Die Grenzen des Wachstums



Hat das Wachstum eine Grenze?

Ein Wachstum ohne Verfügbarkeit von Energie ist nicht möglich. Alle empirischen Daten weisen auf die enge Verknüpfung zwischen Wachstum und Energie hin. Aber wir selbst sind vielleicht der beste Beweis: Ein Mensch kann nur wachsen (überleben), wenn ihm wenigstens eine minimale Energiemenge, der sog. Grundumsatz, zur Verfügung steht.
Trotzdem ist die Schlussfolgerung, dass die Ursache für das Wachstum die Energie sei, viel zu simple. Auch dafür gibt es zwei wichtige Hinwiese:
  • Der Energiefluss von der Sonne.
Von der Sonne wird jedes Jahr die Energiemenge von 1.5 · 1018 kWh a-1 zur Erde abgestrahlt. Verglichen mit dem prognostizierten Energiebedarf von 2 · 1014 kWh a-1 für das Jahr 2050 ist das eine gewaltige Menge, d.h. es ist nicht einzusehen, dass ein Mangel an Energie das Wachstum beschränken könnte. In der Tat, diese (falsche) Schlussfolgerung wird von Vielen vertreten, insbesondere auch von einigen Journalisten, die nicht müde werden darauf hinzuweisen, dass uns die Nutzung der Sonnenenergie ein bequemes Leben bis in die ferne Zukunft garantiere.
  • Der Energiefluss von der Erde.
Weniger bekannt ist, dass die gesamte Energie, welche die Erde von der Sonne erhält, von der Erde auch wieder in den Weltraum abgestrahlt wird. Etwa 34% durch Reflexion an der Erdatmosphäre oder -oberfläche (Albedo),  der Rest nach komplexen Prozessen der Energiewandlung. Da dies ganz fundamentale Prozesse sind, ist das Bild, welches diesen Energiekreislauf darstellt, auf der rechten Seite noch einmal gezeigt.

Warum geht die Natur diesen scheinbar so sinnlosen Weg? Der Grund ist, dass das Wachstum, und damit das Leben auf der Erde, Entropie erzeugt, welche von der Erde entfernt werden muss.
Mit der Energieabstrahlung von der Erde (terrestrische  Abstrahlung) wird gleichzeitig die überschüssige Entropie von der Erde entfernt.


Das Gleichgewicht zwischen eingestrahlter und abgestrahlter Energie auf der Erde und die dabei auftretenden Prozesse der Energiewandlung. Man beachte: Die Niederschläge zählen nicht zu den Wasserströmungen.
Der Zusammenhang zwischen Energie Q eines Körpers und seiner Entropie S ist relativ einfach, er wird beschrieben durch die Gleichung
,
wobei T die Temperatur des Körpers ist. Wir wollen die Schlussfolgerungen, die sich aus dieser Gleichung ergeben, anhand von zwei Beispielen untersuchen.
1) Der Energie-/Entropiehaushalt der Erde.

Die Erde erhält die thermische Energie Q von der Sonne mit einer Oberflächentemperatur T = 5800 K. Die Erde strahlt die gleiche Energiemenge wieder ab, die Oberflächentemperatur der Erde beträgt aber im Mittel nur T0 = 288 K. Mit der Energieabstrahlung von der Erde ist daher ein zusätzlicher Entropiefluss verbunden von
.
Hierbei berücksichtigt der Parameter r die Tatsache, dass ein Teil der Sonnenenergie, nämlich r = 0.34, von der Erde reflektiert wird, also mit der Temperatur T  in den Weltraum zurückgestrahlt  wird.

Setzt man die erforderlichen Werte in die obige Gleichung ein, ergibt sich ein Entropiefluss von
SE = 3.2  · 1015 kWh a-1 K-1.
Dieser Fluss ist positiv, wie es der 2. Hauptsatz der Thermodynamik für jeden irreversiblen Prozess verlangt. Dass er einen Wert besitzt, welcher das Leben, d.h. Wachstum, auf der Erde erlaubt, ist reiner Zufall. Auf dem Mond, welcher sich in fast gleicher Entfernung von der Sonne befindet wie die Erde, besitzt der Entropiefluss einen ganz anderen Wert und daher ist das Leben dort unmöglich.
2) Der Energie-/Entropiehaushalt des Menschen.

Auch der Mensch benötigt, wie bereits erwähnt, zum Leben die Energiemenge von etwa 1000 kWh a-1. Und auch diese Energie wird wieder an die Umgebung (Erde) zurückgestrahlt. Die Erdtemperatur beträgt im Mittel T0 = 288 K, die mittlere Temperatur eines Menschen beträgt T = 310 K.

Wir betrachten jetzt eine Gesamtzahl 10 Mrd Menschen, wie sie zur Mitte des 21. Jahrhunderts auf der Erde leben werden. Die von dieser Menge abgestrahlte Energie ist demnach Q = 1 · 1013 kWh a-1 , und damit verbunden ist ein Entropiefluss von
SM = 2.5  · 109 kWh a-1 K-1,
der notwendig ist, damit das menschliche Leben überhaupt möglich ist.

Verglichen mit dem Entropiefluss der Erde ist das minimal, denn
SM / SE 0.000001.
Das bedeutet, dass das menschliche Leben als solches wohl nicht die Lebensgrundlagen auf der Erde gefährden kann. Und selbst, wenn sich unter sonst gleichen Bedingungen der Entropiefluss um einen Faktor 20 vergrößert, weil dies der Lebensstandard der Menschheit im Jahr 2050 erfordert, sind die Lebensgrundlagen wohl noch nicht ernsthaft gefährdet.

Auf der anderen Seite ist die Möglichkeit, Entropie abführen zu können, lebensnotwendig. Dazu genügt es, dass die Umgebungstemperatur geringer ist als die Temperatur des Menschen (Abstrahlung) oder dass der Phasenübergang vom flüssigen zum gasförmigen Zustand des Wassers vollzogen werden kann (Schwitzen). Sind beide Mechanismen unterdrückt (z.B. in einer Sauna) wird der Mensch innerhalb von Stunden sterben - er erleidet den Entropietod. Die Gefahr des Entropietods droht auch der Erde insgesamt, wenn die Entropieabfuhr mithilfe der terrestrischen Abstrahlung gestört wird.

Diese Gefahr resultiert aus einem ganz anderen Phänom, nämlich aus der Veränderung unserer Umwelt aufgrund der notwendigen Energiewandlung. Man kann das anhand von zwei Veränderungen erkennen:
  • Der Erhöhung der mittleren Erdtemperatur.
Wahrscheinlich durch die Verbrennung fossiler Energieträger bedingt, hat sich seit ca. 50 a die mittlere Erdtemperatur stetig erhöht, und die Erhöhung wird bis zum Jahr 2050 wohl einen Wert von T0 = +3 K erreichen. Dies hat eine Veränderung des Entropieabflusses zur Folge, der eine Größenordnung von
SE / SE -  0.01
besitzt. Unter der Annahme, dass eine derartige Temperatursteigerung bereits die Lebensgrundlagen stark gefährdet, wird deutlich, wie eng das Entropiefenster ist, dass die Lebensgrundlagen garantiert:
Das Entropiefenster, welches Leben auf der Erde gewährleistet, beträgt nur wenige Prozente vom augenblicklichen Wert des Entropieflusses von der Erde.

  • Die Veränderung der Erdoberfläche.
Durch die Notwendigkeit, immer mehr Energie zur Verfügung stellen zu müssen, wird auch die Erdoberfläche verändert, was ebenfalls Auswirkungen auf die Erdatmosphäre hat. Nicht nur, dass die Regenwälder abgeholzt werden, was z.B. die Wasserzirkulation stört, sondern auch das Abschmelzen der Eis- und Schneeflächen verändert die Reflexionseigenschaften der Erde. Diese Veränderungen treten auch auf, wenn z.B. große Wüstenflächen mit Energiewandlungsanlagen (wie Fotodioden) belegt werden sollten. Nehmen wir an, dass sich das Reflexionsvermögen der Erde nur um  r = 0.01 verändern wird, so hat dies eine Veränderung im Entropiefluss von
SE / SE - 0.015
zur Folge, ist also von ähnlicher Auswirkung wie die vorausgesagte Erhöhung der mittleren Erdtemperatur.1)
Anhand dieser Überlegungen kann man nur zu dem Schluss kommen, dass das Wachstum eine natürliche Grenze besitzt, die von den Auswirkungen der Energiewandlung verursacht wird und deren Überschreitung die Lebensgrundlagen auf der Erde intollerabel schädigt. Und es sieht so aus, als sollten wir uns dieser Grenze noch im Laufe des 21. Jahrhunderts nähern.
1) Von einigen Klimatologen wird tatsächlich vorgeschlagen, den Energiehaushalt der Erde mithilfe der Reflektivität der Erdatmosphäre zu steuern, indem die Konzentration der Schwefelärosole künstlich verändert wird, "climate engineering". Hintergrund ist die Spekulation: Weniger Sonneneinstrahlung --> geringere Erdtemperatur. Aber natürlich würde dann auch gelten: Weniger Sonneneinstrahlung --> weniger erneuerbare Energien für die Menschheit. Aber daran haben jene "Wissenschaftler" offenbar nicht gedacht. Mehr dazu in Energie4.