Az energia mint mérték

Írásaim egy viszza-visszatérő motívuma a „teli Föld” vagy „kinőttük a Földet” gondolat. Ez a gondolatsor sokak számára nagyon absztraktnak, és megalapozatlannak tűnhet, hiszen elég kihajtani a városból, és máris kellemes és többé-kevésbé háborítatlannak tűnő természeti környezet veszi körül az embert. Rengeteg hely van még – gondolhatnánk – vagy a „kinőttük” nem földrajzi értelemben értendő? Akkor hát hogyan? A „kinőttük” ige valamiféle összemérhetőséget feltételez – de mit lehet itt összemérni? A természetes ökoszisztémák és a humán társadalom szinte csak abban hasonlítanak, hogy mind a kettő meglehetősen komplex rendszer, de ezen túl felépítésük, építőelemeik, folyamataik szinte minden tekintetben gyökeresen különböznek. Ahhoz, hogy a kettőt mégis össze lehessen hasonlítani egy megfelelő összegző mérőszámra van szükség. Szerencsére a fizika törvényei, melyeknek mind a két rendszer alá van vetve, kínálnak ilyen mérőszámot: az energiát. Lássuk hát, mit mond a fizika az emberiség és a természet viszonyáról! Az energia egy viszonylag egyszerűen megérthető, ám szabatosan annál nehezebben definiálható fizikai fogalom. Legegyszerűbben talán egyfajta „változtatóképesség”-ként foghatjuk fel. Mennyiségét és átalakulásait szabatos fizikai törvények határozzák meg, melyek egyformán érvényesek a világegyetem minden részén az élettelen és az élő rendszerekre, köztük természetesen az emberi társadalomra is. E rendszerek közös sajátossága, hogy „működésük” közben folyamatosan energia áramlik rajtuk keresztül, ami eközben folyamatosan átalakul, és egyre egyenletesebb eloszlásúvá válik, felhígul és „elvész” (hasznosíthatatlanná válik az élőlények és a társadalom számára). Eközben sokszor átalakulhat, és különbözőképpen hasznosulhat (pl. növekedést vagy minőségi fejlődést eredményezve), de több sohasem lesz. A rendszer lehetőségeit ily módon alapjában meghatározza az, hogy mennyi energiát tud felmutatni az alapjainál. (Sőt az önszerveződő rendszerekben gyakorlatilag az energiaáramok megszerzéséért megy a verseny – de erről többet majd egy későbbi posztban…) Így tehát a különböző rendszerek, alrendszerek esetében az „energiabázis” (az összes beáramló energia) mérésével egy általános, összehasonlítható, a rendszer „méretére” jellemző mérőszámot kaphatunk. Nos mit mutat egy ilyen energetikai összehasonlítás az ember és a természet viszonyáról? A teljes Földet a Nap felől másodpercenként 1,74*10¹⁷ J energia éri [1]. Ennek jelentős része visszaverődik a légkörről vagy a földfelszínről, illetve közvetlenül hővé alakul, és csak körülbelül 0,04 %-a hasznosul fotoszintetikusan a zöld növényzetben. Ez azonban még mindig hatalmas szám, mely mintegy 70 TW teljesítménynek, azaz éves szinten ~2,4* 10²¹ J = ~2400 EJ energiának felel meg, ami nagyjából az élővilág számára rendelkezésre álló teljes energiabázisnak feleltethető meg [2-4]. A régi időkben, amikor az ember még egy volt a sok faj közül, az ember energiabázisa az önmaga által elfogyasztott táplálék volt. Az ember azonban az állatvilágban egyedülálló módon tanulásra és a tanult ismeretek generációkon átívelő átadására képes („extraszomatikus adaptáció”), melyek révén jelentős külső fizikai és társadalmi struktúrákat képes kiépíteni maga körül („extraszomatikus test”), és ezáltal újabb és újabb erőforrások, energiaáramok megcsapolására, irányítására lesz képes, melyeket saját struktúráinak építésére fenntartására fordít („extraszomatikus energia-használat”) [5]. És az extraszomatikusan felhasznált energia mennyisége az emberiség esetében ma már sokszorosan felülmúlja a szomatikusan (táplálkozással) elfogyasztott energiát. A következő táblázatban a mai ember által felhasznált, birtokolt energiabázist mutatom be energiaipari statisztikák és lektorált tudományos közleményekben szereplő számadatok segítségével. Amint láthatjuk, az emberiség jelenlegi éves energiabázisa ~3/8 része a teljes élővilág összes többi részének az éves energiabázisának. Azaz a kettő egy nagyságrenden van!!! Egyetlen faj energiahasználata az egész élővilág számára hozzáférhető összes energiával! Csoda-e hogy a „növekedésnek” különböző nem kívánatos mellékhatásai vannak? És vajon mennyi gazdasági növekedés fér még bele, mielőtt végérvényesen felborítjuk bolygónk ökológiai rendszerét? És vajon felfogja-e az emberiség, hogy milyen tétje van egy ilyen borulásnak? Felülről lehet a legnagyobbat esni. Mivel mi, emberek vagyunk jelenleg a legmagasabban, ezért bármilyen borulásnak a legnagyobb vesztesei is csak mi lehetünk. Jegyzetek: [1] http://en.wikipedia.org/wiki/Sunlight#Solar_constant [2] Haberl, H. (2006). The global socioeconomic energetic metabolism as a sustainability problem. Energy, 31(1), 87-99. [3] Wright, D. H. (1990). Human impacts on energy flow through natural ecosystems, and implications for species endangerment. Ambio, 19(4)189-194. [4] A kép valójában nem teljes, nem veszi figyelembe, hogy a fajok egy része bizonyos körülmények között közvetlenül a fizikai környezetből is képes korlátozott mértékben energiát felvenni pl. gyíkok sütkérezése a napon, albatrosz vég nélküli vitorlázása a szelek szárnyán, stb). Az ilyen „fizikai energia” közvetlenül általában nem épül be a fajok szervezetébe, és így a táplálékláncba sem, hanem az embernél említett „extraszomatikus energiához” többé-kevésbé hasonlóan közvetve hasznosul, hiszen segítségével más szűkösebb energiaforrásokat (táplálékot) képesek kiváltani. Ez a fizikai energiafelvétel azonban ökoszisztéma szinten szerintem többé-kevésbé elhanyagolható (persze jó lenne ezt azért megvizsgálni…). [5] Price, D. (1995). Energy and human evolution. Population & Environment, 16(4), 301-319. [6] BP (2009). Statistical Review of World Energy – June 2009. BP Shareholder Services. (www.bp.com/statisticalreview). [7] REN21 (2009). Renewables Global Status Report – 2009 Update. Renewable Energy Policy Network for the 21st Century. Table R1, p. 23. (www.ren21.net/pdf/RE_GSR_2009_Update.pdf – A napenergia esetén a névleges kapacitás 50%-át vettem valódi teljesítménynek.) [8] World Wind Energy Association (2009). World Wind Energy Report 2008. p. 4. (www.wwindea.org) [9] International Geothermal Association (iga.igg.cnr.it – 2005 ill. 2001 évi adatok) [10] Haberl (2006, [2]) 70 GJ/év/fő becslése alapján, 6,77 milliárd fővel számolva (2009) [11] 2800 kcal/nap/fő (www.fao.org/docrep/004/y3557e/y3557e15.htm – 1999 évi adat) * 6.77 milliárd fő (2009 évi adat) * 365 nap [12] Az összegzés tudatosan nem tökéletes (nem is lehet az), hiszen a különböző típusú, koncentráltságú és használhatóságú energiafajták összeadása olyan mintha almákat hasonlítanánk össze körtékkel vagy dinnyékkel. Egy logikusabb, a hordozott energia „minőségét” is jobban figyelembe vevő összegzési mód az lehetne, hogyha a magasabb minőségű (koncentráltabb, jobban tárolható, szállítható, univerzálisabban használható és általában kívánatosabb) energiafajták mennyiségét az azok előállításához szükséges „rosszabb minőségű” energiahordozó mennyiségében adják meg. Ez történik tulajdonképpen, amikor az energiaiparban az atomenergia vagy a vízenergia részarányát kőolaj-egyenértékben fejezik ki (pl. [6], 41.o.), és ennek során 2,63-szoros energiatartalmú kőolajjal veszik ekvivalensnek az erőművek elektromos teljesítményét, arra utalva ezzel, hogy hogyha ugyanezt az árammennyiséget kőolajból kellene előállítani, akkor ezt csak 38 %-os hatásfokon lehetne megtenni. És ez az alapja az energia-könyvelés (energy accounting) egyik gyakran használt módozatának, az ún. emergia-számításoknak is, ahol egyfajta közös nevezőként minden energiafajtát napenergia-egyenértékekre próbálnak visszavezetni (nem véletlenül, hiszen a földi energiaáramlás alapjánál ez a bőséges, ám meglehetősen „híg”, diszperz energiaforma áll). Tekintve hogy a modern ember elsősorban jó minőségű, koncentrált energiaformákat használ, egy ilyen jellegű, közös nevezőre hozó összegzésnél az emberiség által felhasznált energiabázis arányaiban még nagyobb lenne, és elérné, sőt talán meg is haladná a természet összes többi részének energiabázisát. (Jó lenne ténylegesen is elvégezni egy ilyen elemzést, ami – ha alapos, igényes munkáról van szó – tudományos szakmai szempontból egy óriási feladat!) És ez pedig – ha így van – a fosszilis örökségünk felélésén alapuló jelenlegi energiagazdagságunk fenntarthatatlanságának egy újabb brutális bizonyítéka lenne.