Das Zeitalter der Industrie

Hintergrundinformation

Eine kleine Geschichte des
menschlichen Energieverbrauchs

Den größten Teil ihrer Geschichte war die Menschheit auf ihre Muskelkraft angewiesen. Vorgeschichtliche Jäger, Sammler und Fischer waren fast ausschließlich auf die Energie aus ihrer Nahrung angewiesen. Die Wirksamkeit der Muskelkraft wurde aber schon früh durch Werkzeuge erhöht. Mit der Erfindung der Landwirtschaft machte der Mensch sich auch die Muskelkraft von Haustieren nutzbar, und im Laufe der Zeit nutzte er auch mechanische Energie - Wasser- und Windmühlen sowie Segelboote waren seine wichtigsten Erfindungen. Die Nutzung fossiler Brennstoffe, die die Industrielle Revolution einleitete, vervielfachte die dem Menschen zur Verfügung stehende Energie, schuf aber auch ganz neue Probleme.

Jäger, Sammler und Fischer

Pro-Kopf-Energieverbrauch der Jäger und Sammler

Pro-Kopf-Energieverbrauch von Jägern, Sammlern und Fischern: Jeder Mensch nutzt
das drei- bis sechsfache des menschlichen Grundumsatzes, vor allem Nahrungsenergie
und Biomasse als Brennstoff. Eigene Abbildung.

Nahrung ist die erste und wichtigste Energiequelle des Menschen: Wir brauchen die in der Nahrung enthaltene Energie, um uns am Leben zu erhalten (“Grundumsatz”) und um Arbeit verrichten zu können (“Leistungsumsatz”). Der Grundumsatz eines Menschen beträgt 55 bis 90 Watt - je nach Gewicht und Geschlecht, wobei die Werte auch noch je nach Individuum um über 30 Prozent schwanken können. 55 bis 90 Watt, das entspricht einem Energieumsatz von 1,3 bis 2,2 Kilowattstunden pro Tag (kWh/Tag). Der Leistungsumsatz hängt vor allem von der Muskelarbeit und der Umgebungstemperatur ab. Schwere Arbeit kann den Grundumsatz mehr als verdoppeln; bei leichter körperlicher Arbeit kommen etwa 60 Prozent zum Grundumsatz hinzu. Der gesamte Energieumsatz eines leicht arbeitenden Menschen beträgt also 2,1 bis 3,5 kWh/Tag (mehr hierzu: >> Der Energieumsatz des Menschen). Ob dieser Wert auch für frühe Sammler, Jäger und Fischer zutrifft, wissen wir nicht. Aber viele Forscher vermuten, dass sie nur >> wenig arbeiten mussten, so dass der Wert passen könnte. Der Energiegehalt von Nahrungsmitteln wird aus historischen Gründen oft noch in Kalorien angegeben, ein mittlerer Energieumsatz von 2,8 kWh/Tag entspricht 2.400 kcal oder 10 MJ (der “offiziellen” SI-Einheit). Zu Zeiten der Jäger und Sammler waren dies hauptsächlich Pflanzen(-teile), wie Samenkörner, Nüsse, Früchte und Wurzeln. Deren Energiegehalt reicht von 1 MJ/kg bei essbaren Blättern über 15 MJ/Kg für Samenkörner bis zu 25 MJ/kg für Nüsse. Das Sammeln lohnte sich; typischerweise erbrachte es zehn bis fünfzehn Mal soviel Energie wie es an Aufwand kostete.

Tiere zu jagen, verlangte dagegen einen größeren Aufwand als das Sammeln von Pflanzen - dieser lohnte sich vor allem bei großen Pflanzenfressern, die fettreiches Fleisch besaßen. Ein großer Bison konnte 50 Kilogramm Fett enthalten, und Fett ist mit 39 MJ/kg sehr energiereich. So konzentrierten sich menschliche Jäger auf diese Tiere, die sie entweder einzeln bis zur Erschöpfung hetzten oder aber - vor allem bei großen Tieren oder Herden - in der Gruppe jagten. >> Bessere Werkzeuge - etwa die Erfindung des Speeres vor 400.000 Jahren - erleichterten die Jagd und erhöhten im Laufe der Zeit die Energiemenge, die in Form von Fleisch zur Verfügung stand. Noch ertragreicher als die Jagd war in manchen Regionen die >> Fischerei: Vor allem, wo große Fischschwärme die Küste entlang zogen, war diese außerordentlich lohnend. In solchen Regionen entstanden die ersten festen Siedlungen der Menschheit, die Fischerei erlaubte Bevölkerungsdichten von bis zu 100 Menschen pro Quadratkilometer. Wo die Menschen in Wäldern und von der Jagd leben, erlaubte das Nahrungsangebot in vorgeschichtlicher Zeit üblicherweise höchstens zehn Menschen pro Quadratkilometer; in Steppenregionen kamen die Menschen auf eine Bevölkerungsdichte von etwa einem Menschen pro Quadratkilometer.

Eine weitere wichtige Energiequelle hatte bereits Homo erectus erschlossen: das >> Feuer. Mit dem Feuer konnte er seinen Lebensraum um solche Gebiete erweitert, die (sei es auch nur nachts oder im Winter) zuvor zu kalt waren; Feuer erschloss einen größeren Anteil der in der Nahrung enthaltenen Energie - roh ungenießbare Teile konnten nun gekocht, gebacken oder gebraten werden. Mit der verbrannten Biomasse wandelte der Mensch mehr Energie um als mit der Nahrung: So verbrauchten die Jäger und Sammler insgesamt das drei- bis sechsfache des menschlichen Grundumsatzes. Mit dem Feuer begann auch die tief greifende Umgestaltung der natürlichen Umwelt durch den Menschen: Schon die Jäger und Sammler brannten etwa Wälder ab, um mit dem danach sprießenden Gräsern >> Jagdwild anzulocken. Dies waren die ersten, quantitativ noch unbedeutenden Anfänge, Energie (in diesem Fall Feuer) zur Steigerung der “Produktion” einzusetzen; eine Anwendung von Energie, die das kommende Zeitalter der Landwirtschaft bestimmen sollte; das Zeitalter, in dem die Menschen als Jäger, Sammler und Fischer lebten, war energetisch überwiegend ein “Regime der unkontrollierten Sonnenenergieflüsse” (200): der Mensch lebte von in Biomasse umgewandelter Sonnenenergie, ohne diesen Umwandlungsprozess zu kontrollieren.

Das Zeitalter der Landwirtschaft

Pro-Kopf-Energieverbrauch im Zeitalter der Landwirtschaft

Pro-Kopf-Energieverbrauch  von Agrargesellschaften: Jeder Mensch nutzt
das 18- bis 24-fache des menschlichen Grundumsatzes, vor allem Nahrungsenergie,
Biomasse als Brennstoff und, neu: die Energie von Haustieren (aber auch von
Zwangsarbeitern und Sklaven). Eigene Abbildung.

Mit der >> Erfindung der Landwirtschaft nahm die Menge der zur Verfügung stehenden Nahrungsenergie dadurch zu, dass Energie (in Form von menschlicher und tierischer Arbeit) eingesetzt werden konnte, mehr Energie (Nahrung) zu erzeugen. Die Ernten in Mesopotamien, am Nil und in Nordchina reichten für etwa 100 Menschen pro Quadratkilometer kultivierten Landes aus. Für so viele Menschen reichte die Nahrung aber nur, wenn sie nicht an Haustiere verfüttert wurde; und so mussten diese mit nicht vom Menschen nutzbaren Resten oder mit Weiden auf unproduktivem Land auskommen. Damit änderte sich die Zusammensetzung der Nahrung: Sie hing wieder stärker von den Kohlehydraten aus pflanzlicher Nahrung ab, der Anteil tierischer Nahrung sank, und damit der Anteil an Fetten und Proteinen. Menschen, die von der Landwirtschaft lebten, waren oft kleiner als zuvor die Jäger und Sammler - ein Indikator für schlechtere Ernährung; und sie waren bei Missernten Hungersnöten ausgesetzt (>> mehr).

Im Laufe der Zeit >> wuchs der Ertrag der Landwirtschaft allmählich; ertragreichere Sorten und besseres Wissen ließen immer mehr Menschen von der Landwirtschaft leben - im China der Qing-Dynastie bis zu 500 Menschen pro Quadratkilometer kultivierten Landes - allerdings im wesentlichen vegetarisch. Haupthindernisse für eine höhere Produktion waren damals Nährstoff-, vor allem Stickstoff-, -mangel und fehlende Energie. Zur wichtigsten Energiequelle in der Landwirtschaft und auch für den Transport von Waren waren seit der Zähmung der Tiere (>> hier) neben der menschlichen Plackerei die Haustiere geworden. Aber die kräftigen Pferde konkurrierten direkt mit den Menschen um Nahrung; so wurden lange Zeit Ochsen und Kühe bevorzugt, die als Wiederkäuer Zellulose nutzen konnten, also von Grasstoppeln und Stroh leben konnten. Ein Ochse leistete mit 300 Watt etwa die Arbeit von vier Menschen; und er lieferte Fleisch und Leder. Außerdem konnten Ochsen Pflüge ziehen: Während Menschen mit Hacken ein Hektar Land in etwa 200 Arbeitsstunden für die Aussaat vorbereiten konnten, brauchte ein Ochse mit einem Holzpflug nur etwa 13 Stunden - war also 15 Mal schneller. Das anspruchsvollere Pferd, das pro Tier 1,5 bis 2 Hektar Futterfläche brauchte, wurde erst mit der Erfindung und Verbreitung des Kummets ab dem 12. Jahrhundert zunehmend als Zugtier eingesetzt; in Südeuropa wurden bevorzugt die anspruchsloseren Esel und Maultiere genutzt.

Die menschliche Arbeitskraft wurde in weiten Teilen der Welt in Form von Zwangsarbeit genutzt; sei es als Sklavenarbeit oder in Form abhängiger Pächter und Landarbeiter. Die Arbeit auf den Feldern ist aber nicht das ganze Jahr über gleich intensiv, und die Arbeitskraft von Mensch und Tier wurde auch von den >> neu entstehenden Staaten genutzt: Die große Mehrheit der Monumente der Vorgeschichte, vom Großen Kanal in China bis zu den Pyramiden in Ägypten, beruhten ebenfalls auf Zwangs- und Sklavenarbeit. Sklaven ermöglichten es den Bürgern von Athen, sich der “Polis” zu widmen und übernahmen die schweren Arbeiten in Rom; erst mit der Verknappung der Sklavenarbeit gegen Ende des römischen Reichs wurden verstärkt mechanische Energiequellen wie Wasserräder genutzt.

Wärme, Beleuchtung und Transport

Der Wärmebedarf zum Kochen, zum Erwärmen der Häuser und der Herstellung von Ziegeln sowie zum Schmelzen von Eisen wurde mit Biomasse gedeckt. Neben Pflanzenresten wie Stroh dienten auch tierische Exkremente als Brennstoff; weitaus wichtigster Brennstoff war aber Holz. Wo es keine Wälder gab, wurde dieses von weit her transportiert. Der Energieverbrauch einer vorindustriellen Stadt wird je nach Klima und vorhandenen Handwerkszweigen auf etwa 10 bis 30 Watt pro Quadratmeter bebaute Fläche geschätzt; um diesen Energiebedarf nachhaltig mit Holz zu decken, war mindestens die 50- bis 150-fache Fläche der Stadt erforderlich. (Auch wenn die Holznutzung früher nicht unbedingt nachhaltig war: vorindustrielle Megacities wären schon aus Gründen der Energieversorgung unmöglich gewesen.) Holz diente auch als Baustoff; für ein mittelalterliches Haus wurden Dutzende Eichen benötigt - für Prachtbauten wie Windsor Castle im 14. Jahrhundert über 4.000; und auch der Bau der im Mittelalter zunehmend genutzten Segelschiffe verbrauchte große Mengen Holz - ein hochseetaugliches Schiff bis zu 3.000 Eichen. So kam es immer wieder zu Holzmangel; vor allem, als das Schmelzen von Eisen zunahm - zu Produktion von einer Tonne Eisen brauchte man etwa 1.000 Tonnen Holz. Zu Holzmangel kam es daher in Nordchina bereits im 11. und 12. Jahrhundert, in England ab dem 13. Jahrhundert und in Kontinentaleuropa ab dem 15. und 16. Jahrhundert - hier war der Waldbestand von 400 bis 1600 n. Chr. von 90 auf 20 Prozent der Gesamtfläche zurückgegangen. Aus Mangel an Feuerholz zum Salztrocknen musste England etwa Salz aus Frankreich importieren; der Holzmangel führte auch dazu, dass die eigentlich ungeliebte Kohle >> verbrannt wurde. Die amerikanische Eisenherstellung verschlang 2.500 Quadratkilometer Wald im Jahr 1810; ein Jahrhundert später hätte der Bedarf 170.000 Quadratkilometer betragen (hätte, denn dieser Bedarf war nur noch durch Kohle zu decken, die 1910 bereits drei Viertel der amerikanischen Energieversorgung abdeckte).

Offene Feuer dienten zunächst auch der Beleuchtung der Häuser, später wurden Tonlampen, in denen tierisches Fett (>> Walöl) und später auch Pflanzenöl verbrannt wurde, genutzt. Ab dem Jahr 800 vor unserer Zeit wurden Kerzen genutzt. Die Effizienz der Energieumwandlung in Licht betrug übrigens nur 0,01 (Kerzen) bis 0,03 Prozent (Öllampen).

Der Transport von Nahrungsmitteln, Brennstoffen und Gütern wurde vor allem mit Ochsen und Pferden abgewickelt; in Nordafrika, im Nahen Osten und Asien auch von Kamelen und in Tibet von Yaks. Aufgrund schlechter Wege hatten Wagen es schwer, und nach dem Zerfall des römischen Straßennetzes ging der Wagentransport wieder zurück. Zu Zeiten der Römer konnte ein von Ochsen gezogener Wagen 490 Kilo Ware 15 bis 20 Kilometer am Tag ziehen. Mit dem Zerfall der Straßen nahm die Bedeutung der Pferde zu, alleine in London lebten im Jahr 1901 über 300.000 Pferde. Ihre Ernährung (und die Entsorgung der Pferdeäpfel) waren ein zentrales Thema aller Großstädte dieser Zeit. Billiger und effizienter war der Transport auf dem Wasser. Segel sind auf ägyptischer Grabmalerei und griechischen Gefäßen zu sehen, sie wurden von Chinesen und Arabern weiterentwickelt. Erst im späten Mittelalter holte Europa auf und lernte, dicht am Wind zu segeln - gemeinsam mit den eisernen Waffen eine der Voraussetzungen für die >> Eroberung der Welt, die durch Kolumbus’ Atlantiküberquerung und Magellans Pazifiküberquerung gekennzeichnet war. Ihre Schiffe waren noch so groß wie römische Frachtschiffe; die späteren Chinaklipper waren zehn Mal so groß und doppelt so schnell.

Die ersten Maschinen: Wasser- und Windmühlen

Die Nahrungserzeugung für eine zunehmende Bevölkerung und die Metallherstellung brachten die menschliche Arbeitskraft und die Nutztiere an den Rand ihrer Leistungsfähigkeit. Nahrungserzeugung und Metallherstellung profitierten daher besonders von den ersten mechanischen Energieumwandlern: Wasser- und Windmühlen, mit denen Getreide gemahlen, Öl gepresst und Metall bearbeitet werden konnte.

Wasserräder waren schon vor der Zeitenwende genutzt worden, waren aber zunächst den von Tieren angetriebenen Mühlen und Pumpen nicht überlegen. Ab dem 9. Jahrhundert fanden sie dann eine weite Verbreitung. Windmühlen wurden im Mittleren Osten seit dem 10. Jahrhundert genutzt; in Europa begann ihre Verbreitung im Mittelalter. Die Weiterentwicklung beider Mühlentypen hat eine wichtige Rolle bei der Mechanisierung der Welt gespielt. Nach 1800 nahm mit Verwendung eiserner Bauteile und verbesserter Schmierung ihre Leistung und Bedeutung rasch zu; noch 1849 betrug die Leistung der Wasserräder in den USA die Hälfte der Leistung aller Dampfmaschinen. Die metallenen Wasserräder führten auch zum Bau der ersten Wasserturbinen, die ab 1832 zum Antrieb von Schmiedehämmern und ab 1880 zur Stromerzeugung genutzt wurden.

Die Entwicklung bei den Wasserrädern spiegelte sich bei den Windmühlen: Mit technischen Verbesserungen übernahmen Millionen von Windmühlen in den USA vor allem den Antrieb von Wasserpumpen, während in Europa 30.000 größere Anlagen vor allem entlang der Nordsee tatsächlich als Mühlen dienten - und als Pumpen das Land entwässerten. Energetisch wurde das Zeitalter der Landwirtschaft auch als “Regime der kontrollierten Solarenergieflüsse” (200) bezeichnet: Die Menschen waren weiter vom Fluss der Sonnenenergie abhängig, konnten aber mit der Landwirtschaft die Umwandlung von Sonnenenergie in Biomasse zumindest teilweise kontrollieren; und lernten, Wasser- und Windkraft zu nutzen.

Die Industrielle Revolution

Energieverbrauch nach der Industriellen Revolution

Pro-Kopf-Energieverbrauch von Industriegesellschaften: Jeder Mensch nutzt
das 70- bis 80-fache des menschlichen Grundumsatzes, vor allem fossile Brennstoffe
(siehe unten).  Eigene Abbildung.

In vorindustriellen Zeiten war die Nutzung von Kohle eine Notlösung: Kohle war dreckig und wurde nur verwendet, wenn Brennholz oder Holzkohle knapp und teuer wurden. Sie sollte aber untrennbar mit einem Umschwung verknüpft sein, dessen Auswirkungen ähnlich umwälzend wie die der Erfindung des Ackerbaus waren: der >> Industriellen Revolution. Kohlevorkommen sind die Ergebnisse einer >> langandauernden Umwandlung von Wäldern aus dem >> Karbon (Steinkohle) und dem >> Känozoikum (Braunkohle). Damit bedeute ihre Nutzung auch einen Übergang von erneuerbaren Energiequellen zu fossilen Brennstoffen (dem “Regime der fossilen Energien” [200], also die Ablösung der Solarenergieflüsse als wichtigster Energiequelle durch den Abbau von im Laufe geologischer Zeiten entstandener Energiebestände.

In kleinem Umfang waren die großen Kohlelagerstätten in Europa schon seit dem 13./14. Jahrhundert abgebaut worden, soweit der Abbau im Tagebau oder kurzen Schächten möglich war; auch in China war die Kohle bekannt. Ihr Durchbruch kam aber erst, als Holz und Holzkohle knapp wurden und die Dampfmaschine es ermöglichte, das “Grubenwasser” genannte Grundwasser, das in die immer tiefer werdenden Gruben lief, abzupumpen. Damit ermöglichte die Kohle die Gewinnung weiterer Kohle, und so sollte die Dampfmaschine das Gesicht der Industriellen Revolution bestimmen. Kohlebetriebene Dampfmaschinen setzten sich Anfang des 19. Jahrhunderts zunehmend als stationäre und bald auch mobile (Dampfschiffe, Lokomotiven) Energiequelle durch; damit wurde die Kohlenutzung in den Industrien auch außerhalb der Fundgebiete möglich; mit aus Kohle gewonnenem Stadtgas wurden Städte wie London, Boston, New York und Berlin beleuchtet. Der Kohleverbrauch stieg schnell: Von 10 Millionen Tonnen im Jahr 1800 über 76 Millionen Tonnen im Jahr 1850 auf 760 Millionen Tonnen im Jahr 1900; nunmehr deckte Kohle 90 Prozent des weltweiten Brennstoffbedarfs. (In England sowie West- und Mitteleuropa war dies schon früher so, erst ab den 1890er Jahren wurde Kohle aber auch zum wichtigsten Brennstoff der USA; hier hatten zuvor die Wälder noch genug Holz und Holzkohle geliefert - die späte Besiedlung durch die Europäer hatte bis dahin einen Teil der Wälder vor der Vernichtung bewahrt. In anderen Ländern war in der Frühzeit der Industrialisierung auch die Wasserkraft weiter bedeutsam, etwa in der Schweiz und in Japan.) Im Jahr 1900 lebten auf der Erde 1,6 Milliarden Menschen, alleine der Kohleverbrauch entsprach einem Energieverbrauch von 11,4 kWh/Tag pro Einwohner, also mehr als das sechsfache des menschlichen Grundumsatzes.

Die größten Vorteile der Kohle (und der anderen fossilen Brennstoffe wie Öl und Gas, siehe unten) sind ihre hohe Energiedichte und dass sie gut transportiert und gelagert werden können; damit können standortunabhängig genutzt werden. Die Energienutzung und noch mehr die genutzten Energiedienstleistungen haben seither ganz neue Größenordnungen erreicht und unser gesamtes Leben verändert: Durch die Mechanisierung der Landwirtschaft wurden Menschen für die Arbeit in der Industrie frei (nach dem zweiten Weltkrieg arbeiteten erstmals weniger als die Hälfte der Menschheit in der Landwirtschaft, was der britische Historiker Eric Hobsbawm als dramatischsten sozialen Wandel des 20. Jahrhunderts bezeichnet hat); das Land, das man vorher für den Anbau von Futtermitteln für die Ochsen und Pferde benötigte, die Pflüge und Wagen zogen - in Nordamerika und Europa ein Viertel bis ein Drittel des Ackerlandes -, für den Anbau von menschlicher Nahrung. Mit Hilfe petrochemischer Verfahren hergestellte Herbizide und Pestizide steigerten die Erträge der Landwirtschaft weiter; heute ernährt sie über sieben Milliarden Menschen (mehr: >> Industrielle Landwirtschaft). Schwere körperliche Arbeit wurde weitgehend von Maschinen übernommen und eine industrielle Massenproduktion ermöglicht; die Mobilität wurde durch Eisenbahn, Autos und Flugzeuge grundlegend verändert; die durch >> Strom ermöglichten Formen der Kommunikation und der Informationsverarbeitung ändern gegenwärtig unser Leben. Heute nutzt jeder Mensch auf der Erde im Durchschnitt ständig 43,2 kWh/Tag an technisch erzeugter Energie - also etwa soviel, wie 25 schwer körperlich arbeitende Menschen an Leistung dauerhaft erbringen können. Wichtiger sind aber die großen regionalen Unterschiede: In Indien beträgt dieser Wert 12 kWh/Tag, in China 33,6 kWh/Tag, für einen durchschnittlichen Europäer 127 kWh/Tag, für einen Deutschen 132 kWh/Tag (>> mehr) und für einen US-Amerikaner über 250 kWh/Tag.

Energieverbrauch der Welt von 1860 bis 2010

Entwicklung des Weltenergieverbrauchs im Industriezeitalter (von 1860 bis 2010): Der zunehmende Pro-Kopf-Verbrauch und die zunehmende Weltbevölkerung ergaben ins- besondere nach dem zweiten Weltkrieg einen enorm ansteigenden Energieverbrauch. (Die Einheit Mtoe bedeutet Millionen Tonnen Öl-Äquivalent.) Eigene Abbildung nach >> Murck, Environmental Science und BP Statistical Review of World Energy June 2011/ Internationale Energieagentur Key Energy Statistics 2010. In dieser Abbildung wird wie in den meisten Darstellungen die statistisch nicht erfasste Nutzung traditioneller Biomasse (Holz, Dung, etc.) in der Dritten Welt unterschätzt, sie beträgt aktuell mindestens 10 Prozent des gesamten Energieverbrauchs (>> mehr), damit liegt der Primarenergieverbrauch bei über 13.000 Mtoe (= 545 EJ) (ohne lag er laut BP Statistical Review of World Energy June 2011 bei 12.002 Mtoe).

Wie die obige Abbildung zeigt, spielte Kohle dabei nicht einmal die Hauptrolle: Erdöl wurde - nachdem Edwin Drake 1859 in Pennsylvania erstmals erfolgreich nach Öl gebohrt hatte - zunächst verwendet, um Kerosin als Lampenöl zu gewinnen und so das zunehmend knapper und teurer werdende Walöl zu ersetzen. Bald wurden aber seine Vorteile gegenüber der Kohle - höhere Energiedichte, leichterer Transport, sauberere Verbrennung, vielseitige Verwendbarkeit - klar. Dafür muss Erdöl vor seiner Verwendung bearbeitet werden; in Raffinerien wird es in seine Bestandteile aufgespalten. Zuerst, ab etwa 1910 begann der Übergang zu Erdöl in den USA - auch weil hier Autos am weitesten verbreitet waren. Das Auto war anfänglich ein Spielzeug für die Reichen; aber seit es den Autobesitzern, Autoproduzenten und den Öl- und Reifenlobbyisten gelungen war, dass in den USA öffentliche Geldmittel in ungeheurem Umfang in den Straßenbau gesteckt wurden und Henry Ford mit seinem Fließbandsystem das Auto auch für die Mittelschicht erschwinglich machte, >> setzte sich das Automobil als Verkehrsmittel durch. Ab 1950 begann der Übergang auch in Europa und Japan. Ein weltweites Netzwerk aus Förderanlagen, Pipelines, Tankern und Raffinerien entstand, und Anfang der 1960er Jahre wurde Erdöl zum wichtigsten fossilen Brennstoff. Heute beträgt sein Anteil am weltweiten Energieverbrauch etwa 34 Prozent, und fast 60 Prozent des Öls werden im Transport verbraucht (mehr hierzu: >> Eine kurze Geschichte des Erdöls).

Seit den 1980er Jahren spielt auch Erdgas eine zunehmende Rolle. Zwar hatte bereits 1883 das amerikanische Pittsburgh sein Stadtgas durch Erdgas ersetzt, aber als die Beleuchtung durch Elektrizität billiger wurde, gab es für das oft zusammen mit dem Erdöl anfallende Erdgas keine Verwendung mehr. Jahrzehntelang wurde das bei der Ölförderung anfallende Gas einfach abgefackelt; die verbreitete Nutzung wurde erst mit der Entwicklung von Hochdruck-Pipelines möglich (die andere heute genutzte Transportmöglichkeit ist die teure Verflüssigung und der Transport als Flüssiggas). Heute ist Erdgas mit einem Anteil von etwa 24 Prozent am weltweiten Energieverbrauch nach Erdöl und Kohle der drittgrößte Energielieferant. Verwendet wird es vor allem zur Raumheizung, für industrielle Prozesse und zur Stromerzeugung; über die Verwendung von Erdgas als Wasserstoff- und Energiequelle für das Haber-Bosch-Verfahren zur >> Herstellung von Kunstdüngern trägt es auch zu gesteigerten Erträgen in der Landwirtschaft bei. Kohle hat heute am Energieverbrauch weltweit einen wieder steigenden Anteil von knapp 30 Prozent, über drei Viertel davon gehen in die industrielle Energie- und Stromerzeugung.

Die vielseitigste Energie: Strom

Fossile Brennstoffe werden seit 1882 auch eingesetzt, um Dampf hoher Temperatur zu erzeugen, mit dem man wie auch mit Wasserkraft über Generatoren Strom erzeugen konnte (>> hier). Mit der Umwandlung in Strom und dessen Transport in Leitungen war nun auch die Wasserkraft standortunabhängig nutzbar; und gegenüber der Dampfmaschine war Strom eine enorm bequeme und vielseitige Form der Energienutzung: Er kommt aus der Leitung (keine Tanks oder Lagerkeller erforderlich), ist an der Verbrauchsstelle sauber, und kann von der Raumheizung über Transport (Elektromotoren) bis hin zur Beleuchtung auf Knopfdruck alle Aufgaben lösen, die wir von Energie erwarten. Mit dem Bau großer Kraftwerke und von Hochspannungsleitungen zur Stromverteilung (hier war Deutschland seit 1885 Vorreiter) begann sein Siegeszug Anfang des 20. Jahrhunderts; wo immer die teure Infrastruktur erst einmal aufgebaut war - zuerst in den USA, dann in Europa - gewann Strom enorm an Bedeutung: 1950 gingen 10 Prozent der fossilen Brennstoffe in die Stromerzeugung, Ende des Jahrhunderts bereits 40 Prozent. Strom erlaubte vor allem die Versorgung kleiner Anwendungen wie Waschmaschine oder Radio; die moderne Welt mit Kommunikations- und Informationstechnologien und automatisierten Produktionsprozessen wäre ohne Strom nicht denkbar. Auch vollkommen neue Industrien wie die Aluminiumproduktion wurden durch Strom ermöglicht. Im Jahr 2008 wurden weltweit 20.181 Terawattstunden Strom verbraucht, das sind 20.181 Milliarden Kilowattstunden.

Die fossilen Brennstoffe Kohle, Gas und Öl erzeugen weltweit etwa zwei Drittel des Stroms, das restliche Drittel wird zu etwa gleichen Teilen von Wasserkraftwerken und von Atomkraftwerken erzeugt. Wasserkraftwerke wurden etwa zum gleichen Zeitpunkt entwickelt wie Kraftwerke, die fossile Brennstoffe verbrennen; Großkraftwerke wurden seit den 1930er Jahren gebaut (>> mehr). Atomkraftwerke nutzen die Energie, die bei der Spaltung von Atomkernen entsteht, um heißen Wasserdampf zu erzeugen; ihre Nutzung ist vor allem wegen des damit verbundenen Umgangs mit radioaktiven Stoffen umstritten (>> mehr). Mit ). Mit gut zwei Prozent Anteil an der Stromerzeugung haben Müllverbrennung und (neben Wasserkraft) andere erneuerbare Energien (Windenergie, Solarenergie und andere) einen kleinen, aber rasch wachsenden Anteil an der Stromerzeugung.

Umweltschäden durch Energieerzeugung

In vorindustrieller Zeit bedeutete Energienutzung vor allem die Umwandlung natürlicher Ökosysteme in Flächen für die Landwirtschaft und die Abholzung von Wäldern (siehe >> Umweltveränderungen im Zeitalter der Landwirtschaft). Mit der intensiven Nutzung fossiler Brennstoffe seit der Industriellen Revolution ging eine >> ungeheure Luftverschmutzung einher. In den reichen Industrieländern ist diese dank des Ersatzes von Kohle als Brennstoff in den Haushalten und moderner Filtertechniken weitgehend Geschichte; in Schwellenländern wie China und Indien aber noch heute ein akutes Problem: In Peking ist die Luft so schlecht wie 1960 im Ruhrgebiet. Eine globale Herausforderung ist heute der durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe ausgelöste >> Klimawandel Mit der Freisetzung von Treibhausgasen hat der Mensch eine Veränderung des Energiehaushalts der Erde ausgelöst, die weit größer ist als sein direkter Energieverbrauch: Der globale Primärenergieverbrauch entspricht einer Leistung von über 17 Terawatt, die un, die unsere globale Industriegesellschaft antreibt. Der Strahlungsantrieb (also die durch die Treibhausgase ausgelöste Erwärmung) durch den Klimawandel betrug nach dem Bericht des Weltklimarates von >> 2007 1,6 Watt pro Quadratmeter - und dies entspricht über die gesamte Erdoberfläche insgesamt einer zusätzlichen Leistung von 850 Terawatt! Damit haben die Treibhausgase in der Summe eine fast 50mal größere energetische Leistung als die Brennstoffe direkt zur Verfügung stellen. Um diese Werte einzuordnen, seien sie mit einigen Werten aus der Natur verglichen: Die gesamte Sonneneinstrahlung auf der Erde beträgt >> 174.260 Terawatt, die gesamte Fotosyntheseleistung auf der Erde wird auf etwa >> 250 Terawatt geschätzt. Die Leistung, mit der aus dem Erdinneren die >> Bewegung der Erdplatten über die Erdoberfläche angetrieben wird, wird auf 40 Terawatt geschätzt. (Übertroffen wird der Wert allerdings von kurzfristigen Spitzenwerten: Der Tsunami vom Dezember 2004 im Indischen Ozean setzte eine Leistung von über 2.000 Terawatt frei.)

Auch (große) Wasserkraftwerke haben negative Umweltauswirkungen, mehr dazu >> hier. Atomkraftwerke sind wegen der Gefahren umstritten, die von der in ihnen enthaltenen Radioaktivität ausgehen (siehe >> hier).

Energieverbrauch und Ungleichheit

Der Übergang zu fossilen Energiequellen war im Wesentlichen eine Angelegenheit der Industriegesellschaften: In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts verbrauchten Europa und Nordamerika 90 Prozent der fossilen Brennstoffe. Noch zu Beginn des 21. Jahrhunderts verbrauchten die reichen 20 Prozent der Weltbevölkerung 70 Prozent der fossilen Brennstoffe; die USA mit 5 Prozent der Weltbevölkerung alleine 27 Prozent - ein Amerikaner verbrauchte im Durchschnitt soviel Energie wie 30 Inder oder 100 Einwohner von Bangladesh. (Alleine der Energieverbrauch des US-Militärs übertrifft den von zwei Dritteln aller Länder der Erde, darunter auch reiche Länder wie die - zugegeben kleine - Schweiz.)

Für die arme Mehrheit der Weltbevölkerung stellt sich die Lage immer noch dar wie in den reichen Ländern vor der industriellen Revolution: Über drei Milliarden Menschen nutzen hauptsächlich ihre eigene Körperkraft, Haustiere, Holz, Holzkohle, Dung oder pflanzliche Reste. Etwa zwei Milliarden Menschen übernutzen dabei die Ressourcen ihrer Umgebung; mindestens 100 Millionen Menschen haben nicht genug Brennstoff zur Befriedigung von Grundbedürfnissen wie Nahrungszubereitung. Die Verschmutzung der Luft in Innenräumen, die beim Verbrennen minderwertiger Brennstoffe in Feuerstellen oder schlechten Öfen entsteht, tötet jedes Jahr drei Millionen Menschen (>> mehr).

Ausblick auf die Zukunft

Die fossilen Brennstoffe, die die industrielle Revolution geprägt haben, sind endlich und ihr Abbau wird, nachdem die leicht zugänglichen Vorräte ausgebeutet sind, immer schwieriger und teurer. Damit endet eine Zeit billiger Energie (siehe das Beispiel Öl >> hier); und zum anderen lassen die Umweltfolgen der Nutzung fossiler Energien wie der Klimawandel es ohnehin geraten erscheinen, die Nutzung fossiler Energien einzuschränken. Das “fossile Energieregime” geht also seinem Ende entgegen; und da die einst mit großen Erwartungen geförderte Atomenergie (>> hier) die in sie gesetzten Hoffnung enttäuscht hat, werden wir (wieder) mit solaren Energieflüssen auskommen müssen. Dieses “dritte” Solarzeitalter wird, da es mit ganz anderem Wissen und Können entstehen wird, natürlich ganz anders aussehen als die Zeit vor der Nutzung fossiler Energien; wie eine solche nachhaltige (>> hier) Energieversorgung für die Zukunft aussehen könnte, ist >> hier dargestellt.

Quellen: siehe >> hier.

Mehr zum Thema Energie auf diesen Seiten:
>> Energie und ihre Einheiten
>> Eine kleine Geschichte der Erforschung der Energie
>> Eine kleine Geschichte des Erdöls
>> Das Ende des billigen Öls
>> Eine kleine Geschichte der Atomenergie
>> Energiewende

Strategien für die Zukunft:
>> Saubere Energie

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>> Energie

© Jürgen Paeger 2006 - 2014

Watt, PS, Megajoule, Kalorien, ...: Zu den Einheiten von Leistung und Energie und ihrer Umrechnung siehe  >> Energie und ihre Einheiten.

Leistungsumsatz: Kurzfristig - für ein paar Sekunden - können gut trainierte Sportler über 5.000 Watt umsetzen; Ausdauerläufer über längere Zeit etwa 1.750 Watt: das sind mehr als 2 PS! Leichte Arbeit entspricht etwa 1/16 PS.

Leistungsgrößen (I): Mittelschwer arbeitender Mensch: 100 Watt (201).

Leistungsgrößen (II): Arbeitspferd (1 PS) - 736 Watt.

Leistungsgrößen (III): Schiffe der spanischen und portugiesischen Entdecker (15. Jahrh.): bis 180.000 Watt.

Leistungsgrößen (IV): Große holländische Windmühle um 1750: 12.000 Watt.

Eine Folge der zahlreichen Kohlefeuer war eine ungeheure >> Luftverschmutzung.

Leistungsgrößen (V): James Watts größte Dampfmaschine (um 1800): 100.000 Watt.

”Im Jahre 1859 entdeckte die Menschheit in ihrem Keller eine riesige Schatzkiste. Es waren dies Öl und Gas, fantastisch billige und leicht nutzbare Energiequellen. Wir ... taten das, was jeder tun würde, der in seinem Keller einen Schatz endeckt - nämlich auf den Putz hauen, und so haben wir dann mit großem Vergnügen diesen Schatz verjubelt.”

(Kenneth E. Boulding, Wirtschaftsprofessor University of Colorado, 1978)

Leistungsgrößen (VI): Ford Model T (1908): 15.000 Watt.

Leistungsgrößen (VII): Porsche Cayenne (2010): 368.000 Watt.

Leistungsgrößen (VIII): T.A. Edisons erstes dampfbetriebenes Kraftwerk (1882): 93.200 Watt.

Leistungsgrößen (IX): Großes Atomkraftwerk: 1.400.000.000 Watt.

Leistungsgrößen (X): Welt- Primärenergieverbrauch: 17.000.000.000.000 Watt.