Exergi

Inom termodynamiken är exergi det maximalt tillgängliga mekaniska arbetet under en termodynamisk process, som leder till att systemet kommer i termodynamisk jämvikt med en värmereservoar. När systemets omgivning är reservoaren, är exergin noll när systemet och omgivningen uppnått jämvikt.

Exergi behandlades i arbeten av Sadi Carnot från 1824 och Willard Gibbs från 1873. Termen exergi skapades av Zoran Rant 1953 från de grekiska orden ex (yttre) och ergon (arbete).

Energi ändras alltid från en form till en annan i enlighet med termodynamikens första huvudsats. Exergi förbrukas alltid när processen är irreversibel, till exempel genom förlust av värme till omgivningen, i enlighet med termodynamikens andra huvudsats. Denna förbrukning är proportionell mot entropiökningen hos systemet tillsammans med dess omgivning.

Exergi är av principiell betydelse för förståelsen av verkligheten. I ett universum utan exergi skulle inga kontraster, inga skillnader, mönster eller strukturer förekomma. "Tid" förlorar sin mening eftersom ingenting kan förändras. Med strukturer kommer exergi och med strukturer i samverkan följer exergiöverföring och förändring. Om exergin bevaras skulle tiden sakna riktning och mening. Förändringar måste ske med exergiförluster, det vill säga vara icke omvändbara, för att ge tiden riktning och mening.

Figur 1. Ett system A i sin omgivning A₀.

Den exergi E_W som motsvarar en värmemängd Q, tillgänglig vid temperaturen T i en omgivning med temperaturen T₀ är

${\displaystyle E_{W}={\frac {T-T_{0}}{T}}Q=q\cdot Q}$

där systemen är utritade i figur 1 och temperaturen mäts i kelvin (K). Q är värmen som utbyts mellan systemet (joule).

Den dimensionslösa kvalitetsfaktorn q definieras som

${\displaystyle q={\frac {T-T_{0}}{T}}}$

och finns tabulerad för några energiformer i tabell 1.

Tabell 1. Kvalitetsfaktorn för olika energiformer i en standardomgivning av rumstemperatur.

* Med en omgivningstemperatur på 20 °C (293 K).

Energikvalitet med faktor 0,2 ungefär kommer ut från baksidan av en frysbox eller ur en värmepump (en frysbox är ju en värmepump) och en värmepump lämpar sig oerhört väl till uppvärmning av hus. Om man värmde upp hus med den energikvaliteten skulle energianvändningen och därmed också exergiförbrukningen minskas. Ett behov av ökad elproduktion vid extremt höga effektuttag kan ibland behöva regleras med fossilkraft i det svenska energisystemet. Det går åt mer än 2,5 kWh kol (primärenergi) för att producera 1 kWh el. För att kunna jämföra till exempel fjärrvärme med värmepumpar måste man således ta hänsyn till primärexergiförbrukningen.