Energie, Exergie und Emergie

Präsentation zum Thema: "Energie, Exergie und Emergie"—  Präsentation transkript:

1 Energie, Exergie und Emergie
Peak Öl und globale Erwärmung betrachtet von der Perspektive des Modellierers François E. Cellier Computer Science Departement ETH Zürich Schweiz

2 Konsequenzen von Peak Öl
Vor zwei Tagen las ich in

3 Das übliche Bild … Die Produktion fossiler Brennstoffe sinkt … und sinkt immer schneller. Die Gesamtenergieproduktion sinkt ebenfalls, da die Erschließung neuer Alternativenergiequellen mit dem Absinken der fossilen Brennstoffe nicht Schritt hält. Die Nachfrage nach Energie steigt jedoch unaufhörlich weiter an … insbesondere in den Entwicklungsländern, die großen Nachholbedarf haben. Wir haben ein Problem!

4 Nettoenergiebilanz und Staatshaushalt
Großbritannien verwandelte sich in den letzten 10 Jahren von einem Nettoenergieexporteur zu einem Nettoenergieimporteur. Die Gesamteigenenergieproduktion sank um fast 50%. Die Gesamtenergieimportkosten sind unterdessen auf 10 Milliarden Pfund pro Jahr angewachsen.

5 Scheinbarer Wohlstand
Großbritannien war vor 10 Jahren ein reiches Land … nicht weil die Engländer besonders fleißige Leute waren … sondern weil sie mit Energieexporten viel Geld verdienten. Die Engländer haben sich daran gewöhnt, auf großem Fuß zu leben … und darum ist Großbritannien heute hoch verschuldet. Die Zukunft sieht nicht rosig aus. Können wir die Probleme quantifizieren?

6 Energiehaushalt der Schweiz

7 Energie Produktion für die Schweiz
1’121’920 TJ/Jahr : 365 : 24 : 60 : 60 = GW => GW : 7’851’520 = kW/Kopf

8 Energie Produktion für die Schweiz (2)
1’383’800 TJ/Jahr : 365 : 24 : 60 : 60 = GW => GW : 7’851’520 = kW/Kopf

9 Die 2000-Watt-Gesellschaft
Wenn wir die gesamte Leistung, die momentan auf der Erde produziert und konsumiert wird, durch die Weltbevölkerung teilen, erhalten wir ungefähr 2 kW/Kopf. Darum beläuft sich unser „gerechter Anteil“ an Leistung auf ca W pro Person. Dies ist der Ursprung des Konzepts der 2000-Watt-Gesellschaft. … oder so könnte man meinen.

10 Der nachhaltige Energieverbrauch

11 Der nachhaltige Energieverbrauch (2)

12 Der nachhaltige Energieverbrauch (3)

13 Das Leben in einer energiearmen Welt
Nach dem Ende der fossilen Brennstoffe und ohne Kernkraft werden wir in einer energiearmen Welt leben. Unter der Annahme einer stagnierenden Bevölkerung werden wir knapp in der Lage sein, die 2000-Watt-Gesellschaft aufrecht zu erhalten. Somit ist die 2000-Watt-Gesellschaft nicht ein Ziel, welches wir anstreben, um unseren Energieverbrauch auf unser gerechtes Anteil zu reduzieren. Es handelt sich im Gegenteil um eine optimistische Vorhersage der verfügbaren Energieresourcen. Wann wird dies geschehen, und was für Folgen hat dies?

14 Peak Öl [USGS]

15 Peak Öl [ASPO] ?

16 Entdeckung neuer Ölvorkommen [USGS]
Die Entdeckung neuer Ölvorkommen kann relativ gut vorhergesagt werden. Es handelt sich in etwa um eine abklingende Exponentialfunktion. Die Fläche unter dieser Kurve bestimmt die totale Menge des produzierbaren Erdöls.

17 Hubbert’s Glockenkurve
Verschiedene Ölfelder werden zu unterschiedlichen Zeiten produziert. Jedes Ölfeld liefert zunächst eine zunehmende Menge von Öl. Die pro Zeiteinheit produzierte Menge flacht sich aber bald ab und nimmt dann wieder ab. Unabhängig vom genauen Verlauf der einzelnen Produktionskurven nähert sich die Summe aller solcher Kurven unweigerlich einer Glockenkurve an. M. King Hubbert sagte auf dieser Basis korrekt in den 50-er Jahren den Peak der Ölproduktion der Vereinigten Staaten für 1971 voraus. Er sagte ausserdem voraus, dass die Welt den Peak ihrer Ölproduktion um die Jahrtausendwende herum erreichen werde.

18 Verschiedene Vorhersagen
Historische Daten Hubbert Extrapolation Konstante Extrapolation Exponentielles Wachstum

19 Verschiedene Pro-Kopf Vorhersagen
Historische Daten Hubbert Extrapolation Konstante Extrapolation Exponentielles Wachstum

20 Der Ölpreis Vor dem Öl Peak standen die Ölproduzenten in einem Wettbewerb um Kunden. Nur diejenigen Verkäufer, welche die Ware zum niedrigsten Preis anboten, konnten ihre Produkte verkaufen. Darum war das Öl billig. Nach dem Öl Peak werden die Käufer in einem Wettbewerb um die begrenzte Menge an verfügbarem Öl stehen. Somit wird der Preis des Öls dadurch festgesetzt, wie viel die Kunden bereit sind, dafür zu bezahlen. Kunden mit weniger tiefen Taschen gehen leer aus. Somit wird das Öl nach dem Peak teurer.

21 Wie teuer wird das Öl? Bei einem Ölpreis von $600/Barrel verwenden wir unser gesamtes Bruttosozialprodukt darauf, Energie einzukaufen. Das geht nicht! Wir müssen z.B. auch Essen produzieren. Es ist unrealistisch, mehr als 20% des Bruttosozial-produkts in die Beschaffung von Energie zu investieren. Somit liegt der höchste nachhaltige Ölpreis bei $120/Barrel. Wir haben kurzfristig bereits $150/Barrel gesehen, aber dieser Preis ist nicht nachhaltig.

22 Die Folgen der Energieverknappung
Bei einem zu hohen Ölpreis stagniert die Wirtschaft. Dies führt zu einer Reduktion der Nachfrage, was wiederum auf den Ölpreis drückt. Die Zeit nach dem Öl Peak ist gekennzeichnet durch eine konstante Rezession. Es gibt nicht einen „double dip“, sondern es folgt ein Absturz dem Anderen. Wir werden nur noch damit beschäftigt sein, unseren Lebensstil irgendwie aufrecht zu erhalten. Für Investitionen in eine nachhaltige Energiewirtschaft ist weder Zeit noch Geld vorhanden.

23 Der Fluch des sinkenden „EROEI“
Wenn nicht mehr genügend Öl für alle vorhanden ist, wird der Ölpreis steigen. Entsprechend werden Ölvorkommen, die zuvor nicht ökonomisch ausgebeutet werden konnten, wirtschaftlich interessant. Löst dies nicht das Öl Peak Problem? Leider tut es dies nicht. Die Vorkommen waren bisher nicht ökonomisch abbaubar nicht nur, weil sie teurer in der Produktion waren, sondern auch, weil zu ihrer Förderung mehr Energie benötigt wurde. Der „EROEI“ (Energy Returned On Energy Invested) misst, wie viel Energie pro produzierter Energieeinheit verbraucht wird. Leider sinkt der EROEI des Öls schnell.

24 Der EROEI des Öls [C. Hall]

25 Der EROEI des Öls sinkt schnell
Wenn der EROEI einer Energieresource unter einen Wert von 1.0 fällt, macht es keinen Sinn mehr, diese Energiequelle auszubeuten. Wenn der EROEI aller Energieresourcen unter einen Wert von ca. 5 fällt, ist unsere Industriegesellschaft zum Untergang verurteilt [C. Hall]. Der EROEI des Öls sinkt schnell. Er ist bereits um einen Faktor zwischen 5 und 10 gesunken. Er befindet sich momentan zwischen 10 und 20. Dies sind Schätzungen, da genaue Zahlen nicht verfügbar sind.

26 Diagramm: Energie/Wirtschaft [C. Hall]

27 Diagramm: Energie/Wirtschaft [C. Hall]

28 Diagramm: Energie/Wirtschaft [C. Hall]

29 Diagramm: Energie/Wirtschaft [C. Hall]

30 Diagramm: Energie/Wirtschaft [C. Hall]

31 Diagramm: Energie/Wirtschaft [C. Hall]

32 Diagramm: Energie/Wirtschaft [C. Hall]

33 Was bedeutet das? Wegen des sinkenden EROEI benötigen wir zunehmend mehr Energie, um unsere Wirtschaft anzutreiben. Weil die Energie teurer wird, müssen wir einen grösseren Prozentsatz unserer Einkünfte für Energie aufwenden. Da wir uns auch ernähren müssen, bleibt weniger Geld für andere Dinge übrig. Hall’s Modell sagt voraus, dass wir im Jahre 2050 kein Geld mehr für irgend etwas anderes als Energie und Nahrungsmittel zur Verfügung haben werden.

34 Was bedeutet das (2)? Im Jahre 2050 leben wir wieder in einer Subsistenzwirtschaft. Die Industriegesellschaft ist vorbei. Leider ist die resultierende Gesellschaft sehr ineffizient, da viel zu viele Menschen auf diesem Planet leben. Wir benötigen riesige Energiemengen, um alle Menschen ernähren zu können. Wenn nicht mehr genügend Geld für Energie und Nahrung zur Verfügung steht, werden Menschen verhungern.

35 Was bedeutet das (3)? Hall’s Modell mag zu optimistisch sein, weil es nicht in Betracht zieht, dass die Resourcen auf dem Planet unterschiedlich verteilt sind. Wenn wir Amerikaner asiatischer Herkunft in Kalifornien mit Amerikanern afrikanischer Herkunft in Mississippi vergleichen, stellen wir einen Unterschied in deren Lebenserwartung von 15 Jahren fest. Arme Amerikaner im Südosten sterben aus rein ökonomischen Gründen 15 Jahre früher als reiche Amerikaner im Westen. Aus diesem Grund muss befürchtet werden, dass Hungersnöte in gewissen Regionen unseres Planeten viel früher als 2050 einsetzen werden.

36 Energie ist nicht gleich Energie
Die besten Energieformen sind diejenigen, die gut speicherbar und jederzeit leicht abrufbar sind. In diesem Sinne ist Öl unschlagbar. Es kann leicht gespeichert werden, es kann leicht transportiert werden, es kann nach Bedarf verbrannt werden und es hat eine hohe Energiedichte. Elektrizität kann leicht transportiert werden. Elektrizität ist jederzeit sofort abrufbar. Leider kann elektrische Energie nur sehr schlecht gespeichert werden. Somit ist Elektrizität keine Energiequelle sondern nur ein Energieträger. Elektrizität ist darum für mobile Anwendungen schlecht nutzbar.

37 Energie ist nicht gleich Energie (2)
Die besten Elektrizitätswerke sind diejenigen, die beliebig regelbar sind. Dazu gehören thermische Kraftwerke (basierend auf der Verbrennung fossiler Brennstoffe) sowie hydraulische Speicherkraftwerke (mit einem Stausee). Weniger gut sind Elektrizitätswerke, die nur an- und abgestellt werden können, deren Leistung aber nur sehr beschränkt geregelt werden kann. Dazu gehören Kernkraftwerke und hydraulische Flusskraftwerke. Wir verwenden Kraftwerke mit konstanter Leistung, um die elektrische Basislast abzudecken. Kraftwerke mit regulierbarer Leistung werden verwendet, um Spitzenlasten abzudecken.

38 Energie ist nicht gleich Energie (3)
Windenergieanlagen und fotovoltaische Energierzeugungs-anlagen sind weder regelbar noch konstant. Diese stellen darum Anlagen der dritten Wahl dar. Solche Anlagen können nur zweckmäßig eingesetzt werden, wenn es im Netzverbund ausreichend regelbare Anlagen gibt, deren Leistung schnell genug reguliert werden kann, um die Schwankungen der Solar- und Windenergieanlagen ausgleichen zu können. Ein Elektrizitätsnetz, das ausschließlich aus Wind und solar-elektrischen Anlagen besteht, ist nicht funktionsfähig.

39 Energie ist nicht gleich Energie (4)
Frankreich deckt beinahe den gesamten Elektrizitätsbedarf durch Kernkraftwerke ab. Das funktioniert aber nur, weil Frankreich in Zeiten minimalen Elektrizitätsbedarfs die überschüssige Elektrizität zu niedrigen Preisen an die Schweiz verkaufen kann. Die Schweiz verwendet diese Elektrizität in Pumpspeicheranlagen. Damit wird Wasser in die Stauseen hochgepumpt. In Zeiten hohen Elektrizitätsbedarfs kauft Frankreich die fehlende Elektrizität zu hohen Preisen von der Schweiz ein. Diese lässt dann das zuvor hochgepumpte Wasser wieder in die Turbinen laufen, um die benötigte Zusatzelektrizität zu erzeugen.

40 Energie ist nicht gleich Energie (5)
Dänemark deckt einen großen Teil des Elektrizitätsbedarf durch Windenergieanlagen ab. Das funktioniert aber nur, weil Dänemark beinahe die gesamte so erzeugte Elektrizität zu niedrigen Preisen an Norwegen verkauft. Norwegen speichert diese Elektrizität ebenfalls in Pumpspeicheranlagen in den Bergen der Telemark. Dänemark kauft beinahe seine gesamte benötigte Elektrizität zu höheren Preisen von Norwegen zurück.

41 Energie ist nicht gleich Energie (6)
Elektrizität, die von Wind- und/oder solar-elektrischen Anlagen erzeugt wird, muss fast vollständig zwischengespeichert werden. Dazu ist eine Umwandlung in eine speicherfähige Energieform notwendig. Dies schränkt den Einsatz solcher Energieerzeugungsanlagen ein, da die Speicherkapazität beschränkt ist. Wind- und solar-elektrische Energie ist sehr sinnvoll als Ergänzung zu den fossilen Brennstoffen. Leider sind solche Energieerzeugungsanlagen nur sehr beschränkt als Ersatz für thermische Energieerzeugungsanlagen brauchbar. Heute beziehen wir weltweit ca. 80% unseres gesamten Energieverbrauchs aus fossilen Brennstoffen.

42 Der Wirkungsgrad von Energieerzeugungsanlagen
Thermische Kraftwerke erreichen heute einen Wirkungsgrad von ca %. Kernkraftwerke haben einen niedrigeren Wirkungsgrad von ca. 35%, da sie bei einer niedrigeren Temperatur eingesetzt werden um die Lebenszeit der Brennkammern zu erhöhen. Bei der Zwischenspeicherung von Elektrizität in Pumpspeicherwerken geht ca. 30% der Elektrizität verloren. Somit kann nicht die gesamte im Rohstoff enthaltene Primärenergie nutzbar gemacht werden. Ein Teil der Energie verwandelt sich in Wärme (Entropieerzeugung). Der Teil der Energie, der in Arbeit umgewandelt werden kann, wird als Exergie bezeichnet.

43 Exergie Vom Gesichtspunkt des Endverbrauchers aus betrachtet interessiert eigentlich nur der Anteil der Energie, der nutzbar gemacht werden kann, d.h. die Exergie. Dies gilt aber nur, wenn die Kosten keine Rolle spielen, da sicherlich die Gesamtenergie in Rechnung gestellt wird. Außerdem muss die Gesamtenergie betrachtet werden, wenn die Energie knapp wird und darum nicht mehr für alle Interessenten ausreicht. Leider sieht die Realität noch düsterer aus.

44 „Graue“ Energie Wenn ich ein Auto kaufe, das in Japan gebaut wurde, verbraucht Japan Energie für die Herstellung meines Autos. Diese Energie wird indirekt von mir hier in der Schweiz konsumiert, sie ist aber im Energieflussdiagramm der Schweiz nicht enthalten. Diese zusätzliche Energie nennt man graue Energie. Obwohl die Schweiz finanziell ein Netto Exportland ist, ist sie energetisch ein Netto Importland. Es wird geschätzt, dass die Schweiz zusätzlich mindestens 30% graue Energie importiert. Genaue Zahlen sind nicht verfügbar. Darum ist der wahre Energieverbrauch der Schweizer Bevölkerung näher bei 8 kW pro Kopf.

45 Eine saubere Energiebilanz
Wenn die Gesamtenergie des Planeten nicht mehr ausreicht, um alle Bedürfnisse abzudecken, ist es notwendig, eine saubere Energiebilanz des Planeten aufzustellen. Dabei darf die graue Energie nicht mehr vernachlässigt werden. Es ist wichtig, diese quantitativ zu erfassen. Wir sind es gewohnt, die bei jedem Prozess anfallende Entropie von der Rechnung zu eliminieren, d.h. im nächsten Prozess wird die übrigbleibende Energie des vorherigen Prozesses wieder als Gesamtenergie betrachtet. Für eine saubere Energierechnung sollten wir aber alle Verluste der einzelnen Prozesse aufsummieren.

46 Eine saubere Energiebilanz (2)
Die graue Energie, die in meinem Wagen steckt, beinhaltet nicht nur die Energie, die verbraucht wurde, um meinen Wagen herzustellen, sondern auch einen proportionalen Anteil an der Energie, die verbraucht wurde, um die Fabrik herzustellen, in der mein Wagen gebaut wurde. Eine saubere Energiebilanz sollte alle diese Teilenergien aufsummieren. Die Gesamtenergie, die beim Aufaddieren dieser grauen Teilenergien zusammen kommt, wird als Emergie bezeichnet.

47 Exergie – Energie – Emergie
Somit können wir (leicht simplifiziert) schreiben: Energie = Exergie + Entropie Emergie = Energie + graue Energie In jedem Prozess vermindert sich die noch verbleibende Energie, da immer neue Verluste auftreten. In jedem Prozess erhöht sich die Emergie. Sie beinhaltet die Summe der Emergien der Edukte plus die Energie, die in den Prozess selbst hineingesteckt werden muss, um das Produkt zu verwirklichen.

48 Die Energiebilanz des Planeten
Wenn ich eine Energiebilanz des Planeten aufstellen will, kann ich die Gesamtenergien der einzelnen Länder aufaddieren. Da ja die graue Energie irgendwo verbraten wird, beinhaltet die Gesamtsumme auch die grauen Energien. Alternativ kann ich die Emergien sämtlicher Prozesse des Planeten aufaddieren. Das Endresultat sollte dasselbe sein, wird es aber nicht, da beide Rechnungen fehlerbehaftet sind. Die Energierechnung ignoriert Energien, die lokal erzeugt und gleich wieder verbraucht werden, ohne je über einen Zähler zu gehen. Die Emergierechnung beinhaltet Buchhaltungsfehler.

49 Energierechnungen sind notorisch falsch
Emergierechnungen werden fast nie durchgeführt. Es gibt wenig Modellierungswerkzeuge auf dem Markt, die eine solche unterstützen. Energierechnungen vernachlässigen notorisch die grauen Energien. So werde ich dazu angehalten, mein Haus besser zu isolieren und neue besser dichtende Fenster einzusetzen. Es rechnet dabei aber niemand die Emergien auf, die in den Isolationsmaterialien und in den neuen Fenstern stecken. Ich kann 50 Jahre lang in einem Haus wohnen, bis ich so viel Energie verbraucht habe, wie an Emergie in dem Haus ursprünglich steckt.

50 Die Dynamik der Interaktionen
Die bisherige Betrachtungsweise ist aber immer noch recht statisch. Entscheidungen haben Konsequenzen. Wenn ich mehr Geld bezahlen muss für die Energie, habe ich weniger Geld zur Verfügung, um damit andere Dinge zu kaufen. Somit kühlt sich der Markt ab. Es werden weniger andere Dinge produziert, und somit wird auch der Energiebedarf sinken. Um die Dynamik der Interaktionen halbwegs vernünftig zu berücksichtigen, benötige ich „Weltmodelle“.

51 Kurze Geschichte von System Dynamics
System Dynamics wurde in den frühen 60er Jahren von Jay Forrester am M.I.T. entwickelt zur Unterstützung bei der Modellierung schlecht definierter Systeme. Stella Modelica

52 Kurze Geschichte von System Dynamics (2)
Jedes System Dynamics Modell beginnt mit der Definition der Speicher und deren Flussraten. Wir definieren sodann für jede Flussrate eine „Einkaufsliste“, welche deren Haupteinfluss-größen bestimmt.

53 Kurze Geschichte von System Dynamics (3)
Jede Einkaufsliste charakterisiert eine (möglicherweise nichtlineare) Funktion der Eingangsgrößen. Wir extrahieren deren Normalwert und wenden strukturelles Wissen an, das wir über die Natur der Gleichungen besitzen mögen. Wir ersetzen sodann eine mehrwertige Funktion durch ein Produkt einwertiger Funktionen, wodurch wir die Interaktionen dieser Terme unter sich vernachlässigen.

54 Forresters World2 Modell [1971]

55 Forresters World2 Modell (2)

56 Forresters World2 Modell (3)
Das Modell zeigt deutlich die Grenzen des Wachstums auf. Die Weltbevölke-rung erreicht ein Maximum um das Jahr 2020 herum mit etwas mehr als 5 Millionen Menschen. Es zeigt sich, dass wenn die nicht erneuerbaren natürlichen Resourcen auf ein Niveau unter circa 5·1011 absinken, im Modell ein starker Dämpfungsfaktor beim Bevölke-rungswachstum auftritt.

57 Meadows’ World3 Modell [1972]
Nur ein Jahr nach Forrester veröffentlichte Meadows (eben-falls am M.I.T.) ein eigenes Weltmodell namens World3. Das World3 Modell ist deutlich komplexer als das frühere World2 Modell. Es passt nicht mehr auf einen Bildschirm. Im Gegensatz zu Forrester veröffentlichte Meadows seine Modellgleichungen im Buch Grenzen des Wachstums nicht. Er besprach nur die Simulationsresultate. Das Modell selbst findet man in einem separaten Buch Dynamics of Growth in a Finite World, welches zwei Jahre später erschien. Das Modell von Meadows ist deutlich vernünftiger als das Modell von Forrester und kann darum mehr Fragen sinnvoll beantworten.

58 Die Bevölkerungsdynamik

59 Die Verschmutzungsdynamik
May 25, 2010

60 Die Resourcendynamik

61 Das gesamte World3 Modell

62 Simulationsresultate
World3 World2 Stella

63 Analyse der Simulationsresultate
Obwohl World2 und World3 völlig unterschiedliche Sätze von Zustandsvariablen mit unterschiedlichen Interaktionen beinhalten, sind die Simulationsresultate beinahe identisch. Die Simulationsresultate scheinen nicht sehr sensitiv auf die Wahl der Zustandsgrößen zu reagieren. Dies sind in der gegebenen Situation schlechte Nachrichten. Meadows publizierte drei Versionen seines Modells in 1972, in 1992 und in 2004 (basierend auf Simulationen von 2002). Die revidierten Versionen fügten einige kleine Ergänzungen ein, aber der Hauptunterschied betrifft das Jahr, in dem Korrekturmaßnahmen ergriffen werden. Es macht wenig Sinn, die Vergangenheit zu optimieren. Mit fortschreitender Zeit sinken die Eingriffsmöglichkeiten.

64 Verschiedene Szenarien
Sowohl in World2 wie auch in World3 werden die Grenzen des Wachstums zunächst durch Resourcenverknappung erreicht. Meadows (wie auch Forrester vor ihm) schlug vor, diese Begrenzung dadurch aufzuheben, dass davon ausgegangen wird, dass es mehr Resourcen gibt als zunächst angenommen. Nun werden in beiden Modellen die Grenzen des Wachstums durch ein hohes Maß an Verschmutzung erreicht. Beide Modelle zeigen, dass hohe Verschmutzungswerte sich viel schlimmer auswirken als Resourcenverknappung. Die Modelle zeigen nun Massensterben. Darum wurde jetzt vorgeschlagen, die Verschmutzung einzudämmen. Nun treten Hungersnöte auf.

65 Reaktionen Sowohl World Dynamics wie auch Grenzen des Wachstums führten zu starken Reaktionen. Von beiden Büchern wurden Millionen von Exemplaren in vielen Sprachen verkauft. Auf Grund des Echos, das die Bücher fanden, und weil die Schlussfolgerungen so erschreckend waren kamen bald Lobbyisten ins Spiel, welche die Resultate als falsch anprangerten. Dies sind dieselben Agenten, die heute den Klimawandel als Angstmacherei verschreien. Die Methoden wurden als pseudowissenschaftlich abgetan, und die Autoren wurden verlacht und verteufelt. Die Verleumdungskampanie war äußerst erfolgreich. Forrester und Meadows wurden während Jahren nicht mehr ernst genommen und ihre Vorhersagen wurden ignoriert. Es gab keine Forschungsgelder mehr für Weltmodelle.

66 Nachhaltigkeit Alle Zeichen deuten darauf hin, dass wir bereits heute die Resourcen des Planeten schneller verbrauchen, als diese erzeugt werden können. Unser Lebensstandard ist nicht mehr nachhaltig. In einer solchen Situation hilft es nicht, eine Begrenzung aufzuheben. Das macht die Situation nur noch schlimmer. Um das Schlimmste zu verhindern müssen wir unseren Resourcenverbrauch auf ein nachhaltiges Niveau reduzieren. Je schneller wir dies tun, desto besser wird es sein. Leider gibt es keine Anzeichen dafür, dass wir dies tatsächlich bereit sind zu tun oder auch nur ernsthaft darüber nachzudenken, wie dies bewerkstelligt werden könnte.

67 Forresters World2 Modell
Ich erweiterte das World2 Modell um eine Zielfunktion, die hohen Lebensstandard belohnt und Massensterben bestraft. Die blauen und roten Kurven repräsentieren hohe Anfangs-niveaus von nicht erneuerbaren Resourcen. Sie erlauben es, das Wachstum etwas länger fortzusetzen. Sie führen anfänglich zu besseren Resultaten jedoch später zu Massensterben. Viele Entscheidungsvariablen in den World2 und World3 Modellen zeigen ähnliches Verhalten. Kurzzeitoptimierung führt zu späterem Kollaps.

68 Was können wir daraus lernen?
Die wichtigste Frage, auf welche die Weltmodelle eine Antwort geben können is: Wann erreicht die Welt die Grenzen des Wachstums? Die Modelle sind recht konsistent in der Beantwortung dieser Frage: Es geschieht jetzt. Verschiedene Größen, wie unterschiedliche fossile Brennstoffe, Mineralien, Trinkwasser und Lebens-mittel, erreichen ihr jeweiliges Maximum alle während derselben ein bis zwei Generationen. Dies ist eine direkte Konsequenz des exponentiellen Wachstums, welches gegen eine endliche Resource, nämlich unseren Planeten, anrennt.

69 Was können wir tun? Der beste und billigste Weg, um Energieengpässen vorzubeugen, ist Energie zu sparen. Wir müssen uns aggressiv für Minergiebauten und die Sanierung von Altbauten einsetzen. Hier ist noch sehr viel Sparpotential vorhanden. Wir sollten uns gezielt für leichtere und sparsamere Fahrzeuge einsetzen. Das Durchschnittsgewicht des Passagierfahrzeugs in der Schweiz ist in den letzten 15 Jahren von 1200 kg auf 1500 kg angewachsen. In Deutschland ist dies kaum anders. Auch Geschwindigkeitsbegrenzungen auf Autobahnen sollten in Betracht gezogen werden.

70 Was können wir tun (2)? Wir sollten in ein robustes und diversifiziertes Elektrizitätsnetz investieren. Dadurch können Stromunterbrüche vermieden werden. Die Leute sollten dazu angehalten werden, Energie dann zu verbrauchen, wenn sie im Überfluss vorhanden ist. Ein Kühlschrank oder eine Wärmepumpe müssen nicht 24 Stunden pro Tag laufen. Es würde Sinn machen, intelligente Sensoren zwischen solche Geräte und das Netz zu schalten, die feststellen, wenn das Netz dabei ist, instabil zu werden und diese Geräte dann vorübergehend vom Netz nehmen.

71 Was können wir tun (3)? Investitionen in Solar- und Windkraftwerke lohnen sich. Ohne regulierbare Großkraftwerke geht es aber nicht. Kunden sollen Steuervergünstigungen angeboten werden, damit sie vermehrt in dezentrale (lokale) Energie-erzeugungsanalagen investieren. Alternativenergieanlagen werden unsere Energiebedürfnisse nicht völlig abdecken können, aber jedes zusätzliche kW Leistung hilft. Wir werden alles brauchen, was wir an Energie erzeugen können. Je mehr Energie wir lokal erzeugen können, desto weniger (teure!) Energie werden wir importieren müssen. Energiespeicheranlagen sind ebenso wichtig wie Energieerzeugungsanlagen.

72 Globale Erwärmung Der Klimawandel ist unmittelbar mit der Verbrennung fossiler Brennstoffe verknüpft. Verbrennung bedeutet die Oxidierung von Brenn-stoffen. Wenn wir fossile Brennstoffe verbrennen, oxidieren wir Kohlenstoff zu Kohlendioxid: Die Produktion von CO2 ist kein Nebenprodukt der Verbrennung fossiler Brennstoffe … es ist das Produkt! C + O2 → CO2

73 Globale Erwärmung (2) Da wir abschätzen können, wie viel Öl, Gas und Kohle wir noch verbrennen können, können wir recht gut abschätzen, wie viel CO2 wir dadurch noch freisetzen werden. Durch das Verbrennen der noch verfügbaren konventionellen Öl- und Gasreserven setzen wir ausreichend CO2 frei, um die Temperatur des Planeten um 3-5 Grad zu erhöhen. Das Verbrennen der verbleibenden Kohle mag zur Auslöschung der Menschheit ausreichen. Die Durchschnittstemperatur während der letzten Eiszeit lag nur 4-8 Grad unter der momentanen.

74 Klimazonen Unser Planet verfügt über vier Klimazonen: polar, gemäßigt, subtropisch und tropisch. Ein wärmerer Planet bedeutet, dass die Polarzone kleiner wird. Die gemäßigten und subtropischen Zonen rücken näher zu den Polen und werden kleiner. Die tropische Zone wächst. Die vier Zonen werden durch Wind erzeugt. Die Rotation des Planeten führt zu Luftreibung. Die Luft näher bei den Polen wird beschleunigt, wodurch Westwinde entstehen, während die Luft über den Tropen abgebremst wird, was zu Ostwinden führt. Die subtropische Zone hat wenig Wind.

75 Ein warmer Planet ist trocken
Wasser verdampft über den Ozeanen, wodurch die Luft feucht wird. Der Wind trägt die feuchte Luft zu den kühleren Landmassen, wo es zu regnen beginnt. Die subtropische Zone ist trocken mangels Wind. Die Polarzone ist trocken auf Grund der tiefen Temperaturen. Wenn sich der Planet erwärmt, verdampft mehr Wasser über den Ozeanen, wodurch die Luft feuchter und schwerer wird. Weil die totale kinetische Energie des Planeten konstant ist, reduziert sich der Luftfluss. Es gibt weniger Wind.

76 Ein warmer Planet ist trocken (2)
Wegen des reduzierten Windes wird die feuchte Luft langsamer zu den Landmassen getragen. Es gibt vermehrten Regen in der Nähe der Küsten aber weniger Regen im Inland. Darum wachsen die Wüstengebiete an. Es kann darum weniger Nahrung erzeugt werden. Dies ist keine Theorie. Dieselben Muster wurden vor 150 Millionen Jahren während der wärmeren Permzeit beobachtet.

77 Was sollten wir tun? Das Verbrennen der verbleibenden Öl- und Gasreserven ist vermutlich nicht abwendbar. Somit werden wir voraussichtlich mit einer Erwärmung von 3-5 Grad leben müssen. Es wird nicht einfach sein! Wir sollten unter allen Umständen vermeiden, die vebleibende Kohle zu fördern. Dies ist nur durch weltweite politische Vereinbarungen erreichbar. Die reichen Länder werden den Entwicklungs-ländern, die einen großen Nachholbedarf haben, helfen müssen, da diese sonst nicht mitspielen.

78 Was sollten wir tun? (2) „Carbon capture and sequestration“ (CCS) ist vermutlich reines Wunschdenken. Die Menge des anfallenden CO2 ist zu groß, um dieses irgendwo zu speichern. Wenn sich die Energieverknappung bemerkbar macht, wird die Welt die Einbuße an Wirkungsgrad, welche CCS-Anlagen bedingen (ca. 10%), nicht hinnehmen, und dann wird die geförderte Kohle ohne CCS-System verbrannt werden. Wir müssen schnell genug Alternativenergien zur Verfügung stellen, dass die Versuchung, die Kohle zu verbrennen, eingedämmt werden kann.

79 Die Grenzen des Wachstums
Der Übergang von der Wachstumsgesellschaft zur Nachhaltigkeitsgesellschaft ist die grösste Heraus-forderung, der sich die Menschheit je stellen musste. Wir sind alle gefordert, unser Teil zur Lösung dieses enormen Problems beizutragen. Sowohl Energieverknappung wie auch globale Erwärmung sind Symptome eines viel tiefer greifenden Problems. Es sind die typischen Symptome einer Spezies, die exponentiell anwächst innerhalb eines Systems begrenzter Resourcen. Dieses Problem hat keine Lösung.