Kleine Geschichte unserer Energiebilanz
Vor etwa einer halben Million Jahren machten sich unsere Vorfahren zum ersten Mal das Feuer zunutze. Erst, um sich zu wärmen oder um wilde Tiere und Feinde zu vertreiben, dann auch zum Kochen. Der Energieverbrauch eines Menschen vor der Nutzung des Feuers betrug in etwa 10000 Kilojoule bzw. 2400 Kilokalorien pro Tag. Das entspricht 2,8 Kilowattstunden. Mit der Entdeckung des Feuers verdoppelte er sich dann ungefähr. Allerdings auf eine Menge, die gerade einmal zwei Prozent des heutigen Verbrauchs eines durchschnittlichen US-Bürgers beträgt. Jäger und Sammler nutzten damit lediglich die drei- bis sechsfache Menge ihres täglichen Grundumsatzes. Neben der Nahrung selbst stammte auch alle übrige Energie ausschließlich aus Biomasse, sprich: aus der Verbrennung von Holz. Um einen Menschen zu ernähren, benötigten altsteinzeitliche Kulturen zwischen 40 und 4000, unter besonders ungünstigen Bedingungen auch schon mal 10000 Hektar Fläche. Gleichwohl lag der Energiequotient eines Menschen – das ist das Verhältnis von eingesetzter zu gewonnener Energie – damals noch relativ niedrig, nämlich je nach klimatischen Bedingungen zwischen 1,25 und 3,3.
Der tägliche Energieverbrauch unserer frühen Vorfahren entspricht dem einer 100-Watt-Birne in zwei Tagen, dem eines Kühlschranks in etwa zwei Wochen. Wir erreichen heute den Energieverbrauch eines Steinzeitmenschen allein mit unserem privaten Stromverbrauch. Der beträgt nämlich in Deutschland rund 4,5 Kilowattstunden pro Tag und Einwohner. Wohlgemerkt: für 82 Millionen Einwohner. In der Steinzeit bevölkerten gerade einmal fünf bis zehn Millionen Menschen die gesamte Erde.
Im Vergleich zur Frühzeit ist bereits der Energieverbrauch von Agrargesellschaften ziemlich beeindruckend. Denn dort nutzt jeder Mensch pro Tag schon das 18- bis 24-Fache seines eigenen Grundumsatzes, also zwischen 31 und gut 46 Kilowattstunden. Das entspricht dem Brennwert von drei bis viereinhalb Litern Heizöl. Um 1000 Liter Wasser, also je nach Fassungsvermögen fünf bis sieben Badewannen, von 10 auf 37 Grad zu erwärmen, werden rund 30 Kilowattstunden Heizenergie benötigt. Die gleiche Menge an Strom verbraucht übrigens auch eine herkömmliche Lichterkette während der Weihnachtszeit. Während ein älteres Durchschnittshaus heute pro Quadratmeter und Jahr zwischen 150 und 250 Kilowattstunden verbraucht, sind 30 Kilowattstunden die Zielmarke für ein Niedrigenergiehaus.
Agrargesellschaften sind – energetisch betrachtet – nicht mehr zwingend nachhaltig. Die Arbeitsteilung in der Gesellschaft nimmt zu, ebenso die relativ energieintensive Viehhaltung. Die Menschen bauen, ihre Siedlungen wachsen mit merklicher Geschwindigkeit, ihre Gebäude werden ebenso größer und vielfältiger wie ihre Produktion, in kühleren Breiten heizen sie – und sie fangen an, sich professionell zu bekriegen.
Schon in der Antike beginnt deshalb der Raubbau an der Natur. Einen Quadratkilometer Wald kann eine recht kleine Gruppe von Männern mit passablen Äxten und Sägen innerhalb weniger Wochen abholzen. Um nachzuwachsen, braucht es dann fünfzig bis achtzig Jahre – ein Menschenalter. Folglich begleiten Holzmangel, Kahlschlag, Verkarstung und Versteppung die Menschheit beinahe seit Beginn der Zivilisation. Nicht so sehr zum Verfeuern, sondern für zweifelhafte gesellschaftliche Errungenschaften wie den Bau von Kriegsflotten haben schon Griechen und Römer fast die gesamte ägäische Inselwelt entwaldet.
Aufgrund verbesserter Versorgung nimmt die Bevölkerung langsam, aber stetig zu. Durch neue, im Lauf der Geschichte verbesserte Techniken, vor allem Pflug und Joch, wird die Landwirtschaft produktiver. Ein Ochse zum Beispiel leistet mit 300 Watt energetisch die Arbeit von vier Menschen. Während man allein mit der Hacke für die Bearbeitung eines Hektars rund 200 Arbeitsstunden braucht, pflügt der Ochse vor seinem Holzpflug dieselbe Fläche in 13 Stunden. Allerdings sinkt im Gegenzug durch den Futterbedarf des Tieres die gesamte Energieausbeute des Prozesses um rund ein Drittel. Doch schon in den frühen Agrarkulturen Mesopotamiens, Ägyptens oder Chinas konnte ein Hektar kultivierten Landes einen Menschen ernähren – vorausgesetzt, die Nutztiere kamen mit den Abfällen der Nahrungsproduktion aus oder wurden auf weniger ergiebigen Flächen gehalten.
Energieeffizienz kontra Arbeitsproduktivität
In der langen Geschichte der Agrargesellschaft fällt ein nur auf den ersten Blick paradoxes Phänomen auf: Arbeits- und Ergebnisproduktivität auf der einen und Energieeffizienz auf der anderen Seite entwickeln sich gegenläufig. Der britische Wissenschaftsjournalist und Umweltaktivist Gerald Leach hat schon 1976 in seinem Buch »Energy and Food Production« detailliert nachgewiesen, wie dramatisch energieintensive Formen der Landwirtschaft, bezogen auf die erwirtschaftete Nahrungsenergie, ins Minus fallen können. Einfache Formen von Subsistenzwirtschaft bringen es auf Energiequotienten von 15. In tropischen Breiten sind bei ›primitivem‹ Wanderfeldbau auch Werte von bis zu 65 möglich. Unter anderem verglich Leach damals die Energieausbeute beim Maisanbau in Mexiko, Guatemala, Nigeria, auf den Philippinen und in den USA. Dabei kam er auf Energiequotienten zwischen 30,6 und 2,6. Je höher industrialisiert die Landwirtschaft, so Leachs Fazit, desto schlechter ist das Verhältnis von aufgewendeter zu gewonnener Energie.
Die Erklärung dafür liegt einigermaßen auf der Hand. Selbst wenn ein Mensch nur ein Fünftel der über die Nahrung aufgenommenen chemischen Energie in mechanische Energie, also Bewegung oder Arbeit, umwandeln kann: Wärme und Reibung, also thermische Energien, entstehen bei jeder Form der Energieumwandlung. Anders gesagt: Es gibt keinen Wirkungsgrad von 100 Prozent. Das wäre das Perpetuum Mobile, die sich unendlich selbst bewegende Maschine.
Einige Beispiele: Die Photosynthese etwa hat einen Wirkungsgrad von bis zu 35 Prozent im roten Lichtspektrum, etwas mehr als ein Otto-Motor. Will man sich an einem Lagerfeuer bloß wärmen, liegt sein Wirkungsgrad bei über 80 Prozent. Als Kochstelle erhitzt es allerdings nur noch zu 15 Prozent den Topf. Ein moderner Gasherd ist die erste Wahl jedes professionellen oder auch nur passionierten Kochs. Ich falle in die zweite Kategorie. Deshalb ist ein großer Gasherd der letzte Verbraucher fossiler Energie in unserem Haus. Sein Wirkungsgrad liegt bei 40 Prozent. Ein Kohlekraftwerk bringt es auf einen Wirkungsgrad von 25 bis 50. Moderne Turbinen für sich betrachtet besitzen sogar einen Wirkungsgrad von über 95 Prozent. Rechnet man allerdings Gas- und Wasserflüsse, weitere Umformungs- sowie Leitungsverluste hinzu, fällt der Wirkungsgrad, bis am Ende Strom aus der Steckdose kommt, auf unter 30 Prozent.
Da der niedrige Wirkungsgrad von Solarmodulen immer gern als Argument gegen diese Technologie angeführt wird, an dieser Stelle vorab nur so viel: Die Energieausbeute eines Photovoltaik-Moduls liegt heute je nach Technik in der Tat ›nur‹ zwischen 6 Prozent bei Dünnschichtmodulen und 18,5 Prozent bei solchen aus monokristallinem Silizium. Da die Sonne aber umsonst scheint, hat das höchstens Auswirkungen auf den Flächenbedarf einer Anlage. Außerdem muss der Strom nicht verlustträchtig über zentrale Netze verteilt werden. Vor allem aber: Der ›Brennstoff‹ steht in einem nachgerade gigantischen Übermaß zur Verfügung. Denn die Sonne strahlt etwa das Zehntausendfache unseres heutigen weltweiten Energiebedarfs auf die Erde ab. Außerdem werden durch die technische Entwicklung in der Photovoltaik künftig Wirkungsgrade von bis zu 40 Prozent möglich sein. Später mehr dazu.
Klar ist: Je vielstufiger Prozesse der Energieumwandlung, mithin auch der Produktion, der Veredlung oder der Verteilung von Lebensmitteln und anderen Gütern sind, desto häufiger werden große Teile der eingesetzten Energie als Wärme an die Umwelt abgegeben. Deshalb können durch Erfindung und Verbesserung von Geräten, Maschinen und Prozessen zwar meist weniger Menschen mehr leisten. Energieeffizienter wird es dadurch aber selten. Deshalb sollte neben jede rein wirtschaftliche Kosten-Nutzen-Rechnung immer auch eine Energiebilanz gestellt werden. Und deren Leitfrage muss stets lauten: Können wir ein annähernd gleiches Ergebnis auch mit weniger Energieeinsatz erreichen?
So kann zum Beispiel ein Bauer mithilfe eines Traktors wohl das 50- bis 100-Fache an Fläche bearbeiten, was er zuvor mithilfe von Zugtieren beackern konnte. Doch weil der Trecker hoch verdichtete Energie in Form von Treibstoff verbraucht und weil die enorme Reduktion der Arbeitsintensität nur deshalb nicht zulasten des Ertrags geht, weil zusätzlich energieintensive chemische Düngemittel zum Einsatz kommen, erreicht man in der industrialisierten Landwirtschaft unserer Tage durchgängig nur Energiequotienten zwischen 1 und 3. Damit sind wir, wohlgemerkt was die Energiebilanz unserer Nahrungsgewinnung anbetrifft, wieder auf dem Level steinzeitlicher Jäger und Sammler angelangt. Nur weil Menge, Vielfalt und Qualität der Nahrungsmittel zunehmen und weil sie für mehr Menschen zu niedrigeren Preisen verfügbar sind, kann das innerhalb gewisser Grenzen als akzeptabel gelten.
Sicher haben Sie schon einmal gelesen oder gehört, dass in einer Kalorie Fleisch bis zu 20 Kalorien eingesetzter Energie stecken. Tierische Nahrungsmittel sind damit unter dem Gesichtspunkt ihrer Energiebilanz eigentlich...
