Net zoals een levend organisme voortdurend voedsel nodig heeft om zichzelf te onderhouden, een economie verbruikt energie om werk te doen en de boel draaiende te houden. Dat verbruik gaat gepaard met de kosten van de uitstoot van broeikasgassen en klimaatverandering, Hoewel. Dus, hoe kunnen we energie gebruiken om de economie in leven te houden zonder daarbij de planeet te verbranden?

In een paper in PLOS EEN , Universiteit van Utah hoogleraar atmosferische wetenschappen Tim Garrett, met wiskundige Matheus Grasselli van McMaster University en econoom Stephen Keen van University College London, rapporteren dat het huidige wereldwijde energieverbruik gekoppeld is aan onveranderlijke economische productie in het verleden. En de uitweg uit een steeds toenemende CO2-uitstoot hoeft niet noodzakelijkerwijs een steeds toenemende energie-efficiëntie te zijn - in feite kan het tegenovergestelde het geval zijn.

"Hoe bereiken we een stabiele economie waar economische productie bestaat, maar neemt niet voortdurend onze omvang toe en draagt ​​niet bij aan onze energiebehoefte?' zegt Garrett. 'Kunnen we alleen overleven door het verval te herstellen, tegelijkertijd bestaande fossiele infrastructuur omschakelen naar een niet-fossiele eetlust? Kunnen we de vlam vergeten?"

Thermo-economie

Garrett is een atmosferische wetenschapper. Maar hij erkent dat atmosferische verschijnselen, inclusief stijgende koolstofdioxidegehaltes en klimaatverandering, zijn verbonden met menselijke economische activiteit. "Aangezien we het aardsysteem modelleren als een fysiek systeem, " hij zegt, "Ik vroeg me af of we economische systemen op een vergelijkbare manier zouden kunnen modelleren."

Hij is niet de enige die over economische systemen denkt in termen van natuurkundige wetten. Er is een vakgebied, in feite, thermo-economie genoemd. Net zoals thermodynamica beschrijft hoe warmte en entropie (wanorde) door fysieke systemen stromen, thermo-economie onderzoekt hoe materie, energie, entropie en informatiestroom door menselijke systemen.

Veel van deze studies keken naar correlaties tussen energieverbruik en huidige productie, of bruto binnenlands product. Garrett nam een ​​andere benadering; zijn concept van een economisch systeem begint met het eeuwenoude idee van een warmtemotor. Een warmtemotor verbruikt bij hoge temperaturen energie om zijn werk te doen en geeft restwarmte af. Maar het verbruikt alleen. Het groeit niet.

Stel je nu een warmtemotor voor die, als een organisme, gebruikt energie om werk te doen, niet alleen om zichzelf in stand te houden, maar ook om te groeien. Door de groei in het verleden, het vereist een steeds grotere hoeveelheid energie om zichzelf te onderhouden. voor mensen, de energie komt uit voedsel. Het meeste gaat naar voeding en een beetje naar groei. En van kindertijd tot volwassenheid groeit onze eetlust. We eten meer en ademen een steeds grotere hoeveelheid koolstofdioxide uit.

"We hebben naar de economie als geheel gekeken om te zien of soortgelijke ideeën van toepassing kunnen zijn om ons collectieve onderhoud en onze groei te beschrijven, " zegt Garrett. Terwijl samenlevingen energie verbruiken om het dagelijks leven in stand te houden, een klein deel van de verbruikte energie gaat naar het produceren van meer en het laten groeien van onze beschaving.

"We zijn al een tijdje bezig, " voegt hij eraan toe. "Dus het is een opeenstapeling hiervan Verleden productie die heeft geleid tot onze huidige omvang, en onze buitengewone collectieve energiebehoefte en CO ₂ uitstoot vandaag."

Groei als symptoom

Om deze hypothese te testen, Garrett en zijn collega's gebruikten economische gegevens van 1980 tot 2017 om de relatie te kwantificeren tussen de cumulatieve economische productie in het verleden en de huidige snelheid waarmee we energie verbruiken. Ongeacht het onderzochte jaar, ze ontdekten dat elke biljoen voor inflatie gecorrigeerde Amerikaanse dollars aan economische wereldwijde productie in 2010 overeenkwam met een vergrote beschaving die 5,9 gigawatt extra stroomproductie nodig had om zichzelf in stand te houden. In een fossiele economie dat komt overeen met ongeveer 10 kolencentrales, Garrett zegt, wat leidt tot ongeveer 1,5 miljoen ton CO ₂ jaarlijks uitgestoten naar de atmosfeer. Ons huidige energieverbruik, dan, is het natuurlijke gevolg van onze cumulatieve eerdere economische productie.

Ze kwamen tot twee verrassende conclusies. Eerst, hoewel het verbeteren van de efficiëntie door innovatie een kenmerk is van inspanningen om het energieverbruik en de uitstoot van broeikasgassen te verminderen, efficiëntie heeft als neveneffect dat het de beschaving gemakkelijker maakt om te groeien en meer te consumeren.

Tweede, dat de huidige groei van de wereldbevolking misschien niet de oorzaak is van de stijgende energieconsumptie, maar een symptoom van efficiëntiewinsten uit het verleden.

"Voorstanders van energie-efficiëntie voor het tegengaan van klimaatverandering lijken misschien een redelijk punt te hebben, "Garret zegt, "maar hun argument werkt alleen als de beschaving een vaste grootte behoudt, wat het niet doet. In plaats daarvan, een efficiënte beschaving kan sneller groeien. Het kan de beschikbare energiebronnen effectiever gebruiken om meer van alles te maken, inclusief mensen. Uitbreiding van de beschaving versnelt in plaats van afneemt, en dat geldt ook voor de energiebehoefte en CO ₂ uitstoot."

Een stabiele, koolstofarme toekomst?

Dus wat betekenen die conclusies voor de toekomst, vooral in relatie tot klimaatverandering? We kunnen vandaag net zo min stoppen met het verbruiken van energie als het verleden kunnen wissen, zegt Garrett. "We hebben traagheid. Trek de stekker uit het energieverbruik en de beschaving stopt met uitstoten, maar het wordt ook waardeloos. Ik denk niet dat we zo'n hongersnood zouden kunnen accepteren."

Maar is het mogelijk om de economische en technologische vooruitgang ongedaan te maken die de beschaving op dit punt hebben gebracht? Kunnen we, de soort die de kracht van vuur benutte, nu "vergeet de vlam, " in de woorden van Garrett, en efficiënte groei verminderen?

"Het lijkt onwaarschijnlijk dat we onze eerdere innovaties zullen vergeten, tenzij ons ineenstorting wordt opgelegd door uitputting van hulpbronnen en aantasting van het milieu, " hij zegt, "die, blijkbaar, we hopen te vermijden."

Dus wat voor toekomst, dan, ziet Garretts werk zich? Het is er een waarin de economie erin slaagt stabiel te blijven - waar de energie die we gebruiken wordt besteed aan het in stand houden van onze beschaving en niet aan het uitbreiden ervan.

Het is er ook een waar de energie van de toekomst niet gebaseerd kan zijn op fossiele brandstoffen. Die moeten in de grond blijven, hij zegt.

"Bij de huidige groei, alleen al om de uitstoot van kooldioxide op het huidige niveau te houden, moeten snel hernieuwbare en nucleaire installaties worden gebouwd, ongeveer één grote elektriciteitscentrale per dag. En op de een of andere manier zal het moeten gebeuren zonder onbedoeld ook de economische productie te ondersteunen, zodanig dat ook de vraag naar fossiele brandstoffen toeneemt."

Het is een "eigenaardige dans, " hij zegt, tussen het elimineren van de eerdere op fossielen gebaseerde innovaties die de expansie van de beschaving versnelden, en tegelijkertijd nieuwe niet-fossiele brandstoftechnologieën te innoveren. Zelfs als deze stabiele economie onmiddellijk zou worden geïmplementeerd, stabiliserende CO ₂ uitstoot, het tempo van de opwarming van de aarde zou worden vertraagd - niet geëlimineerd. Atmosferische niveaus van CO ₂ nog steeds het dubbele van hun pre-industriële niveau zouden bereiken voordat ze in evenwicht zouden komen, het gevonden onderzoek.

Door naar de wereldeconomie te kijken door een thermodynamische lens, Garrett erkent dat er onveranderlijke realiteiten zijn. Elke vorm van economie of beschaving heeft energie nodig om te werken en te overleven. De kunst is om dat in evenwicht te brengen met de gevolgen voor het klimaat.

"Klimaatverandering en schaarste aan hulpbronnen zijn de bepalende uitdagingen van deze eeuw, "zegt Garrett. "We zullen geen hoop hebben om onze hachelijke situatie te overleven door fysieke wetten te negeren."

Toekomstwerk

Deze studie markeert het begin van de samenwerking tussen Garrett, Grasselli en Keen. Ze zijn nu bezig om de resultaten van deze studie te verbinden met een volledig model voor de economie, inclusief een systematisch onderzoek naar de rol van materie en energie in de productie.

"Tim liet ons focussen op een vrij opmerkelijke empirische relatie tussen energieverbruik en cumulatieve economische output, Grasselli zegt. "We zijn nu druk bezig te begrijpen wat dit betekent voor modellen die begrippen bevatten die meer vertrouwd zijn voor economen, zoals kapitaal, investeringen en de altijd belangrijke kwestie van geldwaarde en inflatie."