Akku vs. tulitikku

Akku voi syttyä tuleen. Kuinka suurta polttovoimaa vastaa akun energia?

Kännykän akun energia

Akkujen varaus ilmaistaan yleensä ampeeritunteina. Esimerkiksi kännykkäni akku on 1500 mAh, 3,7 V. Ampeeri kertaa voltti on watti eli akun kapasiteetti on 5,6 wattituntia.

Jos tätä verrataan puun polttamiseen, akun energiasisältö vastaa poltettaessa 1,4 grammaa koivua.

Koivun lämpöarvo (20% kosteus): 4,1 kWh/kg
5,6 Wh / (4,1 kWh / kg) = 1,4 g

Tulitikku painaa luokkaa 0,2 grammaa eli kännykän akun energiasisältö vastaa seitsemän tulitikun ”nuotiota”.

Kannettavan tietokoneen akun energia

Kannettavan tietokoneen akku on suurimmillaan noin 5000 mAh, 15 V eli 0,075 kWh (yhdellä sentillä sähköä). Poltettavana koivuna tämä on 18 grammaa. Kaksi tulitikkulaatikkoa.

Sähköauton akun energia

Fisker Karma -sähköautossa on 22 kWh akut eli poltettavana koivuna tämä on jo 5,3 kiloa (ja sähkönä maksaa kaksi ja puoli euroa). Tästä saa jo jonkinlaisen nuotion. Näiden akkujen painosta en löytänyt mainintaa, mutta arvioisin niiden painavan noin tonnin (koko auton paino on yli kaksi tonnia). Tästä voidaan päätellä, että akut varastoivat noin kahdeskymmenesosan siitä energiasta, minkä vastaan painoinen määrä koivua palaessaan tuottaisi. Tämä on vielä aika vähän.

Magnesiumin energia

Joissakin kannettavissa on magnesium-kuoret magnesiumin keveyden takia. Jos akku saa kilon magnesiumia syttymään, se palaa iloisella 3100-asteisella liekillä ja vastaa 3,3 kWh lämpoöenergiaa (+10% valoa) (*)(**)


Magnesium palaa

Yhteenveto

Akku vastaa koivun palamisena:

  • kännykkäakku: 1,4 grammaa
  • kannettavan tietokoneen akku: 18 grammaa
  • sähköauton akku: 5,3 kiloa

Mikäli tulevaisuudessa määrät kasvavat kymmenkertaisiksi (1), niin akun palaminen täytyy todella ottaa huomioon merkittävänä vaarana. Tällä hetkellä määrät ovat vielä kohtuullisia. Tulen suitseminen akun sisään on vielä vaikeaa.

(1) Tekniikka&Talous: Uusi ihmeakku tekeillä – moninkertainen kapasiteetti verrattuna litium-akkuihin

(*) tätä lukua oli hieman vaikeaa löytää enkä ole 100% varma siitä. Magnesiumin polttoarvo olisi alle  koivun, mikä kuulostaa matalalta. Reaktion 2Mg + O2 -> 2 MgO tuottama energia on 602 kJ / mooli, mikä ruostuneiden kemiantaitojeni mukaan tarkoittaisi, että 49 g magnesiumia palaessaan tuottaa tuon 602 kJ. Silloin kilo tuottaa 12 MJ eli 3,3 kWh. Magnesiumin palamiseen liittyy myös muita reaktioita ja huomattava osa energiasta muuttuu lisäksi valoksi.

(**) Törmäsin tässä yhteydessä mielenkiintoiseen ajatukseen käyttää magnesiumia akkuna: http://inventorspot.com/articles/japan_magnesium_energy_cycle_5887. Magnesiumin energian voi vapauttaa paljon polttamista rauhallisemmin yhdistämällä sen ensin veteen (tuottaa lämpöä) ja sitten polttaa vielä syntynyt magnesiumhydroksidi. Magnesiumia taas voi tehdä magnesiumoksidista laserin avulla esimerkiksi alueella, jossa aurinkoenergiaa on tarjolla. Magnesiumia on maapallosta kaksi prosenttia, joten se ei heti lopu.

Urbaania lämpöä

CO2-raportti tänään räväyttää artikkelilla, jonka mukaan urbaanin eli kaupungistuneen alueen lämpötilavaikutuksen on todettu aiheuttavan vain 2% ilmaston lämpenemisestä, ja että tämä poistaa ilmastoskeptikoiden vastaväitteet.

Eihän se nyt niin mene.

Ilmastoskeptikoiden väitehän on se, että melkein kaikki 50-100 vuotta sitten tehdyistä lämpötilamittauksista tehtiin alueilla, jotka nyt ovat urbaaneja. Siksi niistä on mahdotonta saada vertailukelpoista tulosta, ja on vain urbanisaation seurausta, että lämpötilat noissa mittareissa ovat nousseet jopa useita asteita.

Tämä artikkeli todistaa skeptikoiden väitteen oikeaksi.

Mutta jos tämä asennevääristymä unohdetaan, artikkeli on muuten mielenkiintoinen.

”UHI-ilmiö aiheutuu pääasiassa siitä, kun luonnollinen maaperä ja kasvillisuus korvataan betonilla ja asfaltilla. Kun kasvit hävitetään, vähenee ilmaa viilentävä haihtuminen. Lisäksi tumma asfaltti ja rakennukset sitovat lämpöä itseensä.”

Ja minähän sitten en ole ilmastoskeptikko vaan ilmastoagnostikko.

Suomen suurin ledilamppu

Olen jo viitisen vuotta silloin tällöin kokeeksi ostanut hehkulamppuja korvaavia ledilamppuja. Ensimmäiset olen jo heittänyt pois – en siksi, että ne olisivat menneet rikki vaan siksi, että ne yksinkertaisesti eivät täyttäneet tarkoitustaan valaisussa.

Minulle on syntynyt käsitys, että mikään alle viiden watin ledilamppu ei korvaa hehkulamppua. Tuollainen kapistus taas on ollut tähän asti erittäin kallis. Kaikki ostamani ledilamput ovat maksaneet 20-40 euroa ja aivan viimeiseen asti viiden watin ledilamput ovat olleet hintahaitarin huipulla. Niin kuin itse asiassa ovat vieläkin vaikka hinnat ovat olleet lievässä laskussa koko ajan. Lisäksi viisi wattia vaatii jo valtavan jäähdytyselementin, koska kaikki lämpö muodostuu pistemäisesti muutamassa pienessä puolijohdelastussa.

Keskiviikkona törmäsin tähän astisista tehokkaimpaan ledilamppuun. Yhdeksän wattia. Kyseessä on tavallisen isoon lampun kantaan (E27) laitettava kohdelamppu, jonka jäähdytyslevyt ovat valtavat, ison hehkulampun kokoiset. Käyttöiäksi luvataan viisi vuotta ja valon luvataan vastaavan 90-wattista hehkulamppua. Valitettavasti en raaskinut maksaa lampusta vaadittua hintaa 29,90 euroa, joten en voi kommentoida kuinka lamppu oikeasti toimii. Kauppa on Motonet Hämeenlinna.

Tämä lamppuhan on valitettavasti tavallisessa kotitalouskäytössä lähes käyttökelvoton. Kohdevalaisimet edellyttävät yleensä G-kantaisia lamppuja (suoraan verkkovirtaan laitettavat ovat nastallisella GU10-kannalla). Isoa kierrekantaa näkee ääarimmäisen harvoin valaisimessa, jossa voisi ajatella käytettävän kohdelamppua. Lisäksi tavallisen hehkulampun kokoiset tai jopa isommat jäähdytyselementit rajoittavat käyttötarkoituksia kohdelamppuna. Eli en keksi tälle lampulle mitään käyttökohdetta kotonani.

Ledilamput valitettavasti ovat aina perusrakenteeltaan kohdelamppuja. Valoa voi yrittää hajottaa, mutta kyllä sitä silloin aina myös hukataan.

Lamppua voisi yrittää käyttää pihalla kohdevalaisimena, mutta se on hieman kallis kokeiltavaksi, kestääkö se pakkasta.

Mikäli lamppu toimii viisi vuotta, sitä käytetään sisällä kaksi tuntia päivässä ja sähkö maksaa 10 c/kWh, lamppu kuluttaa elinikänään sähköä reilulla kolmella eurolla:

2 h * 365 * 5 = 3650 tuntia
3650 h * 0,009 kW * 0,10 e/kWh = 3,29 euroa

90 W hehkulamppu kuluttaa samana aikana sähköä reilulla kolmellakymmenellä eurolla:

3650 h * 0,09 kW * 0,10 e/kWh = 32,90 euroa

Eli lamppu ei aivan säästä itseään elinaikanaan (32,90 – 3,29 = 29,60 vs. ostohinta 29,90). Tosin hehkulamppu joudutaan todennäköisesti uusimaan kerran tuona aikana eli hintaan tulee muutama kymmenen senttiä lisää (vertailukelpoinen hinta on siis hinta, ennen kuin hehkulamput piti ostaa tiskin alta).

Kun sisäkäytössä kuitenkin pitää ottaa huomioon se, että suurin osa hehkulampun energiasta menee asunnon lämmittämiseen, laskelma muuttuu selvästi hehkulampun eduksi. Suomessa lämmitystä ei tarvita kahtena ja puolena kuukautena, ja kun karkeasti arvioiden lisäksi lämmityksen ei tarvitse olla päällä mm. hehkulamppujen ansiosta kahtena ja puolena kuukautena, lämmityskauden pituudeksi tulee ainakin seitsemän kuukautta. Lasken kuitenkin mukaan myös ajan, jolloin nuukan ihmisen lämmitys ei ole päällä, koska kodin aktiivienergia riittää lämmitykseksi. Mikäli kaikki ”energiansäästötoimet” kuten ledilamput otetaan asunnossa käyttöön, lämmityksen on oltava päällä yhdeksän ja puoli kuukautta.

9,5 kk / 12 kk = 79 %

Tällöin hehkulampun energiasta 79% on lämmitykseksi menevää aktiivienergiaa ja vain 21% menee hukkaan. Tällöin jätän laskematta sen, ettei Suomessa kesällä tarvitse keinovaloa – mutta annetaan sen verran hehkulampunkieltäjille tasoitusta. Silloin hehkulampun käyttökulut viidessä vuodessa ovat vain seitsemän euron luokkaa:

32,90 euroa * 21 % = 6,91 euroa

Ja vastaavasti ledilampun seitsemänkymmen sentin luokkaa:

3,29 * 21 % = 0,69 euroa

Ledilampun säästö on sisäkäytössä elinaikanaan vain 6,22 euroa. Tuohon nähden kolmenkymmenen euron ostohinta on aivan järjetön.

Kolmekymmentä euroa maksava ledilamppu voi maksaa itsensä takaisin vain ulkokäytössä, jossa se on aina pimeän aikana päällä. Tai sitten käyttökohteessa, missä lampun vaihtaminen on erittäin kallista tai hankalaa. Muuten sellaista ei kyllä kannata ostaa.


Kannattavat ledilampun hinnat olisivat:

  • 9 W – 6 euroa
  • 6 W – 4 euroa
  • 4 W – unohda! (kuin 25W kohdehehkulamppu)

Jos ledilamppu on ulkokäytössä päällä 50% ajasta viisi vuotta, ja se säästää 81W tunnissa, säästö on huomattava:

12 h * 356 * 5 * 0,081 kW * 0,10 e / kWh = 177 euroa

Mutta ledivalaisimen toiminnasta pakkasessa ei siis ole mitään takeita. Netissä tunnutaan myytävän erikseen kylmänkestäviä ledivalaisimia, joten todennäköisesti tämä lamppu ei pakkasta kestä.

PS. Ledilampuissa on pieni hakkurivirtalähde, joka voi aiheuttaa käsittämättömän määrän radiohäiriöitä. Jos radiosi vinkuu, sammuta ledilamput. Jos häiriö katoaa, joudut palaamaan muihin lampputyyppeihin.

Tupruttaako sähköauto hiilidioksidia?

Parissa lehdessä on kommentoitu uuden luksushybridiauton, Uudessakaupungissa valmistettavan Fisker Karman, epäekologisuutta. Luvut ovat kuitenkin Suomen olosuhteisiin väärin, eikä sähköautoa saa oikeasti Suomen sähköntuotannolla millään tuottamaan yhtä paljoa hiilidioksidipäästöjä kuin bensiiniauto. Artikkelin mukaan auto tuottaa hiilidioksidia 300g/km mutta oikea luku on 67g/km.

Ikuisen pessimistin mieltä lämmitti Talouselämän artikkeli sähköauton suurista hiilidioksidipäästöistä, kunnes aloin laskea. Vaikka jutut ovat perinteisissä insinööritalouslehdissä, laskelmat ovat unohtuneet tarkastaa Suomen olosuhteisiin.

Talouselämän jutun mukaan hybridiurheiluauto Fisker Karma (sähköautona, ilman polttomoottoria) kulkee 51 kilometriä 22,6 kWh:n akuilla eli se kuluttaa 0,4 kWh/km.

Fisker Karma, 300g/km vai 67 g/km?
Kuva CC BY Flickr jurvetson

Artikkelissa lasketaan, että kilowattitunnin tuottaminen lauhdevoimalassa aiheuttaa 750 gramman hiilidioksidipäästöt (”yhteistuotannossa puolet”) eli auton päästöiksi lasketaan 300 grammaa hiilidioksidia kilometrillä eli ison Ford F150 V6-avolavan verran. Suomen verottajan taulukot loppuvat 360 gramman kohdalla, eli Suomesta tuollaisia autoja ei pahemmin löydy.

Ford F150, 300 g/km
Kuva CC BY Flickr The Car Spy

Mutta tässä mennään pieleen Suomen kohdalla. Suomessa ei tuoteta erityisemmin sähköä kivihiilellä lauhdevoimaloissa. Fingridin sivulta voi käydä katsomassa, millä Suomen sähkö tuotetaan. Talouselämän artikkelin tiedoilla Suomen sähkö tuottaa hiilidioksidipäästöjä 25.10.2011 kello 9.00 168g/kWh:

  • Vesi- ja ydinvoima 4972 MW  – päästöt nolla
  • Lauhdevoima 393 MW – päästöt 750 g/kWh
  • Yhteistuotanto 2923 MW – päästöt 375 g/kWh
  • Lisäksi tuonti 1567 MW – ei tietoja päästöstä, joten jätetään huomioimatta (oletetaan sama suhde kuin suomalaisellakin sähköllä)

Painottamalla päästöt tuotannon määrillä päästään lukuun 168 g hiilidioksidipäästöjä / kWh.

Fisker Karma siis kuluttaa sähköä 0,4 kWh/km eli päästöt ovat 67 g/km. Ja tämä auto kiihtyy nollasta sataan kuudessa sekunnissa.

Artikkelissa ovat siis menneet sekaisin amerikkalaisen Ford-jättiavolavan päästöt ja todelliset päästöt, jotka ovat kolmanneksen pienemmät kuin uuden ekologiseksi mainostetun Ford Fiestan tai kahden hengen Smart-auton (kumpikin 98 g/km).

Ford Fiesta, 98 g/km
Kuva CC BY Flickr lorentey

T&T: Luksushybridi Fisker Karman kulutuslukemat paha pettymys
Talouselämä: Hiilivoimalla kulkevasta Fisker Karmasta lähtee karmeat hiilidioksidipäästöt

Gaddafi kuoli — halpeneeko öljy?

Kuva tuotettu: Google Docs
Brent USD-hinta: BP
Euromuunnos: fxhistoricaldata.com

Öljyn hinta voi joko nousta tai laskea. Kumpaankin suuntaan löytyy perusteluja.

Öljyn hinnassa näkyy Libyan sisällissota voimakkaana nousuna, joka on sitten vähitellen laskenut. Itse asiassa Libyan sisällissodan virallisen alun jälkeen (15.2.2011) lineaarinen trendi on laskeva. Pörssimeklarit odottavat kuitenkin sormi liipasimella Euroopan talousongelmien uskottavaa ratkaisua, joka nostaisi voimakkaasti öljyn hintaa.

Koska Suomessa öljyn hinnan väitetään seuraavan Brent-hinnan nousua, öljyn hinnan pitäisi laskea. Vuoden alussa ollut — osittain vain meklareiden mielikuvitukseen perustuva — jyrkkä hinnan nousu pitäisi peruuntua Libyan palatessa markkinoille viimeistään ensi vuoden aikana. Jatkuvasta hinnan laskusta huolimatta tämä tarkoittaisi yhä yli kymmenen prosentin pudotusta.

Tilanne Libyassa on kuitenkin kaikkea muuta kuin rauhallinen. Historiallisesti Gaddafi on ollut takuumies etteivät riitelevät heimot ole päässeet toistensa kimppuun. Nyt pääsevät.

Libyan koko öljymarkkinoilla ei koskaan ole ollut niin iso, että se perustelisi näin isoa heiluntaa öljymarkkinoilla. Libya on heiluttanut öljyn hintaa kymmeniä prosentteja, mutta se ei parhaimmillaankaan tuottanut kuin kaksi prosenttia maailman öljystä.

Kymmenen prosentin pudotus Brent-öljyn hinnassa ei tarkoita kymmenen prosentin pudotusta öljyn hinnassa Suomessa. Suuri osa öljyn veroista Suomessa ovat kiinteitä eikä prosentuaalisia. Tosin öljyn hinta Suomessa seuraa lähinnä vain mielikuvitusta. Mikäli brent-öljyn hinnan sijaan seurattaisiin crude-öljyn hintaa, öljyn hinta ei olisi koskaan Suomessa noussut näin korkealle. Ja huvittavintahan tietysti on se, että Suomen öljynjalostamot jalostavat rikkipitoisempaa crude-öljyä.

Itse odottaisin vielä vähän aikaa öljytankin täyttämistä. Pienikin muutos hinnassa voi murtaa hetkeksi öljykauppiaiden ”kartellin” Suomessa ja öljyn jo laskenut maailmanmarkkinahinta realisoituu myyntihintaan. Öljyn hinta on Suomessa ollut kesästä samalla korkealla tasolla vaikka maailmanmarkkinahinta on ollut hitaasti laskeva.

Aiheesta lisää:
http://www.tekniikkatalous.fi/energia/gaddafin+kuolema+antaa+toivoa+libyan+oljyntuotannolle/a708396
http://www.arvopaperi.fi/uutisarkisto/mihin+oljyn+hinta+gaddafin+jalkeen/a708446
http://www.moneycontrol.com/news/commodities/after-gaddafi-where-will-oil-markets-gohere-_603316.html

PS. Olisiko trendi erilainen, jos sitä tarkastelee euroissa tai dollareissa? Pikaisesti tarkasteltuna käyrät ovat olennaisilta osiltaan samoja. Tässä aiempi kuva dollareissa (öljyn pörssivälitys tapahtuu dollareissa).

(Artikkelia korjattu 25.10.: kuvien trendit olivat peilikuvina.)

Lämpöpatteri sisälläsi

Todellisuus on usein yksikertaisempaa kuin luulitkaan. Kyn syöt 2000 kaloria päivässä, olet myös lämpöpatteri, joka lämmittää 2000 kalorilla päivässä. Kuinka paljon talosi lämmityksentarve vähenee, kun olet siellä sisällä?

Wikipediasta (1) löytyvät ihmisen energiankulutukselle (ja siis myös tuotannolle) kaavat:

  • Miehet: E = (3680 + 43 * m) * k (kJ)
  • Naiset: E = (3329 + 30 * m) * k (kJ)

Missä m on ihmisen paino (massa) ja k riippuu aktiivisuudesta. Kotona oleva ihminen ei yleensä ole yhtä aktiivinen kuin kodin ulkopuolella oleva, mutta ihmisen perusaineenvaihdunta on aika iso verrattuna kuntoilun lisäenergiankulutukseen, joten voimme käyttää tässä ei-liikkuvan ihmisen kerrointa 1,3 sekä kotona että kodin ulkopuolella (kuntoliikunnan kerroin olisi 1,7).

Kaavan kilojoulet ovat yhteensopiva energian yksikkö kilowattituntien kanssa(*). Satakiloisen miehen vuorokauden energia 10374 kJ vastaa 2479 kaloria mutta myös 2,88 kilowattituntia.



(Tuotettu: Google Docs; Valitse tab mies/nainen.)


Satakiloinen mies vastaa lämmitintä, jonka teho on jatkuvasti 120 W. Mikäli hän on kotona puolet ajasta, hän lämmittää kotia kuten sähkölämmitin, joka kuluttaa vuorokaudessa 1,44 kWh. Sähkön hinnalla 11 c/kWh hän säästää kodin lämmityksessä vuorokaudessa 16 senttiä. Ei kovin paljoa, mutta vuodessa se tekee 58 euroa. Jos otetaan huomioon lämmitystarve vain yhdeksänä ja puolena kuukautena, vuosisäästö on 9,5/12*58 eli 46 euroa.

Mikäli talossa on yleensä jatkuvasti viisi 130 kiloista miestä, mutta yhtenä vuonna talo onkin tyhjillään, saman lämmön aikaansaamiseksi taloa täytyy lämmittää 4840 kWh enemmän, mikä maksaa sähkölämmityksellä noin 530 euroa. Nuo viisi miestä riittävät tuottamaan kaiken energian, mitä 41-neliöinen A-energialuokan talo tarvitsee. Ehkä hieman äärimmäinen esimerkki, mutta tämä osoittaa, että kyseessä ovat konkreettiset rahasummat.


(*) Helpoin tapa muuntaa tietty kilojoule- tai kalorimäärä kilowattitunneiksi on kirjoittaa Googlen hauksi esim. ”2000 kcal in kWh” ja Google tekee muunnoksen puolestasi. Kun yleensä laihdutuksessa puhutaan kalorista, kyseessä on oikeasti kilokalori kcal.

PS. Laihduttajia varmasti kiinnostaa myös lähteestä (2) löytyvä tieto: sisälämmön lasku paitsi säästää energiaa, se myös laihduttaa. ”kun vaatetus vakioitiin, ympäristön lämpötilan lasku +27 asteesta +22 asteeseen lisäsi energiankulutusta keskimäärin 156 kJ/°C ja lasku +22 asteesta +16 asteeseen keskimäärin 116 kJ/°C.” Lämmön pudostus 27 asteesta 16 asteeseen lisää energiankulutusta 1500 kJ eli melkein neljänneksen pienen naisen energiankulutuksesta.

PPS. Luonnollinen vastaväite ”syödyt kalorit = kulutetut kalorit + ulosteen kalorit” ei ole tässä laskelmassa ongelma, koska tunnetusti vain ruohonsyöjän uloste palaa. Siksi voidaan olettaa, että ”syödyt kalorit = kulutetut kalorit”. Mikäli joku onnistuu polttamaan ihmisen ulostetta kalorimetrissä ja saa tulokseksi energiaa, pyydän kommentoimaan tähän artikkeliin mielenkiintoisesta tuloksesta. (Myöhempi lisäys: lähteen ”Can animal (including human) manure be used as fuel?” mukaan lähinnä ihmisen ulosteesta koostuva viemärijäte, kuivattuna 10%:iin alkuperäisestä, energiamäärä on hiilen luokkaa, 4000-7000 Btu/lb eli 0,026 – 0,045 kWh/10g.  Päivittäisen tuotoksen kuiva-aine lienee korkeintaan muutamia kymmeniä grammoja, joten virhe ei ole suuri, enintään 10%, mutta todennäköisesti vähemmän.)