Drömmen om fri energi är på väg att förverkligas

Vår syn på energi är besynnerligt snäv. De flesta av oss tänker på energi som ett slags vara som produceras i särskilda anläggningar och sedan transporteras via en komplex infrastruktur till andra platser, där den ska användas. Som om det handlade om bananer eller mattor. Kanske är det för att vi ser själva oljan, kolet eller uranet framför oss och misstar det för energi. Rent teoretiskt är det i och för sig inte helt fel, eftersom allt i den här världen består av energi nere på kvantnivån. På den praktiska nivån handlar det dock om att alstra elektricitet, värme och kyla för att driva vårt samhälle. 

Energi är en ständig politisk fråga. Frågan om vilken teknik vi ska använda har ofta varit het. Sjuttio- och åttiotalets kärnkraftsdebatt var uppslitande. Olja och kol var smutsiga, men kärnkraften var farlig. Nu ses olja, kol och gas inte bara som smutsiga utan även som farliga, eftersom de knyts till klimatförändringarna. 

Det finns en rik flora av möjliga alternativa, förnybara, energikällor som vatten, vätgas, vind, sol, vågor, tidvatten och geotermi. Sverige är ett av få länder där även bioenergi har blivit stort. I takt med stora investeringar och likaledes stora subventioner har de förnybara källorna dock alltmer kommit att definieras som de två som demonstranter skanderade om redan för femtio år sedan: sol och vind. 

Men alla löften om hur sol- och vindenergi ska trumfa både fossilsamhället och atomsamhället har hittills kommit på skam. Det visar inte minst Tysklands Energiewende, där den plötsligt slopade kärnkraften inte kunde ersättas med de nya kraftslagen, vilket ledde till stora problem för industrin och kraftigt ökade kostnader för hushållens el och uppvärmning. 

Om vi kunde skörda solens energi på ett direkt, effektivt sätt vore alla våra problem lösta, men det kan vi inte. Dagens solkraftsteknik kan exempelvis inte driva energikrävande industrier eller stora sjukhus. Det gäller också vindkraft, som ju är beroende av att det blåser. 

Vattenkraft är en pålitlig förnyelsebar källa, men den har en dubbel nackdel. Kraftverksdammarna  rubbar oåterkalleligen ekosystem, och stora delar av världen saknar tillräckliga vattenflöden. 

Många som insett flaskhalsarna i sol- och vindsatsningarna väcker nu liv i tanken på mer kärnkraft. Bland de mest klimatoroliga, för vilka det allt överskuggande problemet är koldioxidutsläpp, ser allt fler kärnkraftens faror som acceptabla. Ett exempel är miljöinflueraren och författaren George Monbiot, som till och med lyfter fram haveriet i Fukushima som bevis för att riskerna går att hantera (inte ens en jordbävning av magnituden 9 plus en efterföljande tsunami ledde till en okontrollerad katastrof med ett stort antal strålningsoffer). I klimathänseende är den kärnkraft vi har i dag ren. Men bara i det avseendet. Den förhärskande tekniken är inte förnybar. Uran måste brytas, farligt avfall måste lagras i tiotusentals år och det finns en potential att tillverka atombomber. 

Det hade dock inte behövt vara så. Med så kallade toriumreaktorer hade nästan alla dessa problem försvunnit. Tekniken är 60 år gammal. Man kan fråga sig varför beslutsfattarna valde den smutsiga varianten. Det inofficiella svaret är kalla kriget; lockelsen i att samtidigt få loss klyvbart material för kärnvapen. 

En annan fråga är hur sofistikerad kärnkraft egentligen är. Eller om den ens lever upp till sitt namn. På sätt och vis är nämligen en reaktor en avancerad ångmaskin. Den magnifika energi som uppstår när atomer klyvs används till att hetta upp vatten för att driva vattenhjul. Ja, de kallas turbiner, men det är samma princip. Värmeenergi omvandlas till rörelseenergi som omvandlas till elektricitet. Verklig atomkraft vore att skörda energin direkt. 

En något mer sofistikerad energiutvinning än dagens representeras av en teknik som imiterar solen, fusionskraften (dagens kärnkraft bygger på fission, klyvning). Den vore i sin ultimata form en ren och i princip oändlig energikälla, men med dagens tekniska kunskap erbjuder inte heller den källan fri energi. Fusionskraft har i decennier beskrivits som framtidens lösning, men fortfarande är det stora kruxet att enorm värme behöver tillföras för att fusion ska äga rum. Dessutom har man inte löst problemet med neutronstrålning som sliter ned reaktorn. 

Den ultimata energikällan är en källa som är både ren och outsinlig. Är det en utopisk idé? Absolut inte. Det har länge funnits fritänkare som grunnat seriöst på den. Men lösningen är inte här nästa vecka, eller ens nästa år, så du kommer inte att höra politiker berätta att energi en dag kommer att vara gratis för alla. 

Låt oss titta närmare på några tänkbara källor som är under- eller oanvända, och låt oss börja i en trivial ände, oss själva. Våra kroppar, alltså. De alstrar nämligen energi. Det bygger förvisso på att vi först tar in energi i form av mat, men det går att driva förvånansvärt mycket annat med hjälp av mänskliga kroppar, åtminstone i grupp. 

En människas kropp i vila genererar ungefär 100 watt. Det mesta av det behövs för att hålla liv i kroppen, men en hel del är spill i form av värme. USA:s största shoppingcentrum Mall of America håller 21 grader utan uppvärmning även på vintern, tack vare de tusentals människor som besöker gallerian varje dag. Stockholms centralstation fångar in värmeenergin från resenärerna och omvandlar den för att värma upp en kontorsbyggnad intill. En dansklubb i Glasgow överför energin från dansarna via värmepumpar till klubbens luftkonditioneringssystem. 

En Londonklubb kom på att det går att utnyttja den kinetiska från besökarnas studsande på dansgolvet, vilket en välbesökt kväll kan generera upp till 60 procent av klubbens energibehov. Idén har senare kopierats, och det finns företag som tillverkar energialstrande dansgolv. Det vore inte heller någon stor teknisk utmaning att driva mobiler och andra apparater vi bär på oss med kroppens egen spillenergi, men knappast industrier och bostadsområden.  

De nämnda el-alstrande dansgolven utnyttjar något som kallas pietzoelektricititet. Kristalliniska material som kvarts och vissa salter, men även keramiska och andra konstgjorda material, genererar en elektrisk laddning vid kompression. Vardagliga exempel är kvartsur och tändare. Skälet till att knappen på en grilltändare är så trög är att man med fingret skapar en smäll med en liten hammare mot en bit piezoelektrisk kristall som alstrar en gnista. 

Det amerikanska försvarsdepartementet har gjort experiment med piezoelektriska generatorer i soldaters kängor. I ett fredligare sammanhang utgör de miljarder fordon som hela tiden rullar på världens vägar en stor potential. Tekniken prövas på vägsträckor i bland annat Italien och Israel. Ett projekt i Storbritannien räknar med att ur en kilometer stadsgata få ut energi för att hålla i gång 4000 gatlampor. I Kalifornien tros energin från 16 kilometer motorvägstrafik kunna driva hela staden Burbank med drygt 100.000 invånare. 

Även om planeten är full av naturliga rörelser blir piezoelektricitet sannolikt aldrig mer än ett komplement, om än möjligen ett viktigt sådant. Rakt under våra fötter finns däremot en potentiell källa som är så enorm att den närmar sig fri energi – geotermi. 

Bergvärme är en befintlig teknik som många känner till, men den är egentligen inte riktigt det som namnet antyder, utan solenergi, fast hämtad omvägen via den uppvärmda berggrunden. Verklig geotermisk energi är den konstanta värme som finns längre ner i jordens inre. Det praktiska problemet är att man måste borra väldigt djupt för att nå den. 

Vid en vulkan på nordöstra Island planerar man att göra det. Två halvannan kilometer djupa hål ska borras ner till en magmakammare. Kan man utnyttja dess hetta frigörs kolossala mängder energi. ”Tänk en framtid där världen får sin kraft från magmans obegränsade energi”, skriver konsortiet bakom projektet som ska vara startklart 2026. 

Det vulkaniska Island hämtar redan i dag nästan all sin energi från värmen i jordens inre, men hittills har det handlat om att hämta upp het ånga för att driva turbiner. Det här är första gången man borrar sig ner i magma, där temperaturen är extrema 1.300 grader. Det betyder potentital i en helt annan division. 

Samtidigt knyts stora vetenskapliga förhoppningar till borrningen. För geofysiker kan magmahålen bli ”vad partikelacceleratorn LHC varit för kärnfysiker”, som en projektmedarbetare uttrycker det. 

Geotermisk energi kan inte bara utnyttjas på seismiskt aktiva platser som Island och Nya Zeeland. Vår planet är ju het inuti överallt. Men på andra håll behöver hålen vara djupare. 

Ett svenskt företag har utvecklat idén att pumpa ner vatten till ungefär sju kilometers djup, där det är mellan 300 och 450 grader, och få tillbaka ånga som driver turbiner i små, lokala elkraftverk som vart och ett försörjer 4.000 hushåll. Sådana här satsningar i geotermisk energi görs nu världen över, och kapital investeras. 

Om energi producerades direkt av det som behöver den, eller åtminstone nära – oavsett om det är en industri eller en dammsugare – skulle våra fysiska samhällen se väldigt annorlunda ut. Rätt mycket av infrastrukturen används till att flytta energi. 

En mindre radikal men närliggande lösning vore att kunna lagra stora mängder energi i batterier. Elon Musks företag Tesla lanserade 2015 ett sådant jättebatteri. De är dock fortfarande dyra och klumpiga i relation till sin kapacitet. Och energin ska ju produceras någonstans först. 

Jordens atmosfär är på sätt och vis ett gigantiskt batteri. Laddningsrörelsen mellan jordens yta, atmosfären och jonosfären är känd som den globala atmosfäriska kretsen. Det visste (i alla fall i princip) mannen som givit namn åt Musks företag, fysikern Nikola Tesla (1856-1943). 

På senare år har en hajp byggts upp kring allt Tesla ska ha förstått om energi och även uppfunnit men inte fått gehör för. Även om han inte lever upp till alla rykten råder ingen tvekan om att han var ett geni. Tesla ligger bakom en rad banbrytande uppfinningar. Mest känd är växelströmmen, men han uppfann även exempelvis den första generatorn för vattenkraft, radiostyrning, induktionsmotorn och teslaspolen. 

Det han brann för var dock att försöka hitta ett sätt att utvinna fri energi och att överföra den till hela världen. Den senare delen började konkretiseras när Wardenclyffe-tornet utanför New York började byggas 1901, startskottet för ett tänkt globalt trådlöst system för kommunikation och kraftöverföring. Finansiärer drog sig dock ur, och tornet blev aldrig färdigställt. Teslas genialitet gällde inte förmågan att hantera pengar och han dog bankrutt. 

Faktum är att det Tesla försökte åstadkomma nyligen blev verklighet, och det av en slump. Ett forskarteam på universitetet i Amherst i Massachusetts i USA lyckades skapa en liten men stadig ström av elektricitet ur luften, närmare bestämt ur luftens fuktighet. 

Forskargruppen höll egentligen på att kostruera en enkel sensor för att mäta luftfuktighet, och en dag upptäckte de att anordningen fungerade trots att sladden inte var inkopplad. Den försörjde alltså sig själv med el. Misstag är portaler till upptäckt, som författaren James Joyce lär ha sagt. 

”Vi öppnar nu en dörr för att utvinna ren elektricitet ur luften”, säger Xiaomen Liu, huvudförfattare till den vetenskapliga artikeln om upptäckten. 

Luft-elen alstras i mikroskopiskt små nanoporer. I vilket material porerna byggs spelar ingen roll, förklrar Jun Yao, docent i el- och datateknik: 

”Tänk på ett moln, som inte är något annat än en massa vattendroppar. Var och en av dessa droppar innehåller en laddning, och när förhållandena är de rätta kan molnet producera en blixt – men vi vet inte hur man på ett tillförlitligt sätt fångar elektricitet från en blixt. Vad vi har gjort är att skapa småskaligt moln som producerar elektricitet åt oss förutsägbart och kontinuerligt, så att vi kan utvinna den.” 

Den nya kunskapen om hur man kan omvandla atmosfärisk fuktighet till el har börjat leda till konkreta satsningar. Ett Lissabonbaserat projekt främjar en ny teknisk lösning som sägs kunna anpassas till en mängd olika apparater i olika skala, från stora anläggningar för energiproduktion till enskilda hushåll. 

På projektets webbplats hävdas storslaget att när tekniken finns på plats ute i världen kommer ”mänsklighetens dröm om att förverkliga Teslas idé att fånga elektricitet från luften och skapa ett miljövänligare, rättvisare samhälle” att förverkligas. 

Det startupbolag som har knutits till projektet för att locka investeringspengar hävdar att potentialen i att generera el ur luft motsvarar 500 gånger dagens energibehov i världen. 

Även Teslas idé om trådlös överföring av kraft finns faktiskt på ritbordet i dag. Med rymdbaserad solkraft kommer energin att sändas i form av mikrovågor till jorden, där vågorna omvandlas till elektricitet. Ett brittiskt företag planerar att ha sitt första rymdkraftverk i drift om sex år. Företaget för samtal med Saudiarabien om att förse den planerade futuristiska staden Neom med ren rymd-el. 

Förutom den science fiction-mässiga transmissionen finns förstås fördelar med att placera solpaneler på satelliter i bana ovanför jorden. Panelerna kan hållas riktade mot solen dygnet runt. Energin kan sändas till olika platser utan dyra, sårbara och miljöpåverkande kablar. De mottagande enheterna på marken, ”antennerna”, uppges uppta en bråkdel av den yta som landbaserad solkraft kräver för motsvarande energiproduktion. 

Utvinning av energi ur ”tom” luft kan för en amatör verka vara så långt man kan komma i sökandet efter den ultimata, rena energikällan. Men luft är trots allt materia, om än i gasform. 

Det har en tid varit känt att energi genereras i kavitationer, bubblor som uppstår när trycket sjunker i en vätska. När bubblorna kollapsar uppstår lokalt temperaturer på flera tusen grader. Vid sådana temperaturer beter sig materia som plasma, det vill säga fria, laddade partiklar. 

I en vetenskaplig artikel publicerad i januari i år säger sig en grupp taiwanesiska, amerikanska och brittiska forskare ha lyckats få vanligt vatten att på detta sätt alstra energi i olika experimentella reaktorer. ”De observerade isotopiska gaserna bildade i reaktorer med överskottsvärme bekräftar att vatten kan utlösa en märklig kärnreaktion och producera energi”, skriver de. 

En australisk uppfinnare vid namn Malcolm Bendall har under många år arbetat på en generator utan rörliga delar som bygger på samma princip. Plasma-entiteter ”fungerar som ett slags atombatterier som kan självladda genom sin förmåga att omvandla materia till energi”, förklarar den stiftelse som stöder Bendall. 

Detaljerna bakom själva tekniken lägger Malcolm Bendall ut öppet, men han har sökt och fått patent och licens i flera asiatiska länder för att utveckla olika applikationer. Han har redan konstruerat och testat vad han kallar thunderstorm, som kan eftermonteras på en vanlig bilmotor. Den uppges ge flera gånger högre effekt än en vanlig motor och i princip inga avgaser. 

Men vi är fortfarande på partikelnivå. Om vi går ännu längre, om vi tar oss så långt in i den fysiska verkligheten som människan kan förstå den, in i utrymmet mellan materiens beståndsdelar, då hamnar vi i vakuum. Det är väl ändå tomt? Nix. Det vi kallar vakuum är i själva verket ren energi. 

Nu blir det spejsat här, men materia finns egentligen inte, i alla fall inte som vi normalt tänker på det. Det vi kallar elementarpartiklar – kvarkar, elektroner, fotoner, neutriner och alla de andra – är egentligen lokala ”förtätningar” i elektromagnetiska kvantfält som upptar varje uns av rumtiden (ja, i hela universum) och som ständigt fluktuerar och interagerar med varandra. Där fälten vibrerar med tillräckligt mycket energi uppstår det vi mäter som partiklar. 

Fälten är i ständig vibration, även när de inte skapar partiklar. Den här vakuumenergin – universums basresonans – kallas också nollpunktsenergin. I det existerande universum finns alltså inte ”ingenting”. Det vi tror är tomrum är packat med energi. Vi badar i energi. 

Kvantfältens existens bevisas genom något som kallas casimireffekten. Om två metallplattor placeras extremt nära varandra (några mikrometer) i vakuum kommer de att antingen attrahera eller repellera varandra. Ingen magnetism är inblandad. De beter sig så därför att nollpunktsenergins densitet inte är densamma mellan plattorna som utanför dem. 

Effekten är uppkallad efter den nederländska fysikern Hendrik Casimir, som redan 1948 förutspådde att det borde vara så här, men det var inte förrän 1997 man lyckades mäta effekten. 

Nollpunktsenergin är oförstörbar och teoretiskt en evig energikälla. Hur genomförbart det är att  tappa den på fri energi inom ramen för ett praktiskt mänskligt liv är en annan sak. Men folk har försökt. 

Fysikern och parapsykologen Harold Puthoff beskrev år 1993 hur nollpunktsenergin skulle kunna utnyttjas, och för några år sedan utvecklade han hur den skulle kunna möjliggöra långa rymdfärder i världsrymden. ”Den vanliga världen av materia och energi är som skummet ovanpå kvantvakuumets hav”, skrev Puthoff. 

Japanska uppfinnare tog 2002 patent på en elgenerator som bygger på casimireffekten, och när det amerikanska försvarsdepartementet sju år senare satsade tio miljoner dollar på ett projekt för fördjupad forskning om casimireffekten ventilerades avancerade idéer. Det talades om att konstruera apparater som kan levitera och farkoster med bränslefri framdrivning, som kanske rentav kan ”överlista” gravitationen vid rymdfärder. 

Här någonstans är vi vid vägs ände i vår jakt. 

Om vi en dag lyckas utnyttja universums allestädes närvarande grundenergi har vi nått så långt vi kan inom ramen för vad vi i dag kan föreställa oss som ”energiförsörjning”. Det vore i all rimlig bemärkelse en värld med fri energi. 

Det är så mycket som då vore annorlunda att det knappast går att sammanfatta. Men en sak vi definitivt skulle slippa vore omfattande kraftledningar och kablar. Vi skulle knappast behöva transportera kraft några längre sträckor. Vi skulle kanske inte ens behöva göra om grundenergin till elektricitet för att driva våra fordon och maskiner. 

När fysikern och författaren Michio Kaku beskriver vad som krävs för att uppgradera vår civilisation från typ 0 – vår nuvarande nivå – handlar det om energi. För att bli en civilisation typ 1 måste vi lära oss att fullt ut tygla solens energi, enligt Kaku. Resultatet skulle bli detsamma som vid direkt utvinning av nollpunktsenergin: en civilisation där alla människor har konstant tillgång till all energi de behöver. Det förändrar naturligtvis allt. (Därefter kan vi gå vidare till att bli civilisation typ 2, där vi utforskar andra solsystem, men det är en annan historia.) 

Att betrakta energi som något industriellt, tungt, som måste produceras någonstans, med någon form av bränsle eller annan ”insatsvara”, och sedan distribueras långa sträckor via en omfattande infrastruktur är en närmast absurd självpåtagen begränsning i vårt tänkande. 

Begreppet energibrist rymmer en inneboende motsägelse på samma sätt som vattenbrist. Vatten tar aldrig slut, det finns alltid någonstans på jorden, och så är det i ännu högre grad med energi. I det perspektivet är det mycket underligt att miljarder människor inte har ”råd” med det. 

Einstein formulerade 1905 den odödliga formeln e=mc², som visar att energin är summan av massan gånger ljushastigheten i kvadrat. Varför är lösningarna fortfarande så klumpiga när vi så länge har förstått att allt består av energi? 

Det finns de som menar att lösningar som de ovan beskrivna har funnits länge men har undertryckts eftersom de utmanar maktordningen. Sådant är svårt att leda i bevis. Det är dock inte långsökt att tänka sig att det finns både politiska och kommersiella intressen bakom att behålla en struktur som kräver stora resurser och stora beslut för att fungera. 

En värld med fri energi må ligga fjärran, men den är fullt möjlig. Och den bygger inte på vare sig solpaneler, vindsnurror eller kärnreaktorer. Ska vi dit måste även tanken bli fri. 

***

Läs även: "Människan klarar ett varmare klimat"

Läs även: Drömmen om Atlantis kan visa sig sann