Energie, afvalwarmte en exponentiële groei
Begin dit jaar schreef ik hier dat oneindige exponentiële groei niet bestaat. En dat dat dus ook voor de economie een illusie is. Dat volgt uit basale rekenkundige logica. Vroeg of laat botst een exponentieel groeiend systeem op zijn grenzen. Een artikel van de Amerikaanse natuurkundige Thomas W. Murphy jr in Nature Physics bevat enkele mooi uitgewerkte rekenvoorbeelden die dat illustreren. Dat artikel is afgelopen zomer al gepubliceerd, maar trok pas recent de aandacht. De eerste gedachten van Murphy hierover gaan nog verder terug. Hij beschreef ze in 2011 al op zijn eigen blog. Omdat het meest in het oog springende rekenvoorbeeld over klimaat en energie gaat, leek het me de moeite waard om er hier aandacht aan te besteden.
Op dit moment bedraagt ons wereldwijde energieverbruik maar een fractie van wat we van de zon ontvangen. Ongeveer een honderdste van een procent. In theorie zou onze hele economie dus best op duurzame energie kunnen draaien, die (direct of indirect, via bijvoorbeeld wind of biomassa) door de zon wordt geleverd. Maar als ons energieverbruik blijft stijgen in het tempo van de afgelopen eeuw, met zo’n 2 tot 3 procent per jaar, lukt dat niet zo heel erg lang. Voor het gemak rekent Murphy met een groeipercentage van 2,3; dat komt neer op een vertienvoudiging per eeuw. Met dat groeitempo zouden we over 400 jaar evenveel energie gebruiken als de zon levert. Het zal duidelijk zijn dat de grens van wat we aan zonne-energie kunnen oogsten veel eerder wordt bereikt.
Maar misschien zijn er andere opties. Kernfusie bijvoorbeeld, of aardwarmte. Ook dat kan niet eindeloos goed gaan. Uiteindelijk komt vrijwel alle energie die we gebruiken – om ons te verplaatsen, om te verwarmen of te koelen, om te verlichten, om te mailen of te youtuben of te gamen – vrij als afvalwarmte. Volgens de wet van behoud van energie kan energie immers niet in het niets verdwijnen. Die afvalwarmte belandt op talloze manieren in de lucht: uit koeltorens van energiecentrales en radiatoren van auto’s, via wrijving van banden op de weg en remmen op wielen, door elektrische apparatuur die een beetje warm of bloedheet wordt bij gebruik, door geluid uit speakers dat wordt geabsorbeerd door op elkaar botsende luchtmoleculen, enzovoort. Op dit moment is de hoeveelheid afvalwarmte beperkt. Het is ongeveer 10 procent van het stralingsonevenwicht in het klimaat ten gevolge van menselijke invloed. De bijdrage aan de opwarming is aanzienlijk kleiner. (Het stralingsonevenwicht moet namelijk niet worden verward met het begrip stralingsforcering. Stralingsforcering is een theoretisch begrip. De stralingsforcering van het versterkte broeikaseffect is het verschil tussen in- en uitgaande straling aan de top van de atmosfeer dat er zou zijn als de temperatuur niet gestegen zou zijn sinds het begin van de industriële revolutie. In werkelijkheid is die temperatuur natuurlijk wel gestegen. Volgens het laatste IPCC-rapport is de stralingsforcering door menselijk invloed ongeveer 2,7 W/m2, terwijl de stralingsonbalans zo’n 1 W/m2 bedraagt.) Maar natuurlijk zou het er helemaal anders uitzien wanneer we op aarde net zoveel energie zouden produceren als we van de zon ontvangen. De temperatuur van het aardoppervlak zou in dat geval het kookpunt van water kunnen bereiken, 100 °C. Natuurlijk zou het ook hier al helemaal mislopen ver voordat dat punt wordt bereikt.
De conclusie is dus dat economische groei op termijn helemaal ontkoppeld zou moeten worden van energieverbruik. Dat zou nog wel eens een stuk lastiger kunnen zijn dan het ontkoppelen van de economie met de uitstoot van broeikasgassen. Bovendien leidt de aanname van oneindige, volledig ontkoppelde groei op lange termijn ook tot merkwaardige resultaten. Stel dat de economie op een bepaald moment voor 50% is gebaseerd op fysieke hulpbronnen (energie, landbouw, grondstoffen, milieubelasting) en voor 50% niet (onderwijs, zorg, dienstverlening). In een volledig ontkoppelde economie zou alleen het niet-fysieke deel kunnen groeien. Bij een groeipercentage van 2,3 per jaar zou het fysieke deel na een eeuw nog maar 5 procent van de economie uitmaken. En na nog een eeuw nog maar een half procent. Nog wat eeuwen later zou het een verwaarloosbaar deel van de economie zijn, met minder waarde dan het inkomen van een modale burger. Het is moeilijk voorstelbaar dat dit ooit realiteit zal worden.
Natuurlijk zijn dit hele ruwe berekeningen, die absoluut niet zijn bedoeld als toekomstvoorspellling. Nuttig energiegebruik zou bijvoorbeeld ook nog aardig kunnen groeien door een toename van de efficiëntie. En in de landbouw zou groei mogelijk kunnen zijn door verbetering van de kwaliteit, zonder toename van het volume van de opbrengst. Maar uiteindelijk blijft de fysieke realiteit zijn grenzen stellen. De voorbeelden van Murphy illustreren hoe de aanname van doorgaande exponentiële groei op drijfzand rust. Zeker als die aanname met niet veel meer wordt onderbouwd dan het doortrekken van trends uit het verleden. Murphy merkt op dat de grondleggers van de economische wetenschap – zoals Adam Smith, Thomas Malthus, David Ricardo en John Stuart Mill – de groei uit hun tijd als iets tijdelijks zagen. Zij zagen land als de beperkende factor. Dat is natuurlijk onjuist gebleken, omdat er zich andere bronnen van groei aandienden, met fossiele brandstof als veruit de belangrijkste. Maar daarmee is niet gezegd dat er zich steeds weer zo’n nieuwe bron aandient wanneer we die nodig zouden hebben. De aanname dat dat zo zal zijn lijkt me weinig meer dan speculatie.
Zoals ik ook in mijn vorige stuk al schreef, betekent dit zeker niet dat er op een bepaald moment helemaal geen vooruitgang meer mogelijk is. Er zullen altijd mogelijkheden zijn voor innovaties, en voor voortschrijdend inzicht. Wie weet levert dat toch weer een bron van (tijdelijke) exponentiële groei. Of een ander soort groei. Maar we zouden ook na moeten denken over een plan voor een wereld zonder groei. Eenvoudig zal dat niet zijn, omdat het economische systeem van de wereld helemaal ingericht is op doorgaande groei. Juist daarom kunnen we maar beter voorbereid zijn op de mogelijkheid dat het een keer stopt. Ook al weten we nog niet wanneer dat zal zijn.
