11:59 Рост, Ресурсы, Энергия, Население 1 „The greatest

11:59 Рост, Ресурсы, Энергия, Население 1

„The greatest Shortcoming of the Human Race is our Inability to Understand The Exponential Function“ Prof. Albert Bartlett, Physics, University of Colorado, Boulder Величайший недостаток человечества – это его неспособность понимать экспоненциальную функцию. Проф. Альберт Бартлетт, Физика, Университет Колорадо, Болдер 2

Конечно, можно рассчитать, но оценить намного интереснее... … Итак, проверка мыслей.. 3

4 Ostseestadion в городе Росток, Германия: Объем составляет 180м x 140м x 18м = 450.000м3 Предположим, что начинает идти дождь и объем одной капли составляет 1/20 cм3 . Но это особенный дождь: он идет таким образом, что в первую минут падает одна капля, во вторую –в 2 раза больше, чем в первую, т.е. 2, в третью – в 2 раза больше, чем вов вторую, т.е. 4, и так далее.. Вопросы: Через сколько времени стадион наполнится водой? Когда стадион был наполовину полон? Сколько времени понадобится дождю, чтобы заполнить объем земного шара?

5 Ответы: t(стадион полон) = 34 min t(стадион полон наполовину) = 33 min t(земной шар полон) = 85 min можно и проверить, если не верится

Экспоненциальный рост в ограниченном объеме: Как известно, бактерии размножаются делением. Из одной 2, из 2 получаются 4, из 4 – 8 и так далее. Предлоложим, что деление происходит раз в минутут, т.е. количество бактерий удваивается каждую минуту. У нас есть колба с питательным раствором, и помещаем одну бактерию в 11.00 в эту колбу. Пусть колба выбрана так, чтобы в 12.00 она наполнилась. Такая модель отображает потребление ресурсов и рост в среде с ограниченными возможностями. Снова 3 вопроса: 6

Когда колба была полна наполовину? Ответ: 11.59 2. Если бы Вы были среднестатистической бактерией, то когда бы Вы заметили, что становится тесновато? Ответ: у каждого свой, я так полагаю 7

Предположим, что в 11.58 (3/4 еще пустые) некоторые дальновидные бактерии замечают, что становится тесно и начинают совместными «нечеловеческими» усилиями и с огромными затратами искать новые колбы с питательным раствором. Они ищут в Антарктике и на континентальном шельфе,и находят еще 3 новых колбы, в 11.59. 3. вопрос: Сколько еще по времени смогут размножаться бактерии при условии, что у них есть теперь в 4 раза больше места и раствора, чем в 11.00? 8

Ответ: 9

Выводы: Постоянный рост имеет вид экспоненциальной функции. Размножение бактерий по экспоненте ведет к гибели цивилизации бактерий Прирост численности бактерий за один период удвоения T2 равен количеству бактерий, находящихся в колбе, за все время до этого контрольного периода 10

Graph des stabilen Wachstums Das Wachstum in jedem Verdopplungszeitintervall ist so groß wie alles Wachstum jemals zuvor ! 11

Wir können die Verdopplungszeit berechnen: T2 = 70 / %-Wachstum pro Zeiteinheit 12

Beispiele: Eine Wachstumsrate von 5% pro Jahr entspricht einer Verdopplungszeit von T2 = 70 / 5 = 14 Jahre Preissteigerung von 2% pro Jahr: T2 = 70 / 2 = 35 Jahre 13

Das ist ja alles interessant, aber was hat das mit der Realität zu tun? Alles! 14

Erdöl „And in each of these decades (the 1950s and 1960s), more oil was consumed than in all of man‘s previous history combined“ President Carter 18. April 1977 T2 = 10 Jahre,  Wachstum 7% / Jahr 15

Weltölproduktion 1875 – 1971 Redrawn from A. Bartlett, Am. J. Phys., Vol 46, No. 9, September 1978 16

Der Weltstromverbrauch wird sich bis 2030 verdoppeln - IEA-Prognose (2009) T2 = 21 Jahre,  Wachstum 3.3% / Jahr 17

Weltstromproduktion 1990 – 2008 Daten aus Statistical Review of World Energy 2009, BP 18

Weltstromproduktion 1945 – 2008 Abbildung aus „World Energy Outlook 2009“, IEA 19

Weltgasförderung 1970 – 2008 Daten aus Statistical Review of World Energy 2009, BP 20 Was passiert wenn das so weitergehen soll?

21 Gefördert bis - 2000 2000 - 2025 2025-2050 2050-2075 2075-2100 Benötigte Mengen geförderten Erdgases bei 2,8 % jährlichem Wachstum (T2 = 25 Jahre) bis zum Jahre 2100

Exponentieller Bedarf bei Öl, Gas, Strom …. Und in der Regel bei allen anderen Rohstoffen auch! 22

Weltkupferförderung 1900 – 2008 Data from USGS 23

Wert einer Goldmark in Papiermark 1918 – 1923 24

US-Geldmenge 1959-2009 Verdopplungszeit 9 Jahre! (70/9 = 7,8% Inflation) 25 in 106 $ 9a

US-Kreditmarktschulden 1970-2009 5 Verdopplungen 26 in 106 $

Praktische Konsequenzen für die Reichweite von Rohstoffen 27

Lebensdauer einer Ressource bei exponentiell wachsender Konsumrate. Die Konsumrate (r) steigt i.d.R. exponentiell mit der Zeit (t) C sei die zum Zeitpunkt T kumulativ verbrauchte Menge Die ursprünglich vorhandene Menge R wäre nach einer Zeit EET (Exponential Expiration Time) verbraucht Die Reichweite EET der Ressource beträgt dann: 28

Im Modell steigt die Konsumrate exponentiell. Das spiegelt akkurat die Ziele und die Forderungen sowie die Tatsachen unseres wachstumsorientierten ökonomischen Systems wider. 29

Reichweite für verschiedene Schätzungen der Erdgasressourcen Quelle der Förderdaten und Reservedaten: BP & BGR (Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe), USGS (Gesamtpotential = 471Tm3, kumulative Förderung (2008) 186Tm3 ) 30

Reichweite für verschiedene Schätzungen der Hart- und Braunkohleressourcen Quelle : BP & BGR 31

Et cetera... Quelle : BP & BGR 32

Ein stetiges Wachstum der Wirtschaft und somit der Ressourcenförderung kann nicht aufrecht erhalten werden. Es wird ultimativ durch physikalische bzw. energetische Randbedingungen zum Erliegen kommen und kollabieren. 33

Problem vs. Dilemma 34

Über das Öl 35

Ölförderphasen Energiebilanz: 1 Faß Öl hinein 100 Faß Öl heraus Energiebilanz: 1 Faß Öl hinein 25 Faß Öl heraus Energiebilanz: 1 Faß Öl hinein 10 Faß Öl heraus 36

US-Ölförderung ohne Alaska 1900-2005 Data: USGS 37

Ölförderung in Norwegen 1970-2008 Q Datenquelle: BP-Review 2009 38

Ölförderung in Deutschland 1945-2007 Q Bild aus „Energierohstoffe 2009“, BGR 39

Erdölproduktion und Erdölfunde weltweit Quelle: aspo Ireland/wikipedia - Weit über 90% der förderbaren Ölressourcen wurden bereits entdeckt. - Dem Entdeckungsmaximum folgt das Fördermaximum 40

Täglich verbraucht die Welt zur Zeit 86 Mio Barrel Öl (39 Ostseestadien) (1 barrel = 159 Liter) 300 / 86 = 3,5 Tage ! www.spiegel.de 41

Gesamtpotential für konventionelles Erdöl (EUR – Estimated ultimate Recovery) EUR-Schätzungen sich in den vergangenen 50(!) Jahren im mittel fast nicht geändert ! Es gibt vermutlich nicht mehr als ca. 2000 Gb ultimativ förderbares konventioneles Öl und ca 400-500 Gb unkonventionelles Öl (Teersände, Oilshales, Polar, Deepwater). Davon sind z. Zt. (Nov. 2010) 1188 Gb bereits gefördert. Quelle : „Energierohstoffe 2009“ BGR (Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe) 42

Globales Ölfördermaximum ASPO-Schätzung basiert auf den vorgestellten ultimativ förderbaren Ressourcen unter Berücksichtigung von Vorkommen in der Arktis, Teersänden, Deepwater, Offshore sowie NGL. 43

Aber wir haben doch Erdgas? 44

Ölfördermaxima sind eine Tatsache und in einem Größteil der Ölfördergebiete bereits deutlich überschritten. Es wird kaum noch neues Öl entdeckt Die Schätzungen der Geologen für die ultimativ förderbare Menge haben sich seit 50 Jahren nicht geändert Teersände sind keine brauchbare Alternative Das globale Fördermaximum ist überschritten (Konvent. 2006) Die Frage lautet nicht wie lange reicht das Öl, sondern wieviel kann zu gegebener Zeit gefördert werden. Zum Informieren: Dept. Of Physics Upsalla University: Upsalla Hyrdrocarbon Depletion Study Group: http://www.fysast.uu.se/ges/ Prof. Blendinger, Lehrstuhl für Erdölgeologie, TU Clausthal http://www.inggeo.tu-clausthal.de/abteilungen/petrol.htmTU Aspo: peakoil.net 45

Verfügbarkeit von Energie 46

Weltprimärenergiebedarf Weltenergieverbrauch 2008: 11300 Mtoe = 489 Exa Joule (1018) Weltstromproduktion 2008: 20336 TWh = 73 Exa Joule Pro Kopf in Deutschland werden ständig 5,15kW Primärleistung erbracht. Das Transportwesen (zu Land, Luft, Wasser) wird zu 99% von Öl getrieben. 47

Was zählt ist die allein die Nettoenergie. ERoEI- Energy Return on Energy Invested = Eout/Ein Nettoenergie = Bruttoenergie * (ERoEI – 1)/(ERoEI) 48

ERoEI einiger Energiequellen 49 Quelle: Murphy, David J. and Hall, Charles A. S., Ann. N.Y. Acad. Sci. 1185 (2010) 102–118, u.a.

The Energy Cliff 50 Wasserkraft, Öl 1930 Öl 2005 Wind Nuklear, Gas 2005 Teersände, Shale Oil, Photovoltaik Biodiesel, Bioethanol

Benötigte Bruttoenergie um bei gegebenem ERoEI eine konstante Nettoenergie zu gewährleisten. 51

Nahrung „Grüne Revolution“ (1950 - …) Landwirtschaft: 50 – 100 x größere Energieeinträge als traditionell 1In den USA wurden 1994 1514 Liter Öläquivalent pro Kopf und Jahr in die Nahrungsmittelerzeugung investiert. Das sind 3 Mrd. Barrel Öläquivalent pro Jahr bei 24 Mrd. Barrel Weltölförderung im selben Jahr. Moderne Landwirtschaft ist die Erzeugung von Nahrungsmitteln aus fossilen Rohstoffen ! 52 1) http://dieoff.org/page55.htm

Weighing in at 567 kilograms, Marina Wilson’s champion steer Grandview Rebel is ready for auction at a county fair in Maryland. Raising this steer has taken an agricultural investment equal to 1,071 liters of oil, represented here by the red drums. That includes everything from fertilizers on cornfields to the diesel that runs machinery on the farm.  26 Joule fossiler Energie für 1 Joule Fleisch-Energie 53

Und die Weltbevölkerung wächst weiter... Bevölkerungswachstum in Afrikanischen und Arabischen Ländern 2%-3%p.a. (T2 = 23-35 Jahre), aber auch in den USA (1%) Zum Glück haben wir in Deutschland ein „Demographisches Problem“ ! 54 Wir sind hier

Problem oder Dilemma? 55

Substituierbarkeit des Primärenergiebedarfs möglich? Wichtiger: Ist eine alternative Energieinfrastruktur bei abnehmenden Öl/Gas-Förderraten zeitnah aufzubauen? Elektrizität kann keine Flüssigtreibstoffe (Energiedichte) ersetzen und somit den Großteil des Primärenergiebedarfs nicht ersetzen! Biokraftstoffe stehen in direkter Konkurrenz zur Nahrungsgewinnung, haben eine geringe Nettoenergiebilanz und könnten auch im großen Anbaustil nur Bruchteile des aktuellen Verbrauchs decken. Kann wenigstens der - exponentiell steigende - Strombedarf substituiert werden? Regenerative Energien aus Sonne und Wind decken zur Zeit nur Bruchteile des Strombedarfs, Wasserkraft ist weltweit weitestgehend ausgeschöpft. Nuklearenergieanteil könnten stark wachsen(!), dadurch aber Uranreichweite sehr gering, Peak Uran, mäßiger ERoEI  nicht sinnvoll Der Bau neuer regenerativer Energieversorgung ist auf die klassischen Energieträger angewiesen, welche zunehmend schwinden. Mittelfristig ist daher mit größeren Energiedefiziten zu rechnen, welche die reale Wirtschaftsleistung im weltweiten Mittel kontrahieren werden. 56

Es gibt jedoch teilweise Kompensationsmöglichkeiten: Trend zu dezentraler Energieversorgung , Photovoltaik, etc. Hohes Maß an Elektrifizierung, Ausbau des Schienennetzes, Verlagerung des Lastenverkehrs auf die Eisenbahn. Kostenloser Öffentlicher Nahverkehr Strikte Geschwindigkeitsbegrenzungen / Kraftstoffsteuer Lokale Nahrungsmittelversorgung Bevölkerungsverringerung ! u.v.m. 57

Die Grenzen des Wachstums Club of Rome 1971, Prof. D. Meadows Aus „Die Grenzen des Wachstums – Das 30 Jahre Update“, 2001 58

Was in den zurückliegenden 60 Minuten geschah: Weltbevölkerung: +8700 Ölverbrauch: 358 Tsd. Barrel = 56975 m3 Weltenergieverbrauch: 54 Peta Joule (1015) 59

60 Ende

Uran 61

Die Kernenergie als Lösung aller Probleme ? Höchst zweifelhaft! Aktuell (2009) 5% Kernenergieanteil bei Primärenergie 20% wäre x 4  2 Verdopplungszeiten 40% wäre x 8  3 Verdopplungszeiten 80% wäre x 16 4 Verdopplungszeiten Bereits während der Aufbauphase zur Substitution würde der Großteil an Uranressourcen aufgebraucht werden. 62

Biomassenpotential Weltenergieverbrauch (2008) 489 Exa Joule (2030 bis > 650 EJ) Biomassenpotential / Jahr 2000-2800 ExaJoule Technisch 1200 Exa Joule nutzbar Ökonomisch 800 Exa Joule Davon bereits genutzt 20 EJ Nahrung, 65 EJ Nahrungsreststoffe Kann und sollte man alle Wälder des Planeten forstwirtschaftlich nutzen ? 63 Quelle: wikipedia

Definitionen Definitionen nach BGR (Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe) 64

Reichweite für verschiedene Schätzungen der Erdgasressourcen Quelle der Förderdaten und Reservedaten: BP & BGR (Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe), USGS (Gesamtpotential = 471Tm3, kumulative Förderung (2008) 186Tm3 ) 65

Reichweite für verschiedene Schätzungen der Hartkohleressourcen Quelle : BP & BGR 66

Kumulative Förderung und Reserven in Relation zum Gesamtpotential Datenquellen: Stat. Rev. 2010 BP; Energierohstoffe 2009, BGR OPEC-Sprung: Reserven +230Gb 67

Wie kommt es, daß schon seit Jahrzehnten erzählt wird, daß das Öl in 30-40 Jahren versiegt? R/P – Reserve / Production Ratio (= Statistische Reichweite = 0% Wachstum) blieb relativ konstant. Ressourcen wurden zu Reserven, d.h die Reserven wuchsen bei gleichzeitig wachsendem Verbrauch. Irreführende Betrachtung! Was zählt ist einzig das Gesamtpotential (EUR). OPEC-Sprung: Reserven +230Gb 68

Definitionen Definitionen nach BGR (Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe) 69

Aktuelle Flüssigkraftstoffversorgung 70

Gustave Le Bon, Autor des Buches „Psychologie der Massen“: „Nie haben die Massen nach Wahrheit gedürstet. Von den Tatsachen, die ihnen missfallen, wenden sie sich ab und ziehen es vor, den Irrtum zu vergöttern, wenn er sie zu verführen vermag. Wer sie zu täuschen versteht, wird leicht ihr Herr, wer sie aufzuklären sucht, stets ihr Opfer.“ 71