Precis som en levande organism ständigt behöver mat för att upprätthålla sig själv, en ekonomi förbrukar energi för att arbeta och hålla saker igång. Den konsumtionen kommer med kostnaden för utsläpp av växthusgaser och klimatförändringar, fastän. Så, hur kan vi använda energi för att hålla ekonomin vid liv utan att bränna ut planeten i processen?

I ett papper i PLOS ONE , University of Utah professor i atmosfäriska vetenskaper Tim Garrett, med matematiker Matheus Grasselli från McMaster University och ekonom Stephen Keen från University College London, rapportera att den nuvarande världens energiförbrukning är knuten till oföränderlig tidigare ekonomisk produktion. Och vägen ut ur en ständigt ökande takt av koldioxidutsläpp behöver inte nödvändigtvis vara en ständigt ökad energieffektivitet – i själva verket kan det vara tvärtom.

"Hur uppnår vi en stabil ekonomi där ekonomisk produktion finns, men ökar inte vår storlek kontinuerligt och ökar våra energibehov?" säger Garrett. "Kan vi bara överleva genom att reparera förfall, samtidigt byta befintlig fossil infrastruktur till en icke-fossil aptit? Kan vi glömma lågan?"

Termoekonomi

Garrett är en atmosfärisk vetenskapsman. Men han inser att atmosfäriska fenomen, inklusive stigande koldioxidnivåer och klimatförändringar, är knutna till mänsklig ekonomisk verksamhet. "Eftersom vi modellerar jordsystemet som ett fysiskt system, " han säger, "Jag undrade om vi kunde modellera ekonomiska system på ett liknande sätt."

Han är inte ensam om att tänka på ekonomiska system i termer av fysiska lagar. Det finns ett studieområde, faktiskt, kallas termoekonomi. Precis som termodynamiken beskriver hur värme och entropi (störning) flödar genom fysiska system, termoekonomi utforskar hur materia, energi, entropi och informationsflöde genom mänskliga system.

Många av dessa studier tittade på samband mellan energiförbrukning och nuvarande produktion, eller bruttonationalprodukten. Garrett tog ett annat förhållningssätt; hans idé om ett ekonomiskt system börjar med den månghundraåriga idén om en värmemotor. En värmemotor förbrukar energi vid höga temperaturer för att utföra arbete och avger spillvärme. Men det tär bara. Det växer inte.

Tänk dig nu en värmemotor som, som en organism, använder energi för att utföra arbete, inte bara för att upprätthålla sig själv utan också för att växa. På grund av tidigare tillväxt, det kräver en ständigt ökande mängd energi för att upprätthålla sig själv. För människor, energin kommer från maten. Det mesta går till försörjning och lite till tillväxt. Och från barndom till vuxen ålder växer vår aptit. Vi äter mer och andas ut en ständigt ökande mängd koldioxid.

"Vi tittade på ekonomin som helhet för att se om liknande idéer kunde gälla för att beskriva vårt kollektiva underhåll och tillväxt, " säger Garrett. Medan samhällen förbrukar energi för att upprätthålla det dagliga livet, en liten del av den förbrukade energin går till att producera mer och växa vår civilisation.

"Vi har funnits ett tag, ", tillägger han. "Så det är en ansamling av detta över produktion som har lett till vår nuvarande storlek, och våra extraordinära kollektiva energibehov och CO ₂ utsläpp idag."

Tillväxt som symptom

För att testa denna hypotes, Garrett och hans kollegor använde ekonomiska data från 1980 till 2017 för att kvantifiera sambandet mellan tidigare kumulativ ekonomisk produktion och den nuvarande takten med vilken vi förbrukar energi. Oavsett undersökt år, de fann att varje biljon inflationsjusterat år 2010 amerikanska dollar av ekonomisk världsomspännande produktion motsvarade en utvidgad civilisation som krävde ytterligare 5,9 gigawatt kraftproduktion för att upprätthålla sig själv. I en fossil ekonomi, det motsvarar cirka 10 koleldade kraftverk, Garrett säger, vilket leder till cirka 1,5 miljoner ton CO ₂ släpps ut till atmosfären varje år. Vår nuvarande energianvändning, sedan, är den naturliga konsekvensen av vår kumulativa tidigare ekonomiska produktion.

De kom till två överraskande slutsatser. Först, Även om effektivisering genom innovation är ett kännetecken för ansträngningar för att minska energianvändningen och utsläppen av växthusgaser, effektivitet har den bieffekten att det gör det lättare för civilisationen att växa och konsumera mer.

Andra, att världens nuvarande befolkningstillväxt kanske inte är orsaken till stigande energiförbrukning, men ett symptom på tidigare effektivitetsvinster.

"Förespråkare av energieffektivitet för att minska klimatförändringarna kan tyckas ha en rimlig poäng, " säger Garrett, "men deras argument fungerar bara om civilisationen har en fast storlek, vilket det inte gör. Istället, en effektiv civilisation kan växa snabbare. Det kan mer effektivt använda tillgängliga energiresurser för att göra mer av allt, inklusive människor. Civilisationens expansion accelererar snarare än minskar, och det gör dess energibehov och CO ₂ utsläpp."

En steady-state dekarboniserad framtid?

Så vad betyder dessa slutsatser för framtiden, särskilt när det gäller klimatförändringar? Vi kan inte bara sluta konsumera energi idag mer än vi kan radera det förflutna, säger Garrett. "Vi har tröghet. Dra ut kontakten för energiförbrukningen och civilisationen slutar släppa ut men den blir också värdelös. Jag tror inte att vi skulle kunna acceptera en sådan svält."

Men är det möjligt att ångra de ekonomiska och tekniska framsteg som har fört civilisationen till denna punkt? Kan vi, arten som utnyttjade eldens kraft, nu "glöm lågan, " med Garretts ord, och minska effektiv tillväxt?

"Det verkar osannolikt att vi kommer att glömma våra tidigare innovationer, om inte kollaps påtvingas oss av resursutarmning och miljöförstöring, " han säger, "som, självklart, hoppas vi undvika."

Så vilken sorts framtid, sedan, ser Garretts arbete för sig? Det är en där ekonomin lyckas hålla sig i ett stabilt tillstånd – där energin vi använder ägnas åt att upprätthålla vår civilisation och inte expandera den.

Det är också en där framtidens energi inte kan baseras på fossila bränslen. De måste stanna i marken, han säger.

"Med nuvarande tillväxttakt, bara för att behålla koldioxidutsläppen på sin nuvarande nivå kommer det att krävas att man snabbt bygger förnybara och kärnkraftsanläggningar, ungefär ett stort kraftverk om dagen. Och på något sätt kommer det att behöva göras utan att oavsiktligt stödja ekonomisk produktion också, på ett sådant sätt att efterfrågan på fossila bränslen också ökar."

Det är en "märklig dans, " han säger, mellan att eliminera de tidigare fossilbaserade innovationerna som accelererade civilisationens expansion, samtidigt som nya icke-fossila bränsletekniker förnyas. Även om denna stabila ekonomi skulle genomföras omedelbart, stabiliserande CO ₂ utsläpp, takten i den globala uppvärmningen skulle bromsas – inte elimineras. Atmosfäriska nivåer av CO ₂ skulle fortfarande nå dubbla sin förindustriella nivå innan de kom i jämvikt, forskningen hittade.

Genom att titta på den globala ekonomin genom en termodynamisk lins, Garrett erkänner att det finns oföränderliga verkligheter. Varje form av ekonomi eller civilisation behöver energi för att arbeta och överleva. Tricket är att balansera det med klimatkonsekvenserna.

"Klimatförändringar och resursbrist definierar detta århundrades utmaningar, " säger Garrett. "Vi kommer inte att ha ett hopp om att överleva vår knipa genom att ignorera fysiska lagar."

Framtida arbete

Denna studie markerar början på samarbetet mellan Garrett, Grasselli och Keen. De arbetar nu för att koppla samman resultaten av denna studie med en fullständig modell för ekonomin, inklusive en systematisk undersökning av materias och energins roll i produktionen.

"Tim fick oss att fokusera på ett ganska anmärkningsvärt empiriskt förhållande mellan energiförbrukning och kumulativ ekonomisk produktion, " säger Grasselli. "Vi är nu upptagna med att försöka förstå vad detta betyder för modeller som inkluderar begrepp som är mer bekanta för ekonomer, såsom kapital, investeringar och den alltid viktiga frågan om monetärt värde och inflation."