Grondstoffen
GERTJAN COBELENS
Artikel speciaal geschreven voor 4eco
.
Voedsel, energie en mineralen zijn onze natuurlijke hulpbronnen. Zonder voedsel, energie en mineralen is ons geen lang leven beschoren. Dus is het belangrijk om iets te begrijpen van de dynamiek van de winning en uitputting ervan. Richard Heinberg gebruikt hiervoor het beeld van een grote bak roomijs.
Stel je voor, je bent op een groot feest waar de gastheer een gigantische bak ijs de zaal binnenrolt. Onder een bemoedigend ‘Tast toe!’ grijpen alle feestgangers naar lepels en kommetjes en beginnen te scheppen. Eerst moeten ze zich een weg door de bevroren bovenlaag banen. Maar als hierna het ijs in de bak lichtjes opwarmt, gaat het scheppen steeds makkelijker. Het wordt dan ook met grote vaart naar binnen gewerkt.
Eenmaal halverwege begint het tempo te stokken. De feestgangers moeten zich steeds dieper over de rand van de bak buigen en sommigen zitten elkaar in de weg. Een paar houden het voor gezien en storten zich op de taart, maar de ware ijs-liefhebbers blijven scheppen totdat ze de laatste restjes moeizaam en met kleine beetjes tegelijk uit de hoeken van de bak weten te schrapen.
Dat is volgens Heinberg het principe van uitputting: hoe sneller je schept hoe eerder het ijs op is. Maar ook: op zeker moment treedt er een omslagpunt op waarna de winning moeizamer verloopt. Eenzelfde dynamiek gaat ook op voor natuurlijke hulpbronnen, ook al ligt dat net een tikkeltje ingewikkelder.
Ten eerste moeten we een onderscheid maken tussen hernieuwbare hulpbronnen en niet-hernieuwbare. Bossen en vispopulaties zijn hernieuwbare hulpbronnen; fossiele brandstoffen en metalen zijn niet-hernieuwbare hulpbronnen.
Hernieuwbare hulpbronnen vullen zichzelf mettertijd aan. Echter, worden vissen sneller gevangen dan ze zich kunnen voortplanten, dan zal de visstand zich op enig moment niet langer herstellen.
Niet-hernieuwbare grondstoffen kunnen zichzelf überhaupt niet aanvullen. Wel kunnen metalen dikwijls gerecycled worden, al kost dat energie en kunnen ze na meerdere rondes aan kwaliteit inboeten. Verbranden we fossiele brandstoffen, dan zijn ze ook echt op – het enige wat overblijft zijn restwarmte, fijnstof en CO2.
Ten tweede draait het bij grondstoffen om de kwaliteit. In het ijsvoorbeeld is de kwaliteit van het ijs in de hele bak gelijk. Bij niet-hernieuwbare grondstoffen kan de kwaliteit echter enorm uiteenlopen.
Een ijzererts als magnetiet bestaat bijvoorbeeld voor grofweg driekwart uit ijzer, een ijzererts als taconiet voor slechts één kwart. Omdat ijzererts op aarde zo wijd verspreid is, kun je in theorie vrijwel tot in het oneindige op een lagere kwaliteit erts overstappen – zij het dat elke neerwaartse stap meer energie, arbeid, investeringen en technische innovatie vergt. Het wordt steeds duurder, maar het blijft mogelijk.
Bij de winning van energiebronnen stuit je al snel op een harde grens: wanneer die winning meer energie kost dan hij oplevert, kun je bezwaarlijk nog langer van een energiebron spreken. Om deze reden gelden fossiele energiebronnen als de oergrondstof.
Daarnaast is de kwaliteit van een grondstof ook van andere factoren afhankelijk: hoe toegankelijk is de grondstof (hoe diep zit hij?), wat is de locatie (is het in onbereikbaar Arctisch gebied of in een weinig bevriende natie?) en hoe schoon of vuil is de grondstof (is het steenkool die veel of weinig zwavel bevat?).
Van oudsher gaat men ervan uit dat de grondstoffenwinning het principe van het ‘laag hangend fruit eerst‘ volgt: de makkelijkst winbare en beste grondstoffen worden als eerste gewonnen. Dit doet vermoeden dat het opsporen van grondstoffen steeds wat verder terugloopt. Maar in de praktijk neemt het patroon van exploitatie meestal de vorm van een klokkromme aan.
Om laaghangend fruit te kunnen plukken moet je namelijk eerst weten waar de boomgaard zich bevindt.
.
Tweehonderd jaar geleden publiceerde de grote klassieke econoom David Ricardo zijn Principles of Political Economy and Taxation. In dit boek verwoordde hij het principe dat ‘laaghangend fruit het eerst geplukt wordt’. Ook gaf hij aan waarom hernieuwbare natuurlijke hulpbronnen de voorkeur genieten boven niet-hernieuwbare.
Voor het verduidelijken van zijn ideeën hieromtrent maakte hij gebruik van het verhaal van Robinson Crusoe. Bij Ricardo landde Crusoe als schipbreukeling op een eiland waarop ofwel maïs kan worden verbouwd of waar een grote hoeveelheid scheepsbeschuit te vinden is. De ene situatie doopte hij de maïseconomie, de andere de scheepsbeschuiteconomie. Ricardo concludeerde dat de maïseconomie verre te prefereren valt boven de scheepsbeschuiteconomie omdat het tweede type economie per definitie eindig is en het eerste niet.
Ricardo maakt zijn punt duidelijk, maar zijn bewijsvoering is typisch die van een leunstoeleconoom. In het echte leven ligt er geen maïseiland of scheepsbeschuit klaar. De juiste landbouwgrond opsporen en bewerken is niet iets wat je zomaar aan komt waaien. Dat vergt specifieke kennis en kunde. Dat bezwaar treft ook zijn ‘laaghangend fruit eerst’-theorie, want ook het opsporen, winnen en benutten van grondstoffen is niet iets wat zomaar vanzelf gaat.
Een ander leunstoelvoorbeeld kan dit punt misschien wat verduidelijken. Stel je voor dat de Pilgrim Fathers op de Mayflower naar Amerika waren afgereisd om er de best mogelijke landbouwgrond te vinden. Dat zou de overlevingskansen van hun kolonie immers maximaliseren.
Waar hadden ze dan moeten landen? Niet in Virginia, hun oorspronkelijke doel, en zeker niet in Massachusetts, de plek waar ze daadwerkelijk aan wal kwamen. Het deel van de Verenigde Staten met de beste landbouwgrond is Iowa. Het zou een ingewikkelde route zijn geweest – varen via de Saint Lawrencebaai en de Grote Meren en vervolgens over land door Wisconsin trekken – maar niet onmogelijk. Het punt is uiteraard dat de Pilgrim Fathers helemaal niet op de hoogte waren van het bestaan van de Saint Lawrencebaai, de Grote Meren of Iowa. En dus bleven ze veilig in het gebied waar ze geland waren, om pas later heel geleidelijk de omgeving te verkennen.
Zonder het te beseffen gedroegen de opvarenden van de Mayflower zich net als grondstoffenjagers in de eerste exploratiefase: ze blijven dicht in de buurt van hun thuisbasis en concentreren zich op regio’s waar al eerder vondsten zijn gedaan. Grondstoffen laten zich immers lastig opsporen; ze zitten namelijk – het woord verraadt het al – in de grond. Pas met de toename van de kennis van geologie en geografie waagt men zich in onbekende streken en vindt men uiteindelijk zijn Iowa, of zijn Ghawar, het grootste olieveld ooit ontdekt, waarna het met de vondsten alleen nog maar bergafwaarts kan.
Met de toename van geologische kennis, technologische verbeteringen – en nu en dan een dosis geluk – wordt het mogelijk om met steeds minder moeite allerlei grondstoffen op te sporen. Dankzij bijvoorbeeld de technologische doorbraak van 2d- en 3d-seismiek zijn oliegeologen inmiddels in staat grote delen van de aardkorst op de aanwezigheid van olie af te speuren en behoren misboringen vrijwel tot het verleden.
Toch hebben deze doorbraken niet kunnen verhinderen dat er sinds de hoogtijdagen van de jaren vijftig en zestig van de vorige eeuw steeds minder olievelden worden gevonden, en dat de velden die gevonden worden gemiddeld genomen ook nog eens beduidend kleiner zijn.
In de tweestrijd tussen geologie en technologie legt de technologie het uiteindelijk altijd af tegen de geologie. Uit dit duel rijst het patroon van een klokkromme op. De aanvankelijke groei vlakt af om vervolgens in krimp te verkeren.
Deze niet te winnen strijd vormt de tragiek van de grondstoffenjager.
.
De meeste grondstoffen kennen momenteel een zeer gunstige winning/reserves-ratio (W/R-ratio). Deze verhouding geeft het aantal jaren weer dat we, bij het huidige winningsniveau, nog over een bepaalde grondstof kunnen beschikken. Dus is er op het eerste gezicht geen reden om ons druk te maken over de eindigheid van de winning.
Zo geeft de BP Statistical Review of World Energy 2017 aan dat deze ratio voor olie zo’n jaar of vijftig bedraagt en voor steenkool een eeuw of langer. Tellen we daar voor steenkool ook de nog onbewezen, mogelijke reserves bij op, dan stijgt de W/R-ratio naar ruim duizend jaar. Steenkool genoeg dus?
Het probleem is dat deze ratio slechts een deel van het verhaal vertelt. Feit is dat bijvoorbeeld de olievondsten de afgelopen decennia ver zijn achtergebleven bij de winning ervan en de laatste paar jaar een ongekend dieptepunt hebben bereikt.
Figuur 1: Olievondsten 1947-2017
En deze situatie gaat grosso modo voor alle minerale grondstoffen op. Hoe gunstig de W/R-ratio’s er ook uitzien, het aantal nieuwe vondsten is bedroevend.
Figuur 2: Deze grafiek van André Diederen (TNO) geeft de tendens aan van afnemende meeropbrengsten voor een reeks van grondstoffen van 1980 tot 2007. Volgens Diederen is deze tendens intussen – ‘door de oogharen gezien’ – onverminderd actueel, al zal de lijn van de kosten van de exploratie nu eerder op en neer gaan (privécorrespondentie).
Ter illustratie van deze tendens twee grafieken uit André Diederen, Resource Depletion (2017):
Figuur 3: Deze grafiek laat zien dat de omvang van de goudvondsten sterk gedaald is, terwijl de kosten onevenredig zijn toegenomen. Bron: Palisade Research, 10-08-2016.
Figuur 4: Naarmate de kwaliteit van de grondstof daalt, is er steeds meer energie nodig om de winning op peil te houden. In het geval van goud is de benodigde diesel per gewonnen troy ounce van 2005 tot 2012 precies verdubbeld. Bron: srsroccoreport.com, 09-09-2013.
Zonder nieuwe vondsten is de W/R-ratio meteen ook de gehele periode die we voor een grondstof nog hebben.
.
De winning/reserves-ratio versluiert dat de kosten van het vinden van nieuwe minerale grondstoffenvoorraden enorm zijn gestegen. Die kosten zijn nu zo hoog dat hoogleraar fysische chemie Ugo Bardi van ‘Tiffany’s dwaling‘ spreekt. Dit is een verwijzing naar een scene uit de film Breakfast at Tiffany’s. Het door Audrey Hepburn gespeelde karakter staat te ontbijten terwijl ze smachtend naar de juwelen in de etalage van Tiffany’s staart. Die juwelen zijn er wel, maar de kosten ervan zijn zo hoog dat ze alleen maar van ze kan dromen.
Datzelfde proces gaat, aldus Bardi, ook op voor de enorme onconventionele oliereserves die nog in de bodem zitten. Ze zijn er wel, we ‘zien’ ze, maar het zal steeds meer kapitaal, arbeid, grondstoffen en energie kosten om ze te winnen. Of we het nu over vijftig of vijfhonderd jaar aan olie hebben, zodra de winning meer kost dan gebruikers bereid of in staat zijn te betalen, zal die olie gewoon in de grond blijven zitten.
Ter illustratie: op 17 november 2016 rapporteerde de USGS, de geologische dienst van de Amerikaanse overheid, dat er bij het plaatsje Wolfcamp in Texas een olieveld ter grootte van 20 miljard vaten was gevonden. Volgens USA Today* betrof het de grootste Amerikaanse olievondst ooit en persbureau Bloomberg* sprak van een ‘olieschat’ ter waarde van 900 miljard dollar. Nog even afgezien van het feit dat er niets ‘gevonden’ was – dit veld was al decennialang bekend, de omvang ervan was alleen naar boven bijgesteld – is de cruciale vraag natuurlijk wat het kost om deze schat ter waarde van 900 miljard dollar uit de bodem te halen. Oliegeoloog Art Berman* maakte een diepgravende berekening van deze kosten en kwam tot de slotsom dat, zelfs zonder de operationele kosten en belastingen te verdisconteren, het oppompen van deze 20 miljard vaten olie 500 miljard dollar meer zal kosten dan de 900 miljard die deze ‘schat’ waard is.
Tiffany’s dwaling is dus te dromen over zaken die onbereikbaar zijn.
Bardi’s Tiffany-vergelijking gaat wel een beetje mank, want het gaat hierbij om twee fundamenteel verschillende kosten. Had Audrey Hepburn het geld voor die juwelen wel gehad, dan zouden bij aankoop haar uitgaven de inkomsten van Tiffany’s zijn. De rap oplopende kosten van de oliemaatschappijen zijn echter beter te beschouwen als een belasting die Moeder Natuur heft, als kosten waar niemand verder baat bij heeft.
De kostendynamiek die Bardi beschrijft is in feite de kerngedachte van het roemruchte rapport Grenzen aan de groei (1972) van Donella en Dennis Meadows en Jorgen Randers. Hun analyse behelst simpelweg dat een industriële economie die oneindige groei in een eindige wereld nastreeft, zich vroeg of laat geconfronteerd ziet met én slinkende grondstoffenvoorraden én toenemende milieuvervuiling als gevolg van de manier waarop die grondstoffen industrieel verwerkt worden.
Enerzijds heeft de uitputting van de natuurlijke hulpbronnen tot gevolg dat er almaar meer kapitaal, arbeid en energie moet worden gedirigeerd naar het op peil houden van de grondstoffenstroom. En anderzijds leiden de industriële productiemethoden ertoe dat ook de kosten van de bestrijding van de kwalijke gevolgen ervan – klimaatverandering, gif, fijnstof, bodemuitputting enzovoort – steeds hoger op zullen lopen.
En die kosten moeten door de huidige economische productie worden opgebracht, waardoor er almaar minder overblijft voor ander productief gebruik. Met andere woorden, het ‘vrij besteedbare inkomen’ van de economie, de consumptie dus, daalt en de groei slaat om in krimp.
Kortom, de juwelen zijn er wel, maar steeds vaker kun je er alleen nog maar naar kijken.
.
In de eerste aflevering ‘Roomijs en laaghangend fruit’ heb ik het gehad over de dynamiek van de winning van niet-hernieuwbare hulpbronnen, maar niet over het tempo waarin dat gebeurt. Je zou je kunnen afvragen of het vanuit ecologisch oogpunt of solidariteit met toekomstige generaties niet simpelweg onze verantwoordelijkheid is om een deel ervan in de grond te laten zitten. En daar is nog een economische grondslag voor ook. Immers, hoe schaarser de grondstof, hoe meer die waard wordt.
De Amerikaanse econoom Harold Hotelling formuleerde in 1931 een vergelijking voor een economisch verantwoord tempo van de winning van niet-hernieuwbare grondstoffen. Die noemen we de Hotelling-regel.* Hotelling had niet zo zeer de belangen van toekomstige generaties op het oog als wel een verstandig beheer van ons grondstoffenvermogen.
Zijn uitgangspunt was tot een productieniveau te komen dat de actuele waarde van alle toekomstige winsten zou maximaliseren. Een voorwaarde daarvoor was dat de prijs van de niet-hernieuwbare hulpbron, bijvoorbeeld die van olie, mee stijgt met de mondiale rentevoet. Anders gezegd: ‘Het ontginnen van een vat olie morgen, zou evenveel moeten opleveren als een gewonnen vat olie vandaag waarvan de winst belegd wordt tegen de geldende marktrente.’*
Wordt de prijs hoger dan leidt dat tot overexploitatie en een overaanbod en dus een weer dalende prijs; blijft de prijs achter, dan schroeven de exploitanten de winning terug, waardoor er een tekort ontstaat en de prijs terugveert.
Ook al stelt Hotelling dat het soms profijtelijk kan zijn om de grondstof in de grond te laten – inderdaad, hoe schaarser de grondstof wordt, hoe meer die waard is – dan nog geeft zijn theorie aan dat wanneer meerdere exploitanten hier gehoor aan geven, het aanbod daalt en de prijs zal stijgen naar het punt waarop het verschil met die toekomstige hoge prijs wordt overbrugd.
Kortom, hoewel Hotelling zich verzette tegen een ‘laisser faire’-aanpak en een lukraak ontginnen van kostbare niet-hernieuwbare hulpbronnen, geeft zijn regel aan dat die toch zo rap mogelijk uitgeput zullen raken.
Een principe uit de ecologie kan misschien verklaren waarom er zo’n sterke neiging bestaat om niet-hernieuwbare energiebronnen zo snel mogelijk en met zo weinig oog voor milieuschade en toekomstige generaties op te souperen.
Het principe van maximaal vermogen: you snooze, you lose. Oftewel: als je even niet oplet, neemt een ander jouw plaats in en profiteert in plaats van jou.
.
In de jaren vijftig van de vorige eeuw vroeg de ecoloog Howard Odum zich af waarom de energieoverdracht binnen ecosystemen zo weinig efficiënt verloopt. Samen met Richard Pinkerton ging hij op onderzoek uit en gezamenlijk kwamen ze tot de formulering van het ‘maximum power’ principe, ook wel de vierde wet van de thermodynamica genoemd. Dit principe stelt dat de ontwikkeling van een ecosysteem berust op een uitruil (of compromis) tussen efficiency en snelheid, en dat die uitruil de basis vormt van het maximaal vermogen per eenheid tijd.*
Dit klinkt misschien wat esoterisch, maar het komt er op neer dat in een wereld die bol staat van concurrentie niet alleen de efficiency telt waarmee je je energie wint en verbruikt, maar vooral ook de snelheid waarmee je dat doet. Dit is het ‘you snooze, you lose’. Als je er niet op tijd bij bent, ben je te laat. Dus dan maar wat minder grondig.
Het is dus: hoe hoger de snelheid, hoe lager de efficiency en andersom: hoe hoger de efficiency, hoe lager de snelheid. Die uitruil tussen snelheid en efficiency kom je in tal van ecologische processen tegen, maar bijvoorbeeld ook in een elektriciteitscentrale. In theorie kan een kolengestookte centrale een efficiency van een kleine 80 procent halen (het Carnot-rendement), zij het dat het proces dan wel bijna oneindig traag verloopt. Dus vindt er een uitruil plaats tussen efficiency en snelheid en strandt het rendement van zo’n centrale doorgaans rond de 45 procent.
Odum betrekt dit principe ook op de industriële samenleving. Hij concludeert dat wie besluit zijn vermogen aan fossiele brandstoffen wat minder snel op te branden, er wellicht een stuk efficiënter mee omgaat, maar tegelijk ook een goede kans maakt links en rechts voorbij te worden gestoken door diegenen die erop gebrand zijn het tempo van de energiewinning alleen maar verder op te voeren.
Het principe van maximum vermogen schrijft dus eigenlijk voor dat we onze eindige energiebronnen er zo snel mogelijk doorheen jassen.
We zullen het er maar mee moeten doen dat de mens simpelweg een levend organisme is dat zich gedraagt naar de wetten van de ecologie. Althans zo stelt Hans Meek het in zijn boek Ecologica (2017). ‘Het heeft weinig zin om ach en wee te roepen over de slechtheid van de mens […] want zo is het ecologische levensspel of levensgevecht nu eenmaal: soorten en populaties proberen zich zo goed mogelijk staande te houden en uit te breiden met alle middelen die hen ten dienste staan, totdat hen een halt toegeroepen wordt door ecologische of andere beperkingen van buitenaf.’*
Hoe die dynamiek precies in zijn werk gaat zien we in de volgende aflevering.
Of het milieu, of toekomstige generaties, nu door Hotelling of door Odum worden gebeten, pijn doet het altijd.
.
Er is nog een derde reden waarom toekomstige generaties zelf hun eigen milieu- en grondstoffenboontjes maar zullen moeten doppen, en die hangt samen met wat de archeoloog Joseph Tainter de energie-complexiteitsspiraal heeft gedoopt.*
In het samen met Tadeusz Patzek geschreven boek Drilling Down (2012) stelt hij dat zodra er in een natuurlijk systeem iets van ongebruikte energie is, er onmiddellijk soorten van binnen of buiten het systeem opdoemen die die energie opgebruiken. Voeg extra energie aan een ecosysteem toe en zijn complexiteit zal toenemen.
In menselijke samenlevingen gaat het niet anders. Beschikken we over extra, liefst goedkope energie, dan maken we die op en neemt de complexiteit van onze samenleving toe.
Die samenleving ontwikkelt dan nieuwe activiteiten, nieuwe technologieën, nieuwe vormen van vermaak, nieuwe instituties en sociale rollen en nieuwe vormen van informatie en informatieoverdracht. En al die nieuwe activiteiten en instituties en zo verder hebben voor hun voortbestaan allemaal een constante stroom energie nodig.
In zijn klassieker The Collapse of Complex Societies (1988) betoogt Tainter dat we de complexiteit van onze samenlevingen niet verhogen omdat het toevallig zo uitkomt, maar omdat het een goede manier is om problemen op te lossen. Obstakels en problemen pakken we aan door complexere technologieën te ontwikkelen, nieuwe instituties en bestuurslagen in te voegen of nieuwe vormen van informatie te verwerken. Het probleem is alleen dat we die complexiteit voortdurend verhogen zonder eerst de energie en de grondstoffen, die die extra complexiteit vereist, veilig te stellen. Dat verhoogt de druk onder ons grondstoffengebruik en dwingt ons er dus toe om almaar meer grondstoffen en energie te winnen om die complexiteit te handhaven.
En daar begint het probleem. Want na verloop van tijd dalen de voorraad en de kwaliteit van die natuurlijke hulpbronnen en dus moeten we nog complexere technologieën ontwikkelen om ze te vinden en te exploiteren. En die complexere technologieën vergen weer meer energie, enzovoort.
De complexiteit neemt toe omdat we over extra energie beschikken en ze neemt toe omdat we problemen moeten oplossen. En dat oplossen van die problemen gebeurt op een manier die extra energie vergt, waardoor we blijvend over nog meer extra energie moeten beschikken. Kortom, Tainter zadelt ons op met een probleem in de vorm van een raadsel: hoe los je een probleem op waarvan de oplossing het probleem is?
De afgelopen paar eeuwen hebben we de beschikking gehad over ongekende hoeveelheden goedkope fossiele energie, waardoor we er heel aardig in geslaagd zijn aan Tainters spiraal te ontsnappen. Bij velen heeft hierdoor het idee postgevat dat dit de normale situatie is in plaats van een historische aberratie. Tainter waarschuwt echter dat de energie-complexiteitsspiraal maar één oplossing heeft. Aangezien de druk op onze almaar slinkende natuurlijke hulpbronnen toeneemt en onze oplossingen van het probleem het probleem verergeren, ligt er volgens Tainter maar één toekomst in het verschiet: radicale versimpeling.
Zo eindigen we onze eerste serie over energie en grondstoffen met een ontnuchterende conclusie: ons tijdperk van overvloed loopt ten einde. Om dit beter te begrijpen, moeten we nu eerst meer leren over energie, ook al is dat misschien een beetje schools.
De Vlaamse visionair Max Dendermonde schreef het zestig jaar geleden al: de wereld gaat aan vlijt ten onder.
