Fred Cottrell - Energy and Society OSA 3

Tässä kirjoitussarjassa jatketaan Fred Cottrellin loistavan teoksen Energia ja yhteiskunta purkamista suomen kielellä. Aiemmin käsiteltyjä aiheita: Energian perusteet, orgaaninen energia ja alhaisen energian yhteiskunta, epäorgaaniset energialähteet tuuli ja vesi, sekä purjehtiminen ja kaupankäynti. Historian kehityksessä on siis edetty 1700-lopulle ja teollisen vallankumouksen juurille. Silloin tapahtui toistaiseksi suurin muutos ihmisen historiassa, sillä siirryimme vähitellen käyttämään fossiilisia polttoaineita. Kaikki alkoi höyrykoneesta.

Höyrykone - avain teolliseen vallankumoukseen

Kivihiilen käyttöön ajauduttiin Britanniassa, koska sen metsät alkoivat ehtyä. Kivihiiltä alettiin louhimaan yhä syvemmältä, ja vesi alkoi olla ongelma, koska se virtasi alas kaivoksiin. Höyrykone syntyi alunperin tätä ongelmaa ratkaisemaan, siis poistamaan vettä kaivoksista. Hiljalleen se kuitenkin alkoi korvata hevosia ja ihmisiä eri tehtävissä, alkaen vetureista. Höyrykone tehosti laivojen toimintaa, koska sen ansiosta voitiin vähentää miestyövoimaa laivoilla ja satamissa. Lopulta höyrykone korvasi myös purjeet laivoissa. 

Siirtymä purjeista höyryyn meriliikenteessä oli hidas ja vailla dramatiikkaa. Purjelaivat käytettiin rauhassa käyttöikänsä loppuun, koska ne eivät olleet niin merkittävästi höyrylaivoja hitaampia. Sivilisaatio keskittyi entistä vahvemmin rannikoille ja joenvarsille. Mantereen sisäinen tieverkosto puuttui edelleen lähes kokonaan, tiet johtivat enemmänkin sisämaakaupungeista merelle tai joille. Satojen kilometrien matka oli energiatehokkaampaa kuljettaa vesitse, kuin muutaman kymmenen kilometrin matka mantereella. Höyrykone ja sen käyttämä energia noudatti samanlaista periaatetta, kuin orgaanistenkin energialähteiden kohdalla - mitä kauempana polttoaine on, sitä vähemmän ylijäämä energiaa tulee käyttöön. Tässä tultiinkin ensimmäiseen suureen ongelmaan, joka hidasti höyryvallankumousta. Nimittäin maailma oli rakennettu purjeiden ehdoilla - kaupungit ja satamat olivat kasvaneet hyvien reittien varrelle. Höyrylaiva tarvitsi kivihiiltä, mutta hiilikaivokset eivät usein sijainneet lähelläkään satamia. Koska junaliikennettä ei vielä ollut, täytyi kivihiiltä liikutella epätaloudellisesti kaivoksista ihmis- ja eläinenergian avulla satamiin. 

Veturi

Myös veturin pysäyttämiseen tarvitaan energiaa.
Gare Montparnassen  asemalla sattunut onnettomuus
1895 kuvastaa voimaa, joka höyryveturilla oli.

Veturi erosi höyrykoneesta luonnollisesti siinä, että se kykeni liikkumaan. Tosin vain raiteilla, ilman raiteita se oli täysin hyödytön. Se myös kantoi mukanaan energiaa, jolla se kykeni tekemään myös paluumatkan takaisin sinne mistä se alkuperäistä energiaansa sai. Se siis käytti osan energiastaan kuljettamaan energiaa mukanaan, mutta tämä osuus oli riittävän pieni kokonaiskulutuksesta. Lisäksi se kykeni tämän ylimääräisen kapasiteetin ansiosta siirtämään ruokaa toiseen suuntaan raidetta, ja kivihiiltä vastaavasti toiseen suuntaan. Tämä mahdollisti sen, että ihmiset pystyivät työskentelemään hiilikaivoksilla, etäällä maataloudesta. Veturi erosi aiemmista kuljetustavoista myös siinä, että myös sen pysäyttämiseen tarvittiin energiaa. Alkuaikoina tämä tarkoittikin sitä, että junakuljetus oli tehokkaimmillaan mitä vähemmän se pysähtyi.

Juna muutti maaseutua samalla tavoin, kuin purjeet olivat muuttaneet rannikoita tuhansia vuosia aiemmin. Vesistöjen puuttuessa maaseudun kylät olivat tarkkaan syntyneet niille alueilla joilla oli ylijäämätuotantoa, ja sellaisiin kohtiin, jossa ne olivat mahdollisimman suuren alueen ulottuvissa.  Junaraiteden ansiosta tuli kuitenkin edullisemmaksi matkustaa 50 mailin matka raiteilla, kun yli kymmenen mailin matka perinteisillä menetelmillä. Eri alojen asiantuntijat saattoivat kerätä raiteiden varrella asiakkaita 100 mailin säteeltä, siinä missä se eläimillä matkustettaessa yli 30 mailin päästä ei olisi ollut taloudellisesti mahdollista. Ei siis yllättävää, että mantereella näistä junan keskeisistä pysähdyspaikoista tuli keskittymiä, jotka kasvoivat kasvamistaan. Merkittävämpää, kuin veturin itsensä tuota energia olikin kenties sen kyky tuoda näille uusille alueille ylijäämiä rannikoilta.

Puu ja hiili polttoaineena

Höyrykone mahdollisti mekaanisen energian luomisen lähes mistä tahansa palavasta materiaalista. Koska puu tuottaa vähemmän kaloreita vuodessa per eekkeri, kuin esimerkiksi maissi, Cottrell laskee että hevonen (20 % kaloreista lämmöksi) oli tehokkaampi liikkumismuoto, kuin 2 %:n tehokkuudella toiminut alkeellinen veturi joka liikkui polttopuilla. Tämä perustui siis laskelmaan, että maissi tuottaa noin 20 miljoonaa kaloria per eekkeri per vuosi, kun metsänkasvu tuotti parhaimmillaankin 8 miljoonaa vastaavalta alueelta. Lisäksi puuta käytettiin jo alavilla mailla liikaa lämmitykseen ja metallien sulatukseen, joten ainoa alue jossa puulla toimiva veturi kykeni toimimaan oli syrjäinen metsäalue, josta voitiin kuljettaa jotakin arvokkaita mineraaleja kaupunkeihin. Puulla toimivat veturit eivät siis olleet kovin hyvin toimiva yhdistelmä, joten kivihiilen käyttöönotto oli luonnollinen seuraus. Kivihiili erosi kaikista aiemmista ihmisen käyttämistä polttoaineista. Sillä ei ollut mitään muita rajoitteita kuin se, kuinka tehokkaasti ja nopeasti ihminen kykeni sitä nostamaan maan kuoresta. Kivihiili on muinaista aurinkoenergiaa, joka on tiivistynyt maan kuoreen miljoonien vuosien aikana. 

Kivihiilen sisältämä energiamäärä oli ennennäkemätön. Cottrellin arvion mukaan 1 naula kivihiiltä, eli noin 0,45 kg, sisälsi energiaa noin 3500 kaloria, eli energiamäärän jonka ihminen tarvitsee ruokana päivässä. Kun keskimääräinen kaivosmies louhi noin 500 naulaa, tuotti hän siis 500 kertaisesti energiaa tuosta toimesta. Edes höyrykoneiden surkea tehokkuus alkuaikoina, ei haitannut tuon ylijäämäenergian edessä. Vain prosentin tehokkuudella höyrykone silti kykeni tuottamaan 26 miehen edestä työtä päivässä em. louhimistehokkuudella. Höyrykoneen tehostaminen vei luonnollisesti lukemat uusin sfääreihin, 2 % tehokkuudella höyrykone teki jo 53 miehen työn jne. Kun sitten höyrykoneiden avulla kyettiin korvaamaan työmiehet ja eläimet louhinnassa ylijäämien kehittyminen lähti omille teilleen. Siinä missä Englannissa kohdattiin tiettyjä sosiaalisia ongelmia, USA oli täysin optimaalisessa tilassa 1800-luvulla suhteessa kivihiilentuotantoon. Esiintymät olivat runsaita, joten monopolisointi nähtiin turhaksi (kuten esim purjelaivojen suhteen oli ollut), teknologiat saatiin suoraan Euroopasta, eikä vanhoja laitteita tarvinnut käyttää loppuun, kuten Euroopassa. Lisäksi kilpailijoiksi nousseet maakaasu ja öljy pitivät huolen siitä, että tuottavuuden per kaivosmies oli kasvettava jatkuvasti. 1972 yhtä kaivosmiestä kohden louhittiin 6,76 tonnia kivihiiltä per työpäivä.

Huomionarvoista on se, että 1800-luvulla rautateiden ilmestyessä ne eivät edelleenkään kyenneet kilpailemaan purjelaivoja vastaan. Kuten Cottrell laski aiemmin, purjelaiva tuotti noin 250x energiaylijäämän per mies, kun höyrykone veturin muodossa vain 26x per mies. Siksi siis logistiikkaverkosto kehittyi siten, että raiteet kuljettivat resursseja sisämaasta lähimpään satamaan, oli se sitten joen tai meren äärellä. Tällöin tapahtui myös muutos Britannian taloudessa. Se kykeni kivihiilen ja höyrykoneen, sekä purjelaivojen ansiosta keskittymään muihin kuin perinteisiin orgaanisen energian lähteisiin. Vapaa maailman laajuinen kauppa hyödytti brittejä, jotka pystyivät korkean energiankäytön yhteiskuntana tuottamaan teollisuustuotteita ja vaihtamaan niitä maataloustuotteisiin sekä puuvillaan. Cottrell huomioi, että britit eivät kunnolla ymmärtäneet muutosta suhteellisessa edussa, joka tapahtui kun höyrykone syrjäytti puuvillan ja maatalouden. Lopulta höyrylaivojen kehittyessä ne syrjäyttivät suorilla reiteillään ja varmuudellaan tuulien perusteella reittinsä valinneet purjelaivat. Tämä muutti eri satamien ja kauppareittien merkittävyyttä. Lisäksi siis rautateiden rakentaminen muutti perinteisten satamien asemaa, esimerkiksi Antwerpenin satama kärsi valtavasti siitä, että Saksa rakensi rautatiet omalle rannikolleen. 

USA, höyrykone ja uudet energiamuodot

Yhdysvallat oli todellinen koelaboratorio sille, millaisen sivilisaation höyrykoneen ja kivihiilen tuottamilla ylijäämillä pystyi luomaan. Teollistunut pohjoinen voitti sisällissodassa maatalouskeskeisen etelän. Höyrykoneen avulla uudisasukkaat valtasivat loputkin asuttamattomat alueet, ja pääsivät käsiksi koskemattomiin mineraalivarantoihin. Uudet kaupungit alkoivat syntyä paikkoihin, joissa ne eivät koskaan olisi voineet syntyä purjeiden ja orgaanisen energian avulla. Etenkin paikat, joissa junat vaihtoivat vaunuja ja vetureita muodostuivat sellaisiksi, joissa oli myös edullista purkaa sekä lastata tavaraa samalla. Vähitellen erilaista teollisuutta alkoi kasaantua lähelle näitä asemia, joka johti taas kevyemmän teollisuuden ja palveluiden tuloon. 

Höyrykoneen suurin haitta oli sen paino ja koko. Se rajoitti junan toimintamahdollisuuksia, mutta myös höyrykoneen käyttöä esimerkiksi maataloudessa. Uudet polttoaineet kuitenkin muuttivat jälleen maailmaa. Öljy ja maakaasu olivat käyttökelpoisempia pienempien laitteiden polttoaineena, kuin kivihiili. Öljy oli tunnettu jo kauan, mutta vasta 1800-luvulla sitä alettiin tuottaa teollisesti ja ensin lähinnä eräiden lamppujen polttoaineeksi. Myöhemmin siitä tuli keskeinen energialähde yhteiskunnalle. Cottrell kirjoittaa kirjassaan, ettei hän pysty enää laskemaan tarkkaa arviota siitä ylijäämäenergiasta, jonka yksittäinen öljymies tuotti työssään, mutta päätteli sen olevan suurempi, kuin kivihiilestä saatava. 

Öljyteollisuus houkutteli ihmisiä uusille alueilla, ja loi uusia kaupunkeja. Näille kaupungeille oli kuitenkin tyypillistä lyhytikäisyys, sillä kentät olivat usein pieniä ja ne pumpattii mahdollisimman nopeasti tyhjiksi verojen minimoimiseksi. Siksi usein rakennuksia ei edes voitu käyttää niiden käyttöiän loppuun. Lisäksi öljy ei sopinut hiilen korvikkeeksi esimerkiksi teräksensulatuksessa. Muun muassa näistä syistä Cottrell ei pitänyt öljyä kovinkaan hyvänä perustana sivilisaatiolle. Se vaikutti lyhytnäköiseltä resurssilta, kuten teollisuus sen ympärilläkin. Öljyn suuri etu olikin sen helppo ja halpa liikuteltavuus. Cottrell näki, että kivihiili tulisi tulevaisuudessa ottamaan takaisin pääpolttoaineen roolin öljyltä. 

Ydinvoima ei Cottrellin teoksen kirjoitusaikaan ollut saavuttanut hänen luottamustaan merkittävänä ylijäämäenergian tuottajana. Hän piti mahdottomina laskea ydinpolttoaineen valmistukseen käytettäviä energiamääriä, ja piti muitakin osa-alueita kuten voimalaa ja henkilöstön koulutusta erittäin kalliina. Sähköä voidaan tehdä joko edellämainituista energialähteistä, tai uusilla menetelmillä, kuten aurinkopaneeleilla. Sähkö on siis muunnettava jonkin muuntajan kautta, sitä ei esiinny sellaisenaan luonnossa, lukuunottamatta ukkosmyrskyjä. Cottrell piti mahdollisena, että paneeleiden avulla voitaisiin saavuttaa fotosynteesiä tehokkaampia tapoja kerätä auringonvalon energiaa.

Koska sähköä joudutaan muuntamaan, menetetään energiaa aiemmin mainitun termodynamiikan lakien mukaisesti. Miksi sitten tällaiseen prosessiin ylipäänsä ryhdytään? Vastaus on sähkön ominaisuuksissa, sitä nimittäin voidaan muuntaa takaisin lämmöksi, valoksi, ääneksi, röntgeniksi, infrapunaksi, tai lukemattomiksi muiksi aalloiksi, sekä vielä mekaaniseksi energiaksi. Se siirtyy hiljaa, nopeasti ja halvalla paikasta toiseen. Näiden etujen vuoksi sähkön muuntamisessa tapahtuvat tappiot ovat kestettävissä. Ainoa missä muuntoprosessi tuottaa tappiota on kun asuntoa lämmitetään sähköllä.

Korkeajänniteverkko

Sähkö mahdollisti sujuvamman junaliikenteen. Sen avulla päästiin eroon höyryveturin haitoista, kuten pitkistä pysäkkiväleistä ja vaunumääristä. Joukkoliikennettä voitiin kehittää sähköllä toimien lähijunien ja trollikkabussien tullessa käyttökelpoisiksi. Ihmiset pystyivät asumaan yhä kauempana tehtaista joissa työskentelivät. Asuinalueet alkoivat muodostua juna ja trollikkalinjojen ympärille. Vesivoiman käytön laajemmalla alueelle mahdollisti korkeajännitteen keksiminen. Vesivoiman tehokkuus saatiin jopa 90 % virtaavan veden energiasta, mutta Cottrell painottaa kustannuksia jotka syntyvät padon rakentamisesta ja eroosiosta, jota vesi aiheuttaa. Kuitenkin padot ovat suuri energiaylijäämän tuottaja. 

Polttomoottorin keksiminen oli jälleen uusi kehitysaskel ihmiskunnan historiassa, Siinä missä höyrykone perustui lämmön maksimoinnille, moottorissa lämpö piti minoida. Moottori oli höyrykonetta paljon tehokkaampi tapa muuntaa energiaa ihmiselle hyödylliseksi muodoksi, eli tässä tapauksessa mekaaniseksi energiaksi. Diesel-polttoaine nosti veturien tehokkuuden jopa 37 % energiasta, joka oli valtava etu höyrykoneen alle 10 % lukemiin verrattuna. Pienten koneiden ja ajoneuvojen käyttöönotto mullisti lopulta kaiken länsimaissa. Energia ja siten liikkuminen ei ollut enää suurten keskitettyjen ratkaisujen varassa. Samoin ihmisen kyky muokata ympäristöä kasvoi uusiin mittoihin, kun erilaiset koneet toimivat nyt polttomoottoreilla ja petrokemiallisilla tuotteilla.

Historialliset olosuhteet

Ihmisen kyky kontrolloida energiaa on myös vaikuttanut hänen kykyynsä estää tai edistää yhteiskunnallista muutosta. Tämän faktan ovat jättäneet huomioimatta monet ihmiset, jotka ovat yrittäneet selittää ihmiskunnan historiaa. He ovat ainoastaan käsitelleet inhimillisiä tekijöitä. 

- Fred Cottrell 

Länsimaissa ihmiset uskovat yleisesti, että tie parempaan tulevaisuuteen onnistuu länsimaisten arvojen ja toimintatapojen kautta. Cottrell ei kuitenkaan pidä todennäköisenä, että länsimainen korkean energian yhteiskunta olisi mahdollista kehittää kaikilla alueilla samanlaisen polun kautta, kuin USA:ssa tapahtui. Ekologiset, kulttuuriset ja demografiset erot vaikuttavat lopputulokseen. Progressioon uskovat ovat silti sitä mieltä, että siirtymä alhaisen energian yhteiskunnista korkeampiin on peruuttamaton osa kehitystä jolle ei ole loppua. Cottrell näkee, että historiaan vaikuttaa yhtäältä fyysiset olosuhteet, mutta myös ihmisen valinta. Ihmiset pyrkivät tavoitteisiinsa, mutta heidän täytyy usein uhrata arvojaan saavuttaakseen ne. Tällöin luontevasti ihminen uhraa mahdollisimman vähän arvojaan. 

Energian hinnan muutoksen merkittävyys syntyy siitä, että energia on osa kustannusta, jolla ylipäänsä saavutetaan mitään arvoa. Jopa unten näkeminen vaatii energiaa.

- Fred Cottrell 

Yksinkertaisimmillaan ajattelu on mennyt jopa niin, että on uskottu pelkästään sen riittävän että alhaisen energian yhteiskunnassa eläville toimitetaan korkean teknologian yhteiskunnan koneet ja laitteet, sekä polttoaineet niiden käyttöön. Käytännössähän kehitys ei yleensä tapahtu tällöinkään. Korkeampien energiavirtojen tavoittelu saattaa kuitenkin vaatia yhteiskunnalta liikaa uhrauksia sosiaalisen koheesion ylläpitämiseksi, joten kulttuuri saattaa estää siirtymän.

Pohjimmillaan olennaisin määräävä suhde yhteiskunnassa on ruoantuotannon ja väestön määrä. Yhteiskunnnan minimivaatimus ruokaenergialle on se, millä väestö pysyy hengissä. Tosin eliitti voi tietyissä tapauksissa säännellä ruokaa niin, että kaikki eivät sitä saa, mutta pidemmällä aikavälillä väestö asettuu ruokaenergian tuotannon mukaisesti. Cottrell näkee tällä ruoka-väestö suhteella olleen olennaisen vaikutuksen siihen, miten yhteiskunta siirtyi alhaisen energian yhteiskunnasta korkeaan. Esimerkiksi Euroopan suuret Englanti, Ranska ja Saksa siirtyivät korkean energian yhteiskunniksi vasta, kun ne pystyivät tuomaan maahansa ruokaa ulkomailta. Tämä oli niin sanottu valloitus ja laajentuminen -strategia, joka oli mahdollista maailmassa jossa oli tuntemattomia mantereita. Enää tuo sama strategia ei siis ole mahdollista. 

Maatalous muodostikin pitkälle 1900-luvulle saakka rajoitteen yhteiskunnan kehitykselle alhaisen energian käytöstä korkeaan. Nimittäin maatalous vaati edelleen suuren määrän työvoimaa, etenkin sadonkorjuun yhteydessä. Kyntö- ja kylvötöissä sen sijaan eläinten käyttäminen oli ollut pitkään mahdollista. Höyrykone ei auttanut maataloutta, sillä sen ongelma oli loppuun asti suuri paino. Suuri paino ei luonnollisesti mahdollistanut pehmeillä pelloilla toimimista. Ensimmäinen maailmansota toimi katalyyttina uusien keinojen keksimiseen, sillä suurin osa miespopulaatiosta oli armeijoissa. Traktori alkoikin korvata ensin eläimiä, ja myöhemmin myös korjuutöissä ihmisiä. Lopulta se kykeni korvaamaan ihmis- ja eläintyön kaikissa toimissa, lisäksi lannoitteiden ja suojamyrkkyjen levityksessä. Maatalous ei enää siis asettanut mitään selkeitä rajoja populaatiolle. 

Maataloudessa käytettävä energia kilpailee muiden energian käyttötapojen kanssa, joten siksi siihen halutaan investoida mahdollisimman vähän, mutta samalla saada mahdollisimman suuri tuotto. Tuotantoa voitiinkin kasvattaa kahdella tavalla: 1) joko lisäämällä peltomaata per maanviljelijä, tai 2) lisäämällä jo olemassa olevan peltomaan tuottavuutta. Yhdysvalloissa noudatettiin molempia periaatteita matkalla kohti teollista yhteiskuntaa. Kasvusuuntana oli länsi. Näillä ylijäämillä myös tuettiin Euroopan valtioiden kehitystä korkean energiankäytön yhteiskunniksi. 

Siirtolaisuuden vaikutus Yhdysvaltojen kehitykseen oli merkittävä. Euroopasta arvioidaan muuttaneen noin 60 miljoonaa siirtolaista Atlantin yli 1800-luvun aikana. Cottrell huomioi, että näillä siirtolaisilla oli korkean energian yhteiskunnissa vaadittavien laitteiden käyttökokemus, asenteet ja kulttuuri, joten heidän ansiostaan USA:n kehitys nopeasti korkean energian yhteiskunnaksi oli mahdollista. 

Länsi-Euroopan teollistuminen

Brittiläinen yhteiskunta oli siis ensimmäinen, joka siirtyi korkean energiankäytön yhteiskuntaan. Olennaisia tekijöitä olivat edellä mainitut ylijäämät ja niiden aktiiviseen vaihdantaan myönteisesti asennoituminen ja tätä tukeva kulttuuri. Maatalousyhteiskunta ajettiin surutta alas, ja maanviljelijät olivat mahdottoman tehtävän edessä taistellessaan muualta tulevaa edullista maatalousylijäämää vastaan. He ajautuivat työskentelemään uusissa tehtävissä esimerkiksi hiilikaivoksissa. Lisäksi maastamuutto oli Britannian kannalta hyödyllistä, sillä näin ensinnäkin vältettiin tilanne, jossa maatalousväen työttömyys olisi kasvanut uuden erikoistumiseen keskittyneen talousajattelun vuoksi aiheuttaen sosiaalista epävakautta ja vastustusta, sekä toiseksi siirtomaihin saatiin brittiläisiä, jotka levittivät vaihdannan kultuuria.

Saksa hyötyi asemastaan Britannian takana. Se missä Britannia toimi eräänlaisena koelaboratoriona uusille energian muuntajille (höyrykoneet) ja niiden edellyttämille sosiaalisille organisaatioille (yritykset), Saksa pystyi ottamaan edellämainitut käyttöön ilman "tutki ja hutki" -haittoja. Muutos ei kuitenkaan ollut helppo. Maanviljelijät eivät Saksassa ja Ranskassa luopuneet perinteisistä menetelmistään helpolla, ja ottaneet käyttöön uusia energian muuntajia. Erona oli maatilojen pieni koko, verrattuna siirtomaiden suuriin viljelmiin. Mantereen maatalous siis säilyi pitkään melko tehottomana, mutta tätä paikattiin kolonialisoiduista maista kuljetetuilla ylijäämillä.

Maatalouden tehostuttua, ja työnteon siirryttyä ihmisiltä koneille kohtasivat korkean energiankäytön yhteiskunnat uudenlaisen ongelman: maaseuduilta muuttavalle entisille talonpojille oli luotava työpaikkoja kaupungeissa, jotta he pystyivät tarjoamaan jotakin arvonlisäystä vastineiksi niille jotka jäivät edelleen viljelemään maata. Joissain maissa kuitenkin taisteltiin edelleen 1900-luvulla oman maatalouden puolesta mm. säätämällä tariffeja tuontiruoalle. 

Cottrell näki lopulta kaksi tapaa siirtyä alhaisen energian yhteiskunnasta korkeaan, ne olivat tietenkin kapitalismi ja kommunismi. Kapitalismia noudatti edellä kuvattu Britannian tapa. Neuvostoliitto ja Kiina taas toteuttivat siirtymää kommunismia käyttäen. Molempien ajatussuuntauksien selkärankana oli teollinen maataloustuotanto, josta saatavia valtavia ylijäämiä ne taas jakoivat täysin eri perustein, kuten tiedettyä. 

Lähde: Cleveland, C. (2009). Energy and Society: The Relationship Between Energy, Social Change, and Economic Development (e-book). Saatavissa: http://www.eoearth.org/view/article/152455

Seuraavassa osassa pureudutaan vielä syvemmälle teollistumiseen, maanviljelyyn ja niistä saatavien ylijäämien jakamiseen: http://akilleenkanta.blogspot.fi/2013/12/todellinen-klassikko-fred-cottrell.html

Fred Cottrell - Energy and Society OSA 2

Cottrell jatkaa energian ja yhteiskunnan tarkastelua epäorgaanisten energialähteiden, eli tuulen ja veden käsittelemisellä. Ihminen on kauan yrittänyt hyödyntää tehokkaasti veden ja tuulen energiaa, mutta ei aina niin menestyksekkäästi. Ongelmana on useimmiten ollut muuntajat, miten muuntaa veden ja tuulen energiaa ihmisille hyödyllisiksi muodoiksi? Tämä onnistui vesipyörän avulla tietyissä paikoin tukemaan jo olemassa ollutta maanviljelyä. Näiden paikkojen piti kuitenkin sijaita aivan virtojen äärellä, jotta niistä saatava energia voitiin hyödyntää voitollisesti. Tässä piili vesivoiman ydin - se on voimakas energialähde, mutta vain tarkoin rajatuille alueille. 

Vesi energialähteenä

Vesi toimii energiana myös silloin, kun se on osana jotain ihmisten luomaa systeemiä. Yleensä tämä systeemi on jonkinlainen talous tai vaihdantaverkosto, jossa toisilta alueilta tuodaan raaka-aineita ja vastineeksi tuo alue saa jotain toista hyötyä. Tässä kohtaa vesienergia asettaa kuitenkin rajotteita, sillä se toimii pelkästään yhteen suuntaan - alaspäin. Tällöin siis jotta vedestä on lopullista ylijäämäenergiaa systeemille, täytyy raskaiden ja jalostamattomien aineiden virrata jokea alas, ja kevyiden, jalostettujen jopa aineettomien hyödykkeiden taas palautua takaisin ylempänä juoksulla olevalle taholle. Yritän havainnollistaa esimerkkiä kuvassa 1. Mikäli saman verran tavaraa kuljetetaan takaisin yläjuoksulle, systeemi jää tappiolle energiataseessa. 

Kuva 1. Vesi energialähteenä kuljetuksessa

Se missä aiempi keskittyi joen tarjoamaan liike-energiaan, seuraavaksi on syytä selvittää miten ja millaista mekaanista energiaa se kykenee tuottaamaan ihmiselle. Joki on haasteellinen sen sisältämän potentiaalisen energian osalta, koska sen virtausnopeus vaihtelee (esim. Missisippi hyvin alhainen), ja kausittainen muutos on usein suuri. Toinen suuri ongelma liittyy vesi- ja tuulimyllyihin kuluvaan energiaan, sekä niiden kilpailukykyyn ihmistyötä vastaan. Peltojen täytyy tuottaa paljon viljaa, jotta sen jauhaminen myllyssä on energiataloudellisesti järkevää. Lisäksi aina mitä kauempana mylly sijaitsee pelloista, siis mitä pidempi matka viljaa joudutaan kuljettamaan edestakaisin, vähentää sen kannattavuutta. Useissa paikoissa keskiajalla myllyt eivät olleetkaan kannattavia energiataloudellisesti, vaan esimerkiksi lääninherra saattoi määrätä talonpojat käyttämään rakentamaansa myllyä, ja otti samalla heiltä korvauksen viljassa. Myllyt olivatkin joissain tapauksissa eliitin välineitä keskittää energiaa itselleen, ei muuntaa sitä lisää yhteiskunnan käyttöön. 

Tuulimyllyt

Tuuli syntyy maahan tulevan lämmön paikallisista eroista. Ongelmana on, että vaikka sen suunta ja alueellisuus on usein hyvin tunnettua, se vaihtelee ajankohdittain. Se ei siis ole yhtä jatkuvaa, kuin virtaava vesi. Toisaalta tuuli taas antaa enemmän liikkumatilaa sille, mihin ihminen haluaakin rakentaa tuulimyllyn. Tuulen avulla ei kuitenkaan saada kuin muuta kuin mekaanista energiaa, joten sen käyttömahdollisuudet ovat rajoitetut. Nykyisin tosin akut mahdollistavat energian varastoimisen, tämä siis erona vuoden 1955 tilanteeseen. Tuulimyllyt toimivat parhaiten, kun tuuli on tasaista: ei lopu kokonaan, mutta ei toisaalta hajoita rakennelmia. Tällaisia alueita ei ole liikaa maapallolla. Cottrell mainitsee tuulimyllyjen tuottaneen selkeää hyötyä ainakin Hollannin alamailla, USA:n länsirannikolla, sekä Karibian saarilla, mutta hänen mukaansa ne eivät aiheuttaneet merkittäviä yhteiskunnallisia muutoksia tai kehitystä ennen kuin sähköverkot, joiden materiaalien luomisessa käytetty energia tuli höyrykoneiden kautta, ilmestyivät. 

Purjehdus

Meret ja järvet ovat edullisia kuljetusväyliä ihmiselle. Mikäli ihminen käyttää omaa lihasenergiaansa liikkumiseen vedessä, on se alisteinen aiemmin esille tulleille rajoille kasvien ja eläinten kasvatuksessa. Purjeet muuttivat tämän kaavan ja olivat todellinen vallankumous kaikille vesien äärellä eläneille kansoille. Purjeen keksiminen avasi uuden ikkunan ihmisen historiassa - ensimmäistä kertaa ihminen sai käyttöönsä lähes loputtoman energian, joka ei ollut peräisin kasveista tai eläimistä, ei voitu käyttää loppuun, eikä riippunut millään tavalla populaation määrästä.

Aluksen optimaalinen koko riippui monista eri tekijöistä, kuten saatavilla olevista materiaaleista, rakennusteknologioista, lastista, lastaus ja purkutavoista, purjeiden noston nopeudesta ja koko aluksen käyttötarkoituksesta. Kaikki asettivat usein jotain rajoituksia sille, minkälainen alus voitiin rakentaa. Miehistön koko oli lisäksi yksi tekijä, joka taas vaihteli sen mukaan pitikö alusta välillä soutaa ja tuliko sen olla valmis taistelemaan lastinsa puolesta, kuten usein kävikin aikoina jolloin meret olivat valvomattomia. Egyptiläiset ja myöhemmin foinikialaiset rakensivat suurimmillaan 150 tonnin aluksia, jotka kykenivät 8 solmun nopeuteen. Cottrell laskee, että koska vastaava alus tarvitsisi 80 hevosvoiman moottorin, joten kun vähennetään tästä miehistön käyttämä energia, muunsi purjealus siis noin 47 hevosvoimatuntia (=35 kwh) per miehistön jäsen per päivä. Tällaisiin lukemiin ei oltu päästy missään mantereella kehitetyissä energiajärjestelmissä. 

Myöhemmin kreikkalaiset, roomalaiset ja norjalaiset kehittivät purjehdusta. Energiatehokkaimpia olivat roomalaisten 250 tonnin alukset, jotka vain 10-12 hengen miehistöllä kykenivät siis tuottamaan noin 240 hevosvoimatuntia (179 kwh) per miehistön jäsen per päivä. Mitä enemmän taisteluvalmiutta, sitä enemmän soutajia tarvittiin ja sitä pienemmäksi tuli aluksen energiatehokkuus. 1400-luvulle tultaessa alusten koko oli kasvanut jo 500 tonniin ja nopeus 10 solmuun, niiden siten toimien 250 hevosvoiman muuntimina. Itä-Intian kauppakomppanian alukset 1600 ja 1700 -luvuilla olivat jopa 1000 tonnisia ja kykenivät 10-11 solmun nopeuteen, tuottaen siten 500-750 hevosvoimaa.

Kuva 2. Ennätyksen rikkonut Lightning 

Purjeiden aika saavutti kliimaksinsa 1800-luvun alussa. Silloin niin sanotut klipperit (kuvassa 2) ylsivät energianäkökulmasta lukemiin jotka ovat edelleen tänä päivänä kunnioitettavia. Lightning -niminen kulki ennätykselliset 436 mailia 23,5 tunnissa (18,55 solmua) painaen 2084 tonnia. Klippereiden tiedetään yltäneen aina 22 solmun nopeuteen. Cottrell laskee, että Souvereign of the Seas -niminen klipperi, joka lähenteli myös nopeusennätyksiä, tuotti parhaimmillaan päivässä 287 miestyöpäivän edestä ylijäämäenergiaa per seilori. Siis laiva antoi yhteensä sen 105 hengen miehistölle käyttöön 30 135 energiaorjan voiman päivässä! Tämän jälkeen purjealusten kehitys päättyi, ja höyrykoneilla käyvät alukset tulivat kuvaan. Keskimäärin purjelaivat tuottivat 200-250 miehen työn per seilori, joka oli täysin ennennäkemätön energiahyötysuhde ihmiskunnan historiassa. Kaikki tämä siis tapahtui uusiutuvia luonnonvaroja käyttävässä maailmassa.

Purjehtiminen ja kaupankäynti

Kaikki kulttuurit eivät kuitenkaan ottaneet käyttöönsä epäorgaanisia energialähteitä tuulta ja vettä, vaikka olisivatkin olleet tietoisia niiden olemassaolosta. Monet jatkoivat edelleen eloa aurinko-kasvi-ihminen -energiamaailmassa. Cottrell näkee, että niillä kulttuureilla oli joitan ominaispiirteitä, jotka hylkäsivät tuon elämäntavan ja lähtivät valloittamaan uusia alueita. Kreikkalaiset ja foinikialaiset olivat aktiivisia merenkävijöitä ja kauppakansoja, mutta he kohtasivat suuria haasteita yrittäessään levittää vaihdantaansa vieraiden kulttuurien piiriin. Perinteiset kulttuurit eivät näet ajatelleet taloudellisesti, kuten esimerkiksi kreikkalaiset filosofit olivat alkaneet tehdä. Aristoteles määritti taloudellisen toiminnan sellaiseksi, jossa kukin pyrkii saamaan itselleen mahdollisimman paljon hyötyä ja menettää mahdollisimman vähän. Monet kulttuurit arvostivat kuitenkin paikallisia suhteita ja verkostoja enemmän, kuin pelkkää taloudellista hyötyä. Jokainen kulttuuri näytti ajautuvan jonkinlaiseen sisäiseen konfliktiin sen suhteen, pitäisikö sen alkaa käydä kauppaa, vai pitäytyä vanhoissa tavoissaan. 

Korkeamman energiankäytön yhteiskunnissa, siis niissä jotka implementoivat purjehtimisen, syntyi tarve erilaisille sosiaalisille instituutioille. Valtio, yritykset, markkinat, kirkko ja armeija kehittyivät kukin melko erillään toisistaan, ja olivat kaikki perheiden ja pienyhteisöjen yläpuolella arvohierarkiassa. Tämän vuoksi näissä yhteiskunnissa syntyi vähemmän vastustusta ja perinteissä kiinni pysymistä, kuin alhaisen energiankäytön yhteiskunnissa. Markkinat erottivat ihmiset ja ryhmät toisistaan, joten suora palauteyhteys, joka alhaisen energiankäytön yhteiskunnissa oli, katkesi.

Virtaavan veden ja purjeiden käytöstä seurannut kuljetuskustannusten alentuminen muutti maailmaa. Se avasi uusia markkinoita, kun tuotteita ei ollutkaan enää pakko käyttää siellä missä ne tuotettiin, vaan niitä voitiin melko edullisesti kuljettaa toisiin yhteiskuntiin. Tämän vuoksi yhteiskunnille tuli oleelliseksi arvioida ulkopuolelta tulevien tuotteiden vaikutus paikalliseen talouteen. Kaupankäynti ei kuitenkaan ollut pelkkää yksinkertaista kustannus-hyöty suhteen analysointia, vaan kävi ilmi että sillä oli paljon suurempia vaikutuksia yhteiskunnan toimintaan. Se loi erilaisia asetelmia, joissa yhteiskuntien piti melko aktiviisesti tarkkailla kustannuksia ja pitää huolta suhteistaan toisiin. Jotkut yhteiskunnat olivat väistämättä etulyöntiasemassa toisiin nähden, mutta jotta markkinat ja vaihdanta toimi, oli kaikkien osapuolien hyödyttävä siitä jotain.

Cottrell tunnistaa vaihdannan ja kaupankäynnin edellytyksiksi kolme perustekijää:

1) Alueiden väliset erot energiakustannuksissa - toisessa paikassa toisen tuottaminen on edullisempaa

2) Ylijäämien olemassaolo - ilman ylijäämiä ei ole mitään vaihdettavaa

2) Vaihdannan salliva kulttuuri - ylijäämiä halutaan vaihtaa, ei esimerkiksi uhrata jumalille

Purjeiden avulla vaihdannan mahdollisuudet moninkertaistuivat. Turkiksia, joita saatiin edullisemmin pohjoisilta alueilta oli mahdollista kuljettaa etelään, ja vastineeksi etelän paremmilta pelloilta oli mahdollista kuljettaa viljaa pohjoiseen. Samoin Aasiasta tuoduilla mausteilla, ja Euroopasta viedyllä puuvillalla sekä vaatteilla oli mahdollista käydä molempia hyödyttävää kauppaa. Kuitenkin vain merten, ja jokien varrella olevat alueet olivat osana tätä energiavallankumousta, mantereiden sisäosissa, kaukana joista sijatsevat alueet säilyivät pitkälti entisellään, sillä niiden ei ollut energiataloudellisesti kannattavaa osallistua vaihdantaan. 

Purjelaivat tarkoittivat myös valtaa niitä hallinneille. Ruudin keksimisen jälkeen laivoilla voitiin usein hallita laajoja alueita vesistöjen äärellä. Merten hallitseminen mahdollisimman tehokkaasti edellytti myös monopolin saavuttamista. Keinoina toimi antiikin aikana pelottavat tarinat mereltä, joita mm. foinikialaiset käyttivät, säilyttääkseen monopolinsa. Myöhemmin keksittiin omistusoikeudet laivoihin, jotka keskitettiin kruunulle tai yksittäisille suurille yrityksille, kuten Itä-Intian kauppakomppanialle. Merirosvous syntyi vastavoimaksi tälle monopolisoinnille. Roomalaiset kykenivät viemään huippuunsa purjeiden avulla saavutettavan hyödyn. He kontrolloivat koko Välimerta niin tehokkaasti, että merirosvous saatiin lähes loppumaan ja näin laivat kykenivät toimimaan maksimaalisella hyötysuhteella kun niitä ei tarvinnut aseistaa. 

Tiivistettynä, maailma jossa nyt elämme on pitkälti sellainen purjelaivojen, sekä Britannian saavuttaman merimonopolin ansiosta. Lopuksi lienee paikallaan lainata suoraa pätkä Cottrellia:

Merialukset mahdollistivat ja tekivät merkittäväksi, sekä hyväksytyksi rahan ja hintaan perustuvan vaihdannan. Purjelaivan avulla muutamat pienet Euroopan valtiot saavuttivat hallinnan kaupankäynnistä ja kehittivät vallan alistaa monin kerroin omia kansakuntiaan suuremmat alueet ja niiden väestön palvelemaan omia poliittisia ja taloudellisia etujaan. Laiva ei varmasti ollut ainoa selittävä tekijä sen suhteen, mitä sen kehittäneissä maissa tapahtui, mutta ei myöskään ole olemassa järkevää selitystä sille, miten sen kaltainen valta olisi saatu aikaan ilman purjeista saatavaa energiaa. Vasta nyt, kun maailma joka rakennettiin purjeista saadun voiman ja sen kontrollin varaan, on siirtymässä uusien voimanlähteiden piiriin, voimme havaita syitä molempiin, sekä länsimaiden valtakauden syntyyn, että sen loppuun.  

- Fred Cottrell

Lähde:

Cleveland, C. (2009). Energy and Society: The Relationship Between Energy, Social Change, and Economic Development (e-book). Saatavissa: http://www.eoearth.org/view/article/152455

Seuraavassa osassa vuorossa höyry ja teollinen vallankumous, sekä historialliset olosuhteet: http://akilleenkanta.blogspot.fi/2013/11/todellinen-klassikko-fred-cottrell_25.html

Fred Cottrell - Energy and Society

Harvoin tapaa yhtä unohdettua klassikkoa, kuin Fred Cottrellin teos Energy & Society on. Se on alunperin julkaistu jo vuonna 1955, eikä sitä uudelleenjulkaistu ennen vuotta 2009 Cutler J. Clevelandin toimesta. Cottrellin teos on pioneeri ja kenties ajankohtaisempi nyt, kuin ilmestymisensä aikaan. Cottrell on ensimmäisiä yhteiskuntatieteilijöitä, joka on kyennyt hahmottamaan energian keskeisen roolin yhteiskuntien ja talouden evoluutiossa. Kirja tarjoaa uudenlaisen tavan nähdä koko maailma, se on kerrassaan mullistava perusteos elämän ja yhteiskunnan toiminnasta. Sen pitäisi olla aikamme luetuimpia teoksia. Kirja jakautuu 16 päälukuun, joista pyrin seuraavissa bloggauksissani esittelemään poimien tärkeimmän sisällön.

Yleisesti energiasta

Ajatus siitä, että biofyysinen maailma asettaisi rajoitteita ihmisille on kiistelty. Ihmismielen nähdään laajalti olevan vapaa kaikista rajoitteista ja siksi energiakin lienee jäänyt taustalle. Tämä ajatus on syvällä länsimaisessa ajattelussa, jossa mieli ja keho nähdään erillisinä objekteina. Maailma on lisäksi niin moniulotteinen, ettei pelkästään energiaan keskittymällä voi selvittää ultimaattista totuutta, jos sellaista onkaan olemassa. Cottrell sen sijaan toteaa, että ymmärtämällä energiaa ja sitä minkä se mahdollistaa, voidaan ainakin poissulkea tiettyjä epävarmoja oletuksia tulevaisuudesta, sillä ne eivät ole mahdollisia ilman tietynlaisten energiaedellytyksien täyttymistä. Todisteet siitä, että energia on rajoittava tekijä ihmiselle ovat joka puolella ympärillämme. Historia tarjoaa tästä pitävimmän esimerkin: ihmiset, jotka elivät pelkästään oman kehonsa energialla eivät kyenneet muodostamaan edes alkeellisia yhteiskuntia, rakennelmia tai muita saavutuksia. Sen sijaan mitä enemmän ihmiset ovat kyenneet valjastamaan kehonsa ulkopuolista energiaa käyttöönsä, sen suurempia ovat olleet heidän saavutuksensa.

Miksi energia on niin oleellinen tapa tarkastella yhteiskuntien toimintaa? Energian avulla voidaan laskea aukottomasti, paljonko jokin taloudellinen transaktio esimerkiksi kuluttaa kilokaloreissa mitattuna. Kilokalorit eivät muutu historian saatossa, ne eivät myöskään ole riippuvaisia ihmisten kulloisistakin mieltymyksistä, kuten hinnat esimerkiksi ovat. Energia on objektiivinen tapa tarkastella yhteiskuntia. Energiavirtoja tarkkailemalla voimme myös havaita muutoksia yhteiskunnissa, näin voimme olettaa että meillä on myös jonkinlainen käsitys tulevaisuudesta, mikäli tiedämme mihin suuntaan energiavirrat kehittyvät. Siis jos huomaamme, että yhteiskunnilla on tapana romahtaa, kun niiden energiansaanti vähentyy kriittisesti, voimme olettaa ilmiön olevan universaali ja totta myös muiden yhteiskuntien kohdalla. Myös nykyisten. 

Energia on sana, joka voidaan käsittää monilla tavoin. Eräs määritelmä on, että se on kyky tehdä työtä. On kuitenkin olemassa myös prosesseja, joissa varsinaista "työtä" on mahdoton mitata, mutta energia on silti aikaansaavana elementtinä. Energia voi olla lämpöä, painovoimaa, valoa, ääntä, radioaaltoja, magnetismia, sähköä, mekaanista energiaa, radioaktiivista säteilyä, kasvua ja jopa ainetta.  Energia voidaan mitata, kun se muuttaa muotoaan näistä johonkin muihin, samalla myös menetetään osa energiasta termodynamiikan lain mukaisesti entropiaksi. Muuntaja on toimija joka muuttaa energian muodosta toiseen. Ihminen on eräs muuntaja, sillä muutamme ruoasta saamaamme energiaa muun muassa lämmöksi, ääneksi ja aalloiksi.

Ihmisen on pidettävä energiatasapainonsa positiivisena, mutta vain harvoin ihmiset tyytyvät kuluttamaan energiaa pelkästään elämän välttämättömyyksiin, haluamme myös elää muutoin rikasta elämää. Ihminen eroaa muista eläimistä siinä, että hän käyttää kehonsa lisäksi myös ulkoisia energian muuntajia. Cotrell ei kuitenkaan hyväksy käsitystä siitä, että ihminen pyrkisi jatkuvasti vähentämään oman energian käyttöään kaikissa toimissaan ad finitum. Edelleen teemme joitain asioita vaikeimman kautta, vaikka meidän ei tarvitsisi. Esimerkiksi käymme lenkillä, vaikka meidän ei pitäisi koska se tuottaa meille mielihyvää.

Energiaa alettiin mitata erilaisten yksiköiden avulla teollisen vallankumouksen alkaessa. James Wattin kaupatessa höyrykonettaan, piti hänen konkreettisesti laskea paljonko sen teho oli hevoseen verrattuna. Tästä siis juontaa termi hevosvoima. Watt laski, että hevonen kykeni tuottamaan 33 000 naulan (1 naula = n. 0,45 kg) nostamista yhden jalan (n.30,5 cm) korkeuteen vastaavan määrän energiaa minuutissa. Tämä oli siis yksi hevosvoima.

Termodynamiikan lakien mukaan energian määrä universumissa pysyy aina samana, sitä ei siis voi luoda tai tuhota. Kuitenkin energian määrä vaihtelee eri puolilla universumia. Auringosta vapautuu energiaa jatkuvasti fuusion myötä, ja tätä energiaa kasvit keräävät maapallolla. Koska kasvit vapauttavat vain osan energiasta lämpönä ulospäin, ne kerryttävät biomassaa maapallolle. Pitkään maapallon biomassa olikin kasvussa, kunnes ihmiset alkoivat polttaa fossiilisia polttoaineita ja vapauttaa tuota energiaa. Cotrell kuitenkin huomauttaa, että termodynamiikan toisen lain perusteella energia muuttuu aina parempilaatuisesta heikompilaatuiseksi.

Ylijäämäenergia (surplus energy) on olennaista kaikelle elämälle. Yhteiskuntien täytyy pidemmällä aikavälillä ja kokonaismittakaavassa välttää energia-alijäämiä. Yksinkertaisemmissa yhteiskunnissa nämä alijäämät huomattiin hyvin nopeasti ja niitä vastaan reagoitiin, koska panoksena oli kulttuurin olemassaolo. Nykyisessä yhteiskunnassamme on erittäin vaikea laskea eri projektien yli- tai alijäämiä, mikä vaikeuttaa suunnittelua. On kenties vaikea hyväksyä, että lähes kaikessa ihmisen toiminnassa itseasiassa kulutamme energiaa, siis vaikka kuvittelemme luoneemme lisäarvoa, olemmekin todellisuudessa käyttäneet energiaa ja menettäneet sitä osana tätä prosessia. Ylijäämällä on olennainen rooli selittettäessä yhteiskunnan voimasuhteita ja muutoksia. Suuresti kasvaneen ylijäämän jakamista ja käyttämistä varten on viimeisten vuosisatojen aikana keksitty taloudellisia teorioita, mutta noita teorioita ei kiinnosta energiavirrat, vaan ne mittaavat asioita hinnoilla.


Orgaaninen energia ja alhaisen energian yhteiskunta

Ihmiset ovat olleet historiansa aikana riippuvaisia pääasiassa auringosta tulevasta energiasta. Kuun vetovoiman aiheuttama vuorovesi, sekä toisista tähdistä tuleva valoenergia ovat lähes merkityksettömiä energialähteitä siihen verrattuna. Tällä hetkellä ihmiset käyttävät auringonvalon lisäksi ydinenergiaa ja fossiilisia polttoaineita, jotka ovat vuosimiljoonien aikana maankuoreen jalostunutta aurinkoenergiaa. Koska sekä fossiilisten polttoaineiden, että ydinfissiossa käytettävien polttoaineiden uusiutumisaika on miljoonia vuosia, ovat ne käytännössä kadonneet kun ne on käytetty. Aurinkoenergiaa tulee valtavasti maahan, noin 20 miljoonaa kilokaloria per eekkeri per päivä. Ongelma auringonvalossa ei olekaan sen määrä, vaan se että se on vaikeammin käytettävissä ihmisen haluamiin tarkoituksiin, kuin fossiiliset polttoaineet tai ydinfissiossa käytettävät mineraalit.

Ihmiset syövät kasveja, jotka siis muuttavat aurinkoenergiaa biomassaksi vain noin 0,18 % hyötysuhteella. Tämä aurinko-kasvi-ihminen energiaketju on ihmiselle todella edullinen; ihmisen tulee vain tietää mitä kasveja hän voi syödä ja mitä ei pysyäkseen hengissä. Kasvit tosin vaihtelevat sen suhteen, millaista maaperää, ja ilmastoa ne kestävät, ja paljonko ne pystyvät hyödyntämään auringonvaloa. Ihminen käytti ennen fossiilisia polttoaineita pitkälti omaa lihasvoimaansa kasvisatojen hyödyntämiseen. Tällöin siis olennaiseksi muodostui myös se suhde, millä ihminen kykeni satoa korjaamaan. Cottrell laskee, että ihmisen energiatehokkuus on noin 20 %, eli syömästään 100 kalorista hän kykenee tuottamaan 20 kalorin edestä lämpönä mitattavaa energiaa.

Eläinruoan astuessa kuvioon mukaan kasvaa ihmisen kyky jälleen hyödyntää kasveja. Nimittäin useat kasvit, jotka ovat ihmiselle kelpaamattomia, sopivat eläimille ja siten ihminen kykenee käyttämään niitä eläinten toimiessa muuntajina. Lisäksi eläimet kykenevät keräämään ravintoa laajalta maa-alueelta. Eläimet toimivat myös "energiavarastoina" ilmastoissa, jossa ihminen ei kykene syömään kasviravintoa ympärivuotisesti. Eläinten kasvatuksessa karjaksi tullaan kuitenkin ongelmaan, nimittäin käyttämällä viljan suoraa ravinnokseen ihminen saa käyttöönsä enemmän energiaa, kuin syöttämällä viljan karjalle ja syömällä sen myöhemmin. Jostain syystä ihmisyhteisöt kuitenkin hyväksyvät tämän energiatappion, ja jopa uhraavat eläimiä erilaisissa uskonnollisissa riiteissään.

(Cleveland 2009, 37)

Ihminen kykeni levittäytymään ympäri maapalloa pitkälti kahden keksinnön ansiosta, ensimmäinen oli tulenkäyttö ja toinen vaatteet. Lisäksi ihminen sopeutui nopeasti uusiin ympäristöihin älykkyytensä ansiosta. Ennen varsinaisen maanviljelyn alkamista maapalloa asutti monenlaiset metsästäjä-keräilijä kulttuurit. Itseasiassa on varsin yllättävää, miten erilaisia elintapoja ihmiset kykenivät kehittämään, vaikka ylijäämäenergia olikin niukkaa. Toiset kulttuurit menestyivät paremmin ja tarjosivat jäsenilleen varsin mukavan elämän, kun taas toiset elivät äärimmäisessä niukkuudessa, mutta kykenivät silti jatkamaan kulttuuriaan. Kaiken kaikkiaan metsästäjä-keräilijät elivät saasteetonta elämää, ja joitain poikkeuksia lukuunottamatta sopusoinnussa ympäristön kanssa.

Pikku hiljaa ihmiset oppivat keräilyn lisäksi myös istuttamaan viljaa, sekä karjalaumojen jahtaamisen lisäksi kesyttämään tiettyjä rotuja. Tämä aloitti uuden aikakauden ihmisen kehityksessä. Silti edelleen kaikki energia, jonka ihminen hankki, oli lähtöisin hänen omasta lihasenergiastaan. Tämä muuttui, kun ihminen oppi käyttämään eläimiä maataloudessa. Hevoset, härät ja muulit alkoivat vetää kyntöauroja perässään. Tämä tehosti maanviljelyä valtavasti. Hevosen etu ei sinänsä tullut karkeasti energiatehokkuudesta (ihmisen energiatehokkuus jopa parempi), vaan siitä miten se nopeutti kylvöä etenkin alueilla joilla viljelykaudella on tietyt aikarajoitteet. Toisaalta taas väestön kasvaessa eläimistä jouduttiin populaatiopaineen vuoksi luopumaan. Cottrell kertoo tämän johtaneen usein siihen sortuneen feodaaliyhteiskunnan joutumiseen valloitetuksi ulkopuolisen, hevosia käyttäneen yhteiskunnan toimesta.

Sivilisaatioiden synty on perinteisesti sijoitettu kaksoisvirran maan alueelle, mutta viimeisimpien tutkimusten mukaan sivilisaatiot alkoivat kehittyä itsenäisesti eri puolilla maapalloa. Edellytyksenä niiden kehittymiselle oli kasvaneet sadot viljelystä. Laskeva rajatuottavuus on ollut kautta historian sivilisaatioiden pahin vihollinen. Riippumatta siitä, kuinka hyvin peltoa viljellään ja kuinka hyvät olosuhteet ovat, jossakin vaiheessa peltoalaan investoitu energiamäärä ei enää tuota riittävää ylijäämää. Rajatuottavuutta voidaan nostaa ottamalla käyttöön uusia teknologioita, kuten juuri vetoeläimet. Cottrell huomio, että näitä uusia teknologioita ottivat käyttöön yleensä ne, joilla oli jo valmiiksi suuret ylijäämät. Ylijäämiä voidaan käyttää moneen tarkoitukseen. Mikäli ne jaetaan tasaisesti väestölle, johtaa se kasvaneeseen vapaa-aikaan. Tosin lähes poikkeuksetta ylijäämät ovat johtaneet kasvaneeseen väestöön. Sitä voidaan käyttää uusien yhteiskuntaluokkien elättämiseen, uskonnollisiin menoihin, armeijaan ja toisten alueiden valloitukseen, mutta siis kaikki tämä vaatii jonkinlaisen ylijäämän olemassaolon.

Kun siis maanviljely mahdollisti sekä paikallisen elämäntavan ja väestön kasvun, täyttyivät edellytyksen sivilisaation syntymiselle. Sivilisaatiot alkoivat nopeasti kehittää työnjakoa, hierarkioita sekä uusia teknologioita. Mielenkiintoista on se, että eri puolilla kehittyneet sivilisaatiot kehittivät edistyneitä teknologioita, mutta taas eivät kyenneet keksimään yksinkertaisiakaan keksintöjä toisilla aloilla. Esimerkiksi Mayat kehittivät edistyksellisen valtiorakenteen sekä kalenterin, mutta eivät ymmärtäneet pyörän tai vetoeläimien käytöstä mitään.

Cottrell näkee kulttuurien konservatiivisuuden, siis vastahakoisuuden muutokselle, tulevan energian niukkuudesta. Yhteiskunnilla ei kerta kaikkiaan ollut varaa sosiaaliseen epäjärjestykseen, tai sisäisiin konflikteihin. Kulttuuristen elementtien tuli vahvistaa toisiaan, ja torjua muutosta. Perinteisissä yhteiskunnissa muutosta haluavilla tuli olla energia sen toteuttamiseen. Koska vallassa olevalla luokalla oli traditionaalinen oikeus energiaan (maanviljelyn tuotoksiin), oli ulkopuolisilla haastava tehtävä kerätä jostakin energia, jolla viedä muutos eteenpäin kulttuurissa. Maataloudesta riippuvainen kulttuuri on siis eräänlainen ikiliikkuja, stabiili systeemi joka sääntelee itse väestönsä ja hallintonsa kokoa. Monissa tapauksissa havaittin, että teollisten yhteiskuntien tuoma muutos tällaisiin kulttuureihin esimerkiksi Kiinassa ja Intiassa 1800- ja 1900-luvuilla oli erittäin hidasta, jopa epäonnistunutta.

Lähde:

Cottrell, Fred (2009). Energy and Society: The Relationship Between Energy, Social Change, and Economic Development (e-book). Saatavissa: http://www.eoearth.org/view/article/152455

Jatkuu seuraavassa osiossa aiheina epäorgaaniset energialähteet (tuuli ja vesi), sekä purjehtiminen ja kaupankäynti: http://akilleenkanta.blogspot.fi/2013/11/todellinen-klassikko-fred-cottrell_15.html