Az emberi történelem értelmezhető úgy is, mint az energiaáramlások feletti ellenőrzés folyamatos, olykor kényszerű, máskor innováció-vezérelt kiterjesztésének krónikája. A termodinamika törvényei alól a társadalmi rendszerek sem mentesülnek: minden struktúra fenntartása, minden információ rögzítése és minden biológiai vagy gazdasági aktivitás energiaátalakítással jár. Leslie White antropológus híres törvénye szerint a kultúra fejlettsége egyenesen arányos az egy főre jutó, hasznosított energia mennyiségével és az átalakítás hatásfokával.
A cikkben az emberi társadalmak energiafogyasztásáról és megoldási stratégiáról gondolkodva a mesterséges intelligencia megoldóértékét vizsgáljuk. Lehet-e egy energiazabáló technológia a jövő energiaforradalmának hajtóereje? A mesterséges intelligencia legfontosabb jövőformáló ereje nem csak az energia optimalizálása, hanem az energia okos felhasználása az emberi jóllét szempontjából. A cikk a szerző előadásának részlete.
A szomatikus energia az emberi szervezet belső anyagcseréje által generált, izomerőként hasznosítható energia, amelynek forrása a táplálék (biomassza). Ez volt az emberiség kizárólagos erőforrása a történelem 99%-ában. Az exoszomatikus energia pedig az emberi testen kívüli energiaforrások, amelyek lehetővé tették a biológiai korlátok áttörését. Ide tartozik a tűz, a háziasított állatok igavonó ereje, a szél, a víz, és legfőképpen a fosszilis energiahordozók (szén, olaj, gáz), valamint az atomenergia.
A sumer gazdaság alapja az a felismerés volt, hogy bár a régió csapadékellátása elégtelen, a folyók vize és a magas napsütéses órák száma hatalmas fotoszintetikus potenciált rejt. Az öntözéses földművelés bevezetése radikálisan megváltoztatta az energia-megtérülési rátát (Energy Return on Investment – EROI). A csatornarendszerek kiépítése és folyamatos kotrása hatalmas mennyiségű emberi izomerőt emésztett fel. Ez az energetikai befektetés azonban busásan megtérült: a stabil vízellátás lehetővé tette az évi kétszeri aratást és a hozamok 50%-os növekedését a szárazműveléshez képest. A megtermelt gabona lényegében tárolt napenergia, amely lehetővé tette a városiasodást. Uruk vagy Ur lakossága – a papok, írnokok, kézművesek – energetikai értelemben a mezőgazdasági többlet (surplus) parazitái voltak, akik cserébe szervezeti struktúrát és biztonságot nyújtottak a termelőknek.
A sumer modell azonban rávilágított az intenzív energiafelhasználás árnyoldalára is. A lefolyástalan területek öntözése során a párolgás miatt a talaj sótartalma folyamatosan nőtt. Ez a termodinamikai entrópia mezőgazdasági megfelelője. A kezdeti bőség után a hozamok csökkenni kezdtek. A sumerek kénytelenek voltak áttérni a sóérzékeny búzáról a sótűrőbb árpára, de végül az ökológiai rendszer összeomlása a civilizáció politikai hanyatlását is magával vonta. A sumerok bukása intő jel: egy technológiailag fejlett, energetikailag intenzív társadalom is összeomolhat, ha feléli környezeti alapjait. A modern kor kihívása, hogy az energiaátmenetet ne kényszerből, egy összeomlás után, hanem tudatos tervezéssel, a fenntartható fejlődés mentén valósítsa meg.
Az egy főre jutó energiafogyasztás a sumer korban becslések szerint 10-12 GJ/év körül mozoghatott, ami alig haladta meg a biológiai minimumot, de a koncentrált elosztás lehetővé tette a monumentális építkezéseket és a komplex államszervezetet. A sumer kortól egészen az ipari forradalomig az emberiség energiarendszere organikus maradt. A rendelkezésre álló energia mennyiségét végső soron a termőföldek és erdők kiterjedése, valamint a fotoszintézis alacsony (kb. 0,1-0,2%-os) hatásfoka korlátozta. Ebben az időszakban az egy főre jutó energiafogyasztás globális átlaga 10-20 GJ/év sávban ingadozott, minimális növekedési trend mellett.
A Római Birodalom képviselte az antikvitás energetikai csúcspontját. Bár technológiailag nem léptek túl a biomassza-alapú gazdaságon, a szervezés és a kereskedelem révén maximalizálták a rendszer teljesítményét. Hatalmas mennyiségű fát égettek el a fémkohászatban, az üveggyártásban és a fürdők fűtésére. A birodalom fejlett régióiban az egy főre jutó fogyasztás elérhette a 20-25 GJ-t is. Bár a vízmalom ismert volt (pl. a Barbegal malomkomplexum Franciaországban), a rabszolgamunka olcsósága miatt nem terjedt el általánosan. Az emberi izomerő (rabszolgák) mint gép továbbra is domináns maradt. A Római Birodalom gabonaellátása egy hatalmas energetikai transzfer volt Egyiptomból és Észak-Afrikából Rómába. A tengeri szállítás (szélenergia) tette lehetővé, hogy a Nap energiáját Afrikában betakarítsák és Itáliában fogyasszák el. A Római Birodalom bukása utáni visszaesést követően a középkori Európa lassan, de biztosan növelte energetikai hatékonyságát, paradox módon a rabszolgaság visszaszorulása és a munkaerőhiány miatt.
A víz- és szélmalmok forradalma: a 11. századi Angliában a Domesday Book több mint 6000 vízmalmot regisztrált. Ezek a malmok már nemcsak gabonát őröltek, hanem posztót kallóztak, fújtatókat hajtottak és fát fűrészeltek. Egyetlen vízmalom képes volt több tucat ember nehéz fizikai munkáját kiváltani, ami az első lépés volt az ipari léptékű mechanizáció felé. Egy tipikus középkori vízmalom teljesítménye 2-4 kW volt, ami 30-40 ember folyamatos munkájának felelt meg. A szügyhám és a patkó elterjedése lehetővé tette a lovak hatékonyabb alkalmazását szántásra, ami gyorsabb és erősebb volt, mint az ökörfogat. Ez növelte a mezőgazdasági termelékenységet, és így a rendelkezésre álló szomatikus energiát (táplálékot).
Minden innováció ellenére a preindusztriális társadalmak nem tudták áttörni az üvegplafont, nem tudtak kitörni a malthusi csapdából. Ha nőtt az energiaellátás (több élelem, jobb fűtés), a népesség gyorsabban nőtt, mint a rendelkezésre álló erőforrások, ami végül az egy főre jutó fogyasztás visszaeséséhez vezetett. A városok méretét behatárolta a tűzifa szállítási távolsága; egy város fenntartható ellátásához a saját területénél 30-szor nagyobb erdőterületre volt szükség. A 18. századra Európa (különösen Anglia) súlyos energiaválsággal küzdött: az erdők fogyása miatt a tüzelőanyag ára az egekbe szökött. A 18. század végén az emberiség rátalált a megoldásra, amely kioldotta a malthusi csapdát: a föld alatt évmilliók során felhalmozódott, koncentrált napenergiára, a kőszénre. A kőszén energiasűrűsége (24-30 MJ/kg) lényegesen magasabb, mint a levegőn szárított fáé (15 MJ/kg), és ami fontosabb: bányászható, tárolható és szállítható.
Az első energiarobbanás
Az ipari forradalom lényege energetikai szempontból a hőenergia mechanikai munkává alakítása volt. James Watt gőzgépe nem egyszerűen egy új eszköz volt, hanem egy olyan eszköz, mely függetlenítette a termelést a biológiai ritmusoktól (izomerő) és az időjárástól (víz, szél). A korai gőzgépek hatásfoka gyenge volt (1% alatt), de a folyamatos mérnöki fejlesztések révén ez a 19. század végére 10-15%-ra nőtt. Ez a növekedés tette lehetővé a vasutak elterjedését, ami viszont olcsóbbá tette a szén szállítását – egy pozitív visszacsatolási hurkot hozva létre. Ezzel a 19. században az energiafogyasztás növekedési üteme soha nem látott mértéket öltött. 1800-ban a globális primer energiafogyasztás kb. 20 Exajoule (EJ) volt, amelynek több mint 95%-át még mindig a hagyományos biomassza adta, száz évvel később, 1900-ra a fogyasztás több mint duplájára, 45-50 EJ-ra nőtt, és a kőszén részesedése elérte az 50%-ot. Ez volt az első alkalom a történelemben, hogy egy fosszilis forrás dominánssá vált. Ebben az időszakban az egy főre jutó energiafogyasztás a legfejlettebb országokban (Egyesült Királyság, USA) átlépte a 100 GJ/év határt, ami tízszerese volt a történelmi átlagnak. Ez az energiatöbblet manifesztálódott az acéltermelésben, a textiliparban, a városi infrastruktúrában és a globális kereskedelemben.
A második energiarobbanás
Míg a szén az ipart hajtotta, az olaj a közlekedést forradalmasította. A belső égésű motor energiasűrűsége és mobilitása lehetővé tette a személyi közlekedés (autó) és a globális légi közlekedés kialakulását. Az olaj és a gáz legfontosabb hatása talán a mezőgazdaságban jelentkezett. A traktorok (dízel) és a szintetikus műtrágyák (földgázból előállított ammónia a Haber-Bosch eljárással) révén az energia élelmiszerré konvertálódott. Ma az emberiség fehérjebevitelének fele közvetve a földgázból származik. Ez tette lehetővé, hogy a Föld népessége 1,6 milliárdról 8 milliárdra nőjön egyetlen évszázad alatt. Az elektromosság a legrugalmasabb és legtisztább (a felhasználás helyén) energiaforma. Részaránya a teljes fogyasztáson belül folyamatosan nőtt: 1900-ban még természetesen elhanyagolható volt, 2022-re elérte a primer energiafogyasztás 22%-át. Az elektromos áram bevezetése a háztartásokba (világítás, hűtőszekrény, mosógép) közvetlenebb hatással volt a várható élettartamra és az életminőségre, mint bármely más technológia. A hűtés drasztikusan csökkentette az ételmérgezéseket és a gyomorrák előfordulását, míg a világítás meghosszabbította az aktív időt.
A növekedés üteme 1950 és 1973 között elérte az évi 5%-ot. Az egy főre jutó átlagos fogyasztás globálisan 30 GJ-ról 75 GJ-ra emelkedett, de ez az átlag hatalmas egyenlőtlenségeket takar. Míg egy amerikai átlagpolgár 300 GJ felett fogyaszt, addig egy etiópiai vagy bangladesi lakos fogyasztása alig haladja meg a tradicionális 10-15 GJ szintet.
A harmadik robbanás küszöbén
Ebben a megközelítésben a civilizáció nem más, mint küzdelem az entrópiával szemben. A sumer csatornáktól a modern atomerőművekig minden technológia azt a célt szolgálta, hogy sűrűbb és megbízhatóbb energiaáramlást biztosítson. Azonban a 21. századra elértünk egy fordulóponthoz. A történelmi adatok egyértelműen bizonyítják, hogy az energiafogyasztás és a társadalmi jóllét kapcsolata egy logisztikus görbét követ. A bőség illúziója, amely az ipari forradalmat hajtotta, mára elérte határait. A boldogság, az egészség és a fejlettség ma már nem az elfogyasztott Gigajoule-ok számától függ, hanem azok felhasználásának minőségétől, elosztásának igazságosságától és a környezeti korlátok tiszteletben tartásától. A mesterséges intelligencia legfontosabb jövőformáló ereje nem csak az energia optimalizálása, hanem az energia okos felhasználása az emberi jóllét szempontjából. Az energia növekedéssel együttjáró átlagéletkor növekedés megállt – viszont az egészségügyi kutatások, az adatvezéreltséggel támogatott prevenció és egészséges élet újabb lökést ad ennek a trendnek.
Nyitókép: depositphotos.com
