Wereldbevolking en energie

Trends tot 2100

Paul Chefurka,
oktober 2007

Originele tekst: http://www.paulchefurka.ca/WEAP/WEAP.html

 

Korte inhoud

In het verleden is de toename van de menselijke bevolking ondersteund door een gestage groei in het energiegebruik. Onze huidige industriële beschaving heeft een zeer grote hoeveelheid energie van verschillende soorten nodig. Als de beschikbaarheid van deze energie behoorlijk af zou nemen, zou dit serieuze gevolgen kunnen hebben voor de beschaving en de bevolking. Dit artikel toont modellen voor de verschillende energiebronnen die we gebruiken en hun waarschijnlijke evolutie tot aan het jaar 2100. De samengevoegde vooruitzichten worden vervolgens vertaald naar een bevolkingsmodel, gebaseerd op een schatting van een gemiddelde consumptie die varieert in de loop van de eeuw. Tenslotte wordt het impact van de ecologische schade aan het model toegevoegd om aan een uiteindelijke schatting van de bevolking te komen.

Dit model, bekend als het "World Energy and Population model”, of WEAP, suggereert dat de wereldbevolking sterk zal afnemen in de loop van de eeuw.

Inleiding

Gedurende de industrialisatie is het niveau van de wereldbevolking nauw verbonden geweest met de energie die we verbruikt hebben. Over de laatste 40 jaar is de gemiddelde consumptie 1,5 ton olie equivalent  (toe) per persoon per jaar geweest, vanaf een gemiddelde van 1,2 toe per persoon in 1966 tot 1,7 toe per persoon in 2006. Terwijl het wereld-energieverbruik in die periode verdrievoudigde, verdubbelde de bevolking.

Afbeelding 1 toont de nauwe relatie tussen de wereld energie consumptie, ‘s-werelds Bruto Binnenlands Product (GDP) en de wereldbevolking en impliceert, dat het een globale toename van de energietoevoer is geweest, die de toename van de bevolking heeft ondersteund.

 

 

Afbeelding 1: Wereld-energie, Bruto Binnenlands Product (GDP) en Bevolking, 1965 – 2003

Methodologie

De analyse in dit artikel wordt onderbouwd door een model van trends in de energieproductie. Dit model is gebaseerd op historische gegevens van gerealiseerde energieproductie, gekoppeld aan vooruitzichten, die afgeleid zijn van het denken van verschillende energie analisten, als ook mijn eigen interpretatie van toekomstige ontwikkelingen.

 

De huidige wereld energie mix bestaat uit olie (36%), aardgas (24%), kolen (28%), kernenergie (6%), waterkracht (6%) en duurzame energie zoals wind- en zonne-energie (1%). Historische cijfers voor elke categorie (met uitzondering van duurzame energie) zijn overgenomen uit de BP Statistical Review of World Energy 2007. Voor vergelijkingen tussen verschillende vormen van energie gebruik ik een standaard maat, de ton olie equivalent (toe) genoemd. Hoewel deze benadering voorbij gaat aan verschillen in toepasbaarheid (zoals van waterkracht en olie), vormt deze maat een aanvaarde standaard voor algemene vergelijkingen.

We zullen eerst elke energiebron apart bekijken. Ik zal de factoren en variabelen, die ik voor elk scenario in beschouwing heb genomen zo duidelijk mogelijk omschrijven. Op deze manier kun je zelf oordelen of mijn veronderstellingen aannemelijk lijken. Daarna zullen we deze scenario’s samenvatten in een gezamenlijk vooruitzicht van de wereldsenergie.
 
Wanneer we dit vooruitzicht samengesteld hebben, zullen we de mogelijke effecten op de wereldbevolking bekijken. Daarna verwerken we in deze cijfers de waarschijnlijke effecten van de ecologische schade, om tot een uiteindelijke schatting van de wereldbevolking in de loop van de eeuw te komen.
 

Opmerking

Het WEAP (World Energy And Population)-model is opgezet als een eenvoudig Excel-spreadsheet. De tijdsbepaling van energiegerelateerde gebeurtenissen en de percentages van toename en afname van de energievoorziening werden gekozen na zorgvuldige bestudering van de beschikbare litteratuur. In een aantal gevallen hadden verschillende auteurs hierover verschillende meningen. In deze gevallen heb ik vertrouwd op mijn eigen analyse en oordeel. Modellen weerspiegelen altijd de opinie van hun auteurs en het is het beste om daar van begins af aan duidelijk over te zijn. Niettemin heb ik altijd gepoogd zo objectief mogelijk te zijn en de vooruitzichten te baseren op trends van nu en het recente verleden en mij niet door mijn eigen wensen te laten leiden.
 

Het WEAP-model presenteert een globale verwachting van de effecten van het energiegebruik en van de ecologische factoren op de wereldbevolking. Het gaat niet direct in op de regionale of nationale verschillen. Het WEAP-model heeft tot doel een brede conceptuele structuur op te zetten, waarbinnen de regionale verschillen begrepen kunnen worden.

 

De analyse is uitsluitend bedoeld om het “meest waarschijnlijke” scenario voor de toekomst te bepalen, puur gebaseerd op de situatie zoals die nu is en zich waarschijnlijk verder zal ontwikkelen. Je zult geen suggesties vinden over wat we zouden moeten doen, of voorstellen, die er vanuit gaan dat we het gedrag van mensen en instituties op korte termijn radicaal zouden kunnen veranderen. Je zult ook geen discussie vinden over bijvoorbeeld kernfusie of waterstof.

Het Excel-blad met de gegevens, die voor het WEAP-model gebruikt zijn, kun je hier vinden. 
 

 

Modellen per energiebron

Olie
 

De olievoorziening is eindig, niet vernieuwbaar en afhankelijk van de effecten van een afnemende winning in de nabije toekomst. Deze situatie is populair bekend als Peak Oil. Het sleutelconcept van Peak Oil is, dat, nadat ongeveer de helft van de aanwezige olie opgepompt is, het rendement van de winning een piek bereikt en vervolgens een onomkeerbare daling inzet.

Dit gebeurt voor zowel individuele olievelden als voor grotere gebieden zoals landen, maar om verschillende redenen. In individuele velden wordt het fenomeen veroorzaakt door geologische factoren inherent aan de structuur van het oliereservoir. Op nationaal niveau wordt het veroorzaakt door logistieke factoren. Wanneer we beginnen met de oliewinning in een gebied, dan vinden we en exploiteren we normaal gesproken als eerste de grootste en best bereikbare olievelden. Wanneer de winning afneemt en we de verminderde productie proberen te compenseren, zijn de beschikbare nieuwe velden meestal kleiner met een lagere productiecapaciteit.

 

Olievelden zijn verdeeld in een heel klein aantal grote velden en een groot aantal kleinere. Deze verdeling wordt aangetoond door het feit dat 60 procent van ‘s-werelds oliewinning afkomstig is van maar 1% van ’s-werelds actieve olievelden. Wanneer één van deze zeer grote olievelden uitgeput raakt, kan het de ontwikkeling van honderden kleine velden vergen om de productieafname te compenseren.

 

De theorie achter Peak Oil is ruim beschikbaar op het internet, en enkele basis referenties worden hier, hier en hier gegeven.

 

Tijdsbepaling

Er is veel discussie over wanneer we de piek in de wereld-olieproduktie zouden moeten verwachten en hoe snel de daling vervolgens zal zijn. Terwijl de snelheid waarmee de productie afneemt nog heftig tegengesproken wordt, is het tijdstip van de piek minder controversieel geworden. Onlangs hebben een aantal goed geïnformeerde mensen aangegeven, dat deze piek bereikt is. Tot deze dappere groep mensen horen de miljarden investeerder T. Boone Pickens, de in energie investerende bankier Matthew Simmons (auteur van het boek "Twilight in the Desert" over de staat van de Saoedi-Arabische oliereserves), de gepensioneerde geoloog Ken Deffeyes (een collega van de legendarische Peak Oil specialist M. King Hubbert) en Dr. Samsam Bakhtiari (een voormalig senior wetenschapper van de National Iranian Oil Company).

Mijn stelling komt overeen met die van bovengenoemde personen, dat de piek zich voltrekt op het moment dat ik dit schrijf (najaar 2007). Het wordt bevestigd door het patroon van de oliewinning en de olieprijzen van de laatste drie jaar. Ik ontdekte dat de ruwe olieproductie piekte in mei 2005 en sindsdien geen groei vertoond heeft ondanks een verdubbeling in prijs en een dramatische toename in exploratieactiviteiten.

 

Dalingssnelheid

De dalingssnelheid na de piek is een andere vraag. De beste gidsen die we hebben zijn de resultaten van olievelden en landen, waarvan we weten dat ze al aan het afnemen zijn. Helaas verschilt dit tempo overal. In de VS, bijvoorbeeld, is de olieproductie sinds 1971  aan het afnemen en heeft sindsdien 2/3 van zijn capaciteit verloren met een afname tempo van ongeveer 3 procent per jaar. Aan de andere kant toont het Noordzee-bassin een jaarlijkse  afname van ongeveer 10%, en de productiecapaciteit van het reusachtige Cantarell veld in Mexico loopt met bijna 20% per jaar terug.

 

Om een realistisch vervalmodel op wereldniveau te maken, heb ik ervoor gekozen om de benadering van Dr. Bakhtiari in zijn WOCAP model te volgen. Hij veronderstelt een steeds snellere daling in de olieproductie. Tot nu toe is WOCAP redelijk accuraat gebleken en ik heb voor een variant hiervan gekozen. Het belangrijkste verschil is, dat mijn model wat minder agressief is. Waar WOCAP voorspelt dat de oliewinning zal dalen van 4000 miljoen ton olie per jaar nu (Mtoe/jr) naar 2750 Mtoe/jr in 2020, bereikt mijn model dat punt pas in 2030. Mijn model gaat uit van een verval van 1 procent per jaar in 2015 tot een constant verval van 5 procent per jaar na 2040. Zelfs dit tamelijk conservatieve model geeft verbazingwekkende resultaten in de loop van de eeuw, zoals te zien op afbeelding 2.

 

 

Afbeelding 2: Wereld-olieproduktie, 1965 - 2100

 

Het netto-olie-export probleem

De grafiek van afbeelding 2 toont de gezamenlijke oliewinning voor de wereld. De wereld is echter geen uniforme plaats van oliewinning en olieconsumptie. Sommige landen zijn netto-exporteurs, terwijl andere netto-importeurs zijn, die hun olie op de internationale markt kopen.

In de meeste landen stijgt de vraag naar olie constant. In olie-exporterende landen hebben stijgende olieprijzen de economische groei gestimuleerd. Dit heeft tot gevolg, dat de binnenlandse vraag naar olie toeneemt. Wanneer tegelijkertijd de oliewinning in het land toeneemt is dat geen groot probleem. Wanneer de winning in olie-exporterende landen echter piekt en begint af te nemen, gebeurt er iets onheilspellends: de hoeveelheid olie voor de exportmarkt neemt sneller af dan de afname van de oliewinning. Dit is bekend als het “netto-olie-export probleem”.

Even een voorbeeld. Stel, dat een olie-exporterend land een miljoen vaten per dag produceert en dat zijn burgers 500.000 vaten per dag verbruiken. Dan zijn er 500.000 vaten over voor de export. Stel, dat de productiecapaciteit af met 5 % per jaar afneemt. Na een jaar is de productie gedaald tot 950.000 vaten per dag. Wanneer tegelijkertijd de binnenlandse economie vooruit gaat en de binnenlandse vraag met 5 % toeneemt, wordt de binnenlandse consumptie 525.000 vaten per dag. Dan zijn er nog slechts 425.000 vaten over voor de export, dat wil zeggen een afname van 15 %. Een grafiek over een periode van enkele jaren toont de gevolgen:

 

Afbeelding 3: Voorbeeld netto-olie-export probleem

Na 8 jaar, en ofschoon het land nog 700.000 vaten per dag produceert, is de export tot 0 teruggelopen. Dit patroon is al gezien in Indonesië, in het Verenigd Koninkrijk en in de USA, die alle drie eens grote olie-exporteurs waren en nu netto-importeur zijn geworden.

 

Dit effect is nu al zichtbaar op de wereldmarkt. Afbeelding 4 toont een grafiek van de totale wereld export over de laatste 5 jaar. Een erboven geplaatste trendlijn toont het patroon: een snelle afname in de totale wereld-olie-export.
 

 

Figure 4: Netto wereld-olie-exporten 2002 tot 2013

 

Dergelijke wijzigingen in olie-exporten zijn zeer zorgelijk voor importerende landen. De VS, bijvoorbeeld, importeert ongeveer 2/3 van zijn olie benodigdheden. Wanneer de export markt plotseling op zou drogen, zoals afbeelding 4 suggereert, zou de VS genoodzaakt zijn enkele zeer harde keuzes te maken. Die zouden onder meer kunnen behelzen, dat ze een drastische verarming van hun industriële activiteit, van hun Bruto Binnenlands Product en van hun levensstijl zouden moeten accepteren, of lange termijn leveringscontracten met olieproducerende landen afsluiten, of zelfs militaire actie ondernemen om de olielevering veilig te stellen (zoals misschien al in Irak gepoogd is.)

Ik heb deze inzichten te danken aan het werk van Jeffrey Brown en zijn Export Land Model.

 

Aardgas

De situatie van de aardgasvoorziening is erg vergelijkbaar met die van olie. Dat is logisch, omdat gas en olie van dezelfde biologische bron komen en vaak in vergelijkbare geologische formaties voorkomen. Gas- en olieputten worden met vergelijkbare apparatuur geboord. De verschillen tussen de twee hebben alles te maken met het feit dat olie een stroperige vloeistof is, terwijl gas, eh, gas is.

Hoewel zowel olie en gas een productiepiek vertonen, zal de helling van verval voor gas veel steiler verlopen door zijn lagere viscositeit. Om te begrijpen waarom, stellen we ons 2 ballons voor, de één gevuld met water, de ander met lucht. Als je ze neerzet en de opening loslaat, zal de met lucht gevulde ballon veel sneller leeg lopen, dan die met water. Een gasreservoir werkt op vergelijkbare manier. Wanneer het aangeboord wordt, loopt het gas er onder zijn eigen druk uit. Zolang het reservoir leeg loopt kan de uitstroom redelijk constant gehouden worden totdat het reservoir leeg is; dan zal het plotseling stoppen.

 

Gasvelden tonen dezelfde verdeling als olievelden. Zoals met de olievelden vinden en exploiteren we eerst de grootste velden. De velden die nu getapt worden, worden steeds kleiner, en vereisen een groter aantal boorputten voor eenzelfde volume aan gas. Bijvoorbeeld, het aantal gasputten in Canada steeg met 400% tussen 1998 en 2004 (van 4.000 putten in 1998 tot 16.000 putten in 2004), terwijl de jaarlijkse productie gelijk bleef. Dit betekent dat de aardgas voorziening een soortgelijke klok-vormige curve zal laten zien als we voor olie zagen.

Een ander verschil tussen olie en gas is het kenmerk van hun wereld-exportmarkten. Vergeleken met olie is de gasmarkt erg klein. Dit komt, omdat gas moeilijk te vervoeren is, in tegenstelling tot een vloeistof. Terwijl olie eenvoudig in en uit tankers gepompt kan worden, moet aardgas eerst vloeibaar gemaakt worden (hetgeen aanzienlijk veel energie kost), in speciale tankers op lage temperatuur en onder hoge druk getransporteerd worden, en vervolgens bij aankomst weer tot gas gemaakt worden, wat nog meer energie vergt. Daarom wordt het meeste aardgas op de wereld per pijpleiding vervoerd. Dit beperkt gas tot nationale en continentale markten. Dit heeft een belangrijke implicatie: wanneer de gasvoorziening op een continent uitgeput raakt, is een vervangende aanvoer van een ander continent heel erg moeilijk.

De piek in de wereld gas productie komt misschien niet voor 2025, maar twee dingen zijn zeker: we zullen nog minder waarschuwing krijgen dan voor Peak Oil, en vervolgens kunnen de verval snelheden shockerend hoog zijn. Voor het gas-model heb ik voor de piek een tijdspanne tussen 2025 en 2030 gekozen. Deze wordt gevolgd door een snelle toename van het verval tot 8 % per jaar in 2050 en een constante 8 % voor de volgende 50 jaar. Dit levert de productiecurve van afbeelding 5.


 

Afbeelding 5: Wereld-aardgasproductie, 1965 tot 2100

 

Steenkool

Steenkool is de lelijke stiefzuster van de fossiele brandstoffen. Het heeft een verschrikkelijke reputatie voor het milieu, die dateert van zijn eerste wijdverbreide gebruik in Groot-Brittannië in de 18^e eeuw. De Londense, op steenkool gestookte “erwtensoep-mist” was berucht en schaadde de gezondheid van honderdduizenden mensen. Tegenwoordig ligt de bezorgdheid minder bij roet en as, als wel bij de carbondioxide, die vrij komt bij de verbranding van kolen. Per gewicht produceren kolen meer CO2 dan olie of gas. Vanuit het standpunt van energieproductie heeft steenkool het voordeel van een grote overvloed. Uiteraard is deze overvloed zeer negatief, wanneer je het bekijkt vanuit het perspectief van de opwarming van de aarde.

Tegenwoordig wordt de meeste steenkool gebruikt om elektriciteit op te wekken. Wanneer economieën groeien, groeit ook de vraag naar elektriciteit, en wanneer elektriciteit gebruikt wordt als gedeeltelijke vervanging van olie en aardgas, zal dat de vraag naar steenkool doen toenemen. Momenteel bouwt China 2 a 3 nieuwe kolencentrales per week, en heeft het plannen om nog minstens tien jaar in dit tempo door te gaan.

Net zoals we bij olie en gas zagen, zal de steenkoolproductie een piek vertonen en afnemen. Eén van de factoren is, dat we ons in het verleden geconcentreerd hebben op de hoogste kwaliteit steenkool: antraciet. Veel van wat er nu overblijft, is van een veel lagere kwaliteit, zoals bitumineus en lignite. Deze kwaliteit produceert bij verbranding minder energie en vereist meer steenkool voor eenzelfde hoeveelheid energie.

De Energy Watch Group heeft een uitvoerige analyse uitgevoerd voor een lange termijn vooruitzicht van het steenkoolverbruik. Ik heb hun gunstigste scenario als startpunt voor dit model genomen. Het model voorziet een doorgaande stijging in het gebruik van steenkool met een piek in 2025. Wanneer de opwarming van de aarde serieuze effecten begint te krijgen, zal er een toenemende druk onstaan om het gebruik van steenkool te beperken, hetgeen leidt tot een iets steiler verval dan door de Energy Watch Group voorspeld wordt. Omdat er een overvloed aan steenkool is en we genoodzaakt zullen zijn om het verval van olie en gas te compenseren, zal de daling in de steenkoolproductie niet zo dramatisch verlopen als bij olie en gas. Het model gaat uit van een jaarlijks verval van 0 % in 2025 tot een constante 5 % in 2100. Deze veronderstellingen leveren de curve van afbeelding 6.


 

Afbeelding 6: Wereld-steenkoolproduktie, 1965 tot 2100

Natuurlijk brengt het gebruik van steenkool een verhoogde dreiging voor de opwarming van de aarde met zich mee, vanwege de continue uitstoot van CO2. Er zijn veel hoopvolle woorden geschreven over de mogelijkheid deze zorg weg te nemen door “Carbon Capture and Storage” (CSS). Gewoonlijk wordt daarmee bedoeld: het opvangen van CO2 in de schoorstenen van kolencentrales en het comprimeren en voor lange tijd opslaan in lege gasvelden. Deze technologie is nog in een experimenteel stadium, en er is veel scepticisme rond de veiligheid van opslag van zulke gigantische hoeveelheden CO2 in poreuze rots-lagen. Deze plannen spelen nauwelijks een rol in de huidige analyse. Verderop in dit artikel, bij de bespreking van de ecologische schade en de afnemende energie, zal ik ervan uit gaan, dat er met CCS weinig resultaat geboekt zal worden in verhouding met de totale CO2-uitstoot op de wereld.

 

Nucleaire energie

De grafiek van afbeelding 7 is het resultaat van de synthese van gegevens en een beetje projectie. Ik ben begonnen met een tabel met de leeftijd van reactoren van de IAEA (overgenomen uit een presentatie voor de Association for the Study of Peak Oil and Gas), een tweede tabel met historische productiecijfers van nucleaire centrales uit de BP Statistical Review of World Energy 2007 en nog een tabel van de Uranium Information Centre die de wereldwijde aantallen reactors toont, die geïnstalleerd, gepland en voorgesteld zijn.

Het interessante van de tabel met de leeftijden van de reactors is, dat deze aangeeft, dat de grote meerderheid ervan (361 van de 439 oftewel 82 %) tussen de 17 en 40 jaar oud zijn. Het aantal reactors van elke leeftijd verschilt natuurlijk, maar het gemiddelde aantal voor elk jaar is 17. Dat aantal loopt op tot boven de 30 over enkele jaren.

Twee realiteiten vormen de basis voor mijn model voor nucleaire energie. De eerste is, dat vanwege het feit dat reactoren een eindige levensduur van ongeveer 40 jaar hebben, naderen veel van ‘s-werelds huidige reactoren het einde van hun nuttige leven. De tweede is, dat de vervangingsratio afgeleid van de tabel van de UIC met de geplande reactors, slecht 3 tot 4 reactors per jaar toont voor op z’n minst de komende 10 jaar en waarschijnlijk de volgende 20 jaar.

Deze twee feiten betekenen, dat we in de komende 20 jaar meer dan 300 reactoren buiten gebruik stellen, en we er maar 60 gebouwd zullen hebben. Dus, tegen 2030 hebben we een nettoverlies van 240 of meer reactoren, meer dan de helft van de huidige voorraad. Daar al deze reactoren grofweg gelijk van grootte zijn (gemiddeld iets minder dan 1 GW) betekent dit, dat we voor elk moment de globale productiecapaciteit kunnen berekenen, en redelijk nauwkeurig tot rond 2030.

Dit model maakt een milde interpretatie van de beschikbare gegevens. Het gaat ervan uit, dat we 3 GW nucleaire capaciteit per jaar bijbouwen gedurende de komende 10 jaar (ongeveer hetgeen er nu in aanbouw is), 4,5 GW per jaar voor de volgende 10 jaar (dat zijn de reactors die nu gepland zijn en vermoedelijk gebouwd zullen worden), en 6 GW per jaar van de voorgestelde reactors voor de volgende 20 jaar. Het model veronderstelt een toenemend bouwpatroon, omdat ik aanneem dat we over 20 jaar wanhopig om electriciteit zitten te springen. Daarom ga ik ervan uit dat er elk jaar twee keer zoveel reactoren als nu gerealiseerd worden.


 

Afbeelding 7: Wereldproductie nucleaire energie, 1965 tot 2100

De terugval in capaciteit tussen nu en 2030 wordt veroorzaakt door het feit, dat de aanbouw van nieuwe reactors onvoldoende tred houdt met het buiten bedrijf stellen van oude reactors. De toename na 2030 komt voort uit de voorspelling, dat we rond 2025 het bouwtempo zullen verdubbelen, wanneer de energiesituatie wanhopig wordt en we er achter komen, dat de meeste van de tussen 1970 en 1990 gebouwde reactoren buiten gebruik zijn. Het uiteindelijke verval na 2060 komt voort uit mijn verwachting, dat we over enkele tientallen jaren enorm veel industriële capaciteit zullen verliezen door het opraken van olie en gas. Hierdoor zullen we geen mogelijkheden hebben alle oude reactoren te vervangen.

 

Het argument voor een piek in de nucleaire productie in 2010 en het daarop volgende verval is vergelijkbaar met de logistieke overwegingen achter Peak Oil – de grote massa oude reactoren staat op het punt uitgeput te raken en we bouwen onvoldoende vervanging. In feite, om gelijke tred te houden met het buiten bedrijf stellen van oude reactoren zouden we 17 nieuwe reactoren per jaar moeten bouwen (meer dan 5 keer wat er nu geboekt staat) en voor altijd. Dit lijkt zeer onwaarschijnlijk gezien het benodigde kapitaal, de regelgeving en de publieke opinie. 

Terzijde zij vermeld, dat het verval in de capaciteit na 2010 inhoudt, dat we ons geen zorgen hoeven te maken over het opraken van uranium (nu 50.000 ton per jaar).
 

 

Waterkracht

Als steenkool de lelijke stiefzuster is, dan is waterkracht een van de sprookjesachtige peetmoeders van het energieverhaal. Voor het milieu is het betrekkelijk schoon, ook al is dat misschien niet zo schoon als voorheen gedacht werd. Het heeft de mogelijkheid vrij grote hoeveelheden elektriciteit op een tamelijk constante manier te leveren. De technologie is goed bekend, overal beschikbaar en technisch niet erg veeleisend (op z’n minst als je het met nucleaire elektriciteit vergelijkt.) Stuwdammen en generatoren gaan lang mee.

 

Waterkracht kent een aantal problemen; de meeste zijn lokaal. De belangrijkste problemen zijn de vernietiging van woongebieden door het stuwmeer, het vrijkomen van CO2 en methaan van ondergelopen vegetatie en de onderbreking van rivieren. Wat verdere ontwikkelingen betreft, is het grootste obstakel dat de beste locaties voor waterkracht centrales al in gebruik zijn. Niettemin is waterkracht een aantrekkelijke energiebron. De ontwikkelingen zullen waarschijnlijk met eenzelfde snelheid doorgaan als in het verleden, tenminste tot het punt dat de vraag afbrokkelt door inzakkende economieën.

Om de groei van de waterkracht energie te projecteren heb ik een curve gebruikt, die aansluit op de historische gegevens van de laatste 40 jaar. Deze curve gaat ervan uit, dat de toekomstige ontwikkeling veel zal lijken op die in het verleden, op z’n minst totdat een invloed van buiten het verloop van deze ontwikkeling verstoort. De projectie staat op afbeelding 8. De hoge graad van correlatie van deze curve met de huidige gegevens (uitgedrukt in de R² waarde van 0,994) geeft vertrouwen in de betrouwbaarheid van deze projectie. (Hoe dichter de R2-waarde bij 1 ligt, hoe precieser de aansluiting op de gegevens.)


Afbeelding 8: Vooruitzicht waterkrachtproductie

Het model voor waterkrachtenergie van afbeelding 9 toont een capaciteit die tot aan 2060 groeit tot het dubbele van zijn huidige peil. Daarna neemt de capaciteit tot 2100 weer af tot aan het huidige niveau. Het verval in het tweede gedeelte van de eeuw wordt toegeschreven aan een algemeen verval van de industriële activiteit en een vermindering van rivierwater door de opwarming van de aarde. Dit zijn de hierboven bedoelde invloeden van buiten af.


 

Figure 9: Global Hydro Production, 1965 to 2100

 

Vernieuwbare energie

Vernieuwbare energie omvat bronnen zoals wind, foto-voltaïsche en thermale zonne-energie, energie van getij en golven enz. Het inschatten van hun waarschijnlijke aandeel in de toekomstige energie-mix is één van de moeilijkere overwegingen, die ik in het ontwikkelen van dit model ben tegen gekomen. De hele industrie van vernieuwbare energie staat nog in zijn kinderschoenen. Daarom heeft deze vorm van energie nog maar weinig impact, maar wel enorme beloftes. Terwijl zijn aandeel op wereldniveau nog miniem is (minder dan 1 % van de wereldbehoefte),  zijn de groeicijfers uitzonderlijk. Windenergie, bijvoorbeeld, heeft een jaarlijkse groei van 30% over de laatste 10 jaar.

Voorstanders van vernieuwbare energie wijzen op de enorme hoeveelheid research die uitgevoerd is en het brede scala benaderingen dat onderzocht is. Ook zeggen ze, terecht, dat de uitdaging enorm is: de ontwikkeling van vernieuwbare energiebronnen is cruciaal voor een duurzame menselijke beschaving. Al dit bewustzijn, dit werk en deze beloftes geeft deze opkomende industrie een aura van kracht, die niet te verslaan lijkt. En dat steunt de overtuiging van zijn voorstanders, dat alles mogelijk is.

 

Natuurlijk zit de wereld vol van onverwachte obstakels en ongerechtvaardigd optimisme. Eén van die obstakels dook op bij de bio-fuel, waar recentelijk het conflict tussen voedsel en brandstof in het publieke bewustzijn doordrong. We kunnen het buitensporige optimisme op datzelfde gebied aan het werk zien, waar de dromen om diesel door ethanol te vervangen tegen de limieten lopen van de lage netto-energie in biologische processen.

De hamvragen voor een geloofwaardig model zijn: hoe groot is de waarschijnlijke groei van vernieuwbare energie over de komende 50 jaar en hoeveel energie zal het uiteindelijk bijdragen?

Hoewel ik de pessimistische opvatting, dat vernieuwbare energie slechts een klein aandeel zal zijn, niet deel, is het evenmin realistisch te veronderstellen, dat ze een dominante positie zal verwerven op de energiemarkt. Dat komt in de eerste plaats door haar late start, vergeleken met het aanstaande verval van olie, gas en nucleaire energie, als ook haar voortdurende economische nadeel ten opzichte van steenkool.

Om een realistische groei voor vernieuwbare energie te projecteren heb ik dezelfde techniek gebruikt als bij de waterkracht hierboven. Als startpunt voor de projectie van afbeelding 10 heb ik de gegevens gebruikt van de duurzame energie productie van 1980 tot 2050, verzameld door de Energy Information Agency . Zoals bij de curve van waterkracht geldt ook hier, dat de nauwe aansluiting op deze gegevens een hoge graad van betrouwbaarheid in deze projectie geeft.


 

Afbeelding 10: Vooruitzicht vernieuwbare energie

Deze techniek heeft enkele tekortkomingen. In de eerste plaats telt het alle vernieuwbare energiebronnen bij elkaar op: geo-thermiek, zon, wind, biomassa etc. Omdat sommige van deze bronnen nog in de kinderschoenen staan, is het mogelijk dat zij een snellere groei vertonen in de toekomst, waardoor deze projectie te behoudend wordt. Hiertegenover staat natuurlijk de kans, dat ze tegen onverwachte obstakels oplopen, hetgeen de balans naar de andere kant door zou laten slaan. Het tweede probleem is, dat door de jonge leeftijd van deze industrie, de grote productieonderbrekingen in het begin de curve onbetrouwbaar kan maken. Deze problemen heb ik verholpen door alleen de laatste 15 jaar gegevens als basis voor de projectie te gebruiken. Deze bevatten de jaren met de grootste groei in de industrie van de wind- en zonne-energie. Zoals we aan de hoge correlatie tussen de curve en de cijfers zien, is de jaarlijkse afwijking tamelijk klein. Alles afgewogen lijkt deze projectie geschikt als basis voor het model.

 

Ik heb de piek van de vernieuwbare energie in 2070 geplaatst. Na deze piek neemt de productie af vanwege het feit, dat veel vernieuwbare energiebronnen (bijv. windturbines en foto-voltaische zonnepanelen) afhankelijk zijn van een hoog peil van technologie en fabricage. Het model voorziet, dat aan het eind van de eeuw het aandeel van vernieuwbare energie groter is geworden dan de andere, met uitzondering van waterkracht.


 

Afbeelding 11: Wereld-vernieuwbare-energieproductie, 1965 tot 2100

 

 

 

Alle energiebronnen in perspectief geplaatst

 

 

Afbeelding 12: Energiegebruik per bron, 1965 tot 2100

Afbeelding 12 toont alle curven samen. Dit geeft een idee van de respectievelijke tijdstippen van de verschillende piekproducties, als ook het aandeel van elke energiebron in de loop van de tijd.

 

Zoals je kunt zien, leveren de fossiele brandstoffen verreweg het grootste aandeel in de huidige mix van de wereldenergie, maar raken ze alle drie in snel verval in de tweede helft van de eeuw. Waterkracht en duurzame energie leveren een respectabel aandeel rond het midden van de eeuw, terwijl nucleaire energie een constante rol speelt. Aan het eind van de eeuw zijn olie en gas bijna uit het plaatje verdwenen, terwijl de dominante spelers waterkracht, vernieuwbare energie, steenkool en nucleaire energie zijn, in die volgorde.



 

Afbeelding 13: Totale energieverbruik, 1965 tot 2100

Afbeelding 13 heeft alle energiecurven bij elkaar opgeteld en toont de globale vorm van de wereld energie consumptie. Deze grafiek totaliseert alle stijgingen, pieken en dalingen en geeft een indruk van het totale energieverbruik tot 2100. De grafiek toont een sterke piek in 2020 met een steeds steiler verval tot 2100. De belangrijkste reden voor het verval is het opraken van olie, gas en, in mindere mate, steenkool. Het verval wordt getemperd door een toename in waterkracht en vernieuwbare energie en bereikt een gemiddelde van iets minder dan 3 procent per jaar.

Helaas betekent het verlies van het enorme aandeel fossiele brandstoffen, dat de totale hoeveelheid energie, die de mensheid aan het eind van de eeuw ter beschikking staat, minder dan 1/5 kan zijn van de energie die we nu gebruiken en minder dan 1/6 van de piek die over een jaar of tien komt. Dit tekort houdt een dreigende boodschap in voor onze toekomst. Die boodschap is het onderwerp van de rest van dit artikel.

 

 
Het effect van de energievermindering op de bevolking
 

Zoals ik in de inleiding zei, is de groei van de wereldbevolking mogelijk gemaakt door de groei van onze energievoorziening. Nu is het tijd wat nader op deze relatie in te gaan en de implicaties te bezien van het globale energiemodel, dat we zojuist hebben samengesteld.
 

De historische en de huidige situatie

Volgens een analyse van het historische energieverbruik, gepubliceerd door Western Oregon University, is onze individuele energieconsumptie uit voedsel relatief constant gebleven (binnen een verhouding van 1 op 3 gedurende het grootste gedeelte van de menselijke geschiedenis), terwijl de energie die we voor de rest van onze activiteiten gebruiken, vergeleken met de vroege agrarische tijd, in de huidige ontwikkelde landen bijna 30 keer meer geworden is. De wereldbevolking is met eenzelfde factor toegenomen, van 200 miljoen in het jaar 1 na Christus tot 6,6 miljard nu.

 

Eén van de meer betekenisvollere resultaten van het onderzoek van de Western Oregon University is de non-food energieconsumptie van de “geavanceerde agrarische mens” van Noord-Europa in 1400. Wanneer het getal van 20.000 kilocalorie per dag omgerekend wordt naar onze standaard maat van Ton Olie Equivalent, blijkt dat 0,75 toe per jaar te zijn. De consumptie van de “vroege geïndustrialiseerde mens” in 1875 wordt geschat op 2,5 toe per jaar. Ter vergelijking, in 1965 was het wereldgemiddelde van de non-food energieconsumptie slechts 1,2 toe per jaar.

Natuurlijk bestaan er op de wereld grote verschillen in de energieconsumptie. De gezamenlijke bevolkingen van China, India, Pakistan en Bangladesh (2,7 miljard inwoners) verbruiken gemiddeld 0,8 toe per persoon per jaar. Het wereldgemiddelde is 1,7 toe per persoon per jaar. De Noord-Amerikaanse consumptie is ongeveer 8,0 toe per persoon per jaar.

 

Het is redelijk om te verwachten, dat een krimpende energievoorziening de landen aan de tegengestelde uiteinden van het energieverbruikspectrum tamelijk verschillend zal treffen. Het plaatje wordt nog gecompliceerder door de effecten van de afnemende olie-export op landen die olie importeren en of deze landen arm of rijk zijn. Een nauwkeurige analyse van deze effecten ligt buiten het bereik van dit artikel. We zullen niettemin enkele impacts op de korte en middellange termijn bekijken. Dat is een toevoeging aan het onderzoek naar het algemene effect van de krimpende energievoorziening, dat het hoofdonderwerp van dit artikel is.

Lange termijn en samengevoegde effecten

Zoals getoond in het voorbeeld van de “agrarische mens” hierboven, heeft de mens een behoorlijke hoeveelheid energie nodig om te overleven, zelfs bij een tamelijk lage levenskwaliteit. Dit houdt in, dat wanneer de energievoorziening krimpt en de energie per hoofd van de bevolking afneemt, de kwaliteit van het leven van degenen die aan het lage uiteinde van het energieverbruik zitten zwaar getroffen zal worden. De ernst van het effect hangt af van hoe dicht ze aan het minimum overlevingspeil van de energievoorziening zitten.

 

In onze beschaving worden schaarse goederen op basis van prijs toegekend: hoe schaarser, hoe hoger de prijs. Degenen die zich kunnen veroorloven deze prijs te betalen kunnen het verkrijgen ten koste van degenen die dat niet kunnen. Degenen die te weinig bieden zullen hun consumptie moeten verminderen of zelfs zonder moeten doen. Dit is net zo goed van toepassing op energie als op elk ander product.
 
De mate waarin iemand een terugval in de energievoorziening en de stijgende energieprijzen kan overleven is in eerste instantie afhankelijk van de vraag of ze nog andere consumptiegoederen hebben, waarop ze kunnen besparen om voor de benodigde energie te betalen. Degenen die onderaan de economische ladder zitten hebben geen mogelijkheden hun vrij besteedbare inkomen anders te besteden, want ze hebben geen vrij besteedbaar inkomen. Daarom zullen zij niet voldoende kunnen bieden en af moeten zien van een bepaalde hoeveelheid olie of elektriciteit. Wanneer hun consumptie al zodanig laag is dat ze nauwelijks kunnen overleven, zullen de consequenties catastrofaal zijn.
 
Meer dan 4,5 miljard van de 6,6 miljard wereldburgers leven in landen met een gemiddelde energieconsumptie van minder dan 2,0 toe per persoon per jaar. Wanneer de energievoorziening daalt, lopen deze het landen het risico van een sterke toename in het sterftecijfer, wanneer ze niet meer mee kunnen bieden op de energiemarkt en de bevolking minder energie krijgt dan minimaal noodzakelijk is om te overleven.

 

Korte termijn en regionale effecten

Deze korte termijn en regionale effecten worden primair door het “Peak Oil”-fenomeen en de “Netto Export”-crisis veroorzaakt. Zodra het effect van krimpende exporten merkbaar wordt, zal de marktprijs heel snel stijgen.

Sommige olieproducerende landen zouden kunnen besluiten om meer te exporteren (en minder voor de eigen bevolking te houden) vanwege het geld dat het opbrengt. Dergelijke acties kunnen resulteren in een tekort gedane en ontevreden bevolking, hetgeen tot onrusten om olie en zelfs revolutie kan leiden. Andere producenten zouden kunnen overwegen hun olie thuis te houden om bij voorkeur hun eigen bevolking te voorzien. Dat zal resulteren in een golf van nationalisaties van oliebronnen, waarmee de regeringen de distributie naar de eigen bevolking kan leiden en de lokale prijs vast kan stellen.

Olie-importerende landen zullen voor een vergelijkbare keus komen te staan als de arme landen die hierboven werden genoemd. Ze zullen meer van hun vrij-besteedbare geld voor de aankoop van olie moeten gebruiken. Wanneer dat onvoldoende is voor hun behoefte zullen ze hun consumptie moeten beperken. Wanneer ze noch het één, noch het andere willen, zouden ze hun olietoevoer met de kracht van wapens veilig kunnen stellen, als ze daar de middelen voor hebben. Dichtbij gelegen olieproducerende landen, die hun olie van de wereldmarkt af houden (of daarvan verdacht worden), lopen een verhoogd risico het mikpunt van een oorlog om natuurlijke hulpbronnen te worden. Enkele aspecten van deze geopolitieke energie-overwegingen zouden al in het spel kunnen zijn bij de invasie van Irak door de VS.

De  “netto-olie-export”-crisis kan het bepalende geopolitieke evenement van de komende tien jaar worden.

 

 

Het bevolkingsmodel

Het bevolkingsmodel is hoofdzakelijk gebaseerd op de samengevoegde lange-termijn effecten van de afnemende energievoorziening. De mechanismes van de geprojecteerde bevolkingsdaling zijn niet bepaald. Het is echter aannemelijk, dat het onder andere zal gaan om grote regionale voedseltekorten, verspreiding van ziektes (door het afbrokkelen van stedelijke medische en sanitaire diensten) en toegenomen sterfte door koude en hitte.

 

De belangrijkste interactie in het model zit tussen de hoeveelheid energie, die in de loop van de tijd beschikbaar is (getoond op afbeelding 13), en een schatting van het gemiddelde energieverbruik per hoofd van de bevolking. Het huidige wereldverbruik ligt rond de 1,7 toe per persoon per jaar en in het model zakt dit gelijkmatig naar 1,0 toe per persoon per jaar in 2100. Ter vergelijking: het wereldgemiddelde in 1965 was 1,2 toe, dus het model voorspelt geen enorme afname onder dat verbruiksniveau. Een vergroting van de verschillen tussen rijke en arme landen is ook waarschijnlijk, maar dat wordt in deze benadering niet weergegeven.

Onder deze aannames zou de wereldbevolking groeien tot 7,5 miljard in 2025, alvorens het een onvermijdelijke daling inzet naar 1,8 miljard in 2100. 



 

Afbeelding 14: Wereldbevolking bij afnemende energie, 1965 tot 2100
 

 

 

Effecten van ecologische schade

Om het beeld van de menselijke bevolking van de komende eeuw te voltooien moeten we ook enkele ecologische inzichten ter sprake brengen.

Volgens een definitie op Wikipedia:

Ecologie is de wetenschappelijke studie van de verspreiding en overvloed van levende organismes, en hoe de verspreiding en overvloed beïnvloed worden door de interactie tussen de organismes en hun omgeving.

 

Er zijn twee ecologische concepten, die de sleutel zijn om de huidige situatie van de mens op onze planeet te begrijpen. De eerste is draagvermogen (Carrying capacity) en de tweede is over-aantal (Overshoot).

 

Draagvermogen

Het draagvermogen van een omgeving wordt bepaald door het aantal middelen, die beschikbaar zijn voor de bevolking die er woont. In de regel wordt voedsel als de beperkende factor beschouwd. Voor planten en dieren kan deze definitie makkelijk toegepast worden. Klassieke voorbeelden zijn bijvoorbeeld de schommelingen in de verhoudingen tussen roofdieren en prooien (bijv. wolven en herten of vossen en konijnen) of het aantal buffels dat op een bepaald prairieoppervlak kan leven.

Wanneer we proberen deze definitie op mensen toe te passen, komen we in problemen. In het dierenrijk, wanneer een bevolking kleiner is dan de draagkracht van de omgeving, zal die bevolking toenemen. En wanneer de draagkracht bereikt wordt, zal het aantal zich stabiliseren. Maar bij de mens groeit het aantal al sinds heel lang en groeit nog steeds, hoewel minder snel. Betekent dit dat we de draagkracht van de aarde nog niet bereikt hebben, of zijn er andere factoren in het spel?
 
De ontbrekende overweging is, natuurlijk, het type middelen dat door de individuen van de bevolking verbruikt wordt. In het dierenrijk is voedsel het belangrijkste middel, dat op een tamelijk constante manier vereist is. Dat kan wat schommelen door factoren zoals groei of seizoensgebonden energiebehoeftes, maar gemiddeld zal de hoeveelheid voedsel, die elk organisme nodig heeft, redelijk stabiel zijn. Daar dieren, afgezien van voedsel en water, nauwelijks andere middelen nodig hebben, is het relatief eenvoudig (op z’n minst in theorie) de draagkracht van een bepaalde omgeving voor een bepaald dier vast te stellen.
 
Ook voor mensen varieert de hoeveelheid voedsel, die we nodig hebben om te overleven, slechts binnen een kleine marge, laten we zeggen van 2.000 tot 5.000 kilocalorieën per dag, afhankelijk van onze activiteit. De hoeveelheid non-foodenergie die we verbruiken is echter zeer verschillend en dat maakt het berekenen van de draagkracht voor mensen gecompliceerder dan voor dieren. Het verbruik van non-food energie is overal verschillend. In de voorgaande secties hebben we energie gebruikt als benadering voor de benodigde middelen.

 

De definitie van draagkracht, waar ik de voorkeur aan geef, is:

De draagkracht van een bepaalde omgeving is het maximum aantal individuen, dat deze omgeving op een duurzame manier kan dragen, met een bepaald niveau van activiteit.
 
Duurzaamheid wordt als volgt gedefinieerd:

 

Een duurzaam proces of duurzame status kan op een bepaald niveau oneindig lang gehandhaafd worden.

 

Een duurzaam proces of duurzame status zou optimale condities moeten scheppen voor alle organismes die er door beïnvloed worden. Een duurzaam proces of duurzame status mag, direct nog indirect, de levensvatbaa