Voegen gebouwen nu waarde toe of niet? (entropie)

Wat is Exergie, entropie, informatie, orde, in relatie tot gebouwen?

Alles zal tot stof vergaan. Onvermijdelijk . Behalve in een deelsysteem waar zonne-straling precies genoeg energie levert om enige orde te (her-)scheppen.

Ik worstelde weer eens met een vraag: de relatie tussen entropie, exergie en waarde en orde. Ja, ja , je kan je een hoop afvragen. Dus maar weer eens hardop denken. (en wat langer als gewoonlijk…)

Het begon feitelijk met dat ik me zat af te vragen of door onze ‘bouwkunsten’ op Aarde de totale ‘wAarde’ van georganiseerde materie toeneemt ? Of dat wij juist een hoop bronnen in gebouwen en steden verzamelen en daarmee de omgeving verarmen? In Thermodynamische zin dan (TD) , thermodynamica kent immers maar 1 richting, die van afname van orde en toename van entropie . Dus dan zou de waarde sowieso afnemen en mogelijk nog sneller doordat wij de boel overhoop halen? Hoe zit dat ook al weer? Maw: creëren wij nou wel of niet waarde? En welke waarde? Dus de zaken maar weer eens op een rij proberen te zetten

Kijk, de basis is de Aarde, waar we niet van af kunnen, en die heeft een beperkte hoeveelheid materie, die neemt niet toe of af, maar kan wel anders georganiseerd raken, oiv een bron van binnen of buiten systeem. Van binnen erodeert het , is fysische afbraak, zeg maar woestijnvorming, random verdeelde deeltjes (een Thermodynamisch dode referentieomgeving). Aan de andere kant is daar van buiten zon gestuurde Fotosynthese, waarmee op aarde biologische systemen groeien, er ontstaat ordening van materie, zogezegd (‘overvloed’). Samengevat als ‘ Leven’, en dat creëert (of staat voor?) orde. De energie van de zon (‘externe bron’) wordt benut om materie te ordenen in complexe vormen zoals planten, dieren en hele ecosystemen.

Helder. Maar hoe zit dat met ons, mensen, en met door ons verzamelde materialen en gebouwen – geldt daar hetzelfde voor?

Door te bouwen worden materialen op een zeer specifieke en georganiseerde manier samengebracht om een functionele en stabiele structuur te vormen. Met andere woorden: er ontstaat Orde : “omdat geordende structuren worden gecreëerd uit grondstoffen die vaak in een natuurlijk meer wanordelijke toestand verkeren (zoals stenen, hout, metaal, glas), meer verdunde verspreide vormen” .

Zogezegd gaat het dus om een structuur niet specifiek als gebouw voor de mens, maar als een structuur die orde vastlegt, fysisch-biologisch gezien. Dat wij daar toevallig in kunnen schuilen cq wonen is fysisch niet relevant. ( biologisch wel, komt later) De vraag is of de ordening ordelijker is als die ervoor was: is de materie meer georganiseerd als ervoor? Per gebouw wel, lijkt het, maar is dat ook op een hoger abstractie niveau: alle gebouwen samen, of gehele energie massa systeem? Denk alleen al aan het beton-zand, dat samen op 1 plek werd gewonnen, en en nu verspreid is over diverse gebouwen, waar het dus eerder geconcentreerd bij elkaar lag…

Hoe zat dat dus ook alweer met die ‘entropie’?

Entropie is de mate van orde in een systeem (lage entropie) , of formeel de mate van vrijheden van een systeem om orde te vormen (hoe meer vrijheden hoe hoger de entropie). (Entropie wordt tegenwoordig ook wel gezien als mate van onzekerheid, maar dat is voor een andere keer [1])

In de dagelijkse praktijk kunnen we uitgaan van een maat voor orde: hoge entropie is chaos, lage entropie is concentratie en ordening. Door een gebouw te creëren is er orde gecreëerd (vrijheden van de materie beperkt), en zolang het gebouw staat is er op aarde dan entropie afname. Let wel, er van uit gaande dat dat gebouw met kort cyclische zonne-energie en of via daardoor gegenereerde arbeid is gebouwd, met ene bron an buiten en met herstel dus van de voorraden. Als het met een bron van binnen is gebeurd, met fossiele energie is gebouwd, is de entropie per definitie altijd toegenomen. Er is immers energie en massa van binnen systeem gebruikt, en de een kan wel georganiseerd raken, maar onder afbraak van de ander en het totaal is altijd minder. Met andere woorden dan is de kwaliteit binnen het systeem sowieso gedaald. ( binnen de tijdspanne dat de moderne mens er rondwaart). Dus wederom helder: wij moeten leven van de zon, en haar afgeleiden.

Zodra overigens het gebouw zou verdwijnen door sloop of anderszins, is entropie onevenredig toegenomen: meer dan dat er in dezelfde periode niet was gebouwd! Door de sloop is de oorspronkelijke situatie, hogere entropie niveau, hersteld , terwijl via de tussenweg dan onnodig 2x energie vernietigd is . Met andere woorden, hoe korter gebouwen meegaan, hoe sneller de entropie groei op aarde… !! en dus kwaliteitsvermindering van systeem ( voor ons).

let op: dus weer een reden om gebouwen , eenmaal gebouwd, eeuwig mee te laten gaan! (ik kwam al eerder langs andere weg tot de conclusie dat alles minstens 50 jaar moet meegaan en liefst eeuwig [2])

Overigens, Om een gebouw ‘geordend’ te houden, is natuurlijk regelmatig energie-toevoer nodig ofwel onderhoud. Dit betekent dat de entropie verlaging niet permanent is zonder voortdurende energie-invoer, en dat hoe minder onderhoud nodig, des te groter de resulterende entropie verlaging. Ofwel hoe groter de netto bijdrage aan de potentie van het systeem , en voor ons, de maatschappij, tot groei.

Er is echter zoals geconstateerd wel energie nodig om entropie te verlagen, ofwel orde te creëren , door energie te investeren cq onttrekken. En die energie is vervolgens verloren, dat wil zeggen onnuttig, de capaciteit om werk te verzetten binnen dat systeem is verloren.

En dus, want energie komt er op Aarde zelf niet bij, is dat alles afhankelijk, dus ook entropie, de hoeveelheid orde of wanorde, van hoeveel energie die we van buiten systeem kunnen vastleggen. Dat we dus voor organisatie hier op Aarde zonne-energie van buiten eigen systeem inzetten Ongeacht voorraden op aarde, die immers alleen maar zijn uit te putten, en dus chaos creëren, wanorde van bronnen. Ook voor materialen.

Noot (met vastleggen bedoel ik ook vastleggen, als entropie verlaging. Bijvoorbeeld bomen. Als die verbrand worden voor wat warmte, is er netto geen effect, niks vastgelegd of verandert. Ja, wellicht bent u of ik enigszins verwarmd, maar dat is fysisch irrelevant, we hadden beter daar kunnen zijn waar geen verwarming nodig is, zoals alle andere soorten behalve ons.

‘counterentropie’

Er is dus wel externe energie nodig om zaken te organiseren. In wezen zou je dat dan vrije Exergie op Aarde kunnen noemen: dat deel van energie en massa dat nuttig inzetbaar is, of beschikbaar komt, in de vorm van vermogen tot ordening/verandering, tot werk verzetten,tot zaken in beweging brengen, zonder interne systeem uit te putten. (wat geen absolute waarde is overigens*)

Om dat nog verder uit te diepen en te verhelderen gebruik ik meestal het ijzer-spijker voorbeeld : ertsen bevatten ijzer, en je moet energie investeren om dat ijzer eruit te halen , te concentreren en in pure vorm geschikt te maken voor eindeloze oplossingen. (in principe dus met zonne-energie, anders is sowieso sprake van kwaliteitsvermindering, entropie toename) De exergie, de kwaliteit van de grondstof is dan toegenomen , van erts naar ijzer ‘ingots, geconcentreerde blokken bij de fabriek. Met veel potentie voor diverse zaken. Maar dan het vervolg: de geconcentreerde hoeveelheid ijzer gaat naar een fabriek waar ze er spijkers van maken, de massa-exergie wordt lager, verandering, want ijzermoleculen raken verdeeld. Die spijkers worden in doosjes verpakt en over de wereld verzonden: de Exergie , de potentie tot creëren van verandering, wordt minder want het materiaal raakt verdund en verspreid, de ordening neemt af. Die spijkers worden weer verdeeld over bouwplaatsen , en ook daar weer eens verdeeld over een gebouw, ze worden verspreid vertimmerd. De oorspronkelijk geconcentreerde voorraad ijzer, is onnoemelijk verdund geraakt! (uiteraard zoals gezegd maakt het ook nog uit met welke energie vorm en investering alles gebeurd)

Maar na aanvankelijk geconcentreerd te zijn is de potentie van ijzer afgenomen. Probeer die spijkers maar weer eens te verzamelen: dat is de te investeren energie om de waarde en nut cq exergie van ijzer weer op te krikken tot een geconcentreerde voorraad.

Wanorde, entropie neemt toe , ondanks dat wij de spijker waarderen heeft die grondstof fysisch minder waarde: de exergy neemt af de entropie neemt toe, de waarde tot verandering neemt af, de onbruikbaarheid neemt toe.

Maar dat is de spijker. Hoe zit dat dan met het resulterende gebouw?

De vraag is dan of een puur materiaal meer orde is dan een geordende combinatie van tientallen verspreide materialen en moleculen in een gebouw…?

Ik redeneerde eerder altijd dat wanorde toeneemt vanaf moment dat spijkers fabriek verlaten.,… dat daardoor gebouwen dus geen orde kunnen zijn. Echter zo redenerend blijkt het iets anders: De exergie de potentie tot verandering, is verloren gegaan, maar die heeft verandering teweeg gebracht, en entropie verlaging gecreëerd…cq vastgelegd.

Het verschil zit hem in de grootte van de systeem analyse. Alleen naar materiaal kijkend, is de exergie afgenomen en de entropie toegenomen. Maar op een hoger abstractieniveau dat van gebouw of gebouwen, is de entropie juist afgenomen, de gezamenlijke ordening heeft de waarde in het systeem verhoogd.

Je kan het ook anders formuleren: de potentie tot verandering, de exergie, is afgenomen, met als gevolg entropie verlaging (ordening) van het gehele energie-massa systeem. Met daarbij wel de aantekening dat het energetisch exergie deel aangevuld kan worden door externe (zonne-) energie. Mits we maar vasthouden aan kort-cyclische processen).

Overigens als we een gebouw vergelijken met de mens zien we wel verschil: Wij zijn als mens ook een zootje van samengeraapt moleculen, geordend en met dus lage systeem entropie, maar: wel nog met hoge exergie, potentie tot verandering! In tegenstelling tot een gebouw waar de exergie is verloren gegaan. Dat is verder inert.

Dat brengt ons van de fysica naar eens schaalniveau hoger: we maken een bruggetje naar de biologie, en meer precies evolutie, aangenomen dat dat , geholpen door zonne-energie, de ultieme drijvende kracht achter ordening alhier is*.

En dan draait het weer om: , tenminste zo kom ik tot die redenering: De exergie van die materialen is verloren gegaan, ten koste van entropie verlaging door gebouwen., Maar die gebouwen hebben verder geen evolutionaire waarde, dragen niet bij aan een evolutionaire progressieve ordening, zijn slechts van waarde voor de mens, voor zover ik kan beoordelen. Die grondstoffen zijn dus ook op wereld schaal ontrokken aan een verdere bijdrage aan een evolutionaire proces. Het evolutionaire proces is een proces van counter entropie, van steeds verdere verlaging entropie, georganiseerd, via een circulair proces (binnen de aardse uitzonderingspositie) , maar gebouwen hebben de grondstoffelijke bijdrage aan dat circulaire proces inert gemaakt. Ze liggen vast en spelen biologisch geen rol meer. De evolutionaire potentie is daardoor wel afgenomen! (Zeg maar de evolutionaire exergie, in tegenstelling tot de thermodynamiosche exergie.)

Tenzij dus, maar dat is speculatie, de gebouwen verzameling, de stad, zelf de aanzet is tot een nieuw organisme , een orbanisme, en als zodanig de volgende evolutionaire stap vertegenwoordigt! Waarbij wij als mens slecht de ordenende factor zijn, net zoals bacteriën dat voor ons lichaam zijn. Althans die route verken ik enigszins speculatief in het hoofdstuk Het Urbanoceen, van het recente Boek [3]. (ook afzonderlijk als ebook beschikbaar [4])

Maar dan nog , uiteindelijk zit er ook een limiet aan orde, voor wie dan ook, er is maar een beperkte hoeveelheid geordende materie mogelijk in een verder gesloten systeem. Er kan op zeker moment alleen iets nieuw ontstaan, een hogere ordening, als eerst het oude instort…

Ik zei u al, je kan jezelf rare vragen stellen, en daarover hardop denken., er is dan ook geen enkele garantie dat ik het 100% bij het rechte eind heb, al heb ik mijn best gedaan, de zaken naar de laatste inzichten weer te geven ( te ordenen…) , zodat wellicht anderen hier weer op voort kunnen borduren.

PS. De volgende laag , want dit is maar tussenfase, is dat het niet gaat om energie of materie, maar om informatie. Dat alles, maar dan ook alles een kwestie is van data organisatie, en daarvan door organisatie afgeleide informatie.

Waarmee de natuur random aan de gang gaat . En dus van info weer kennis genereert, en daar dan weer ‘bewust’ mee aan de gang gaat met nieuwe organsimen, die data en info weer verder brengen. Wij als mens proberen dat ook wel, van informatie kennis te maken en daar iets mee te doen, maar voorlopig lijkt dat niet effectief, gezien de snelheid waar,mee wij de zaak versneld uitputten , en de ‘organisatie’ om zeep te helpen door kortcyclisch niet te benutten, en dus toch op het hoogste schaalniveau entropie vergroten. Maar dat is dan wellicht weer het begin van iets moois en nieuws…. Misschien.

* Al weten we nog niet precies wat evolutie drijft

* Exergie is relatief, hoeveel inzetbaar /omzetbaar is hangt af van de kennis van de mens, maar dat is voor ander keer.

Disclaimer:Let op, ongeacht wat we hier analyseren: we leven op een eiland in het heelal. We kunnen er niet af, er komt niets meer bij, en fysisch degradeert alles, vergaat tot stof. Slechts de zon , via land, kan een (beperkte) netto positieve bijdrage leveren tot groei en orde. (ter voorkoming van degradatie)

plaatje: R.Nave

[1] entropy very well explained