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. |
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 |
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
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti