Der Crash Course Kapitel 17b: Energiehaushalt

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In Kapitel 5 des Crash Kurses habe ich nachgewiesen, dass Wachstum und Wohlstand vom Überschuss abhängen. Und das tun sie wirklich, ebenso, wie ein weiteres, wichtiges gesellschaftliches Element. Wenn dieser gelbe Kasten hier die gesamte Nahrungsenergie darstellt, die Menschen zugänglich ist, und wir auf der anderen Seite der Gleichung die erforderliche Menge an Lebensmitteln setzen, welche die Menschen zum Leben brauchen, dann liegt auf der Hand, dass ihre Gesellschaft sehr rudimentär wäre und kaum sehr komplex. 

Wenn diese Leute stattdessen fähig wären, für jede gebrauchte Kalorie 1.2 Kalorien zu erzeugen, dann hätten sie exakt das Energiegleichgewicht, das im Mittelalter bestand.

Dieser bescheidene Energieüberschuss von 20% erlaubte die Bildung ausgeprägter Hierarchien, beruflicher Spezialisierungen und den Bau beeindruckender architektonischer Werke.

Mit genügend überschüssiger Energie, können Menschen erstaunlich komplexe Gebilde in kurzer Zeit schaffen, wie diese vor nur 17 Jahren gemachten Bilder vom ölreichen Dubai belegen.

Nun können wir das 13. Schlüsselkonzept des Crash Kurses aufstellen:  „Gesellschaftliche Komplexität beruht auf Energieüberschuss.“

Gesellschaften, die ungewollt an Komplexität verlieren sind bekanntlich unangenehme Orte zum Leben. Sollten wir angesichts dieser Tatsache nicht genau im Auge behalten, wie viel überschüssige Energie wir haben und woher diese kommt?

Deshalb machen wir einen kurzen Abstecher in das Thema Energiehaushalt. Es ist wie eine gewöhnliche Haushaltrechnung nur, dass wir das Geld aus dem Spiel lassen.

Es funktioniert wie folgt. Zu jedem Zeitpunkt gibt es eine bestimmte Menge an Energie, die wir nach Belieben nutzen können. Packen wir alles in dieses Quadrat: Sonne, Wind, Wasser, Atomenergie, Kohle, Erdöl, Erdgas und was ich noch vergessen haben sollte. Das ist unsere Gesamt-Energie, die wir nach Belieben nutzen können. /

Aber wenn wir im nächsten Jahr mehr Energie haben wollen, müssen wir offensichtlich einen Teil davon verwenden, um mehr Energie zu finden. /

Zudem müssen wir auch in den Bau und den Unterhalt der Infrastruktur investieren, die es uns ermöglicht, Energie zu gewinnen und zu verteilen sowie eine komplexe Gesellschaft aufrechtzuerhalten. Strassen, Kanalisation, Brücken, Hochspannungsmasten und Gebäude fallen in diese Kategorie von Kapital.

Was übrig bleibt, kann für den Konsum verwendet werden. Einen Teilbrauchen wir für unseren täglichen Bedarf, wie Wasser, Nahrung und Unterkunft. Den Rest können wir beliebig einsetzen, wie für eine Reise nach Galapagos, für Hula-Hoop-Reifen oder irgendwelche Projekte, die uns wichtig sind.

Um es noch einfacher darzustellen, können wir die Energie in zwei Gefässe füllen:

Energie, die, die dafür eingesetzt werden muss, um alles am Laufen zu halten und Energie, über die wir mehr oder weniger frei verfügen können. 

Das ist genau so, wie mit Ihren Einkünften. Angenommen Ihr Haushalt verdient pro Jahr 50.000€ und ihre Steuern betragen genau 30% davon. Dann bleiben Ihnen 35.000$ um Lebensmittel zu kaufen, Ihre Unterkunft zu bezahlen, Benzin für Ihr Auto zu erstehen und vielleicht noch einige weitere Sachen. Sollte sich das plötzlich ändern und Sie hätten ein verfügbares Einkommen von nur noch 15.000$, dann würde sich Ihre Situation drastisch ändern.

Möglicherweise könnten Sie sich nur noch Lebensmittel und Unterkunft leisten, während das Auto, neue, schicke Elektronik und der Urlaub nur mehr blasse Erinnerungen wären. Ihr Leben würde gezwungenermassen vereinfacht - bezogen auf die Anzahl der Dinge, die Sie sich noch leisten können. Es wäre unangenehm!

Ich möchte, dass Sie die Energie, die wir reinvestieren müssen, um mehr Energie zu gewinnen, genau so sehen, wie die Steuern auf Ihr Einkommen. Aus folgendem Grund: 

Vergessen Sie, wie viel Geld Energie kostet, denn es ist belanglos, umso mehr, wenn Geld aus heißer Luft erschaffen wird. Stattdessen konzentrieren wir uns darauf, wie viel Energie eingesetzt werden muss, um Energie zu gewinnen, denn darauf kommt es an, wie ich Ihnen zeigen werde. Zum Glück ist das Konzept einfach.

Es heisst Nettoenergie.

Wir berechnen diese Grösse, indem wir die Menge der gewonnenen Energie durch die Menge Energie dividieren, die wir benötigen, um diese zu gewinnen. Gewonnene Energie durch eingesetzte Energie.

Die eingesetzte Energie entspricht den Steuern und die verbrauchte Energie dem verfügbaren Einkommen. Stellen Sie sich vor, dass die gesamte Energie, die benötigt wird, um eine Ölquelle anzubohren, ein Fass Öl beträgt und dass dabei hundert Fass gefunden werden. Das Nettoergebnis der Energieerschliessung wäre 100:1. In diesem Beispiel zahlen wir 1 von 100, d.h. 1%.

Eine andere, häufig angetroffene Bezeichnung ist der ERoEI[1],
ein Kürzel, das das Verhältnis von gewonnener Energie zur aufgewendeten Energie bezeichnet. In diesem Kapitel bleiben wir bei der einprägsamen Formel „Gewonnene Energie durch eingesetzte Energie“. Lassen sie uns das visualisieren, indem wir das Verhältnis zwischen der gewonnenen und der / eingesetzten Energie grafisch darstellen. Der rote Teil ist die eingesetzte Energie und der grüne Teil ist die Menge, die wir gewonnen haben, die Nettoenergie. Zusammen ergeben diese beiden Teile 100%.

Im ersten Szenario ergibt die Division der gewonnenen durch die eingesetzt Energie einen Wert von 50, d.h. es wurde eine Einheit benötigt, um 50 Energieeinheiten zu gewinnen.

Es wurden also 2% benötigt, um die Energie zu finden und zu er-schliessen. 98% stehen uns damit zur freien Verfügung. Bei diesem Teil handelt sich somit um die überschüssige Energie, die der Gesellschaft zur Verfügung steht. Sogar bei einem Nettoenergieverhältnis von 15 bleibt der für die Gesellschaft verfügbare Energieüberschuss recht hoch.

Diese Überschussenergie ist es, natürlich, die unserem Wirtschafts-wachstum, unserem technologischen Fortschritt und unserer wunderbar reichen und komplizierten Gesellschaft zugrunde liegt.

Nun möchte ich Ihre Aufmerksamkeit auf diesen Teil der Grafik lenken, in den Bereich der Werte 10 und 5. Die Nettoenergie, die der Gesellschaft zur Verfügung steht, fällt stark ab, auf eine Weise, die Ihnen aus dem Kapitel über exponentielle Grafiken vertraut sein sollte. Der Unterschied ist der, dass dieser Hockeyschläger nach unten zeigt. Unterhalb des Wertes 5 geht die Kurve steil runter und ist beim Wert 1 bei Null.

D.h. wenn eine Energieeinheit benötigt wird um eine Energieeinheit zu gewinnen, lohnt sich der Gewinnungsprozeß nicht. Unterhalb des Wertes 5 befinden wir uns auf der „Energie Klippe“. 

Um zu verstehen, warum diese Grafik so ungeheuer wichtig ist, betrachten wir die Geschichte

zu Nettoenergie bezogen auf das Öl. 1930 wurden für jedes Fass Öl, dessen Energie zur Ölsuche verbraucht wurde, schätzungsweise 100 Fässer produziert. Die Einheit „Fass“ umfasst 159 Liter. Das ist ein Verhältnis von 100 zu 1, das ganz links ausserhalb der Grafik läge.

Um 1970 waren die Ölfelder schon bedeutend kleiner, das Öl lag tiefer oder war in anderer Hinsicht schwieriger zu fördern. Der Netto-Energiegewinn lag nun bei einem Verhältnis von 25 zu 1. Noch immer ein gutes Ergebnis mit viel grün darunter.

Bis zu den 90er Jahre setzte sich dieser Trend fort. Die Ölfelder erlaubten nur noch ein Nettoergebnis zwischen 18 oder 10 zu 1.

Und heute? Die Schätzungen hinsichtlich der jüngsten Ölfunde ergeben ein Nettoenergieverhältnis von 3 zu 1.Warum sinkt die Nettoausbeute?

Weil in der Vergangenheit eine verhältnismässig kleine Menge Energie erforderlich war, um das Metall für einen kleinen Bohrturm herzustellen, und die Funde waren gewaltig, ergiebig und lagen relativ nahe an der Oberfläche. Heute wird viel mehr Energie benötigt, um Energie zu finden.

Die Bohrschiffe und Bohrinseln sind riesig. Wenn wir unseren bescheidenen Bohrturm von 1930 daneben stellen, sieht das so aus. Heute werden mehr Bohrungen in immer größere Tiefen benötigt, um letztlich immer kleinere Felder zu finden und auszubeuten. All das geht in unsere Nettoenergierechnung ein.

Und was ist mit den angeblich riesigen Mengen an Öl, die im so genannten Teersand oder Ölschiefer stecken? Jene Mengen, von denen gesagt wird, sie entsprächen „mehreren Saudi-Arabiens“?

Die Nettoenergiewerte dieser Lagerstätten sind äusserst mager und in keiner Weise vergleichbar mit der 100 zu 1-Ausbeute der Ölfelder Saudi-Arabiens.

Zudem sind der damit verbundene Verbrauch an kostbarem Trinkwasser und die Umweltschäden beunruhigend hoch.

Und wie sieht es mit erneuerbaren Energiequellen aus? Methanol, das aus Biomasse gewonnen werden kann, sticht mit einem Nettoenergieverhältnis von 3 hervor während Biodiesel bei etwa 2 liegt.

Aus Mais gewonnenes Ethanol bietet bei wohlwollender Betrachtung ein Nettoergebnis,das knapp über eins liegt. Aber es könnte auch negativ sein, wie einige Quellen berichten.

Für all diese neuen Quellen brauchbarer Flüssigtreibstoffe, von denen wir gerade gesprochen haben, gilt, dass sie alle irgendwo auf der „Klippenwand“ kleben.

Wenn wir nicht schleunigst Wege finden, die Energieausbeute dieser Alternativen zu erhöhen, werden wir ganz einfach viel weniger Überschussenergie für unsere Bedürfnisse und beliebige Verwendung haben.  

Sonnen und Windenergie sind beide in der Lage, recht hohe Nettoergebnisse zu produzieren. Aber sie produzieren Elektrizität, nicht Flüssigtreibstoffe, in deren

Verteilungs- und Nutzungsstruktur wir Unmengen investiert haben.

Übrigens, wo finden wir die so genannte „Wasserstoffwirtschaft“ auf dieser Grafik? Genau hier! Weil es nirgends auf der Erde Wasserstoffvorkommen gibt, muss Wasserstoff mit Hilfe einer anderen Energiequelle hergestellt werden – was mit Verlusten behaftet ist.

Mit anderen Worten, die Wasserstoffproduktion und -nutzung ist ein Energie-Verlustgeschäft. Wenn wir Wasserstoff herstellen, verlieren wir Energie. Das ist nicht Pessimismus, sondern ein physikalisches Gesetz. Um genau zu sein: das 2. thermodynamische Gesetz.

Da Wasserstoff ein Energieträger ist und keine Quelle, ist es treffender, es als Batterie zu beschreiben.

Um mal ein absurdes Beispiel zu bringen, wohl wissend, dass niemand so blöd ist:

Der Kongress beschliesst, den Versuch zu machen, unsere Gesellschaft komplett mit Ethanol aus Mais zu versorgen. Was könnte uns das bringen? Wenn wir unserer Grafik so anpassen, dass sie diesen Beschluss abbildet, dann sehen wir sehr viel rot und sehr wenig grün. Die Steuer ist sehr hoch, während das verfügbare Einkommen sehr klein ist.

Nur als Bemerkung: Ich finde es schon bezeichnend, dass von allen möglichen alternativen Energiequellen, der Kongress tatsächlich ausgerechnet diese fördern will.

Man könnte auch fassweise Öl ins All schiessen, aber abgesehen davon, ist es schwierig, sich eine noch blödere Idee vorzustellen.

Ein ganz wichtiger Punkt ist: Sollte der Staat Ethanol stark subventionieren, sodass Sie nur einen Cent für einen Liter bezahlen müssten, so wären wir als Gesellschaft sehr bald ruiniert. 

Und die Gründe warum, haben wir schon behandelt. Mit weniger Überschussenergie ist weniger gesellschaftliche Komplexität möglich.

Unter einem Ethanolregime würden wir viele begehrte Arbeitsplätze verlieren. Spezialisten für den Vollzug von Vorschriften über Lebensmittelzusätze müssten wieder / Bauern werden. Pädiatrische Radio-Onkologen würden zu Heilern werden. Ein Regionaler Kommunikationskoordinator der Paralympics zuständig für den ganzen Mittleren Westen der USA würde, ähm …etwas anderes finden müssen. Und so fort.

Wenn wir versuchen wollten, unser Leben auf Basis von Ethanol als flüssigen Treibstoff einzurichten, dann würden wir rasch fast alle unserer spezialisierten Arbeitsplätze verlieren, die wir mit einer modernen Gesellschaft verbinden. Denn es stünde praktisch keine Überschussenergie zur Verfügung.

Dieses Diagramm mit seinem hohen Verhältnis zwischen eingesetzter und verbrauchter Energie, würde schnell so aussehen. Wegen der geringen Nettoenergie sind Ethanol und andere magere Energiequellen mit unserem Lebensstil komplett inkompatibel.

Dieses wird zu diesem.

Rufen wir uns die zwei Schlüsselgedanken in Gedächtnis, bevor wir fortfahren.

Schlüsselgedanke 13: / Der Energiepreis ist irrelevant. Nettoenergie ist alles.

Vor diesem Hintergrund sind aus Mais produziertes Ethanol und Wasserstoff miserable Optionen.

Schlüsselgedanke 14: / Gesellschaftliche Komplexität basiert auf Energieüberschuss. Wenn wir unsere Gesellschaft in der heutigen Form erhalten wollen, dann müssen wir diesen Gedanken begreifen und zwar schnell.

Nun, auf zu Kapitel 17c. Energie und die Wirtschaft.

Danke fürs Zuhören.



[1] ERoEI (Energy Returned On Energy Invested) ist eine Kennziffer zur Beschreibung der Effizienz von Energiequellen. Sie bezeichnet das Verhältnis von gewonnener Energie (energy returned, ER) zur aufgewendeten Energie (energy invested, EI): ERoEI = ER/EI. Je höher dieser Wert, desto effizienter ist die Energiequelle. (Quelle: Wikipedia)

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