn 20 %.

2. Steg – fordamping og forbrenning av gassene fra veden

Dersom vi fortsetter å varme opp veden etter at vannet er drevet ut, vil selve veden begynne å avgi gasser i form av røyk som inneholder hundrevis av forskjellige organiske gasser. Dersom temperaturen er for lav eller innblandingen av luft for dårlig, vil vi få dannet uforbrente gasser. Gassene fra veden trenger varme og luft for å brenne. uforbrente gasser er skadelig for miljøet og for folks helse. Dersom det slippes ut uforbrente gasser fra forbrenningen av veden vil mye energi gå rett ut pipen.

3. Steg – forbrenning av trekullet

Dersom gassene fra veden og den tilførte luften blir godt blandet vil de nærliggende flammene tenne gassblandingen og starte forbrenningen ved en temperatur i området 350 grader. Når mesteparten av veden har gått over til gass er resten som blir igjen trekull. Trekull vil trenge temperaturer i området 550 grader for å brenne. Forbrenningen av trekullet skjer på overflaten og krever mye mindre tilført luft for å oppnå forbrenning.

SINTEFs fyringstips

Foredraget avsluttet med noen kjappe fyringstips. Det mest uvanlige å legge merke til er punkt tre, hvor man skal tenne opp fra toppen av veden. Les nøye og anvend!

1. Bruk tørr ved. Du kan sjekke om den er tørr ved å slå to vedbiter sammen. Våt ved avgir da en dump lyd, mens tørr ved avgir en smellende lyd som når et balltre treffer en ball. Se etter tegn på råte og fukt, og kjenn på vekten. Tørr ved er lett.
2. Sørg for god trekk. Dårlig trekk øker utslippen, og du taper energi opp pipen. Først når ildstedet er varmt, etter minst ti minutter, kan du gradvis skru ned trekken.
3. Tenn opp fra toppen av veden. Ja, du leste riktig. Tenner du opp på toppen av veden med en opptenningsbrikett, vil du redusere utslippene av partikler. Dette fungerer best på nye ovner, men kan også brukes på gamle. Årsaken til at dette er best, er at vedstykkene som ligger nederst vil bli varmet opp, og deretter starte å avgi gasser som igjen tennes av varmen på toppen.
4. Tenn opp med små, tørre vedstykker. Ikke tenn opp med våt ved og store vedkubber.
5. Ikke brenn ovnens bruksanvisning. Om du har kjøpt ny ovn, les hvordan du bruker den.
6. Ikke brenn søppel. En vedovn er ikke et forbrenningsanlegg for søppel. Dette anlegget ligger i Rådalen.

Les mer om vedfyring og teknologi her, og om SINTEFs nye forbrenningsprinsipp her.

1. Med sekundærluften foregår det en såkalt tostegsforbrenning i ovnen, hvor avgassene forbrennes i et eget kammer.

For å beskrive hvordan ulike aspekter av verden er satt sammen, tar man i bruk et helt spesielt språk. Alle vitenskapsmenn, uavhengig av landegrenser forstår det – matematikk. For å beskrive hvordan universets krefter (bortsett fra gravitasjonskraften) forholder seg til de kjente subatomære partiklene bruker dette språket en ligning kalt standardmodellen. La oss få en liten oversikt over hva standardmodellen dreier seg om.

Innenfor vanlig newtoniansk fysikk¹ kan du ved hjelp av enkle variabler forutsi bevegelsen og retningen til makroskopiske objekter. Du kan for eksempel rimelig lett beregne veien som du kaster et eple i, hvor lenge det blir i luften og hvor hardt det treffer bakken når utkastvinkelen, kastekraften og eplets høyde over bakken er kjent. Klassisk fysikk kan med andre ord forklare en hendelse ved å vite relativt få egenskaper ved systemet. Men hvordan er det når selve eplet skal forklares? Du kan for eksempel si at det er rødt, men hva er egentlig rødfarge? For å beskrive farge må du jo ta hensyn til lyset som reflekteres fra det. Du kan for eksempel si at det er laget av organisk materiale, men hva er egentlig organisk materiale? Da må du jo forklare sammensetningen av molekylene, atomene som utgjør molekylene og de subatomære partiklene som utgjør atomene osv…

Det er dette standardmodellen gjør. Den beskriver hva og hvordan materien er sammensatt og hvordan den forholder seg til seg selv. For det første har den gjort hva grekerne drømte om, og dét på steroider. Vi er nå kommet så langt at grekernes tidligere teoretiske og udelelige byggeblokk, atomet (som på gresk betyr udelelig), nærmest er blitt myk som en kirsebærtomat, eller et eple om du vil. Fysikerne har med nærmest kirurgiske inngrep, gravd seg stadig lenger inn i materien og avdekket lag på lag. Universets grunnleggende byggeblokker har blitt stadig mindre.

Før var ild, jord, luft og vann de grunnleggende elementene. Deretter ble det, etter en langt tid med diskusjoner og oppdagelser, Mendeleyvs periodiske tabell med ca. 90 grunnleggende elementer. Vi trodde alt var oppdaget. Men det stoppet ikke der. De neste funnene ble protoner og nøytroner, som var enda mindre enn atomene i den periodiske tabell. Nå til slutt, sitter vi igjen med en god gjeng med elementærpartikler - partikler som all materie er bygget opp av - i et nytt periodisk system. For det andre forteller standardmodellen hvordan alt er knyttet sammen og hvordan nesten alle fysiske fenomener interakterer med hverandre på det minste plan ved hjelp av såkalte «kraftbærere» – bosonene. Bildet under viser en fin kategorisering av elementærpartiklene og deres tilhørende kraftbærere. På Wikipedia finnes det et mer detaljert bilde, som jeg har utelatt her av kosmetiske grunner.

Standardmodellen (The New Scientist, Instant Expert 12)

De to grunnleggende byggeblokkene for all materie kategoriseres i standardmodellens to hovedkategorier: fermioner og bosoner.

Et proton består av 2 opp og 1 ned kvark.

Fermioner er igjen kategorisert opp i kvarker og leptoner, delt opp etter hvordan de interakterer. Kvarker er definert ved at de har såkalt fargeladning. Dette er en komplisert sak, da de ofte henger sammen tre og tre. Så en analogi med elektrisk ladning (+ og -) er ikke tilstrekkelig for å forstå konseptet. Som man ser av tabellen er det seks typer kvarker med forskjellige navn: «opp», «ned», «sær», «sjarm», «topp» og «bunn» i rekkefølge av økende mase. Protonet og nøytronet er baryoner (en sub-type av hadroner) og består av tre kvarker. Protonet består av to opp og én ned kvark, mens nøytronet består av to ned kvarker og én opp. Leptoner har ikke fargeladning, og kan deles inn i to hovedgrupper: dem med ladning og dem uten ladning. Leptonene i øverste rad har ladning, mens leptonene nederst (ulike neutrino varianter) har ingen ladning.

Som man ser av tabellen over er partiklene kategorisert etter generasjonene 1,2 og 3. Generasjon 1 har lavest masse, mens generasjon 3 har størst masse. Og dette er viktig. Ettersom andre og tredje generasjonspartikler har så høy masse (bortsett fra neutrinoene) så desintegreres partiklene veldig fort med sin lave halveringstid. Derfor består materien rundt oss bare av 1. generasjonspartikler. Neutrinoer er som nevnt et unntak, og desintegreres ikke, da de tilnærmet ikke har noe masse. De gjennomsyrer hele universet, men de interakterer utrolig sjelden med såkalt baryonisk masse, dvs vanlig masse.

I sum består all materie altså av 3 fermioner: 2 kvarker og ett elektron. De to kvarkene, som er «opp» og «ned» kombineres på forskjellige måter og utgjør protoner og nøytroner – den velkjente atomkjernen. Rundt dem svirrer elektronet og tilsammen gir dem oss materie.

Men vi må ikke glemme bosonene og deres essensielle rolle oppi det hele. Men for å forstå dem må vi forstå først forstå universets krefter. Det er 4 krefter i universet. Standardmodellen beskriver 3 av dem. Fra den svakeste kraften til den sterkeste, gravitasjonskraften, svak kraft, elektromagnetisk kraft og den sterke kraften. Den svakeste av dem alle – gravitasjonskraften – har fysikken enda ikke klart å plassere inn i sin nesten altomfattende ligning. Det teoretiske bosonet, graviton (enda ikke påvist), som tilhører gravitasjonskraften, må virke over enorme avstander.² Bosonene som tilhører den svake kraften, kalles W og Z, mens bosonet som tilhører den sterke kraften kalles et gluon. W bosonet har, i motsetning til de andre bosonene, også elektrisk ladning. Dette gjør at den «kommuniserer» med fotonet, et annet boson. Fotonet, det mest kjente av bosonene, er ansvarlig for lys, elektrisitet og magnetisme. Når to elektroner frastøter hverandre, utveksles det fotoner, og denne utvekslingen kaller vi den elektromagnetiske kraften.

Verden er sær, og noe mindre sær blir den ikke ved at vi dykker dypere. Uansett, nå har vi i grove trekk det som skal til for å forklare selve eplet. Eller, ja, sett bort fra at vi faktisk ikke vet hvordan materie opprettholdes. Og her kommer vi inn på den foreløpig teoretiske og mye omtalte partikkelen Higgs Bosonet, som enda jaktes på ved CERN laboratoriet i Sveits. Men ja, vi kan forklare eplet og for den saks skyld all materie rundt oss ved hjelp av matematikkens språk.

Og slik ser det ut:

Gir mening, sant? På samme måte som vi kan kalkulere veien til et eple gjennom luften ved hjelp av litt informasjon, kan vi gjøre det samme for å forklare eplet. For å sikre at dynamikken til de teoretiske partiklene samstemmer med det vi ser i virkeligheten trenger vi endel parametre (19 stk) – mildt sagt et par flere enn ved et klassisk newtoniansk eksempel.

Til tross for at dem som forstår matematikkens språk og klarer å realitere ligningen til virkeligheten ser elegansen ved den, mangler den enkelte parametre for å forklare alle forhold.

Mangler ved standardmodellen

Ønsket for mange teoretiske fysikere, er å samle alt i en teori: «Theory of Everything», også kalt «a Grand Unified Theory». Einstein var en stor tilhenger av en slik vakker og enhetlig matematisk teori for alt. Men dette viste seg å ikke være fullt så enkelt, og blant annet av den grunn mislikte han kvantemekanikkens fremspring på fysikkarenaen. Hittil er det ingen slik ligning som alene kan forklare alt om hvordan universet henger sammen. Problemet består i at man generelt sett ikke klarer å kombinere det mikroskopiske med det makroskopiske, det vil si kvantemekanikk med klassisk mekanikk og Einsteins relativitetsteori. Standardmodellen kommer til kort ettersom den ikke kan inkorperere gravitasjonsteorien, beskrevet i den generelle relativitetsteori.³ Den kan heller ikke forutsi noe om universets akselererende ekspansjon, og sier ingenting om svart materie (nye ting som ikke finnes i den periodiske tabell) eller antimaterie. Den kan heller ikke gjøre rede for neutrino oscillasjoner og at neutrinoer faktisk har masse.

1. Til vanlig også kjent som klassisk mekanikk. Det omhandler fysikken rundt makroskopiske objekter som ikke beveger seg i nærheten av lysets hastighet, altså fysikk hvor kvantemekanikk og Einsteins relativitetsteori ikke er nødvendig å ta hensyn til. Klassisk mekanikk dreier seg ting som planterisk bevegelse, tyngdekraft, vindmotstand, prosjektiler, kollisjoner, moment og lignende
2. Ut fra Einsteins gravitasjonsteori faller epler til bakken og jorden går i bane rundt solen pga rom-tiden kurves av masse. Massive legemer som solen bøyer rom-tid. Så en planet som sirkler en stjerne følger faktisk en rett linje gjennom kurvet rom-tid. Dette betyr at man må erstatte Euklidisk skole-geometri med Bernhard Riemanns kurvede geometri. Einsteins teori om gravitisjon har blitt bekreftet ved å se at lys fra en fjerne stjerner har blitt bøyd rundt solen under en solformørkelse. Dette er noe ganske annet enn standardmodellen, som sier at krefter blir «bært» av partikler. Ved å ekstrapolere denne tanken vil gravitasjon være «bært» frem av en kraftbærende partikkel, kjent som graviton.
3. gravitasjon virker over enorme avstander, altså på et makroskopisk plan. Det er her vi ikke klarer å samkjøre det store med det små.