Loeng · 2 akadeemilist tundi · TÜ bioloogia õpetamine

Energia roll
kestlikus arengus

Päikesest toidutaldrikuni ja tagasi — energia kui kestlikkuse ühisnimetaja.

SihtrühmMagistriõppe 1. aasta
VormLoeng + grupitööd
Suur küsimusMiks ei saa rääkida kestlikkusest ilma energiast rääkimata?
Loengu suur küsimus

„Iga muutus maailmas nõuab energia muundamist — seega määrab energia korraga meie heaolu ja meie jalajälje.“Just selles ristumiskohas kohtuvad füüsika, ökoloogia ja ühiskond.

Tänane teekond

Mida me 90 minuti jooksul läbime

1

Energia mõiste

Kvantiteet ja kvaliteet (eksergia). Kaks levinud väärarusaama.

2

Energia bioloogias

Voog läbi ökosüsteemi, 10% reegel, inimese osakaal (HANPP).

3

Tsivilisatsioon ja süsinik

Energiaüleminekud ajaloos ja praeguse süsteemi probleem.

4

Mõõtmed & üleminek

SDG 7; neli mõõdet — keskkond, majandus, ühiskond, kultuur; õiglus.

01

Mis on energia — ja mida me sellega tegelikult teeme?

Miks „energia saab otsa“ on füüsikaliselt vale lause.

Energia kvaliteet

Me ei „kuluta“ energiat — me alandame selle kvaliteeti

  • Jäävuse seadus: energia ei teki ega kao, vaid muundub.
  • Me muundame kontsentreeritud energia hajusaks soojuseks.
  • Kasulik, „tööd tegev“ osa = eksergia.
Tuum Maailmas ei ole puudu energiast — Päike saadab Maale tunniga rohkem, kui inimkond tarbib aastas. Puudu on odavast, puhtast, õigel ajal ja õiges kohas kättesaadavast kõrgekvaliteedilisest energiast.
Õpetajale

Väärarusaam kui õppevahend

Õpilane ütleb „Energia saab otsa.“
  • Palu leida vastuolu jäävuse seadusega.
  • Lahendus → entroopia → termodünaamika II seadus.
  • Sild bioloogiasse: „Miks ei saa toiduahelas olla lõputult tasemeid?“
02

Energia bioloogias: voog, mitte ringlus

Kõige tähtsam lause loengus: aine ringleb, energia voolab läbi.

Üks lause, mida meeles pidada

Aine ringleb. Energia voolab läbi.

↻ Aine (C, N, P)

Liigub suletud ringis — sama süsinikuaatom läbib taime, looma, mulla, õhu ja jõuab tagasi. Ringlus.

→ Energia

Siseneb päikesevalgusena, läbib troofilised tasemed ja lahkub hajusa soojusena. Ühesuunaline. Seepärast vajab elu pidevat päikeseenergia juurdevoolu.

Troofiline efektiivsus

10% reegel

Igalt tasemelt kandub järgmisele edasi keskmiselt vaid ~10% energiast. Ülejäänu ei hävi: suur osa vabaneb soojusena, osa liigub detriidina lagundajatele.

Kestlikkuse seosSeepärast nõuab 1 kg liha kordades rohkem esmast energiat ja maad kui 1 kg taimset toitu.
Tippkiskja1
Teisesed tarbijad10
Esmased tarbijad100
Tootjad (taimed)1000
iga ruut = 1 suhteline energiaühik
Inimese osakaal · HANPP

Üks liik, veerand eelarvest

Inimkond omastab või suunab ümber (saagikoristus ja maakasutusest tingitud tootlikkuse muutused) ligikaudu veerandi kogu maismaa netoprimaarproduktsioonist.

~25%

maismaa taimsest energiatoodangust suunab ümber üks liik miljonitest

Toidusüsteem kui energiamuundur

Me „sööme“ osalt fossiilenergiat

03

Energia ja tsivilisatsioon

Inimkonna ajalugu kui energiaüleminekute ahel.

Energiaüleminekud ajaloos

Iga hüpe heaolus = uus energiaallikas

KorilasedLihasjõud, tuli
PõllumajandusPäike → vili, vesi, tuul
TööstusKivisüsi, aur
20. sajNafta, gaas, elekter, tuum
21. saj?Päike, tuul, salvestus

Muster 1 · Lisanduv → asendav

Varem lisasime kihte (puit jäi alles). Nüüd peavad fossiilkütused esmakordselt süsteemist lahkuma.

Muster 2 · Lahtisidumine

Energiakasutus on seotud heaoluga — kuid arenenud majandused suudavad kasvada energiamahukust vähendades.

Miks üleminek on raske

Energiatihedus

Fossiilkütustes peitub miljonite aastate kontsentreeritud päikeseenergia — tihe, transporditav, salvestatav. See on nende „supervõime“.

Fossiilkütus

Kõrge energiatihedus, mugav. Aga: lõplik + heide.

Taastuvenergia

Hajus + katkendlik. Nõuab võrke, salvestust, paindlikkust — mitte vähem väärtuslik, vaid teistsugune süsteem.

Miks praegune süsteem ei ole kestlik

Probleem pole ammendumine — vaid heide

  • Süsiniku põletamisel vabaneb CO₂, mis koguneb atmosfääri.
  • Energia = ligi kolmveerand (~75%) globaalsetest kasvuhoonegaaside heitmetest.
  • Seob energia otse planetaarsete piiridega.
Atmosfääri CO₂
~280
enne tööstust
420+
täna (ppm)

Kõrgeim vähemalt 800 000 aasta jooksul

Mõttepunkt · nüanss õpetamiseks

Kasvuhooneefekt ise ei ole vaenlane — ilma selleta oleks Maa ~−18 °C.Probleem on muutuse kiirus ja ulatus, mille inimene on lisanud. Kuidas seda õpetada, vältides nii ükskõiksust kui paanikat?

04

Eesmärgid, neli mõõdet ja üleminek

Energia kui võimaldav eesmärk — ja kui väärtusvalik neljas mõõtmes.

SDG 7 · Taskukohane ja puhas energia

Neli sammast

7.1

Juurdepääs

~685 mln (2022) ilma elektrita; ~2,1 mld ilma puhta toiduvalmistamiseta.

7.2

Taastuvenergia

Taastuvenergia osakaalu märgatav kasv energiakoosseisus.

7.3

Energiatõhusus

„Odavaim energia on see, mida ei tarbita.“

7.a

Koostöö

Investeeringud, tehnosiire, taristu — eriti arenevatele riikidele.

Energia kui võimaldav eesmärk

SDG 7 toidab peaaegu kõiki teisi

Tervisvitamiinid Haridusvalgus õhtul Vesipumpamine Soolinevõrdsus Kliima SDG 7energia
Kestliku arengu mõõtmed

Energia läbib kõiki nelja mõõdet korraga

●

Keskkondlik

Energiavoog, heide, planetaarsed piirid. Kestlikkuse „lagi“.

€

Majanduslik

Tootlikkus, hind, töökohad, energiajulgeolek, väliskulud.

▲

Sotsiaalne

Juurdepääs, õiglus, tervis, demokraatia. Kes saab, maksab, otsustab?

◆

Kultuuriline

Väärtused, eluviis, tähendused, lood. Mis on „normaalne“ ja „piisav“?

majanduslik mõõde

Energia kui majanduse veri

EROI · energiatasuvus

Saadud energia ÷ kulutatud. Kõrge EROI jätab ülejäägi kõige muu (haridus, tervis, kultuur) jaoks.

Väliskulud ja süsinikuhind

Saaste ja kliimakahju pole hinnas. Lahendus: süsinikuhind, EL HKS, „saastaja maksab“.

Energiajulgeolek

Energia = võim ja sõltuvus (nt Vene gaas). Taastuvenergia suurendab sõltumatust, aga loob uusi sõltuvusi (akud, metallid).

Roheline majandus

Uued töökohad ja investeeringud — vastukaaluks luhtunud varad (fossiiltaristu väärtusetuks).

sotsiaalne mõõde

Kes saab, kes maksab, kes otsustab?

Juurdepääs ja energiavaesus

~685 mln (2022) ilma elektrita. Energiavaesus = ei jätku piisavat soojust ega valgust — ka Euroopas.

Energiaõiglus

Kes kannab kulud, kes saab kasu? Jaotuslik ja põlvkondadevaheline õiglus.

Energiademokraatia

Kogukonnaenergia ja tootjatarbijad (prosumerid): kodanik kui kaastootja ja otsustaja.

Avalik vastuvõtt

Tuulepargid, tuumajaamad, liinid → vastuseis. Sotsiaalne aktsepteeritavus on sageli suurim pudelikael.

kultuuriline mõõde

Energia kui väärtuste ja eluviisi peegel

Väärtused ja eluviis

Suur osa tarbimisest pole vajadus, vaid kultuuriline ootus (mugavus, mobiilsus, staatus).

Kasv või piisavus

Asendame fossiilenergia taastuvenergiaga ja jätkame — või piirame ka tarbimist? Väärtusvalik, mitte faktiküsimus.

Lood ja haridus

Kas üleminek on „loobumise“ või „parema elu“ lugu? Siin on õpetaja roll.

⚑ Eesti: saun

Energiamahukas, kuid kultuuriliselt asendamatu (UNESCO suitsusaun). Kõike ei saa „ära optimeerida“.

Energiaüleminek · neli sammast

Kuidas jõuda süsinikuvaba süsteemini

1

Tõhusus ja kokkuhoid

Vähenda nõudlust. Odavaim, kiireim „energiaallikas“.

2

Elektrifitseerimine

Asenda otsene põletamine (autod, küte) elektriga.

3

Puhas tootmine

Päike, tuul, hüdro, tuum. Päikese hind ↓ >80% kümnendiga.

4

Paindlikkus ja salvestus

Akud, vesinik, nutivõrgud — katkendlikkuse vastu.

Mõõtmed kohtuvad üleminekuga

„Õiglane üleminek“ — miks tehnikast ei piisa

  • Tehnoloogia ja hinnad on sageli juba valmis.
  • Üleminek takerdub sotsiaalsesse ja kultuurilisse mõõtmesse: aktsepteeritavus, õiglus, harjumused.
Õiglane üleminek · just transitionMuutuse koormat ei tohi lükata kõige haavatavamatele. Enim kaotavatele kogukondadele tuleb pakkuda uusi väljavaateid ja töökohti — muidu muutub vajalik üleminek poliitiliselt võimatuks.
Eesti kontekst · õpikunäide

Põlevkivi kui kogu pinge mikrokosmos

  • Elekter tuli ajalooliselt peamiselt põlevkivist, kuid selle osakaal praegu kahaneb.
  • Tegi Eesti üheks süsinikumahukama elektritootmisega riigiks Euroopas.
  • EL eesmärk: kliimaneutraalsus 2050.
Korraga kolm ülesannet Tehniline (võrk, salvestus) · majanduslik (uued töökohad) · sotsiaalne (õiglane üleminek Ida-Virumaal). Juhtum, mille õpilased juba uudistest tunnevad.
Grupitöö · vali sobiv

Kuus ideed — ühtlasi mudelid oma tunniks

GT 1

Päikesepäevad taldrikul

Jälgi energiat päikesest lõunasöögini; arvuta troofiline efektiivsus.

GT 2

Eesti energiamiks 2050

Rollimäng: huvirühmad vaidlevad tuleviku energiakoosseisu üle.

GT 3

Kooli energiaaudit

Kaardista kooli/kodu energiavood ja paku kolm parandust.

GT 4

SDG 7 mõjukaart

Joonista, kuidas energia võimaldab teisi eesmärke.

GT 5

2050 tagasivaade

Backcasting: kujuta ette kliimaneutraalne Eesti ja sammud tagasi tänasesse.

GT 6

Energia väärarusaamad

Kogu kokku õpilaste väärarusaamad ja kavanda nende ümberlükkamine.

Kokkuvõte

Viis mõtet kaasa

  1. Aine ringleb, energia voolab läbi — üks lause seob ökoloogia, füüsika ja kestlikkuse.
  2. Oluline ei ole energia kogus, vaid kvaliteet ja päritolu.
  3. Energia on võimaldav eesmärk — SDG 7 toidab tervist, haridust, võrdsust ja kliimat.
  4. Üleminek on asendav, mitte lisanduv — raskem kui ükski varasem energiaüleminek.
  5. Energia elab korraga neljas mõõtmes — keskkond, majandus, ühiskond, kultuur; kestlik lahendus peab töötama kõigis mõõtmetes.
Üks lugu, mis seob kõik kokku

Jälgi üht footonit

Päike → fotosüntees → toiduahel → fossiilkütus (iidne päike) → elektrijaam → pistik → ekraan, millel seda loed.

Sama lugu — energia muundamine ja kvaliteedi langus — kordub igal sammul. Aitäh!

1 / 25
→ / ← liikumine · s märkmed · o ülevaade · f täisekraan