אקסרגיה

מתוך אוקו ויקי, מקום מפגש בנושאי אקולוגיה, חברה וכלכלה.

בתרמודינמיקה האקסרגיה (Exergy) אשר תסומן B, של מערכת ביחס למאגר, היא מקסימום העבודה שמבוצעת על ידי המערכת בזמן טרנספורמציה שמביאה אותה לשיווי משקל עם המאגר. המונח נטבע על ידי זורן רנט בשנת 1956, אבל המונח פותח עוד קודם לכן על ידי ווילרד גיבס בשנת 1873.

בכלכלה ביופיסית ובכלכלה אקולוגית יש המשתמשים במונח אקסרגיה לתאור "אנרגיה זמינה" או "אנרגיה מועילה".

היסטוריה

ב 1824, סאדי קרנו בחן את השיפורים שפיתחו ג'ימס וואט ואחרים עבור מנועי הקיטור. קרנו השתמש בהשקפה תאורטית לחלוטין עבור מנועים אלו ופיתח רעיונות חדשים. הוא כתב:

"לעיתים קרובות העולתה השאלה האם כוח ההינע של החום הינו בלתי מוגבל, האם יש גבול לשיפורים האפשריים במנועי קיטור - גבול שעליו פיו הטבע של הדברים לא יאפשר לעוברו בכל אמצעי כשלהו... כדי לחשוב בדרך הכללית ביותר האפשרית את העקרון של ייצור התנועה על ידי חום, יש לחשוב על כך באופן עצמאי מכל מכניזם או כל מנוע מסויים. הכרחי הדבר להציב עקרונות היישימים לא רק למנועי קיטור אלא לכל מנועי-חום שניתן לדמיין... הייצור של תנועה במנועי-קיטור מלווה תמיד במצב שעליו עלינו למקד את תשומת ליבנו. מצב זה הינו הייסוד-מחדש של שיווי משקל... תארו לעצמכם שני גופים A וB השמורים כל אחד בטמפרטורה קבועה, הטמפרטורה של A גבוהה יותר מזו של B. שני גופים אלה, שאליהם אנו יכולים לתת או מהם אנו יכולים לקחת חום מבלי לגרום לטמפרטורה שלהם להשתנות, משמשים כפונקציות של שני מאגרים בלתי נדלים..."

אקסרגיה בכלכלה

יש מספר דוגמאות בולטות לשימוש של אקסרגיה בכלכלה ובאקולוגיה.

תהליכי חמצון, נשימה או של בערה של דלק הם דוגמה לשחרור של אקסרגיה כימית. תוצרי החמצון יוצרים גזי פליטה (מים ופחמן דו חמצני לדוגמה במקרה של בערה ונשימה) שמשתחררים לאטמוספירה וגורמים לעליה באנטרופיה. תהליכי חמצון יוצרים חום שאותו ניתן לנצל כדי להפיק עבודה במנוע קורנו (כל מנוע המשתמש בחום כדי ליצור תנועה - כמו תחנות כוח או מנועי בערה פנימית וכו') או כדי לקבל אנרגיה כימית (דבר שמתרחש בתאי הגוף). חמצון יכול להיות גם איטי - כמו במקרה של ברזל שמחליד.

יש גם כמה תהליכים כלכליים חשובים שמנצלים אקסרגיה כדי לאגור אקסרגיה כימית, כלומר כדי ליצור אנרגיה גלומה בחומר. דוגמאות לכך יש בגידול צמחים (שם מקבלים אנרגיה מהשמש), בהפקת מתכות (אנרגיה מדלק בדרך כלל) ובסינתוז של אמוניה.

פוטוסינתזה בצמחים לוקחת אקסרגיה שמקורה באנרגיית שמש והופכת אותה לאנרגיה כימית שאגורה בפחמימות. הפחמימות הן למעשה מולקולות אורגניות המסוגלות לבעור או לעבור תהליך חמצון שיפיק אקרסגיה. דבר זה מתבצע על ידי הייצרנים הראשוניים, שמספקים את בסיס המזון והאקסרגיה הכימית לכלל היצורים החיים, כולל האדם.

חיזור של עופרות מתכת היא עוד דוגמה לאגירת אקסרגיה. תחמוצת מתכת חמה יחד עם פחמן לוהט עוברים תגובה כימית שמפיקה יסוד מתכתי יחד עם פחמן דו חמצני (הדבר בעצם מהווה תגובת חמצון, אבל המתכות מעבדות חמצן ולכן זה נקרא חיזור). בהפקת אמוניה משתמשים בגז טבעי יחד עם גז טבעי כדי לקבל אמוניה ופחמן דו חמצני באמצעות מספר תגובות בחום ובלחץ גבוהים.

ראו גם

רוברט אירס

קישורים חיצוניים

http://en.wikipedia.org/wiki/Exergy בויקיפדיה האנגלית
http://www.eroei.com/pdf/Aggregation_role_of_energy.pdf השוואות בין סוגים שונים של אגרגציה של אנרגיה - על פי מדד כלכלי, אקסרגיה ואמרגיה (כלכלה אקולוגית 2000)

מערכות מורכבות

אישים, הוגים וארגונים: דונאלה מדווז - ניקולס ג'ורג'סקיו-רוגן - האווארד ת. אודום - דיוויד בוהם - מכון סנטה פה

מושגי יסוד: אנטרופיה - אקסרגיה - החוק השני של התרמודינמיקה - הגחה - לולאת משוב

מערכות, מודלים וגישות: מערכת מורכבת - מערכת מפזרת - מודל מבוסס סוכנים - מערכת מורכבת אדפטיבית - חשיבה מערכתית - דינמיקה של מערכות - תורת המידע - כלכלה אבולוציונית - כלכלת מורכבות - שיטת המערכות הרכות