Hvis vores civilisation skal have energi nok i fremtiden, er der en vigtig lektion at hente hos nordamerikanske stammefolk. Den begynder med ... fisk

MOD STRØMMENFisk kan lære os en hel del om energi, viser det sig. Foto: Matthias Breiter, Minden / Ritzau Scanpix

Vores medlemmer foretrækker at lytte

Zetlands medlemmer kan høre alle vores artikler som lyd - oplæst af skribenterne selv. De fleste foretrækker at lytte i vores app, hvor man får den bedste oplevelse. Men du er velkommen til at lytte med her.

Derfor skal du læse denne artikel

Billig og rigelig fossil energi har været afgørende for at skabe vores moderne samfund. Men på det seneste er energien blevet sværere at få fat på, og det kan få gennemgribende konsekvenser for … alting. Tag med ind i den livlige debat om Energy Return on Investment, EROI. Et begreb opfundet i kølvandet på 1970’ernes oliekrise, som meget vel kan få en central placering i energipolitikken de kommende år.

Før europæerne kom til, var Nordamerikas nordlige stillehavskyst domineret af Tlingit-folket. De er bedst kendt for deres farverige totempæle, men det er ikke det mest interessante ved dem. For et folk, der ikke bedrev landbrug, havde Tlingit-folket nemlig en højst usædvanlig levevis. Store dele af året var de fastboende, og deres samfund var organiseret i en avanceret klanstruktur, hvor hver klan havde ejerskab over bestemte områder, egne religiøse og politiske ledere, landsbyer med flere hundrede indbyggere og egen udenrigspolitik’. Den slags er ikke standard blandt folk, der ernærer sig som jægere og samlere.

Hvorfor er det interessant? Jo, fordi det siger noget om, hvad energi betyder for et samfund. Energi,” har den tjekkisk-canadiske professor og energihistoriker Vaclav Smil skrevet, er den mest basale valuta.” Den er, fortsætter han, nødvendig for at få noget som helst gjort”. Og hvad har det med Tlingit-folket at gøre? Ret meget, faktisk. Folket på den nordamerikanske vestkyst kunne udvikle et avanceret samfund uden hverken hjul eller plov, fordi de havde meget nem adgang til den mest basale form for energi overhovedet – nemlig den, vi putter i vores maver. Hvert år, når stillehavslaksen vendte hjem for at gyde, bugnede floderne af fede fisk, som var lige til at samle op og sætte til livs eller tørre til senere forbrug. Derfor behøvede Tlingit-folket kun at investere meget lidt energi (i form af menneskeligt arbejde) i at få en masse energi tilbage (i form af fisk). Det betød, at der var nogle, som kunne lave noget andet end af fiske – for eksempel rejse totempæle, bygge permanente vinterhytter, bedrive diplomati med naboklanerne og i det hele taget udvikle et ret avanceret samfund. På det mest fundamentale plan var det laksene, som gjorde Tlingit-folkets levevis mulig.

Energiforskere beskriver forholdet mellem den energi, man bruger på at skaffe sig energi, og så den energi, man får ud af anstrengelserne, ved hjælp af begrebet EROI, Energy Return on Investment. Nogle gange siger de Energy Return on Energy Investment, ERoEI, for lige at understrege, at det her handler om energi og ikke penge, men lad nu det ligge. I dagens højteknologiske samfund er forholdet mellem energi ind’ og energi ud’ vigtigere end nogensinde, og alt tyder på, at det vil blive vigtigere og vigtigere, efterhånden som vi forsøger at erstatte de gamle, fossile energikilder med ny, vedvarende energi. Forskellige vedvarende energikilder tager sig nemlig meget forskelligt ud, når man ser på forholdet mellem energi-investeringer og energi-afkast, og det er stadig et åbent spørgsmål, om vi overhovedet kan skabe et nyt energisystem, der giver os et lige så godt energi-afkast på vores energi-investeringer, som vi har været vant til. Og hvis ikke vi kan … ja, så vil det svare til, at man tog laksene fra Tlingit-folket.

Forvirret? Lad os begynde med at sammenligne vores moderne fødevareproduktion med Tlingit-folkets. Mens det oprindelige folk på Nordamerikas vestkyst investerede langt færre kalorier i at fiske, end de fik ud af det i form af fisk, bruger vores moderne fødevaresystem mere energi, end det leverer i form af mad. Hvordan kan det lade sig gøre? På grund af energi fra fossile råstoffer. Vi laver brændstof til landbrugsmaskiner af olie og kunstgødning af gas. Når vi dyrker jorden, forvandler vi altså en hel masse ikke-spiselig energi til en lidt mindre mængde spiselig energi. I princippet kunne vi godt bruge vedvarende energi som input til fødvareproduktionen, men det ændrer ikke på det basale: Vi er nødt til at pløje mere energi ind i vores fødevaresystem, end vi får ud af det, ellers kan vi slet ikke lave mad nok til alle de mennesker, vi er, på den plads, der er til rådighed. Og det betyder, at vores civilisation som helhed er nødt til at hente et overskud af energi et andet sted.

Dét overskud har vi fået fra fossile brændstoffer lige siden industrialiseringen, som jo var den historiske transformation, der gjorde det muligt for os mennesker at blive så mange. Kul, olie og gas leverer stadig 85 procent af vores energi på verdensplan. Og det er her, det med EROI – altså forholdet mellem energi-investering og energi-afkast – bliver rigtig interessant. EROI for de fossile brændstoffer er nemlig begyndt at falde. Traditionelt har EROI for fossile brændstoffer været meget høj, op til 100 eller mere, hvilket vil sige, at man har kunnet få 100 gange så meget energi tilbage, som man behøvede at investere i at udvinde dem.

Men de senere årtier er billedet altså begyndt at ændre sig, og hvorfor er egentlig ikke så svært at forstå. Se på olieproduktionen i USA. I 1800-tallet behøvede olie-pioneren John Rockefeller groft sagt blot at stikke et rør i jorden, så væltede råolien op. I dag involverer det meste amerikanske olieudvinding en særdeles energikrævende proces, som presser olie ud af skifersten. Man skal altså bruge meget mere energi på at få noget brugbar olie ud af ressourcen.

Blandt forskere, der beskæftiger sig med energi, er der rimelig bred enighed om, at EROI for fossile brændsler falder. Hvad det så betyder, er der derimod meget delte meninger om. Faktisk spænder buddene fra noget i retning af, at vores civilisation står på randen af kollaps, og til, at vedvarende energikilder allerede i dag er et sted, hvor de ikke bare klimamæssigt, men også ud fra rene energihensyn er mere fordelagtige end de fossile alternativer. En ting er der dog nogenlunde enighed om: Forholdet mellem energi-investering og energi-afkast ser ud til at blive mere og mere centralt, efterhånden som vi forsøger at vænne os af med de fossile brændsler.

Begrebet EROI er opfundet af den pensionerede amerikanske professor Charles A.S. Hall i 1970’erne, og dén historie begynder også med fisk. Det var en tid, hvor en global oliekrise med et pludseligt fald i olieproduktionen satte en skræk i livet på mange oliefyrede vestlige samfund, og hvor bogen Grænser for vækst kickstartede en global diskussion om risikoen for, at den menneskelige civilisation ville løbe tør for ressourcer og kollapse – en diskussion, som stadig raser.

Charles A.S. Hall begyndte sin akademiske karriere med at studere, hvorfor 27 fiskearter i en mindre flod i North Carolina gad bruge en masse energi på at svømme op mod strømmen for at gyde. Han kom frem til, at det handlede om energi. Ved at svømme op ad floden nåede fiskene frem til mere næringsrige områder, hvor deres afkom havde lettere adgang til mad. På den måde fik fiskene mindst tre gange så meget energi igen, som de brugte på at svømme op ad floden.

Senere begyndte Charles A.S. Hall at studere fossile brændsler i stedet for fisk. Han er stadig særdeles aktiv i energidebatten, og han er ikke optimist. For ham at se har vi allerede oplevet konsekvenserne af faldende EROI for fossile brændsler i form af aftagende økonomisk vækst. Når der skal bruges mere energi på at skaffe energi, er der mindre energi tilovers til alt muligt andet, lyder ræsonnementet, og det kan helt konkret bakkes op af den iagttagelse, at væksten i de rige lande ser ud til at have været for nedadgående siden 1960’erne. Den dybestliggende årsag, mener Charles A.S. Hall, er, at vi ikke længere har så let adgang til energi, som vi havde engang for ikke så længe siden.

Som led i arbejdet med den her artikel kontaktede jeg Charles A.S. Hall for at høre, om ikke de senere års massive udbygning af især vind- og solkraft giver håb om, at vi kan erstatte de stadig mere besværlige fossile ressourcer med de stadig mere attraktive vedvarende alternativer, så problemet ligesom løser sig selv. Hans svar? Et ret klart nej.

Der er logisk set ikke nogen mulighed for at løse de her problemer uden at stabilisere eller reducere befolkningernes og økonomiernes størrelse, hvilket de fleste slet ikke overvejer,” svarede han. Hvis ikke vi gør det, vil naturen gøre det for os.”

Opfinderen af begrebet EROI mener altså, at vi mennesker enten er nødt til at skrue ned for vores forbrug eller for antallet af mennesker og helst begge dele, hvis ikke vi vil risikere, at hele vores civilisation klapper sammen. I sin e-mail tilføjede han: Jeg forstod alt det her, da jeg var 22 (jeg er næsten 77) og ikke havde børn, så hvad pokker. Men jeg ønsker ikke at se nogen mennesker lide, og jeg tror, at lidelsen ville blive mindre, hvis vi alle sammen forstod det her.”

Som forklaring på, hvorfor de vedvarende energikilder ikke kan redde os, henviser Charles A.S. Hall først og fremmest til en nylig forskningsartikel fra en gruppe spanske forskere. Spanierne har bygget en matematisk model for et helt energisystem og regnet på, hvad der sker med EROI for systemet som helhed, hvis man giver den fuld gas med omstilling til 100 procent vedvarende energikilder. Spaniernes model kommer frem til, at det vil få EROI til at falde fra 12 til 3. Hvor vi i dag, på tværs af alle energikilder, i gennemsnit får cirka 12 gange så meget energi igen, som vi bruger på at skaffe os energi, vil vi altså i fremtiden – ifølge spanierne – kun kunne få tre gange så meget energi igen.

Og hvad så, kunne man spørge. Det er jo stadig et afkast på 200 procent. De fleste ville nok være tilfredse med en pensionsopsparing med sådan et afkast, og i øvrigt fik Charles A.S. Halls fisk jo også kun’ tre gange så meget energi igen, som de brugte på at svømme mod strømmen. Og det gad fiskene jo godt. Så hvad er problemet? Jo, det handler om, hvor meget energi, der er tilovers’ til resten af samfundet. Når EROI falder under et vist niveau, begynder der nemlig at være markant mindre energi til overs, fordi en langt større del af energiproduktionen simpelthen skal bruges på at skaffe ny energi. Hvis man godt kan lide matematik, kan man illustrere dén kendsgerning ret simpelt med en ligning, som man kan plotte ind på en graf. Så får man det, der kaldes The Net Energy Cliff – altså netto-energiskrænten. Og skrænter, dem kan man som bekendt falde ud over.

Energiskrænten opstår, fordi forholdet mellem energisystemets EROI-værdi og så den energi, som energisystemet kan stille til rådighed for resten af samfundet, ikke er lineært. Der sker simpelthen det, at så længe EROI er høj, gør det ikke den helt store forskel, at EROI falder. Hvis EROI er 100, skal man kun bruge én procent af energien på at skaffe sig ny energi. Hvis EROI er 50, er det stadig kun to procent, man er nødt til at geninvestere. Er EROI 25, er det fire procent. Altså stadig ikke ret meget. Hvis EROI er 12 – som det aktuelt er tilfældet ifølge de spanske forskere – er det stadig ikke store mængder af energien, man behøver at geninvestere: omkring otte procent.

Men et sted omkring en EROI-værdi på fem sker der noget dramatisk. Her begynder mængden af energi, der er tilovers til resten af samfundet, at styrtdykke. Ved en EROI-værdi på tre – som de spanske forskere forudsiger for et energisystem med 100 procent vedvarende energi – skal man bruge en tredjedel af al produceret energi på at skaffe mere energi. Det vil ifølge de spanske forskere betyde, at energisektoren skal producere så voldsomt meget ekstra energi, at det kan blive svært at skaffe råstoffer nok til at lave alle de nødvendige vindmøller og solceller.

Opsummerende kan man altså sige, at analysen hos Charles A.S. Hall og spanierne er:

  1. De fossile brændsler, vores civilisation bygger på, skubber os langsomt nærmere og nærmere energiskrænten.
  2. Vi skal ikke regne med, at vi kan redde os selv fra at falde ud over kanten ved at klynge os til de vedvarende alternativer.

Nu er det imidlertid sådan, at debatten om EROI blandt energianalytikere – som jeg nævnte tidligere – er temmelig, ehrm, uafklaret. Der er andre forskere, som ser noget anderledes på sagerne. I sommeren 2019 udkom en analyse i tidsskriftet Nature Energy, hvor en forskergruppe sammenlignede fossile og vedvarende energikilder på lidt andre præmisser end deres spanske kolleger. Hvor spanierne kiggede på EROI ved energikilden, kiggede forskerne bag Nature-artiklen på EROI ved slutbrugeren. Det gør, skulle jeg hilse og sige, en hulens til forskel.

Årsagen er den her: Det kan godt være, at der er rigtig meget energi i kullet ude ved kulminen, men når først kullet er blevet flyttet hen til et kraftværk og brændt af for at lave strøm – som jo ofte er det, man egentlig skal bruge – er der altså kun en brøkdel af kullets oprindelige energiindhold tilbage. Med en vindmølle forholder det sig stik modsat: Her leveres energien med det samme i den form, den skal bruges: som elektricitet. Det betyder, at en langt større del af den energi, man høster ved kilden, er til rådighed for slutbrugeren.

På baggrund af den slags betragtninger – omsat til en stribe regnestykker – når forskerne bag Nature Energy-artiklen frem til den her konklusion: EROI for vedvarende energi kan meget vel være højere end EROI for fossile brændstoffer.” Det er præcis samme konklusion, som energiforskerne Marco Raugei og Enrica Leccisi i 2016 nåede frem til, da de nærstuderede Storbritanniens elproduktion i en anden forskningsartikel. Faktisk lammetævede landets vindmøller flere af de fossile energikilder, når man så på EROI. Vindmøller både på land og vand havde i britisk sammenhæng en EROI tæt på 20, mens kul lå og rodede rundt nede omkring tre en halv, når man medregnede energitabet mellem mine og stikkontakt.

Hvis det faktisk er sådan, at vedvarende energikilder allerede i dag har en EROI højere end de fossile alternativer, når man sammenligner på lige vilkår, er det jo ikke ligefrem noget, som styrker argumentet for, at vi skulle være på vej ud over en eller anden fossil energiskrænt, som de vedvarende energikilder ikke kan redde os op fra. Da jeg fanger Marco Raugei på telefonen, siger han:

Der findes en misforståelse, som lyder, at EROI for fossile brændsler i dag er høj, og at vi skal være forsigtige, hvis vi bevæger os ned ad bakke herfra. Det er kun delvist rigtigt. Energiafkastet for fossile brændsler er kun højt, hvis man udregner det på det forkerte stadie i processen, for nu at sige det lidt firkantet.”

Oveni kommer, siger Marco Raugei, at overgangen fra fossile til vedvarende energikilder kan give nogle store energimæssige fordele, som man også skal tage højde for. Det handler om, at teknologier baseret på elektricitet typisk er langt mere effektive end teknologier baseret på varme. Det kan man måske bedst illustrere ved at sammenligne en fossilbil med en elbil. For at få en fossilbil ud at køre skal man først have noget råolie op af undergrunden, man skal raffinere den til benzin eller diesel, og så skal man brænde brændstoffet af for at få motoren til at køre. Alene i motoren går to tredjedele af energien i brændstoffet tabt. En elbil, derimod, kan bruge strømmen fra en vindmølle, som den er, og elmotoren udnytter samtidig energien mindst tre gange så godt som en forbrændingsmotor. Altså skal man i sidste ende bruge langt mindre energi per kilometer, man vil køre. Og den slags fordele kan man høste rigtig mange steder rundtomkring i energisystemet ved at skifte varme ud med el.

En vigtig pointe i alt det her er dog, at hverken Marco Raugeis analyse af det britiske elsystem eller Nature Energy-artiklen indregner de energimæssige omkostninger ved at håndtere de naturlige udsving i energiproduktionen fra vind og sol, som følger af vejret. Udsvingene kan man groft sagt håndtere på tre måder.

  1. Man kan styre strømforbruget, så man bruger mest strøm, når der produceres mest.
  2. Man kan lagre noget af energien.
  3. Man kan bygge en masse ekstra vindmøller og solceller, så man er nogenlunde sikker på at have strøm nok, også når der kun er en lille smule blæsevejr eller solskin.

Især behovet for lagring og ekstra kapacitet indebærer nogle ekstra energiomkostninger, som ifølge Charles A.S. Hall er meget store – han henviser igen til det spanske studie. Ifølge Marco Raugei er det en helt fair indvending, og spanierne rejser nogle valide pointer, mener han. Men, siger han også: Nogle af spaniernes antagelser om behovet for lagring og overkapacitet er sandsynligvis en smule pessimistiske”. Der er brug for mere detaljerede undersøgelser og scenarier tilpasset forskellige steder på kloden, før man kan sige noget endeligt om behovet, mener han.

Og så blev vi altså så meget klogere … eller noget. Alt det her illustrerer, hvorfor EROI er noget så paradoksalt som et superanvendeligt begreb, som er supersvært at anvende i praksis: Det betyder helt vildt meget, hvordan man regner, og hvad man antager. Derfor skal vi nok ikke lige med det første forvente en endelig konklusion på, hvad EROI-tilgangen faktisk kan fortælle os om overgangen fra fossil til vedvarende energi. Faktisk er det slet ikke sikkert, at vi skal forvente én samlet konklusion, men mange, som varierer med de lokale forhold.

Men det betyder selvfølgelig ikke, at de EROI-analyser, der er lavet de senere år, er ubrugelige. Faktisk kan de fortælle os en hel del interessante ting, som vi måske kan bruge til at træffe kloge valg, når vi skal forsøge at lave et andet og mindre klimaskadeligt energisystem end det, vi har i dag.

Det første, der springer i øjnene, er, at den mest energieffektive energikilde overhovedet er vandkraft. Energimæssigt giver det altså langt bedre mening at opdæmme en flod end at fyre med kul, olie eller gas. Måske netop derfor er der dog et begrænset potentiale for at udbygge produktionen af vandkraft – de fleste af de bedste steder på kloden er simpelthen allerede taget. I en dansk kontekst er der selvfølgelig også dét, at vi hverken har floder eller bjerge. Hvis du vil prøve at rejse penge til et dæmningsprojekt ved Mølleåen, så fyr den endelig af. Men det bliver uden mig.

Så er det straks mere interessant, at vindkraft generelt scorer virkelig højt, markant højere end solkraft. I Marco Raugeis studie af Storbritannien, hvor vejrforholdene jo minder en del om de danske, scorer vindmøller – både på land og til vands – fem gange så højt som almindelige solceller, hvor det vigtigste råmateriale er silicium. Såkaldte tyndfilmssolceller baseret på cadmium-tellurid, som er en knap så udbredt teknologi, klarer sig bedre, men stadig kun halvt så godt som vindmøllerne. I de studier, som refereres i Nature Energy-artiklen, ligger EROI for elektricitet produceret med vindkraft i et spænd fra 14 til 30, mens solceller ligger mellem 4 og 20, altså noget lavere. Billedet var det samme, da Charles A.S. Hall og nogle kolleger i 2014 gennemgik litteraturen i en forskningsartikel: Vind slår generelt sol, når man måler på EROI. Dog skal man lige holde sig for øje, siger Marco Raugei, at solceller er knap så moden en teknologi som vindmøller. Derfor kan der godt ske teknologiske fremskridt, som vil udjævne forskellen mellem de to over tid.

Tager man klimabrillerne på, har vindmøllerne i øvrigt endnu et fortrin: Det kræver ikke lige så mange fossile råstoffer at lave dem, som det gør at lave solceller. Årsagen er, at de solceller, som dominerer verdensmarkedet i dag, er baseret på silicium. Og udvinding af silicium kræver nogle kemiske reaktioner, som man ofte brænder kul af for at opnå. Den proces undgår man, når man laver vindmøller.

Der er et par interessante ting mere, som EROI-analyserne kan fortælle os: Nemlig at biobrændstoffer rent energimæssigt ligner lidt af en blindgyde sammenlignet med vand, vind og sol. EROI for bioætanol og biodiesel af den slags, som vi herhjemme blander i benzin og diesel for at gøre brændstofferne mere klimavenlige, er ganske enkelt håbløst lav. Nogle studier kommer faktisk frem til, at det rent energimæssigt er en netto-udgift at lave biobrændstof. For at forstå, hvordan det kan være muligt, skal man bare tænke på fødevaresystemet, der jo også er en nettoforbruger af energi: Det kræver samme mængde energi at dyrke majs, uanset om man vil spise dem eller brænde dem af.

Lidt mere sløret er billedet, hvis man kigger på træbaseret biomasse af den slags, som vi herhjemme brænder af i enorme mængder for at lave strøm og varme. Marco Raugei har flere gange kigget på EROI for biomasse til strømproduktion og konkluderet, at det springende punkt er, om man brænder importerede træpiller eller hjemmedyrket skovflis. EROI for træpillerne er håbløst lav, fordi det kræver så meget energi at lave træet til træpiller. Er de importerede, er det endnu værre. Hjemmedyrket skovflis, derimod, tager sig ganske godt ud i EROI-perspektiv.

Og hvad så med atomkraft? Jo, den har også en høj EROI – i Marco Raugeis britiske studie er den kun overgået af vandkraft. I Charles A.S. Hall og kollegernes metastudie fra 2014 havner atomkraften et sted mellem sol og vind. Det giver, siger Marco Raugei, om ikke andet et godt argument for at holde liv i de atomkraftværker, der allerede kører. Råstoffet – uran – er selvfølgelig ikke fornybart, men der er dog temmelig meget tilbage, og næsten en tredjedel af det befinder sig i ganske fredelige Australien.

Alt i alt er det altså svært at komme uden om, at forholdet mellem energi-investeringer og energi-afkast ser ud til at blive langt mere relevant for os i fremtiden, end vi har været vant til – eller bare bevidste om. Også selv om forskerne stadig er uenige om nogle ret væsentlige ting.

Dermed selvfølgelig ikke sagt, at EROI er det eneste, der betyder noget, når man skal træffe beslutninger om, hvordan et fremtidigt, ikke-fossilt energisystem skal se ud – sådan som vi meget snart skal her i Danmark, hvis vi vil leve op til vores klimamål. Det betyder også ret meget, hvilken slags energi de forskellige energikilder leverer (strøm, varme eller begge dele), og hvorvidt energikilderne kan tændes og slukkes efter behov (det kan for eksempel hverken vindmøller eller atomkraftværker). Prisen er heller ikke helt ligegyldig. Og endelig betyder det ret meget, om energikilderne med fordel kan bruges til noget andet end at lave strøm og varme af, sådan som det for eksempel gælder for megen biomasse.

Men derfor kan det jo alligevel godt være, at vi bør holde lidt mere øje med EROI-værdierne fremover, når vi efter alt at dømme skal lære at balancere lidt tættere på kanten af energiskrænten, end vi har været vant til. Ellers risikerer vi jo bare, at det hele går i fisk.

Ved du, hvorfor Zetland findes?

Vi følger otte enkle principper, der hjælper med at skabe plads til fordybelse og omtanke i en verden, der mangler præcis dét.

– Lea Korsgaard, medstifter og chefredaktør

Vis mig Zetlands principper

I dag læser vores medlemmer: