אקסרגיה

בתרמודינמיקה, אקסרגיה (באנגלית: Exergy) היא מקסימום העבודה שמבוצעת על ידי המערכת בזמן טרנספורמציה (שינוי) המביאה 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 ביופיזית ובכלכלה אקולוגית יש המשתמשים במונח אקסרגיה לתיאור "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 הועלתה 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 כלשהו... כדי לחשוב בדרך הכללית ביותר האפשרית את העיקרון 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 ו-B 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 בעירה של דלק הם דוגמה לשחרור של אקסרגיה כימית. תוצרי החמצון יוצרים גזי פליטה (מים ופחמן דו חמצני לדוגמה במקרה של בעירה 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 בעירה 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 אקסרגיה. 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

• אקסרגיה בוויקיפדיה האנגלית
• השוואות בין סוגים שונים של אגרגציה של אנרגיה - על פי מדד כלכלי, אקסרגיה ואמרגיה מתוך כלכלה אקולוגית 2000

מערכות מורכבות

מושגי יסוד: הוליזם - שיווי משקל - תהליך - אנטרופיה - אקסרגיה - החוק השני של התרמודינמיקה - מידע - ארגון עצמי - הגחה - לולאת משוב - תהליך בלתי הפיך - עמידות - חשל - גידול מעריכי - תגובת יתר

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

מערכות ואקולוגיה: תהליך ארוך טווח - מחזור ביוגאוכימי - חוק המינימום של ליביג - פרדוקס ג'בונס - עקרון ההספק המקסימלי - הולון - אנרגיה גלומה - שירותי המערכת האקולוגית - ייצור ראשוני - מטבוליזם

ספרים ומאמרים: ספינת החלל כדור הארץ - גבולות לצמיחה - מעבר לגבולות - חוק האנטרופיה והתהליך הכלכלי - תריסר נקודות מינוף להתערבות במערכת - דינמיקת מערכות פוגשת את העיתונות - עיצוב כלכלה הוליסטית לעולם בר קיימא

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

קיימות
תחומי מחקר ויישום: אקולוגיה - תרבות מקיימת - כלכלה בת קיימא - כלכלה אקולוגית - חקלאות בת קיימא - פרמקלצ'ר - אנרגיה מתחדשת - עיצוב מקיים - כימיה ירוקה - אקולוגיה תעשייתית - אקולוגיה עירונית - תחבורה בת קיימא - עירוניות מתחדשת - בנייה ירוקה - תעשייה בת קיימא - ייצוב אוכלוסין
מושגים: השפעות סביבתיות - אקסרגיה - I=PAT - מחזור ביוגאוכימי - התפוצצות אוכלוסין - גבולות מקיימים לתפוקת חומר ואנרגיה - משאבים מתכלים - טביעת רגל אקולוגית - מערכת אקולוגית - שיא תפוקת הנפט - עקרון הזהירות המונעת - הכחדה המונית - זיהום - התחממות עולמית - בליית קרקע - דייג יתר - עמידות - סביבתנות - כלכלת מצב יציב
ספרים וסרטים: גבולות לצמיחה - התמוטטות - אנרגיה בת קיימא - ללא האוויר החם - מעריסה לעריסה - קורס בהתרסקות - סיפורם של הדברים - האיש שנטע עצים