אמרגיה

מתוך אקו-ויקי, מקום מפגש בנושאי אקולוגיה, חברה וכלכלה.
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

אמרגיה (באנגלית: Emergy), לפי האווארד אודום, היא סך כל האנרגיה הזמינה מצורה מסויימת, שבה השתמשו באופן ישיר או עקיף בעבודה של הכנת מוצר או שרות.

אמרגיה סולארית היא סוג של צורת אמרגיה, ומשתמשים בה לעיתים קרובות. זו היא סך כל האנרגיה הסולארית שבעקיפין או במישרין איפשרה את הכנתו או יצירתו של דבר מה. באופן דומה, אפשר לדוגמה לדבר על כמות אמרגיית הפחם שמאפשרת ייצור של תחנת כוח - בהנחה שניתן להביא למכנה משותף גם את התשומות האחרות (כמו כוח אדם) למונחים של אנרגיית פחם. כדי להימנע מהבלבול בין אנרגיה שנוצרה לבין אנרגיה שהשתמשו בה כדי לייצר אנרגיה זו, יחידות אמרגיה נקראות אמקלוריות (Emcalories) או אמג'אולים (Emjoules).

קלוריות אנרגיה ממקורות שונים אינן זהות בתרומה שלהן לעבודה מועילה. אודום טוען כי נדרש כ-1,000 קילו-קלוריות של אור שמש כדי ליצור קילו-קלוריות של חומר אורגני, כ-40,000 קילו-קלוריות של אור שמש כדי לקבל קילו-קלוריות של פחם, 170,000 קילו-קלוריות סולאריות לקבלת קילו קלוריות של חשמל, ו-10 מיליון קילו קלוריות ומעלה כדי לתמוך בשרות אנושי בן קילו-קלוריות.

המרתיות היא כמות האמרגיה מצורה אחת, שיש צורך להמיר כדי לקבל יחידה אחת של אנרגיה מסוג אחר. לדוגמה, המרתיות סולארית היא כמות האמרגיה הסולארית פר יחידת אנרגיה. והיחידות שלה הן אמג'אולים סולאריים פר ג'אול.

הגדרה מילולית

ניתן להגדיר אמרגיה כסך האנרגיה הזמינה מצורה אחת שקולה לסולארית, שבה השתמשו באופן ישיר או עקיף בעבודה לשם הכנת מוצר או שרות. (אודום, 1996, אודום 2000).

אמרגיה מבטאת את העלות של תהליך או מוצר ביחידות שקולות לאנרגיית שמש. הרעיון הבסיסי הוא שהאנרגיה הסולארית היא מקור האנרגיה הבסיסי ועל ידי ביטוי של הערך של מוצרים ביחידות אמרגיה, ניתן להשוות בין תפוחים לבין אגסים (בין דברים שונים לגמרי). (S.E.Jorgensen 2001, p. 61)

ס.אי. ג'ורג'סון וס.נ. נילסן וה. מייג'ור כותבים, "חישובי אמרגיה הינם בעלי אותה מטרה כמו אקסרגיה: ללכוד את האנרגיה החבויה בארגון ובבניה של אורגניזמים חיים." (1995, עמ' 103). אודום אמר שניתן להשתמש ברעיון של אקסרגיה גלומה כדי להעריך מבנים (1994, ע' 266) וצ'ן הולך הלאה משם ומגדיר אקסרגיה גלומה כאמרגיה.

אמרגיה מודדת ערך (ראו למטה) הן של מקורות אנרגיה והן של חומר בתוך מסגרת אחת משותפת. בתוך הערך האמרגטי גלומים השירותים שמספקת הסביבה שהינם חופשיים ונמצאים מחוץ לכלכלה הכספית. על ידי חשבונאות של שרותי סביבה איכותיים וחופשיים, ערכם של משאבים לא נאמד על ידי הערך הכספי שלהם או על ידי הנכונות החברתית לשלם, שהינם בדרך כלל מטעים מאוד. גישות שלא דרך אמרגיה להערכה של תהליכים אקולוגיים, תעשייתיים, וכלכליים-פוליטיים-חברתיים, מעריכים בדרך כלל רק מקורות שאינם מתחדשים, כתלות ברמה בה הטכנולוגיות האנושית יכולות למצות מהם (איכות אנרגיה בצד המשתמש). זאת ועוד, גישות שאינן-אמרגיה לא כוללות את השירותים החופשיים שמערכת מקבלת מהסביבה (לדוגמה, הפעילות הפוטוסינתטית שמסתמכת על הקרינה הסולארית, הדילול של מזהמים על ידי הרוח, וכו'), שהינם חיוניים לתהליך הייצור בדיוק כמו דלקים מחצביים לדוגמה.

לשיטות הערכה מעטות מאוד, אם בכלל, יש פרוצדורות הערכה לעבודה אנושית, לשירותים חברתיים ולמידע, כלומר לזרמים שמעבירים כמות זעומה של אנרגיה, אבל הינם נתמכים באופן עקיף על ידי זרם עצום של משאבים, ומבצעים בקרה, חידוש ותחזוקה באיכות גבוהה. אמרגיה כוללת את כל אלו, אולי לא באופן מושלם, אבל בדרך שעוזרת לנו להבין שיש רשת עצומה של אנרגיות תומכות הדרושות כדי לתמוך בכל פעילות כלכלית ספציפית בחברות האנושיות, ועל ידי כך היא מספקת מסגרת טובה יותר לקבלת החלטות מדיניות. or Shu-Li Huang and Chia-Wen Chen (2005)

הגדרה מתמטית

כדי להבין את המושג של אמרגיה יש קודם להבין את המושג אקסרגיה: החלק האמיתי של האנרגיה שיכול להניע עבודה מכנית.

Ex = אנרגיה חופשית של גיבס + אנרגיה פוטנציאלית/גרביטציה + אנרגיה קינטית. 

אנרגיה חופשית של גיבס הינה האנרגיה הזמינה מבחינה כימית/ תרמודינמית. לא ניתן להמיר לעבודה באופן מלא צורות של אנרגיה כמו קרינה או אנרגיית חום, ותכולת האקסרגיה שלהם נמוכה מתכולת האנרגיה שלהם, ראו אנטרופיה.

כוח האקסרגיה הוא קצב שינוי האקסרגיה על פני זמן.

P_x = d E_x / dt

זה שקול למושג של כוח בפיזיקה, עבור אקסרגיה.

אמרגיה מוגדרת כאינטגרל של כוח האקסרגיה על פני זמן.

כלומר סך השינוי באקסרגיה עד t0.זה פישוט של הנוסחה ב-2002 Giannantoni [1]

אמרגיה סולרית

היחידה של אמרגיה סולארית היא U. בראון ואולגטי Brown and Ulgiati (2001) מגדירים את האמרגיה הסולארית של זרם היוצא מתהליך מסויים כאנרגיה הסולארית הדרושה באופן ישיר או עקיף להניע את התהליך עצמו.

המרתיות: הרציונליזציה של איכות

כמו מושג האמרגיה, המושג של המרתיות (transformity) הוכנס לראשונה על ידי ד.מ. סינסמן (D.M.Scienceman) בשיתוף פעולה עם האווראד ת. אודום. ב-1987, סינסמן הציע שהביטויים "איכות אנרגיה", "פקטור איכות אנרגיה" ו"יחס המרת אנרגיה", שאודום השתמש בהם, יוחלפו על ידי המילה "המרתיות" (עמוד 261). גישה זו נועדה לפתור סוגייה ארוכה הנוגעת ליחס בין תופעה איכותית לתופעה כמותית שבדרך כלל נמצא תחת אנליזה של המדעים הפיזיקליים, שבותרם הינם סינתזה של של רציונליזם עם פנומנולוגיה. כלומר, הם מכוונים לכמת איכויות.

הגדרת המרתיות במילים

סינסמן מגדיר המרתיות כ:

משתנה כמותי המתאר את התכונה ברת המדידה של צורה של אנרגיה, את היכולת שלה להגביר עוצמה כמשוב, יחסית לאנרגיית המקור שנצרכה בהתהוותה, תחת תנאי העוצמה המקסימלית. כמשתנה כמותי אנולוגי לטמפרטורה תרמודינמית, המרתיות דורשת פרוט של יחידות. (1987, עמ' 261.)

ב-1996, אודום הגדיר את המרתיות כ:

"האמרגיה מסוג אחד הדרושה כדי לייצר יחידה אחת של אנרגיה מסוג אחר. לדוגמה. היות ונדרשים 3 אמג'אולים (cej) של פחם ו-1 cej של שרותים כדי לייצר 1 j של חשמל, ההמרתיות של חשמל היא 4 cej/j"

(יש לשים לב שמדובר בהמרה של אמרגיית פחם, המרתיות סולארית של חשמל היתה נמדדת ביחידות אחרות, ונותנת תוצאות אחרות: כ-170,000 sej/j על פי אודום).

ג'י. פי. גינוני הרחיב על הגדרה זו ומעיר כי, התשומה האנרגטית מסוג אחד שנדרשת כדי לקיים יחידת אנרגיה אחת מסוג אחר, משמשת כדי לכמת פוזיציה היררכית. (1997, עמ' 97). על פי סינסמן, המושג של המרתיות מכניס מימד חדש לתוך הפיזיקה (1987, עמ' 261).

שימושי אנליזה של אמרגיה בתחומי מדיניות

ניתן לראות באמרגיה כמדד "האמיתי" לעושר, היות ולפי הטענה, עיצובים מוצלחים ושורדים בהתארגנות עצמית בטבע ובכלכלה הן אלו אשר מיישמות את עקרון כוח האמרגיה המירבי (שהינו פיתוח של עקרון העוצמה המקסימלית) בכל רמה. בטווח הקצר, כך נטען, אנשים יכולים להעריך מוצרים ושירותים בדרכים אחרות, בדרך כלל על ידי מחירי שוק, אבל בטווח הארוך יותר, הם מוכרחים להתאים את הרעיונות והמעשים שלהם למקסום כוח האמרגיה.

כדי להחליט אם דבר מה תורם לכלכלה, ניתן לתאר כל דבר במונחים של יחידות אמרגיה סולארית. אז ניתן להשוות בין דברים שונים על פי התרומה שלהם לכלכלה, ובהתאם לעלות שלהם. אודום טוען שדלקים מחצביים, כתלות בריכוז ובמחיר שלהם, מספקים פי 3 עד פי 15 יותר אמרגיה ממה שהכלכלה משתמשת כדי להשיג ולהפיק אותם. לעומת זאת, שמן מפצלי שמן ולוחות פוטו-וולטרים, לא תורמים דבר למאזן האמרגיה הכללי. על פי הטענה, הם מספקים פחות אמרגיה לכלכלה מאשר כמות האמרגיה הנדרשת בחומרים ובשירותים כדי לתפעל אותם. ולכן הם לא יכולים לתמוך לבדם בכלכלה או להפוך לכלכליים כמקורות ראשוניים.

אמרגיה מעריכה חילופין ברמה מקומית. ישנו אי שוויון גדול בעושר האמיתי (על פי אמרגיה) במסחר הבינלאומי. מדינות בעולם המערבי המשתמשות במוצרי גלם ממדינות העולם השלישי לוקחות הרבה יותר אמרגיה מכלכלות אלה ביחס לכוח הקניה האמרגטי של הכסף שהן משלמות בתמורה.

ראו גם

ספרות

  • B.R. Bakshi (2000) 'A thermodynamic framework for ecologically conscious process systems engineering', Computers and Chemical Engineering 24, pp. 1767-1773.
  • S.Bastianoni (2000) 'The problem of co-production in environmental accounting by emergy analysis', Ecological Modelling 129, pp.187–193.
  • S.Bastianoni, F.M.Pulselli, M.Rustici (2006) Exergy versus emergy flow in ecosystems: Is there an order in maximizations?', Ecological Indicators 6, pp.58–62
  • M.T. Brown and S. Ulgiati (2004) Energy quality, emergy, and transformity: H.T. Odum's contributions to quantifying and understanding systems, Ecological Modelling, Vol. 178, pp. 201-213.
  • T.T.Cai, T.W.Olsen and D.E.Campbell (2004) Maximum (em)power: A foundational principle linking man and nature', Ecological Modelling, Volume 178, Issue 1-2, pp. 115-119.
  • D.E.Campbell (2001) Proposal for including what is valuable to ecosystems in environmental assessments', Environmental Science and Technology, Volume 35, Issue 14, pp. 2867-2873.
  • G.Q. Chen (2006) 'Scarcity of exergy and ecological evaluation based on embodied exergy', Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 11, pp. 531–552
  • B.D.Fath, B.C.Patten, and J.S.Choi (2001) Complementarity of ecological goal functions', Journal of Theoretical Biology, Volume 208, Issue 4, pp. 493-506.
  • G.P. Genoni (1997) 'Towards a conceptual synthesis in ecotoxicology', OIKOS, 80:1, pp. 96-106.
  • G.P. Genoni, E.I. Meyer and A.Ulrich (2003) 'Energy flow and elemental concentrations in the Steina River ecosystem (Black Forest,Germany)', Aquat. Sci., Vol. 65, pp. 143–157.
  • C.Giannantoni (2000) 'Toward a Mathematical Formulation of the Maximum Em-Power Principle', in M.T.Brown (ed.) Emergy Synthesis: Theory and applications of the emergy methodology, Proceedings from the first biennial emergy analysis research conference, The Center for Environmental Policy, Department of Environmental Engineering Sciences, University of Florida, Gainesville, FL.
  • C.Giannantoni (2002) The Maximum Em-Power Principle as the basis for Theromodynamics of Quality, Servizi Grafici Editoriali, Padova.
  • C.Giannantoni (2006) 'Mathematics for generative processes: Living and non-living systems' Journal of Computational and Applied Mathematics 189, pp. 324–340.
  • Shu-Li Huang and Chia-Wen Chen (2005) 'Theory of urban energetics and mechanisms of urban development', Ecological Modelling, 189, pp. 49–71.
  • J.L.Hau and B.R.Bakshi (2004) 'Promise and Problems of Emergy Analysis', Ecological Modelling, special issue in honor of H. T. Odum, vol. 178, pp. 215-225.
  • S.E. Jorgensen, S.N.Nielsen, H.Mejer (1995) 'Emergy, environ, exergy and ecological modelling', Ecological Modelling, 77, pp. 99-109
  • J.Laganisa, & M.Debeljakb (2006) 'Sensitivity analysis of the emergy flows at the solar salt production process in Slovenia', Journal of Ecological Modelling, 194, pp. 287–295.
  • P.K.Nag (1984) Engineering Thermodynamics, Tata McGraw-Hill Publishing Company.
  • H.T.Odum (1986) in N.Polunin, Ed. Ecosystem Theory and Application, Wiley, New York.
  • H.T.Odum (1988) 'Self-Organization, Transformity, and Information', Science, Vol. 242, pp. 1132-1139.
  • H.T.Odum (1995) 'Self-Organization and Maximum Empower', in C.A.S.Hall (ed.) Maximum Power; The Ideas and Applications of H.T.Odum, Colorado University Press, Colorado, pp. 311-330.
  • H.T.Odum (1996) Environmental Accounting: Emergy and Environmental Decision Making, Wiley.
  • H.T.Odum (2002) 'Material circulation, energy hierarchy, and building construction', in C.J.Kibert, J.Sendzimir, and G.B.Guy (eds) Construction Ecology; Nature as the basis for green buildings, Spon Press, New York.
  • H.T.Odum and E.C.Odum (1983)Energy Analysis Overview of Nations, Working Paper, WP-83-82. Laxenburg, Austria: International Institute of Applied System Analysis. 469 pp. (CFW-83-21)
  • H.T.Odum and E.C.Odum (2000) A Prosperous way Down: Principles and Policies, Colorado University Press, Colorado.
  • D.M.Scienceman (1987) 'Energy and Emergy.' In G. Pillet and T. Murota (eds), Environmental Economics: The Analysis of a Major Interface. Geneva: R. Leimgruber. pp. 257-276. (CFW-86-26)
  • D.M. Scienceman (1989) ' The Emergence of Emonomics'. In Proceedings of The International Society for General Systems Research Conference (July 2-7, 1989), Edinbrough, Scotland, 7 pp. (CFW-89-02).
  • D.M. Scienceman (1991) Emergy and Energy: The Form and Content of Ergon. Discussion paper. Gainesville: Center for Wetlands, University of Florida. 13 pp. (CFW-91-10)
  • D.M. Scienceman (1992) Emvalue and Lavalue, Paper Prepared for th Annual Meeting of The International Society for the Systems Sciences, University of Denver, Denver, Colorado, U.S.A.
  • D.M. Scienceman (1997) 'Letters to the Editor: Emergy definition', Ecological Engineering, 9, pp. 209-212.
  • E. Sciubba, S. Ulgiatib (2005) 'Emergy and exergy analyses: Complementary methods or irreducible ideological options?' Energy 30, pp. 1953–1988.
  • S.E.Tennenbaum (1988) Network Energy Expenditures for Subsystem Production, MS Thesis. Gainesville, FL: University of FL, 131 pp. (CFW-88-08)
  • S.Ulgiati, H.T.Odum, S.Bastianoni (1994) 'Emergy use, environmental loading and sustainability. An emergy analysis of Italy', Ecological Modelling, Volume 73, Issue 3-4, Pages 215-268.
  • S.Ulgiati and M.T.Brown (1990) Emergy evaluation of natural capital and biosphere services.
  • S.Ulgiati and M.T.Brown (2001) 'Emergy Accounting of Human-Dominated, Large-Scale Ecosystems', in S.E.Jorgensen (ed) Thermodynamics and Ecological Modelling, CRC Press LLC, pp. 63-113.

קישורים חיצוניים