אנרגיה גלומה

אנרגיה גלומה (באנגלית: Embodied Energy) היא סך כמות האנרגיה חופשית שהושקעה במהלך מחזור חיים של מוצר או של תהליך כלשהו - תהליך ביולוגי, חברתי או כלכלי.

אנרגיה גלומה משמשת לרוב כמתודולוגיית "ראיית חשבון" שמנסה למצוא את סך האנרגיה הדרושה כדי להפיק סחורה או שירות כלכלי - כולל כרייה והפקה של חומרי הגלם, הובלה, ייצור, הרכבה, התקנה, והפרטות מהמוצר, כמו גם השיווק ועלויות אחרות של החומר או המוצר הספציפי.

מדדים לקיימות

חוקי דיילי לקיימות גבולות פלנטריים גבולות לצמיחה הצעד הטבעי טביעת רגל אקולוגית טביעת רגל מימית טביעת רגל פחמנית אנרגיה גלומה החזר אנרגיה על השקעת אנרגיה ניתוח מחזור חיים לקיחה מהייצור ראשוני הערכת המילניום של המערכת האקולוגית שרותי המערכת האקולוגית אוכלוסיית העולם מדד הפלנטה המאושרת מד קידמה אמין

סוגים שונים של מתודולוגיות מפיקות תוצאות שונות של גודל ושל סוג האנרגיה הגלומה. חלק מהמתודולוגיות מעוניינות בחישוב האנרגיה שנכללה במונחים של נפט שתומך בתהליכים כלכליים. סוגים אחרים של מתודולוגיות מעוניינות להעריך את האנרגיה המושקעת במונחים של אור שמש או ייצור ראשוני שתומך בתהליכים אקולוגיים. ואחרים, כמו אקולוגיית מערכות, כלכלה אקולוגית ואקולוגיה תעשייתית מתעניינים בתמיכה של תהליכים אקולוגיים-כלכליים כיחידה הוליסטית אחת.

אנרגיה גלומה כמושג באקולוגיית מערכות מנסה למדוד את העלות ה"אמיתית" של חפץ, ואת המידה בה ניתן להרחיב מושג זה לערך "אמיתי". מתודולוגיות כמו אמרגיה, ניסו לחבר אנרגיה נכללת עם מושגי יסוד, כמו קיבוליות (המידה בה מערכת יכולה לאגור חשמל) לדוגמה, במדעי הפיזיקה, האלקטרוניקה והכימיה.

לגבי סוגים רבים של חומרי גלם יש שונות גבוהה למדי של האנרגיה הגלומה בהתחשב בשיטת ההפקה, בטכנולוגיה ובמקור החומר. לדוגמה בנחושת ובמתכות אחרות, האנרגיה הגלומה בנחושת ממוחזרת נמוכה בהרבה יחסית לנחושת שנכרתה ממכרות. גם בין מכרות שונים של אותו מחצב יכולה להיות שונות גבוהה בצריכת האנרגיה בגלל ריכוז חומר, שיטות הפקה שונות ועוד.

היסטוריה קצרה

ההיסטוריה של כינון מערכת הנהלת חשבונות שתעקוב אחר זרמי האנרגיה שזורמים דרך הסביבה שלנו יכולה להתחיל במקורות של הנהלת החשבונות עצמה. כשיטה בפני עצמה היא לרוב מקושרת לתאוריית הערך של ה"חומר" (Substance) בה דגלו הפיזיוקרטים, (Mirowski 1999, pp. 154-163), ולאחר מכן האנרגטיקה החקלאית של שרי פודולינסקי (Serhii Podolinsky), רופא וסוציאליסט אוקריאני (Martinez-Alier 1990), והאנרגטיקה האקולוגית של וי.וי. סטנצ'סקי (Weiner 2000, pp. 70-71, 78-82),(V.V.Stanchenskii).

עם זאת, השיטות המרכזיות של הערכת אנרגיה גלומה שנמצאות בשימוש היום, צמחו מתוך מודל תשומה-תפוקה של וסילי לאונטיף והן נקראות ניתוח תשומה-תפוקה של אנרגיה גלומה (Input-Output Embodied Energy analysis). מודל תשומה תפוקה היה בתורו התאמה של התאוריה הנאו-קלאסית על שיווי משקל כללי עם יישום ל-"המחקר האמפירי של התלות ההדדית הכמותית בין פעולות כלכליות הקשורות זו לזו" (Leontief 1966, p. 134). על פי טננבאום (1998).

בשנת 1973 התאים ברוס הנון את מתודת התשומות תפוקות של לאונטיף כדי לתאר את זרמי האנרגיה במערכת אקולוגית, והדבר כונה "אנליזה של אנרגיה גלומה". ההתאמה של הנון אירגנה בצורת טבלה את כל הדרישות האנרגטיות (Energy intensity) הישירות והעקיפות לכל תשומה של המערכת. הכמות הכוללת של האנרגיות, ישירות ועקיפות, לכמות הכוללת של הייצור נקראה 'אנרגיה גלומה'.

בעיות במתודולוגיות של אנרגיה גלומה

מתודולוגיות שונות משתמשות בסקאלות שונות של נתונים כדי לחשב את האנרגיה הגלומה בסחורות ושירותים של הטבע ושל הציביליזציה האנושית. עדיין אין קונצנזוס בינלאומי בהשאלה מתי ואיך להשתמש במתודולוגיות ובסקאלות הנתונים המתאימות.

הקושי הזה יכול להניב מנעד רחב של ערכי אנרגיה גלומה עבור כל חומר נתון. בעדרו בסיס נתונים עולמי פומבי ומקיף על אנרגיה גלומה, תחשיבי אנרגיה גלומה עלולים להשמיט נתונים. לדוגמה, ההקמה והתחזוקה של דרכים כפריות/ כבישים מהירים הנדרשים כדי לאפשר תובלה של הסחורה, שיווק, פרסום, שירותים נלווים לסחורה, שירותים שאינם מעשה ידי אדם וכדומה. השמטות כאלה, יכולות להיות מקור לטעויות מתודולוגיות משמעותיות בערכות של אנרגיה גלומה. ללא הערכה והצהרה על השגיאה בהערכת האנרגיה הגלומה, קשה לכייל את אינדקס הקיימות, ולכן את הערך של כל חומר, תהליך או שרות נתון לתהליכים סביבתיים וכלכליים.

מיון של מתודולוגיות אנרגיה גלומה

נראה שיש שלושה הבדלים במתודולוגיות הקיימות של אנרגיה גלומה. בעקבות טננבאום (1998 Tennenbaum), אפשר לזהותם כ'אנטרופוצנרים' (האדם במרכז), 'קפיטלצנרטים' (ההון במרכז) ו'אקוצנטרים' (המערכת האקולוגית במרכז). על פי טננבאום, ההבדל במתודולוגיות נקבע לפי איך הן נוהגות, ואיפה הן מייחסות פיחות אנרגיה ברשת של זרמים אנרגטיים במערכת אקולוגית. בכל השיטות, הפיחות נלקח מתהליך הייצור שבו מדובר ומושב במקום אחר במערכת הכללית. מה שמאפיין שיטה הוא איפה היא מציבה את ההפסד האנרגטי הזה. על פי סיינסמן (Scienceman 1987), ההבדל העיקרי הוא האם אנרגיה גלומה נחצצת בצמתי עבודה ומחולקת בין נתיבים.

אנליזה אנתרופוצנרטית של אנרגיה גלומה

אנליזה אנתרופוצנרטית של אנרגיה גלומה מתעניינת באיזו אנרגיה הולכת כדי לתמוך בצרכן, ולכן כל הפיחותים האנרגטיים מיוחסים לביקוש הסופי של הצרכן אבל לא למאגר של 'נכסים' או 'מאגר הון'. אנליזה זו מיוחסת לעבודתו של ברוס הנון. אין שום דרישה שהאנרגיה חייבת להיות מבוטאת כצורה אחת או כאיכות אנרגיה אחת.

אנליזה ממוקדת הון של אנרגיה גלומה

אנליזה ממוקדת הון של אנרגיה גלומה מתעניינת בשאלה מה תומך בנכסים, ולכן פיחותי אנרגיה מיוחסים לאחסון שח 'נכסים' או 'מלאי הון', אבל לא לביקוש הסופי. שיטה זו מקושרת עם לעבודותיהם של הרנדין וקוסטנזה, שבהן אנרגיה גלומה מתחלקת בין נתיבים ונחצצת בצמתי עבודה, והיא לכן אדיטיבית, ממש כמו אנרגיית החום בחוק הראשון של התרמודינמיקה. כמו בראיה האנתרופוצנטרית, אין דרישה שאנרגיה חייבת להתבטא כאיכות אנרגיה אחת.

אנליזה אקוצנטרית של אנרגיה גלומה

באנליזה אקוצנטרית של אנרגיה גלומה, הפיחות באנרגיה מיוחס ליחידת של ייצור, כלומר, מיוחס הן למאגרים של 'נכסים' או 'מלאי הון' והן לביקוש הסופי. שיטה זו מקושרת עם עבודותיו של האווארד אודום, שבהן אנרגיה גלומה אינה מתפצלת בין נתיבים ולכן היא אינה אדיטיבית כמו אנרגיית החום בהחוק הראשון של התרמודינמיקה. האנרגיה נחלקת רק בצמתי עבודה שהינם אנרגיות מסתעפות, גמישות ובעלות איכות גבוהה שמוזנות חזרה (1994, עמ' 264). האינטרפטציה של אודום נבעה מרעיונות דומים לאלו של לולאת משוב חוזר כפי שהם באים לידי שימוש במעגלים אלקטרוניים.

"אנרגיה שמשתמשים בה בפיתוח של אנרגיה של באיכות גבוהה יותר היא 'אנרגיה גלומה'" (האווארד אודום, 1994, עמ' 251).

ד.מ. ססינמן טבע את המונח "אמרגיה" כדי להפוך את המתודה הזאת לנפרדת משתי שיטות האנליזה הקודמות: "התחילית אמ - יכולה, למרבה הצער, להיחשב כסימון של תכונת זכרון אנרגטי, רשומה של מקור אנרגטי שעבר המרה." במתודולוגיה של האמרגיה, "קיימת דרישה שהאנרגיה חייבת להיות מבוטאת באיכות אנרגטית אחת. גישות שאינן אמרגיה, חייבות להעריך בדרך כלל רק משאבים שאינם ברי חידוש, בהסתמך על מה שהטכנולוגיות האנושיות יכולות לנצל מתוכם (שוויון בצד המשתמש). משתמשים בלשון מערכות האנרגיה כדי לעזור להפוך את האלגוריתמים האמרגטיים לשקופים.

אנרגיה גלומה של חומרי גלם נפוצים

חומרים אנאירובים

להלן כמה ערכים של אנרגיה גלומה במספר חומרים נפוצים:

חומר	עלות אנרגטית למשקל (MJ/kg)	דחיסות @ STP (g/cm3)	עלות אנרגטית לנפח (GJ/m3)	תשומות עיקריות
אלומיניום	220	2.7	590	bauxite
אספלט	2.4	2.3	5.5	חצץ, ביטומן
מלט	0.95	1.1	1.0	סלע, חול, צמנט פורטלנד
נחושת	70	8.9	630	chalcopyrite
זכוכית	16	2.5	40	חול
פלסטיק (LDPE)	80	0.92	74	נפט
פלדה	35	7.8	270	עופרת ברזל

סוכנות האנרגיה של ארצות הברית קיימה מחקר בשנת 2007 על צריכת האנרגיה בתחומי הכרייה ועל פוטנציאל ההתייעלות האנרגטית של תחום זה. המחקר מצביע הן צעדים מעשיים שניתן לקיים כדי לשפר את היעילות האנרגטית של תהליכי כרייה, והן על המגבלות התאורטיות הקיימות להתייעלות זו מבחינה פיזיקלית. הסקר מצביע על פערים גדולים בין מיזמי כרייה שונים גם כאשר מדובר באותו סוג חומר עצמו, בגלל שונות בטכנולוגיה, באיכות העופרה, בתנאים הפיזיים ועוד. לפי הסקר רוב הצריכה האנרגטית בתחום הכרייה נמצאת בתחום המתכות והפחם ופחות בתחום המינרלים. בכל התחומים ניתן להגיע להתייעלות אנרגטית גבוהה שבה ניתן יהיה לכרות את אותה כמות חומר עם מחצית מכמות האנרגיה (הסקר אינו מתייחס לנושא של ירידה אפשרית באיכות העופרה).

להלן כמות האנרגיה השנתית המושקעת בכרייה של סוגי חומרי גלם שונים בארצות הברית בשנה:

סוג חומר גלם	כמות חומר גלם שהופק (מיליוני טונות)	אחוז ההפקה הממוצע	כמות העופרה שנכרתה (מיליוני טונות)	אנרגיה לטונה עופרה (BTU/ טונה)	אנרגיה לטונה חומר גלם (BTU לטונה)	צריכת האנרגיה השנתית ( מיליארד BTU לשנה)
פחם	1,073	82%	1,309	370,628	451,985	485.3
מתכות	72.6	4.50%	1,613	342,200	7,604,444	552.1
מינרלים	3,200	90%	3,556	58,757	65,286	208.9

בהקשר של דלקים מחצביים כמו נפט או פחם ובהקשר של מקורות אנרגיה נוספים, אנרגיה גלומה היא מושג דוגמה להחזר אנרגיה על השקעת אנרגיה - במקום לחשב כמה אנרגיה נדרשת כדי להפיק ק"ג אחד של חומר גלם, מחשבים כמה אנרגיה נדרשת כדי להפיק כמות נתונה של אנרגיה.

חומרים אירוביים

לפי מחקר במימון האיחוד האירופי משנת 2012, טונה אחת של חיטה במדינות האיחוד דורשת השקעת אנרגיה של 2.08 - 4.29 ג'יגה ג'אול. השקעת האנרגיה היא גבוהה יותר דווקא במדינות החמות יותר יוון ופורטוגל. נתון זה גבוה יותר לעומת תפוחי אדמה (0.6-1 ג'יגה ג'אול לטונה) מתוך כמות זו הצריכה של אנרגיה לגידול חיטה מהווה 30% (במדינות הצפוניות) עד 50% (מדינות דרומיות) והיתר היא אנרגיה למיכון חקלאי, הכנת דשן וייבוש החיטה. 44% עד 65% מצריכת האנרגיה הכוללת של חיטה הולכים לייצור דשן כימי. במדינות צפוניות כמו פינלנד וגרמניה ייבוש חיטה דורש 12-18% מצריכת האנרגיה הכוללת לחיטה. [1]

מאה גרם חיטה מכילים כ-340 קלוריות.[2][3] המרת הנתון לטונות וג'יגה ג'אול כי טונה אחת של זרעי חיטה מכיל 14.183 ג'יגה ג'אול - רובה של אנרגיה זו הגיעה מהשמש. לפי ניתוח זה החזר אנרגיה על השקעת אנרגיה באירופה עומד על 6.8 עד 3.3. מחקר מפקיסטן מצא כי ההחזר האנרגטי של גידול חיטה שם הוא כ-2.9 ונמצא במגמת ירידה.

לקריאה נוספת

• D.H.Clark, G.J.Treloar and R.Blair (2003) 'Estimating the increasing cost of commercial buildings in Australia due to greenhouse emissions trading, in J.Yang, P.S.Brandon and A.C.Sidwell, Proceedings of The CIB 2003 International Conference on Smart and Sustainable Built Environment, Brisbane, Australia.
• R.Costanza (1979) "Embodied Energy Basis for Economic-Ecologic Systems." PhD Dissertation. Gainesville, FL: Univ. of FL. 254 pp. (CFW-79-02)
• B.Hannon (1973) "The Structure of ecosystems", Journal of Theoretical Biology, 41, pp. 535-546.
• M.Lenzen and G.J.Treloar (2002) 'Embodied energy in buildings: wood versus concrete-reply to Börjesson and Gustavsson, Energy Policy, Vol 30, pp. 249-244.
• W.Leontief (1966) Input-Output Economics, Oxford University Press, New York.
• J. Martinez-Alier (1990) Ecological Economics: Energy Environment and Society, Basil Blackwell Ltd, Oxford.
• Mirowski (1999) More Heat than Light: Economics as Social Physics, Physics as Nature's Economics, Historical Perspectives on Modern Economics, Cambridge University Press, Cambridge.
• H.T.Odum (1994) Ecological and General Systems: An Introduction to Sytems Ecology, Colorado University Press, Boulder Colorado.
• H.T.Odum (1994
• S.E.Tennenbaum (1988) Network Energy Expenditures for Subsystem Production, MS Thesis. Gainesville, FL: University of FL, 131 pp. (CFW-88-08)
• G.J.Treloar (1997) Extracting Embodied Energy Paths from Input-Output Tables: Towards an Input-Output-based Hybrid Energy Analysis Method, Economic Systems Research, Vol. 9, No. 4, pp. 375- 391.
• G.J.Treloar (1998) A comprehensive embodied energy analysis framework, Ph.D. thesis, Deakin University, Australia.
• G.J.Treloar, C.Owen and R.Fay (2001) 'Environmental assessment of rammed earth construction systems', Structural survey, Vol. 19, No. 2, pp. 99-105.
• G.J.Treloar, P.E.D.Love, G.D.Holt (2001) Using national input-output data for embodied energy analysis of individual residential buildings, Construction Management and Economics, Vol. 19, pp. 49-61.
• D.R.Weiner (2000) Models of Nature: Ecology, Conservation and Cultural Revolution in Soviet Russia, University of Pittsburgh Press, United States of America.

ראו גם

• אמרגיה
• החזר אנרגיה על השקעת אנרגיה
• ניתוח מחזור חיים
• אנרגיה מתחדשת ללא האוויר החם
• מטבוליזם תעשייתי
• אקולוגיה תעשייתית
• כרייה

קישורים חיצוניים

• אנרגיה גלומה בוויקיפדיה האנגלית
• Inventory of Carbon and Energy סיכום אנרגיה גלומה לחומרי גלם שונים בדגש על מתכות, Geoff hammond & Craig jones, University of Bath, 2008
• מה שידוע ולא ידוע על אנרגיה גלומה וגזי חממה במוצרי אלקטרוניקה, מכשירי חשמל ונורות Amanda Gonzalez and Alex Chase, NRDC, 2012
• Mining Industry Energy Bandwith Study מחקר של סוכנות האנרגיה של ארצות הברית מבצע הערכה של צריכת האנרגיה וממליץ על אמצעי חסכון אנרגטי בתעשיות הכרייה לפחם, מתכות ומינרלים, יוני 2007
• מגמות התייעלות אנרגטית בקנדה 1990-2009, דצמבר 2011

הערות שוליים

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