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Toblacher Gespräche
02. Oktober 2009
Am Beginn des Zweiten Solarzeitalters
Über Aufstieg und Niedergang der
fossilen Epoche
Fridolin Krausmann
Krausmann | Toblacher Gespräche | 02. Oktober 2009
Gesellschaftlicher Stoffwechsel
Natürliche Umwelt
Gesellschaft
Socio-economic system
Natürliche
Ressourcen
Umweltprobleme
•Landwirtschaft
•Bergbau
•Knappheit
•Übernutzung
Krausmann | Toblacher Gespräche | 02. Oktober 2009
Abfälle und
Emissionen
Umweltprobleme
•Treibhausgase
•Toxische Substanzen
•Abfall entsorgung
•Abwasser
Das solare Energiesystem
agrarischer Gesellschaften:
Sonne
elektromagnetische
Strahlung
Photosynthese
Wald
Weide
Tiere
metabolische
energie
Wind
mechanische
Energie
Wasserkraft
mechanische
Energie
Brennstoff
thermische
Energie
Krausmann | Toblacher Gespräche | 02. Oktober 2009
Arbeit
mechanische
Energie.
Acker
Menschen
metabolische
Energie
Arbeit
mechanische
Energie
Quelle: Sieferle 2006
Erwärmung der
Atmosphäre
Das kontrollierte Solarenergiesystem
agrarischer Gesellschaften
– Landw. Biomasse für Nahrung
– Futter für Zugtiere
– Brennholz für Raumwärme,
Nahrungszubereitung und
gewerbliche Prozesse
– Wasser-/Windenergie und
Kohle sind mengenmäßig nur
von untergeordneter Bedeutung
• Verfügbare Fläche und
Landnutzung bestimmen die
mögliche Energiemenge.
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Österreich: Energie und Landnutzung um 1800
80
Biomasse materiell genutzt
[GJ pro Kopf und Jahr]
• Biomasse stellt mehr als 98%
des Energieaufkommens
60
Brennholz für Haushalte
Und Gewerbe
40
Futter für Arbeitstiere
20
Nahrung f. Menschen
0
Primärenergie
Das kontrollierte Solarenergiesystem
Nicht-landw.
Bevölkerung
Landw.
Bevölkerung
Produktion
Landnutzung
Photosynthese
Energieflüsse
Menschl. Arbeit
Biomasse
Fossile Energie
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Landwirtschaft:
Quelle gesellschaftlich nutzbarer Energie
Photosynthese
1 GJ Arbeit* etc.
4-7 GJ Nahrung
Landwirtschaft
*Primärenergieäquivalent von Arbeit
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Die Grenzen des solaren Energiesystems
•
Nutzung erneuerbarer Flüsse von
Energie: Voraussetzung für
ökologische Nachhaltigkeit.
•
Die Aufrechterhaltung der
Bodenfruchtbarkeit als zentrales
Nachhaltigkeitsproblem.
•
Wachstum ist begrenzt:
Abnehmender Grenzertrag.
•
Transport ist begrenzt:
Landtransport ist mit hohen
Energiekosten verbunden.
•
Kasimir Geibel, 1896
Urbanisierung und räumliche
Ausdifferenzierung sind begrenzt.
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Kohle: Die erste Energietransition
Germany
4,000
USA
3,000
Bergbau
Kohle
Eisen
Dampfmaschine
Gebläse
2,000
1,000
Pumpe
Quelle: Mitchell 2003
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1900
1875
1850
1825
-
1750
• Kohle hebt
Wachstumsschranken auf.
France
1800
• Die erste Energietransition:
Der Anteil von Biomasse
am Energieumsatz sinkt.
UK
1775
• Technologiekomplex aus
Kohle, Dampfmaschine,
Eisen & Stahl, Eisenbahn.
Dampfschiff
Eisenbahn
5,000
[Kohleverbrauch in kg/Kopf und Jahr]
• Ab 1700 setzt sich in
England die Nutzung von
Kohle durch.
Verbrauch von Kohle [kg/Kopf/Jahr]
im 19. Jahrhundert
Energieverbrauch in Wien 1800-2000
1910
x10
80
Andere
Öl und Gas
Kohle
Biomasse
Energieumsatz [PJ/a]
60
40
1870
x2
Kohle
20
Biomasse
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1910
1900
1890
1880
1870
1860
1850
1840
1830
1820
1810
1800
-
Kohle: Der „unterirdische Wald“
1200
Fläche in 1000 km²
Kohleverbrauch als
virtuelle Waldfläche
800
400
Fläche Großbritannien
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1900
1885
1870
1855
1840
1825
1810
1795
1780
1765
1750
0
Archie Rhys Griffith:
Coal mining, 1928
Annäherung an die Grenzen:
Landwirtschaft als Flaschenhals für Wachstum
• Die Landwirtschaft erhält
kaum energetische
Subventionen aus dem
Kohle basierten
Energiesystem – aber:
• Urbanisierung und
Bevölkerungswachstum:
Verdoppelung der
Bevölkerung.
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Annäherung an die Grenzen:
Ertragssteigerung durch Optimierung
• In England waren die
Potentiale weitgehend
ausgereizt: stagnierende
Erträge
Getreide Ertrag
250
England
200
150
t/km²
• Biologische Innovationen
(neue Kulturpflanzen, mehr
Vieh, mehr Dünger)
ermöglichen eine Steigerung
der Nahrungsproduktion.
100
Österreich
50
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1910
1900
1890
1880
1870
1860
1850
1840
1830
0
“Flächenimport” nach England
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Produktion pro Kopf
6
5
4
3
2
1910
1900
1890
1880
1860
1850
0
1870
Importe pro Kopf
1
1840
US Exporte basieren auf
einer nicht-nachhaltigen
Bodennutzung
7
1830
England nutzt um 1900 mehr
Ackerflächen in Übersee als
auf eigenen Territorium.
Getreide: Produktion und Import
1830 bis 1900
8
[GJ nutritive value / cap / yr]
Die Importabhängigkeit der
Nahrungsversorgung erreicht
in England um 1900 über
50%.
Erdöl: Die zweite Energietransition
Energieverbrauch in den USA 1870-2005
• Erdölboom beginnt ab 1900 in
den USA.
80
Kohle
• Zweite Energietransition: Erdöl
löst Kohle als Schlüsselressource ab.
20
Quelle: Gierlinger 2009
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2005
1990
1975
1960
1945
1930
1915
1900
-
1885
• Synchronisierung der
Entwicklung in den
Industrieländern.
40
1870
• Massenproduktion und
Massenkonsum:
Material/Energieumsatz der
Haushalte steigt.
60
[EJ/a]
• Technologiekomplex: ErdölVerbrennungsmotor-KFZPetrochemie-Elektrifizierung.
Öl und Erdgas
Steigender pro Kopf Verbrauch:
Elektrifizierung und Motorisierung
Kraftfahrzeugbestand
Stromverbrauch pro Kopf
900
18
UK
Kraftfahrzeuge pro 1000 Einwohner
Deutschland
USA
12
Japan
6
-
600
300
Quelle: Mitchell 2003
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2000
1990
1980
1970
1960
1950
1940
1930
1920
1910
2000
1990
1980
1970
1960
1950
1940
1930
1920
1910
1900
Elekrizität MWh/Kopf/Jahr
Frankreich
Fossilenergie und die Industrialisierung der
Landwirtschaft
• Die Industrialisierung der
Landwirtschaft schließt den
Prozess der Entkoppelung
von Energie und Fläche ab:
• Mechanisierung: Substitution
und Anstieg der installierten
Leistung pro Flächeneinheit.
• Agrochemie: Überwindung der
Nährstoffschranken. Nutzvieh
verliert seine Bedeutung im
Nährstoff-management.
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Fossilenergie und die Industrialisierung der
Landwirtschaft
Traktoren
10.000
1.000
Zugvieh
100
Menschliche Arbeit
10
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1990
1970
1950
1930
1910
1890
1870
1
1830
• Agrochemie: Überwindung der
Nährstoffschranken. Nutzvieh
verliert seine Bedeutung im
Nährstoff-management.
100.000
1850
• Mechanisierung: Substitution
und Anstieg der installierten
Leistung pro Flächeneinheit.
Mechanisierung der Landwirtschaft:
Installierte Leistung (Österreich)
installierte Leistung [MW]
• Die Industrialisierung der
Landwirtschaft schließt den
Prozess der Entkoppelung
von Energie und Fläche ab:
Fossilenergie und die Industrialisierung der
Landwirtschaft
• Die Industrialisierung der
Landwirtschaft schließt den
Prozess der Entkoppelung
von Energie und Fläche ab:
Stickstoff Input in die Landwirtschaft
180
160
Kunstdünger
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100
80
60
40
N-Fixierung
20
1995
1980
1965
1950
1935
1920
1905
1890
1875
1860
0
1845
• Agrochemie: Überwindung
der Nährstoffschranken.
Nutzvieh verliert seine
Bedeutung im Nährstoffmanagement.
120
1830
• Mechanisierung: Substitution
und Anstieg der installierten
Leistung pro Flächeneinheit.
Stickstoff [1000 t]
140
Nahrungsproduktion steigt schneller als
Bevölkerung: Österreich 1830-2000
21
Bevölkerung [Millionen]
Essbare Biomasse
(Bevölkerungsäquivalent)
14
7
Bevölkerung
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1995
1980
1965
1950
1935
1920
1905
1890
1875
1860
1845
1830
-
Die Transformation der Landwirtschaft:
Von Energiebereitstellung….
Photosynthese
1 GJ Arbeit*
4-7 GJ Nahrung
Landwirtschaft
*Primärenergieäquivalent von Arbeit
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Die Transformation der Landwirtschaft:
….zu einer Senke von Energie
Photosynthese
0,1 GJ Arbeit*
25-30 GJ Nahrung
30-35 GJ Fossile
Landwirtschaft
* Primärenergieäquivalent von Arbeit
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Das kontrollierte Solarenergiesystem
Nicht-Landw.
Bevölkerung
Landwirt.
Bevölkerung
Produktion
Landnutzung
Photosynthese
Energieflüsse
Arbeit
Biomasse
Fossile Energie
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Das fossile Energiesystem
Urban-industr.
Bevölkerung
Produktion
Landw.
Bevölkerung
Landnutzung
Photosynthese
Fossile Energ.
Energieflüsse
Arbeit
Biomasse
Fossile Energie
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Steigender pro Kopf Verbrauch und Stabilisierung:
Energieverbrauch Österreich und UK, 1900-2000
250
100
10 1979
Ölpreisschocks 1973,
200
80
8
Material
150
60
6
Österreich
100
40
4
Energie
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1990
2000
1980
1990
1980
1970
1970
1960
1950
1960
1940
1950
1940
1920
1930
0
1930
- 0
1920
2
1910
1910
20
1900
1900
50
Materialverbrauch [t/Kopf/Jahr]
Vereinigtes Königreich
2000
Energieverbrauch [GJ/Kopf/Jahr]
Energieverbrauch [GJ/Kopf/Jahr]
Ölpreisschocks 1973, 1979
Globaler Energie- und Materialverbrauch
pro Kopf, 1900 bis 2005
10
80
8
Material
60
6
40
4
Energie
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2000
1990
1980
1970
1960
1950
1940
0
1930
0
1920
2
1910
20
Materialverbrauch [t/Kopf/Jahr]
Ölpreisschocks 1973, 1979
1900
Energieverbrauch [GJ/Kopf/Jahr]
100
Globaler Ressourcenverbrauch
absolut, 1900 bis 2005: ungebremstes Wachstum
Materialverbrauch, Mrd. Tonnen
Technische Energie, EJ
60
500
Construction minerals
Hydro/Nuclear/Geoth.
Ores and industrial minerals
Natural Gas
Oil
Fossil energy carriers
400
Biomass
Coal
Biofuels
[billion tons]
40
[EJ]
300
200
20
100
2000
2005
1990
1995
1980
1985
1970
1975
1965
1955
1960
1945
1950
1935
1940
1925
1930
1920
1910
1915
1900
-
1905
2000
2005
1990
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1995
1980
1985
1970
1975
1960
1965
1950
1955
1940
1945
1935
1925
1930
1915
1920
1905
1910
1900
0
Herausforderungen:
Hoher Ressourcenverbrauch der Industrieländer
25
Mineralien
Materialverbrauch [t/Kopf/J]
20
Fossile
Energieträger
Biomasse
15
X5
10
5
0
Agrargesellschaften
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Industriegesellschaft
Zurück
zum solaren Energiesystem?
450
195
160
140
[GJ/ha/yr]
120
100
80
60
40
Energieertrgag
in Agrargesellschaften
20
0
Biological
productivity
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Energieverbrauch Energieverbrauch
England 2000
Österreich 2000
Herausforderung:
Globale Ungleichheit und Wachstum
25
Materialverbrauch [t/Kopf/J]
Mineralien
20
1.3 Milliarden
Fossile
Energieträger
Biomasse
15
?
4 Milliarden
10
0.7 Milliarden
5
Least Developed
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Industrializing
Industrial
Schlussgedanken:
• Der Ressourcenverbrauch in den Industrieländern muss sinken;
Entkoppelung von Wachstum und Ressourcenverbrauch in
Ländern des Südens.
• Technologie allein ist vermutlich zu wenig; es wird tiefgreifender
gesellschaftlicher Veränderungen bedürfen.
• Food First: Biomasse ist zuerst Nahrung. Die Weltbevölkerung
wird bis 2050 auf über 9 Milliarden Menschen wachsen und
bereits jetzt eignet sich die Menschheit 30% der verfügbaren
Biomasse an. Das globale Potential für Bioenergie wird auf max.
100 EJ (20% des aktuellen Energie Verbrauchs) geschätzt.
• Biomasse ist, wie viele andere erneuerbare Ressourcen, eine
regionale Ressource. Die umsichtige und nachhaltige Nutzung
von Biomasse braucht aber auch eine globale Perspektive.
Krausmann | Toblacher Gespräche | 02. Oktober 2009
Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit
Krausmann | Toblacher Gespräche | 02. Oktober 2009