Nach Teil 1, Warum der Kapitalismus immer Wachstum braucht, um den Schuldendruck zu bewältigen, kommen wir zu Teil 2. Heute:
In einer früheren Studie (Garrett, 2011) habe ich ein einfaches Wirtschaftswachstumsmodell vorgestellt, das mit den allgemeinen thermodynamischen Gesetzen vereinbar sein soll. Im Gegensatz zu traditionellen Wirtschaftsmodellen wird die Zivilisation nur als gut gemischtes globales Ganzes betrachtet, ohne zwischen einzelnen Nationen, Wirtschaftssektoren, Arbeitskräften oder Kapitalinvestitionen zu unterscheiden. Der Kern des Modells ist die Hypothese, dass die aktuelle Rate des Primärenergieverbrauchs der Weltwirtschaft über eine Konstante an eine sehr allgemeine Darstellung ihres historisch angesammelten Wohlstands gebunden ist. Beobachtungen stützen diese Hypothese und zeigen, dass der Wert der Konstante λ = 9,7 ± 0,3 Milliwatt pro US-Dollar von 1990 beträgt. Dieser Zusammenhang ermöglicht es, scheinbar komplexe Wirtschaftssysteme als einfache physikalische Systeme zu behandeln. Quelle
Diese Grafik stammt von Tim Gerretts Website und veranschaulicht die Beziehung λ (Lambda) zwischen dem gesamten angehäuften Wohlstand der Welt (C, das Integral) und unserer immer schneller werdenden Energieverbrauchsrate (a, gemessen in 1021 Joule pro Jahr). λ = 9,7 ± 0,3 Milliwatt pro US-Dollar von 1990. So viel Energie ist erforderlich, um den wirtschaftlichen Wohlstand der Welt zu steigern, gemessen in Dollar von 1990. Die Wachstumsrate des Energieverbrauchs von 1,87 % ist ein Durchschnitt für den Zeitraum 1970-2006. Die durchschnittliche Wachstumsrate des gesamten angehäuften Vermögens betrug in diesem Zeitraum 1,82 %. Beachten Sie, dass dies ein empirisches Ergebnis ist und somit außerhalb einer bestimmten Theorie oder eines bestimmten Rahmens steht, obwohl es aus Garretts Hypothese (thermodynamisches Modell) herausfällt, dass eine Konstante wie λ existieren muss.
Einfachste Interpretation der Grafik: Wir brauchen Energie, um unseren Wohlstand aufrechtzuerhalten, und wir brauchen Energie, um neuen Wohlstand zu schaffen.
Wenn Sie ein Haus besitzen, müssen Sie dennoch Reparaturen, Instandhaltung usw. durchführen. Sie müssen also Geld (= Energie) investieren, um es zu erhalten.
So drückt es Dave Cohen aus:
Ständig werden falsche Behauptungen aufgestellt, dass die Weltwirtschaft weiter und weiter wachsen würde, wenn wir Energie nur effizienter nutzen oder nach und nach auf „erneuerbare“ Energiequellen umsteigen würden. Im Gegenteil, hier sind einige der Folgen von Tims Verknüpfung der wirtschaftlichen und der physischen Welt. Dieser Text stammt von Tims Website (zitiert im Text zur obigen Grafik). Ich habe ihn wörtlich wiedergegeben.
Das sind alles sehr schlechte Nachrichten für diejenigen, die Standardannahmen über das Wirtschaftswachstum im 21. Jahrhundert treffen. Garretts Verwendung der Begriffe Zusammenbruch (Zerfall) und Hyperinflation sollte jedoch nicht so verstanden werden, wie sie in Lehrbüchern der Wirtschaftswissenschaften oder im allgemeinen Sprachgebrauch verwendet werden. Ein „positives inflationsbereinigtes BIP“ ist in Tims Modell nur möglich, wenn der Energieverbrauch ausreichend schnell steigt. Was tatsächlich vor Ort passieren würde, wenn die Menschen es nicht schaffen, Primärenergie mit der erforderlichen Rate zu erzeugen, ist nicht genau definiert.
Der Anfangssatz „Ständig werden falsche Behauptungen aufgestellt, dass wir Energie nur effizienter nutzen oder auf erneuerbare Energien umsteigen müssen“ enthält bereits zwei Aussagen, die wir untersuchen werden.
Ständig werden falsche Behauptungen aufgestellt, dass wir Energie nur effizienter nutzen müssen…
Eine Ressource „effizienter“ zu nutzen hat eine überraschenden Effekt. Die Ressource wird viel mehr genutzt! Es wird Jevons-Paradox genannt.
In der Wirtschaft tritt das Jevons-Paradox auf, wenn der technologische Fortschritt die Effizienz der Nutzung einer Ressource erhöht (wodurch die für eine einzelne Nutzung erforderliche Menge reduziert wird), die sinkenden Nutzungskosten jedoch zu einer so starken Nachfragesteigerung führen, dass die Ressourcennutzung erhöht und nicht reduziert wird. Regierungen, sowohl historische als auch moderne, erwarten in der Regel, dass Energieeffizienzgewinne den Energieverbrauch senken werden, anstatt das Jevons-Paradox zu erwarten. 1865 stellte der englische Ökonom William Stanley Jevons fest, dass technologische Verbesserungen, die die Effizienz der Kohlenutzung erhöhten, zu einem erhöhten Kohleverbrauch in einer Vielzahl von Branchen führten. Er argumentierte, dass man sich entgegen der allgemeinen Intuition nicht darauf verlassen könne, dass der technologische Fortschritt den Brennstoffverbrauch senkt.
Bitcoin-Mining ist ein äußerst energieineffizienter Prozess. Dass Kryptowährungen viel Energie verbrauchen, könnte ein Zeichen dafür sein, dass sie gekommen sind, um zu bleiben. In dem Buch Was ist Ihre gefährlichste Idee? wurden Wissenschaftler gefragt, was ihre gefährlichste/umstrittenste Idee sei. Scott D. Sampsons gefährlichste Idee war: Der Sinn des Lebens ist es, Energie zu verteilen.
Der Sinn des Lebens ist es, Energie zu verteilen. Darüber hinaus wird die Evolution nicht von den Machenschaften selbstsüchtiger Gene angetrieben, die sich über unzählige Jahrtausende hinweg verbreiten. Vielmehr wirken Ökologie und Evolution gemeinsam.
als äußerst erfolgreiches, extrem beständiges Mittel, um den Gradienten zu reduzieren, der von unserem nächsten Stern erzeugt wird. Meiner Ansicht nach stehen der Evolutionstheorie (dem Prozess, nicht der Tatsache der Evolution!) und der Biologie im Allgemeinen eine grundlegende Umstrukturierung bevor, sobald die Forscher die Vorstellung vollständig begriffen haben, dass die komplexen Systeme von Erde, Luft, Wasser und Leben nicht nur miteinander verbunden, sondern auch voneinander abhängig sind und Materie im Kreislauf führen, um den Energiefluss aufrechtzuerhalten.
Eine interessante Idee. Aber kennen Sie den zweiten Teil des Satzes:
… oder im Laufe der Zeit auf „erneuerbare“ Energiequellen umsteigen.
Ich möchte nicht diskutieren, ob erneuerbare Energien möglich sind oder nicht, da diese Frage irrelevant ist. Wir werden einige Informationen von dem hervorragenden und brillanten Tom Murphy beziehen.
Thermodynamische Grenzen
Wir können die thermodynamischen Grenzen des Problems genauer untersuchen. Die Erde absorbiert viel Energie von der Sonne – weit mehr als unsere derzeitige gesellschaftliche Leistung. Die Erde gibt ihre Energie ab, indem sie sie in den Weltraum abstrahlt, hauptsächlich im Infrarot-Wellenlängenbereich. Es gibt keine anderen Wege zur Wärmeentsorgung. Absorption und Emission sind tatsächlich nahezu perfekt ausgewogen. Wäre dies nicht der Fall, würde sich die Erde langsam erwärmen oder abkühlen. Tatsächlich haben wir die Fähigkeit der Infrarotstrahlung, zu entweichen, verringert, was zur globalen Erwärmung führt. Trotzdem sind wir immer noch im Gleichgewicht, und zwar auf weniger als 1 %. Da die Strahlungsleistung mit der vierten Potenz der Temperatur skaliert (wenn sie in absoluten Zahlen ausgedrückt wird, wie Kelvin), können wir die Gleichgewichtstemperatur der Erdoberfläche unter zusätzlicher Belastung durch gesellschaftliche Aktivitäten berechnen
Gesamter Energieverbrauch der USA in allen Formen seit 1650. Die vertikale Skala ist logarithmisch, sodass eine Exponentialkurve, die sich aus einer konstanten Wachstumsrate ergibt, als gerade Linie erscheint. Die rote Linie entspricht einer jährlichen Wachstumsrate von 2,9 %. Datenquelle: EIA. Bitte beachten Sie, dass die linke Achse (Y) logarithmisch ist. Das Wachstum ist exponentiell!
Dieser Beitrag liefert ein eindringliches Beispiel für die Unmöglichkeit eines anhaltenden Wachstums bei den aktuellen Raten – selbst innerhalb bekannter Zeiträume. Der Einfachheit halber senken wir die Energiewachstumsrate von 2,9 % auf 2,3 % pro Jahr, sodass wir alle 100 Jahre eine Steigerung um den Faktor zehn sehen. Wir starten die Uhr heute mit einer globalen Energieverbrauchsrate von 12 Terawatt (was bedeutet, dass der durchschnittliche Weltbürger einen Anteil von 2.000 W am Gesamtkuchen hat). Wir werden mit halbpraktischen Einschätzungen beginnen und dann schrittweise unserer Fantasie freien Lauf lassen – und selbst dann feststellen, dass wir früher an Grenzen stoßen, als wir vielleicht denken. Ich gebe von Anfang an zu, dass die dieser Analyse zugrunde liegenden Annahmen zutiefst fehlerhaft sind. Aber darum geht es letztlich.
Ich war schon immer beeindruckt von der Tatsache, dass in einer Stunde so viel Sonnenenergie die Erde erreicht, wie wir in einem Jahr verbrauchen. Wie viel Hoffnung diese Aussage doch weckt! Aber lassen wir uns nicht mitreißen – noch nicht.
Nur 70 % des einfallenden Sonnenlichts gelangen in den Energiehaushalt der Erde.
et – der Rest prallt sofort von Wolken, Atmosphäre und Land ab, ohne absorbiert zu werden. Da wir Landlebewesen sind, könnten wir auch erwägen, unsere Solarmodule auf das Land zu beschränken, das 28 % der gesamten Erdoberfläche einnimmt. Schließlich stellen wir fest, dass Photovoltaik- und Solarthermieanlagen in der Regel mit einer Effizienz von etwa 15 % arbeiten. Nehmen wir für diese Berechnung 20 % an. Der Nettoeffekt beträgt etwa 7.000 TW, etwa das 600-fache unseres derzeitigen Verbrauchs. Viel Spielraum, oder?
Wann würden wir bei einer Wachstumsrate von 2,3 % an diese Grenze stoßen? Denken Sie daran, dass wir alle hundert Jahre um den Faktor zehn expandieren, sodass wir in 200 Jahren auf dem 100-fachen des derzeitigen Niveaus arbeiten und in 275 Jahren 7.000 TW erreichen. 275 Jahre mögen auf einer menschlichen Zeitskala lang erscheinen, aber für eine Zivilisation sind sie wirklich nicht so lang. Und denken Sie an die Welt, die wir gerade geschaffen haben: Jeder Quadratmeter Land ist mit Photovoltaikmodulen bedeckt! Wo bauen wir Lebensmittel an?
Beginnen wir nun mit der Lockerung der Beschränkungen. In 275 Jahren werden wir sicherlich klug genug sein, um bei einer so wichtigen globalen Ressource eine Effizienz von über 20 % zu erreichen. Lachen wir über die thermodynamischen Grenzen und sprechen wir von einer Effizienz von 100 % (ja, wir haben den Fantasieteil dieser Reise begonnen). Das verschafft uns einen Faktor von fünf oder 70 Jahren. Aber wer braucht schon die Ozeane? Bedecken wir sie ebenfalls mit 100 % effizienten Solarmodulen. Noch einmal 55 Jahre. In 400 Jahren stoßen wir an der Erdoberfläche auf die Solarmauer. Das ist bedeutsam, denn Biomasse, Wind und Wasserkraft werden von der Sonnenstrahlung erzeugt und fossile Brennstoffe stellen die Batterie der Erde dar, die über Millionen von Jahren durch Sonnenenergie aufgeladen wird. Nur Kern-, Geothermie- und Gezeitenprozesse werden nicht durch Sonnenlicht erzeugt – die beiden letzteren sind für diese Analyse mit jeweils einigen Terawatt belanglos.
Aber die Hauptbeschränkung in der vorangegangenen Analyse ist die Erdoberfläche – so angenehm sie auch sein mag. Wir gewinnen nur 16 Jahre, wenn wir die zusätzlichen 30 % der Energie auffangen, die sofort abprallt. Die hohen Kosten für die Platzierung einer die Erde umkreisenden Photovoltaikanlage im Weltraum sind also sicherlich nicht die Mühe wert. Aber warum sollten wir uns im Weltraum auf die Erde beschränken? Denken wir groß: Umgeben wir die Sonne mit Solarmodulen. Und wenn wir schon dabei sind, sorgen wir auch dafür, dass sie 100 % effizient sind. Vergessen wir die Tatsache, dass eine 4 mm dicke Struktur, die die Sonne in der Entfernung der Erdumlaufbahn umgibt, Material im Umfang einer Erde erfordern würde – und zwar Spezialmaterialien. Auf diese Weise können wir ab heute 1350 Jahre lang ein jährliches Energiewachstum von 2,3 % aufrechterhalten.
An diesem Punkt wird Ihnen vielleicht klar, dass unsere Sonne nicht der einzige Stern in der Galaxie ist. Die Milchstraße beherbergt etwa 100 Milliarden Sterne. Eine Menge Energie, die einfach in den Weltraum geblasen wird und nur darauf wartet, genutzt zu werden. Denken Sie daran, dass jeder Faktor von zehn uns 100 Jahre weiterbringt. Hundert Milliarden sind elf Zehner, also 1100 zusätzliche Jahre. In etwa 2500 Jahren würden wir also die Energie einer großen Galaxie verbrauchen. Wir wissen ziemlich genau, was die Menschen vor 2500 Jahren getan haben. Ich glaube, ich kann mit Sicherheit sagen, dass ich weiß, was wir in 2500 Jahren nicht tun werden.
Der letzte Satz ist wunderschön: „In etwa 2500 Jahren würden wir also die Energie einer großen Galaxie verbrauchen. Wir wissen ziemlich genau, was die Menschen vor 2500 Jahren getan haben. Ich glaube, ich kann mit Sicherheit sagen, dass ich weiß, was wir in 2500 Jahren nicht tun werden.“ Nämlich die komplette Energie einer Galaxy verbrauchen! Das werden wir ganz sicher nicht tun.
Erdoberflächentemperatur bei stetigem Energiewachstum von 2,3 %, vorausgesetzt, dass eine andere Quelle als Sonnenlicht zur Deckung unseres Energiebedarfs genutzt wird und dass dies auf der Oberfläche des Planeten geschieht. Selbst eine Traumquelle wie die Fusion sorgt in ein paar hundert Jahren für unerträgliche Bedingungen, wenn das Wachstum anhält. Beachten Sie, dass die vertikale Skala logarithmisch ist. Das Wachstum ist exponentiell.
Warum Solarenergie besonders hervorheben?
Manche Leser könnten sich an der vorangegangenen Fokussierung auf Solar-/Sternenenergie stören. Wenn wir große Träume haben, sollten wir die schwachen Einschränkungen der Solarenergie vergessen und uns der Fusion zuwenden. Der hohe Deuteriumgehalt in normalem Wasser würde uns eine scheinbar unerschöpfliche Energiequelle direkt hier auf der Erde bescheren. Wir werden diesen Weg nicht im Detail analysieren, weil wir das nicht müssen. Das gnadenlose Wachstum, das oben dargestellt wurde, bedeutet, dass in 1400 Jahren jede Energiequelle, die wir nutzen, die Sonne überstrahlen müsste.
Lassen Sie mich diesen wichtigen Punkt noch einmal wiederholen. Unabhängig von der Technologie würde eine anhaltende Energiewachstumsrate von 2,3 % erfordern, dass wir innerhalb von 1400 Jahren so viel Energie produzieren wie die gesamte Sonne. Ein Wort der Warnung: Dieses Kraftwerk wird etwas heiß laufen. Die Thermodynamik erfordert, dass, wenn wir auf der Erde sonnenähnliche Energie erzeugen würden, die Erdoberfläche – da sie kleiner als die der Sonne ist – heißer sein müsste als die Oberfläche der Sonne!
Thermodynamische Grenzen
Wir können die thermodynamischen Grenzen des Problems genauer untersuchen. Die Erde absorbiert
ndant Energie von der Sonne – weit über unsere gegenwärtige gesellschaftliche Leistung hinaus. Die Erde gibt ihre Energie ab, indem sie sie in den Weltraum abstrahlt, hauptsächlich im Infrarot-Wellenlängenbereich. Es gibt keine anderen Wege zur Wärmeableitung. Absorption und Emission sind tatsächlich nahezu perfekt ausgewogen. Wäre dies nicht der Fall, würde sich die Erde langsam erwärmen oder abkühlen. Tatsächlich haben wir die Fähigkeit der Infrarotstrahlung, zu entweichen, verringert, was zur globalen Erwärmung führt. Trotzdem sind wir immer noch im Gleichgewicht, und zwar auf weniger als 1 %. Da die Strahlungsleistung mit der vierten Potenz der Temperatur skaliert (wenn sie in absoluten Zahlen ausgedrückt wird, wie Kelvin), können wir die Gleichgewichtstemperatur der Erdoberfläche unter zusätzlicher Belastung durch gesellschaftliche Aktivitäten berechnen.
Das Ergebnis ist oben dargestellt. Aus der Vergangenheit wissen wir, dass wir das Sonnenpotenzial in 400 Jahren erschöpft haben, wenn wir uns auf die Erdoberfläche beschränken. Um das Energiewachstum über diesen Zeitraum hinaus fortzusetzen, müssten wir erneuerbare Energien – die praktisch alle von der Sonne stammen – zugunsten der Kernspaltung/-fusion aufgeben. Aber die thermodynamische Analyse sagt, dass wir sowieso erledigt sind.
Stoppt den Wahnsinn!
Der Zweck dieser Untersuchung besteht darin, die Absurdität aufzuzeigen, die sich aus der Annahme ergibt, dass wir unseren Energieverbrauch weiter steigern können – selbst wenn wir dies in bescheidenerem Maße tun als in den letzten 350 Jahren. Diese Analyse ist angesichts der Tunnelsicht ihrer Prämisse ein leichtes Ziel für Kritik. Ich würde sie gerne selbst in Stücke reißen. Vor allem wird ein weiteres Energiewachstum wahrscheinlich unnötig sein, wenn sich die menschliche Bevölkerung stabilisiert. Zumindest sollte die Energiewachstumsrate von 2,9 %, die wir erlebt haben, nachlassen, wenn die Welt mit Menschen gesättigt ist. Aber übersehen wir nicht den entscheidenden Punkt: Ein weiteres Wachstum des Energieverbrauchs wird innerhalb vorstellbarer Zeiträume physikalisch unmöglich. Die vorangegangene Analyse bietet eine nette Möglichkeit, diesen Punkt zu veranschaulichen. Ich habe festgestellt, dass es sich um ein überzeugendes Argument handelt, das die Menschen dazu bringt, die tatsächlichen Grenzen eines unbegrenzten Wachstums zu erkennen.
Sobald wir erkennen, dass das physische Wachstum eines Tages aufhören (oder sich umkehren) muss, können wir erkennen, dass auch jedes Wirtschaftswachstum enden muss. Dieser letzte Punkt ist angesichts unserer Innovationskraft, unserer Effizienzsteigerung usw. möglicherweise schwer zu verdauen.
Der wichtigste Satz in diesem Absatz:
Aber lassen Sie uns den entscheidenden Punkt nicht übersehen: Ein weiteres Wachstum des Energieverbrauchs wird innerhalb denkbarer Zeiträume physikalisch unmöglich.
Wichtige Erkenntnisse aus dem letzten Beitrag:
Der Kapitalismus erfordert zukünftiges Wachstum, um enorme Investitionen zu amortisieren. Dies ist die Essenz des modernen Kapitalismus, der neben Technologie und Energie auch Schulden zur Vorfinanzierung der industriellen Warenproduktion verwendet (Stichwort Intel Chipfabrik mit 30 Milliarden). Die meisten öffentlichen Unternehmen ertrinken in Schulden. Diese Schulden können nur durch zukünftiges Wachstum zurückgezahlt werden. Dies ist etwas, das einzigartig für den Kapitalismus der letzten, ungefähr 150 Jahre ist. Im Gegensatz dazu kann eine Marktwirtschaft im Mittelalter oder wie die der Amischen auch ohne diese funktionieren. Ein marktwirtschaftliches System auf einem so niedrigen Niveau könnte für immer stabil sein.
Wichtige Erkenntnisse aus diesem Beitrag:
Wohlstand und Energieverbrauch sind untrennbar. Sie können sogar die mW (Milliwatt) pro US-Dollar messen, die erforderlich sind, um Wohlstand und Wachstum aufrechtzuerhalten.
Ein anhaltendes Wachstum des Energieverbrauchs wird innerhalb denkbarer Zeiträume physikalisch unmöglich.
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