Energie: Eine Frage der Perspektive

(There is also an english version available.)

Als ich in den siebziger und achtziger Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts aufgewachsen bin, war »Energie« das, womit Papas Auto fährt und wodurch es im Winter zuhause warm ist. Allerdings unkte man damals, dass diese Energie irgendwann, möglicherweise schon bald, aufgebraucht sein könnte, und dann wären wir ziemlich arm dran und müßten uns mit Windmühlen und Solarzellen behelfen, die nie auch nur annähernd so effizient sein könnten wie die »richtige« Energie.

Es hat mehr als dreißig Jahre gedauert, bis ich gelernt habe, dass es gerade andersherum ist. Ich verdanke das vor allem den Büchern von R. Buckminster Fuller, die mein Nachdenken über Energie und über unsere Zivilisation mehr verändert haben als irgendetwas zuvor. Heute sind Fullers Einsichten in weiten Bereichen längst im Mainstream angekommen und gelten als offensichtlich. Dennoch treffe ich in Gesprächen immer wieder auf Menschen, die von Fullers Überlegungen genauso verblüfft sind wie ich es war, als ich zum ersten Mal damit konfrontiert wurde. Ich will darum versuchen, eine kleine Zusammenfassung seines Argumentationsgangs zu schreiben, unterfüttert mit ein paar Links, um Fullers Argumente zu belegen.

Es gibt keine Energiekrise, nur eine Krise der Unwissenheit. – R. Buckminster Fuller

Fast die gesamte Energie, die uns auf der Erde zur Verfügung steht, kommt aus einer einzigen Quelle: der Sonne. Während unsere Wissenschaftler bislang vergeblich versuchen, das Feuer der Kernfusion zu entfachen, haben wir bereits einen funktionierenden Fusionsreaktor direkt vor unserer Haustür. Er befindet sich in einem komfortablen Sicherheitsabstand von 150 Millionen Kilometern von uns, und wir sind durch einen raffinierten, ausgeklügelten Schutzschirm vor den gefährlichen Anteilen seiner Strahlung geschützt: den Van-Allen-Gürtel. Dieser Fusionsreaktor produziert Abermilliarden mal mehr Energie, als unsere Zivilisation jemals nutzen könnte. Selbst der winzige Anteil dieser Energie, der unsere kleine blaue Murmel namens Erde trifft, ist einige tausend mal größer als der gegenwärtige Weltenergieverbrauch.

So gut wie alle Formen der Energie, die wir kennen, sind mehr oder weniger indirekte Formen dieser Sonnenenergie. Wind ist Luft, die von der Sonne unterschiedlich stark erwärmt wurde. Wenn wir Propeller in diesen Luftstrom stellen, dann benutzen wir die Atmosphäre wie eine Art gigantische Turbine, die von der Sonne angetrieben wird. Wasserkraft (hydroelektrische Energie) entsteht durch Wasser, das von der Sonne verdampft wurde, um dann als Regen oder Schnee auf geringfügig höherem Niveau wieder abgelagert zu werden.

Fossile Brennstoffe (Kohle, Gas, Öl) sind die konzentrierten Überbleibsel der Photosynthese. Feuer ist, wenn sich die Sonne von einem Baumstamm abspult, wie Fuller es ausdrückte. Es ist eine gespeicherte Form von Sonnenenergie. Tatsächlich ist es eine hochkonzentrierte Form von Sonnenenergie, deren Aufbau Millionen von Jahren dauerte. Das ist der Grund, warum sie so bemerkenswert effizient ist, und warum es so einfach ist, die Energie aus dieser Form der Speicherung freizusetzen. Die Vorräte an fossilen Brennstoffen sind jedoch endlich, und ihre Menge ist winzig verglichen mit dem, was die Sonne uns jeden Tag vor die Tür liefert. Es ist eine meiner Lieblingszahlen: Die Menge aller noch in der Erdkruste befindlichen fossilen Brennstoffe entspricht etwa zwanzig Tagen Sonnenschein.

Man kann fossile Brennstoffe daher als eine Art »Kick Starter« für eine Zivilisation betrachten: sehr einfach zu aktivieren und zu benutzen, aber nur in sehr geringer Menge vorhanden. Es scheint gerade genug von ihnen zu geben, damit eine Zivilisation die Technik entwickeln kann, um die wirkliche Quelle der Energie anzuzapfen: die Sonne selbst.

Photovoltaische Zellen heutiger Technologie, verteilt über eine Fläche von etwa der Größe Deutschlands oder Pennsylvanias, würden den Weltenergiebedarf decken, wenn sie sich in der Nähe des Äquators befänden. Man gehe ein bißchen vom Äquator weg, mache sie ein bißchen größer und verteile sie ein wenig über die Erde, und unsere Energieversorgnung ist gesichert. Es ist richtig, dass einige Probleme noch gelöst werden müssen: Zum Beispiel brauchen wir bessere Kurzzeit-Speicher für elektrische Energie, damit Sonnenenergie besser auf der Nachtseite der Erde genutzt werden kann. Manche unserer Technologien müssen umgestellt werden, damit sie durch Elektrizität anstatt durch Verbrennungsmotoren angetrieben werden können. Das alles ist vorstellbar, machbar mit nur sehr geringer Erweiterung unserer gegenwärtigen technischen Möglichkeiten.

Das, was wir Kernenergie nennen, ist hingegen eine recht merkwürdige Art, Energie aus Materie freizusetzen. Der Brennstoff von Kernspaltungsreaktoren (Uran) ist ebenfalls eine indirekte Form von Sonnenenergie. Uran ist ein schweres Element, das in den Fusionsreaktoren mehrerer Generationen von Sternen über mehrere Milliarden Jahre hinweg erzeugt wurde. Auch aus dieser Form der Speicherung können wir die Energie freisetzen, aber das erzeugt Stoffe, die für uns hochgefährlich sind, und mit denen wir bislang in keiner Weise umgehen können — außer sie möglichst tief in der Erde zu vergraben und zu vergessen. Ich finde, das klingt nicht sehr überzeugend.

Es ist richtig, dass die Technik uns eines Tages ermöglichen könnte, das Problem der nuklearen Abfälle zu lösen. Ich habe allerdings den Eindruck, dass die technologische Lücke, die wir schließen müßten, um die direkte Sonnenenergie tragfähig zu machen, sehr viel kleiner ist als die Lücke, die einer langfristigen Nutzung der Kernenergie im Wege steht. Angesichts der Tatsache, dass wir geradezu ertrinken in einer Form der Energie, die einfach so auf uns herunterscheint, halte ich es für offensichtlich, welches die vernünftigste Technologie ist, in die wir investieren sollten.

Als mir diese Dinge klar wurden, fand ich es zunehmend merkwürdig, wenn nicht sogar irreführend, dass wir Energieformen wie Wind, Wasser, und auch die Sonnenstrahlung selbst als »erneuerbare Energien« bezeichnen. Es klingt wie eine Verlegenheitslösung, als wären sie ein Notbehelf und ein armseliger Ersatz für die »richtige« Energie, die uns leider abhanden gekommen ist. Dabei ist es ja gerade umgekehrt: Fossile Brennstoffe sollten als das bezeichnet werden, was sie sind: eine vorläufige Energie, ein Kick Starter, um das nächste Level zu erreichen. Wirkliche Energie gibt es auf der Sonne, unserem großen Fusionsreaktor am Himmel, und das noch ein paar Milliarden Jahre lang.

Wie bereits erwähnt, verdanke ich diesen Gedankengang im wesentlichen den Büchern von R. Buckminster Fuller. Als Einstieg empfehle ich sein Hauptwerk »Critical Path«, und da besonders das Einleitungskapitel. Hier sind seine Ideen am besten entwickelt, die Summe eines lebenslangen Nachdenkens. Leider gibt es das Buch nur auf Englisch. Ebenfalls sehr zu empfehlen ist »Bedienungsanleitung für das Raumschiff Erde«, das sowohl auf Deutsch als auch auf Englisch verfügbar ist (sogar im Volltext online). Allerdings erreicht es nicht ganz die Exzellenz von »Critical Path«.

Eine sehr ausführliche Besprechung von »Critical Path«, einschließlich langer Passagen aus dem Buch selbst, findet sich hier (ebenfalls englisch).

Energy: The Real Thing and the Substitutes

(Zur deutschen Version.)

My understanding of energy, the world, and our civilization has been influenced, more than anything else, by the books of R. Buckminster Fuller. They have been real eye-openers for me. As of today, Fuller’s perspective and line of reasoning is becoming more and more mainstream and common sense. But still, in discussions, I frequently encounter people who are just as stunned and baffled by Fuller’s way of looking at things as I was when I first came across it.

So I decided to write a small summary of it, and back it up with some links to provide solidification for the facts that Fuller made me aware of.

There is no energy crisis, only a crisis of ignorance. — R. Buckminster Fuller

Almost all of our energy comes from a single source: the sun. While scientists on earth are still trying in vain to light the fire of nuclear fusion, we do have a working nuclear fusion reactor right outside our windows. It is located at a comfortable safety distance of 150 million kilometers from Earth, and we are shielded from the dangerous parts of its radiation by an intricate structure, the Van Allen Belt. This reactor is so huge, it emits billions and billions of times more energy than our civilization could possibly ever use. Even the tiny fraction of that energy which hits our small blue marble called Earth is several thousand times more than our current world energy consumption.

Practically all sources of energy that we know of are more or less indirect forms of that solar energy. Wind is air that is differentially heated by the sun. If we put propeller blades into that air stream, we are using the atmosphere as a kind of giant turbine, driven by the sun. Hydroelectric power — currents of water flowing downhill — is kinetic energy in water that was heated and vapourized by the sun, thus lifted up into the atmosphere, and then fell down in the form of rain or snow to slightly more elevated levels than where it was initially vapourized.

Fossil fuels (coal, gas, and oil) are the concentrated remains of photosynthesis. Fire is the sun unwinding from a tree’s log, as Buckminster Fuller put it. It’s a stored form of solar energy. In fact, it’s a highly concentrated form of solar energy that took millions of years to produce. That’s why it is so remarkably efficient, and why it is so easy to unlock the energy from that form of storage. The reserves of fossil fuels are finite, however, and their amount pales, compared to what the sun delivers to our doorstep every single day. It’s one of my favourite numbers: The amount of energy stored in all the remaining fossil fuels in the Earth’s crust equals about twenty days of sunshine.

Fossil fuels, therefore, can be considered a kind of kick starter for a civilization: very easy to activate and use, but only in very limited supply. There seems to be just about enough of them so that a civilization can develop means to tap into the real source of energy: the sun itself.

Photovoltaic cells of today’s technology, covering an area about the size of Germany or Pennsylvania, would meet the current world energy consumption, if located near the equator. Move it away from the equator a bit, make it a bit larger and spread it out around the globe, and our energy needs are provided for. It is true that some problems remain to be solved: For example, better short-term storage for electricity needs to be developed, so that solar power can be made more readily available on the night side of Earth. Some of our technology needs to be transformed so that it can be powered by electricity, rather than combustion engines. All of that is conceivable, doable with very little extension of our current technological means.

That which we call nuclear power, by contrast, is a rather awkward way to unlock energy from matter. The fuel for nuclear fission reactors (Uranium) is also an indirect form of solar energy. Uranium is a heavy element, having been bred in the fusion reactors of several generations of stars over billions of years. We can unlock the energy from that kind of storage, too, but it results in highly toxic waste for which we have currently no means of dealing with, except burying it as deep as possible in the Earth and forgetting about it. That doesn’t sound very convincing to me.

It is true that technology might some day allow us to solve the problem of nuclear waste. It is my impression, however, that the technological gap that we need to bridge in order for solar energy to be viable, is much smaller than what would be needed to solve the problem of nuclear waste. Given the fact that we are literally drowned by a form of energy that shines directly at us, I think it is self-evident which is the most reasonable technology to invest in.

When I grew up in the nineteen seventies and eighties, I was under the impression that there is “real energy”, the kind of energy that keeps Daddy’s car running and the house warm in the winter, but that this real energy might some day run out and then we’ll be screwed, having to make do with some weak substitutes like solar panels and wind mills, which will be nowhere near as efficient as the real energy. These substitutes even come with a strange name: renewable energy, which really does make them sound like a poor substitute for the real thing.

I have since learned that it is just the opposite. Fossil fuels, which have kept the industrialized world running from its beginning, should be called for what they are: preliminary energy, a kind of kick starter to advance to the next level. The real thing is the sun, our big fusion reactor in the sky, which will be with us for billions of years to come. The energy that we derive from this source, as directly as possible, is what deserves the name real energy, direct energy, or maybe simply:energy.

As I said above, I owe this line of reasoning mostly to the books of R. Buckminster Fuller. As a starting point, I recommend his master work, Critical Path, particularly the Introduction. This is where his ideas are best developed, the sum of a life-time’s thinking. I also recommend his earlier book, the Operating Manual for Spaceship Earth, which is available in full text online, although it does not quite reach the level of excellence found in Critical Path.

For a very thorough review of Critical Path, including long passages from the book itself, go here.