Eindige Materie,
Onbeperkte Energie

Ursula K. Le Guin schreef:,
De technologie ervan is hoe een samenleving omgaat met de fysieke realiteit: hoe mensen voedsel krijgen en houden en koken, hoe ze zich kleden, wat hun energiebronnen zijn (dier? mens? water? wind? elektriciteit? andere?) waarmee ze bouwen en waarmee ze bouwen, hun medicijn - enzovoort. … Technologie is de actieve menselijke interface met de materiële wereld.

Ons lichaam verbruikt ongeveer evenveel energie als een gloeilamp van honderd watt. We gebruiken deze energie om alle voortdurende fysiologische processen aan te drijven die ons levend en functioneel houden, inclusief denken, en om te interageren met onze omgeving.

Zowat al het andere dat we doen, wordt mogelijk gemaakt door toegang tot energie buiten ons lichaam. Energie voor licht en warmte om te koken, maar ook om menselijke arbeid te vervangen (en om te doen wat niet mogelijk is met menselijke arbeid alleen). Energie voor mobiliteit, sneller en verder dan ooit, energie voor rekenkracht en communicatie, en meer. Ongeveer tweehonderd jaar geleden, na millennia van in wezen plat te zijn geweest, begon de hoeveelheid van deze exogene energie die door onze soort werd gebruikt snel te stijgen. De eerste commerciële stoommachines waren in kolenmijnen: door een kleine hoeveelheid steenkool te verbranden om een ​​pomp aan te drijven om water uit de mijnen te verwijderen, kon een veel grotere hoeveelheid steenkool veilig worden gewonnen. Die synergetische combinatie van fossiele brandstoffen als krachtbron en nieuwe technologieën die gebruik maakten van die kracht, maakte het mogelijk dat het energieverbruik van de mensheid exponentieel groeide; deze systemen voor het winnen en gebruiken van energie zijn sindsdien alleen maar toegenomen in omvang, schaal en geografische omvang.

Historici noemen het de "Grote Verrijking": de scherpe en plotselinge stijging van gegenereerde en geaccumuleerde rijkdom, en de mate van sociale samenwerking die dit mogelijk maakte. Als ingenieur en wetenschapper beschouw ik het als de zwarte start van de mensheid, omdat energie de valuta is van de materiële wereld. Over het algemeen gaat het verschil tussen rijke en arme samenlevingen niet alleen over het BBP. Het is dat rijkdom wordt gebruikt om voor energie te betalen, vooral energie die collectief wordt gebruikt om infrastructurele systemen van stroom te voorzien. Het grootste deel van die energie is afkomstig van het verbranden van fossiele brandstoffen, zo energierijk en plaatselijk dat je zo ongeveer een hek om een ​​gat in de grond kunt zetten en vloeibare kilojoules kunt blijven wegpompen. Daarom is er een directe correlatie tussen energieverbruik en de uitstoot van broeikasgassen - op een paar uitzonderingen na, zoals kernenergie en waterkracht, betekende meer energie meer verbranding. Wil je de klimaatverandering verminderen? Gebruik minder energie. Doe minder. Draag een trui.

Dit is het uitzicht van onze thuisplaneet vanaf Aarde-Zon Lagrange punt 1, ongeveer een miljoen mijl verderop, met dank aan het EPIC-instrument op het DSCOVR-ruimtevaartuig. Vanuit dit verre gezichtspunt kunnen we waarnemen dat onze wereld baadt in stralend zonlicht, en ook dat het zich op de bodem van een zwaartekrachtbron bevindt, omringd door de lege leegte van de ruimte.

Maar energie is geen beperkte hulpbron. Als de hele mensheid in hetzelfde tempo energie zou gebruiken als de inwoners van de meest energiehongerige landen, zou dat nog steeds maar een fractie van een procent zijn van alle zonne-energie die op onze planeet invalt. Wat de afgelopen decennia is veranderd, is de ontwikkeling van technologieën die de diffuse, maar gedecentraliseerde en onuitputtelijke energie in onze omgeving effectief kunnen benutten. De betrouwbare Deense windturbine. Massaproductie van zonnepanelen. Geothermie op gemeenschapsschaal voor woningen. Elektriciteitsopslag op netschaal. We zijn zo goed als in staat om energieopwekking volledig los te koppelen van emissies. Ondanks wat oliemaatschappijen ons misschien willen doen geloven, hoeven onze energieroutes geen CO2-voetafdruk achter te laten.

Niet alleen is hernieuwbare energie wereldwijd overvloedig, maar de incrementele kosten ervan zijn bijna nul; systemen hebben natuurlijk nog steeds kapitaal- en bedrijfskosten, maar de 'brandstof' zelf is gratis. Dit is de reden waarom elektriciteitsintensieve datacenters (en aluminiumsmelterijen) vaak zijn gevestigd om toegang te krijgen tot waterkracht, en het is ook de reden waarom technologiebedrijven zoals Amazon en Google hard werken aan decarbonisatie – niet noodzakelijk vanwege moreel leiderschap, maar omdat energie uit hernieuwbare bronnen is van nature goedkoper dan olie, gas of steenkool.

Elke plaats in de wereld heeft zon, wind, golven, stromend water en warmte of koelte onder de grond, in een of andere combinatie. Hernieuwbare energiebronnen zijn een stap omhoog, geen stap omlaag; in plaats van schaars, duur en vervuilend, hebben ze het potentieel om overvloedig, goedkoop en wereldwijd verspreid te zijn. De overgang van al onze infrastructurele systemen naar hernieuwbare bronnen gaat over het uitbreiden van het aantal mensen dat toegang heeft tot meer energie, die ervan profiteren om het te gebruiken om aan menselijke behoeften te voldoen, of het nu zo eenvoudig is als het koken van voedsel of zo modern als wereldwijde telecommunicatie.

Door hard te leunen op hernieuwbare energie zijn er nog twee mogelijkheden. Als we het hebben over het reageren op klimaatverandering, wat?

we bedoelen echt het minimaliseren van het lijden dat het gevolg is van klimaatinstabiliteit. Het beperken van emissies maakt daar natuurlijk deel van uit - elke temperatuurstijging heeft een meetbare menselijke impact, wat betekent dat elke emissiereductie een verschil maakt - maar dat geldt ook voor het verminderen van de effecten van de atmosferische veranderingen die al vastzitten. Technologie is onze actieve menselijke interface met de materiële wereld, en alle manieren waarop we reageren op klimaatverandering zullen toegang tot energie vereisen, of het nu gaat om robuuste rampenbestrijding, microgrids die betrouwbare elektriciteit leveren, zelfs tijdens extreme weersomstandigheden, of het uitbouwen van steden en gemeenschappen die zijn bestand tegen een breder scala aan omgevingsomstandigheden.

En dat brengt ons bij de laatste reden om over te stappen op duurzame energie, namelijk omdat we ook materie gebruiken. Het kost energie om dingen te maken, maar het vereist natuurlijk ook atomen, meestal specifieke atomen, in heel specifieke combinaties, afkomstig van specifieke plaatsen. Ze worden gewonnen, verfijnd, verwerkt, gefabriceerd, getransporteerd naar waar ze worden gebruikt en weggegooid. Veel van onze consumptie van materie is eenrichtingsverkeer van winning naar afval. Die atomen moeten niet alleen ergens vandaan komen, maar ze moeten ook ergens heen: ze komen vaak in de atmosfeer terecht als vervuiling, in de grond als stortplaats en in ecosystemen over de hele wereld.

We sluiten materiaalkringlopen meestal alleen als het ‘economisch haalbaar’ is. Dat betekent over het algemeen dat het minder energie kost om het materiaal te recyclen dan om het in de eerste plaats te maken, wat waar is voor aluminium, staal en glas, maar niet voor materialen zoals plastic of beton. Maar de belofte van toegang tot hernieuwbare energie is dat het deze vergelijking verandert, door processen op tafel te leggen die intrinsiek energie-intensief zijn, zoals het terugwinnen van koolstof uit plastic voor hergebruik of het ontzilten van zeewater om het drinkbaar te maken. Het maakt niet uit hoeveel energie een proces nodig heeft, als het niet duur is, de beschikbare energie voor anderen niet beperkt en niet vervuilend is. Er is ook hier een opwaartse spiraal: hoe sneller hernieuwbare energiesystemen operationeel zijn en hoe dichter we bij het bereiken van dit potentieel komen, hoe meer we die schone energie kunnen gebruiken om de materialen van onze huidige technologische systemen opnieuw te gebruiken om uit te bouwen de fysieke infrastructuur van onze nieuwe. Geen zwaarden omsmeden tot ploegscharen, maar auto's recyclen tot elektrische trams. We leven op een zonovergoten blauw marmer dat in de ruimte hangt, en ondanks dat we volharden in te geloven dat het andersom is, betekent dit dat we toegang hebben tot eindige bronnen van materie, maar onbeperkte energie. We kunnen leren om dienovereenkomstig te handelen.

Het tegengaan van klimaatverandering wordt vaak geframed als geld, inspanning en opoffering om te voorkomen dat er iets ergs gebeurt, meestal met andere mensen. Maar we hebben eindelijk de tools die we nodig hebben om iets nieuws en beters te creëren - om onze technologische en infrastructurele systemen om te vormen tot systemen die veerkrachtig en duurzaam zijn, die nieuwe mogelijkheden bieden voor hoe we materialen kunnen gebruiken en hergebruiken, en dat, niet terloops, de middelen hebben om een ​​meer rechtvaardige, rechtvaardige samenleving te scheppen. We leven op het punt om onszelf te herscheppen van een primitieve soort die het grootste deel van onze energie krijgt door dingen letterlijk in brand te steken, en die dingen gewoon weggooit als we er klaar mee zijn, tot een soort die harmonieus past in een planeetbreed ecosysteem, dat energie van de zon gebruikt, het aanwendt voor gebruik en om te fabriceren wat we nodig hebben om te gedijen, en vervolgens die materialen terugbrengt naar het gemeenschappelijke zwembad om opnieuw te worden gebruikt en gedeeld.

Dit zal niet gemakkelijk zijn, maar, in tegenstelling tot het overtreden van de wetten van behoud van energie, is het niet onmogelijk. Bouwen aan deze toekomst is wat we samen kunnen doen.

Vrij naar Deb Chandra @ Metafoundry