Biogas är en fantastisk energikälla, då det handlar om att skapa en användbar energibärare ifrån jordbrukets och samhällets biologiska avfall, t ex avlopp och gödsel. Som sådant är det vettigt att använda energin i avfallet, men det kan aldrig ens försörja hela vår matproduktion och säkra den moderna människans matförsörjning.
Man kan se detta inlägg som en praktiskt genomgång av termodynamikens effekter.
Livsmedelsindustrin från jord till bord drar upp till 11x så mycket energi som tillförs till maten via solen. 1 kWh1. solenergi binds upp som kalorier i maten genom att växter via fotosyntes tar upp CO2 ur luften och tillsammans med vatten bildar socker2. plus syre. Alla minns förstås formeln.
6 H2O + 6 CO2 + solenergi → C6H12O6 + 6 O2
Detta är hela tillförseln av förnyelsebar solenergi till skapandet av mat, energi uppbunden i en lättförbränd3. sockerart.
All annan tillförsel av energi, t ex via diesel till traktorer, konstgödsel, transporter, torkning etc, förbrukas och hamnar inte i själva maten.
Till slut sitter du iaf med 1 kWh mat i form av lagrad solenergi. 11 kWh annan energi, mestadels fossila bränslen, har gått åt för att du ska få maten på ditt bord, undantaget matlagningen.
Du äter upp denna mat. Även om biologiska varelser är väldigt effektiva i att ta upp införd energi, så går, beroende på exakt vad du äter, en del av energin rakt igenom. Jag har inte hittat siffror för människans effektivitet i matsmältningen, men låt oss säga att hela 20% av energin passerar genom kroppen och går ut som avträde. Övriga 80% tas upp genom mag-blodbarriären och förbränns sedan i kroppen och blir till arbete eller värme. Ca 20% av upptagen energi förbränns av hjärnan, resten används av bland annat musklerna, som i sig bara konverterar ca 20 – 40% av energin till arbete, resten blir spillvärme. Förbrända sockerarter blir åter vatten5. och CO2, där koldioxiden går ut genom din utandningsluft. Intressant notis här är att din utandningsluft alltså i princip väger mer än din fasta avföring, om nu 80% effektivitet i matsmältningen är korrekt.
Nu gick iaf 0.2 kWh ut via din toalett. Är matsmältningen bara 50% effektiv så blev det 0.5 kWh som gick ut. Poängen är iaf att all energi du stoppar i dig går inte iväg som avlopp.
0.2 kWh bundet i biomassa hamnar i reningsverket, där man gör biogas genom rötning. Verkningsgraden är här mycket hög, upp till 85% blir biogas. Resterande 15% blir spillvärme.
Man får alltså ut 0.17 kWh biogas från avloppet, oräknat energin som går åt att bygga, driva och underhålla våra avloppssystem.
Nu skickar vi tillbaka dessa 0.17 kWh biogas till jordbruket och livsmedelsindustrin.
Eftersom det gick åt 11 kWh energi för att producera 1 kWh mat, så räcker dessa 0.17 kWh bara till att producera 0.015 kWh. Utan tillförsel av extern energi kan vi alltså inte sluta energikretsloppet.
Mänskligheten kan inte driva livsmedelssystemet på biogas från våra avlopp. Livsmedelskedjan gör i exemplet av med 64x (11/0.17=64.71) så mycket energi som man kan få ut av biogasen.
Om nu någon trodde det. Och nej, det spelar ingen roll om mänsklig matsmältning är 10%, 50%, 80% eller 95% effektiv. Problemet kvarstår ändå. Samtidigt är det förstås vettigt att återvinna 0.17 kWh av de 11 kWh vi förbrukat i livsmedelskedjan från jord till bord.
1. Använder här kWh som etablerad enhet på större mängder energi istället för kJ, kcal eller annat som ofta används för mat. En vuxen människokropp förbrukar i runda slängar 2 – 3 kWh energi under ett dygn, beroende på aktivitetsnivå.
2. Druvsocker, dextros, i det här fallet.
3. Kul övning för den intresserade är att tända eld på socker. Men gör det inte4..
4. Avsäger mig allt ansvar för allt som innefattar eld.
5. Vattnet från förbränningen försvinner förstås ut med utandningsluft, svett eller urin. En viktig princip är att utandningsluften väger mer än inandningsluften, då det tillförts både CO2 och vatten (H2O), även om syret bundits i koldioxiden och vattnet. Tillförseln är alltså kolatomer och väteatomer, men även en del syreatomer från sockerarterna.