De energie efficiency van onze hersenen
AI heeft om te ‘denken’ driehonderd meer energie nodig dan onze hersenen. Ons menselijk lichaam verbrandt gemiddeld 1750 kilo calorieën per dag om te leven: het basaal metabolisme. Per uur is dat zeventig kcal oftewel 80 Watt, die we als warmte uitstralen. Onze hersenen verbruiken ongeveer een kwart van die energie: 20 Watt. Een jaar je hersenen gebruiken, kost dus 175 kWh aan energie, tegen de huidige energieprijzen zestig euro per jaar. Vergelijk dit eens met het energieverbruik van kunstmatige intelligentie. Velen van ons zijn bekend met de enorme hoeveelheid energie die nodig is om datacenters en AI-systemen te laten functioneren. Wereldwijd verbruiken datacenters jaarlijks ongeveer 500 terawattuur aan energie. Dat komt neer op 60 megawattuur per wereldburger, wat driehonderd keer zoveel is als ons individuele biologische denkvermogen. Het is duidelijk dat onze hersenen voorlopig niet te evenaren zijn door welke intelligente computer dan ook.
Energie versterkt de mens
Met techniek als hefboom vergroten we ons menselijk spiervermogen. Ons spiervermogen is ‘slechts’ 300 Watt, maar de stoommachine leverde ons het duizendvoudige. Na de ontdekking van elektriciteit en verbrandingsmotor namen onze mogelijkheden om energie in te zetten en te regelen nog verder toe. Echter, dit alles komt wel tegen een prijs: zowel de energie zelf als de techniek die nodig is om deze energie efficiënt te benutten. Voordat je de energie van een motor kunt benutten, moet deze in een fabriek ‘kunnen’ worden gebouwd en moeten grondstoffen gedolven en opgewerkt ‘kunnen’ worden. Bovendien vereist het produceren van energie zelf ook extra energie. Bijvoorbeeld, het produceren van één liter benzine, die 8,9 kWh aan energie bevat, kost 6 kWh aan productie-energie.
Niet alleen ondersteunend mechanisch vermogen vraagt externe energie, ook ondersteunend reken- en denkvermogen vraagt externe energie, zowel voor de techniek – zoals de bouw datacenters en het trainen van AI-modellen – als voor het actuele gebruik. Zoals hierboven aangegeven, momenteel al ruim driehonderd keer meer dan het ons als individuele mens kost. Externe energie is onze menselijke ‘versterker’: hoe meer en hoe goedkoper we die externe energie kunnen maken en aanwenden, hoe meer we onze gezamenlijke menselijke capaciteit versterken. En we ondanks ons ‘beperkte ‘ mechanisch-, denk- en rekenvermogen, uiteindelijk als kleine zwakke mens, vanuit de natuur gezien, ongelofelijke prestaties kunnen leveren.
Energie is welvaart en welzijn
Onze huidige welvaart is de laatste honderden jaren op die wijze tot stand gekomen. Het beschikbaar houden van die energie, nu en in de toekomst is essentieel om onze manier van leven in stand te houden. Gelukkig is de groei van de wereldbevolking over zijn hoogtepunt heen. Verwacht wordt dat we de tien miljard bewoners waarschijnlijk nooit zullen bereiken. Echter het gemiddeld consumptieniveau – en dus energieverbruik – zal nog wel enorm stijgen. Immers de 80% van de armere bevolking wil ‘terecht’ het niveau van die rijkste 20% bereiken.
In 1798 voorspelde Thomas Malthus dat onze bevolkingsgroei tot de hongerdood zou leiden. Echter de afgelopen tweehonderd jaar bleek steeds dat hij ongelijk had. In studies is berekend, dat als de hele wereld de efficiency van de Nederlandse land- en tuinbouw zou hebben, we 67 miljard mensen zouden kunnen voeden. Dus die maximaal 10 miljard bewoners voeden, zal technisch en economisch zeker haalbaar zijn. Blijft over de energiebehoefte, inclusief alle bijzondere grondstoffen en materialen die daarvoor nodig zijn. En dat ook nog eens op een veel meer instandhoudbare en milieuvriendelijke manier realiseren.
Hoeveel energie bezit onze aarde?
In een eerdere blog beschreef ik dat de aarde als afgekoeld overblijfsel van een geëxplodeerde ster, een grote verzameling van allerlei soorten elementen en materialen is. Ook nog de miljarden jaren op aarde vallende meteorieten brachten veel grondstoffen op onze planeet. Tot nu toe hebben we eenderde van onze aarde geëxploiteerd. Dat deel dat aarde is, tweederde is immers bedekt met diepe oceanen. We konden in dat derde deel makkelijk graven en boren, maar tweederde is in principe nog onontgonnen. Hoewel de huidige ‘Malthussen’ berekenen dat we meer energie en grondstoffen gebruiken, dan onze aarde kan leveren, blijkt ook hier dat – achteraf gezien, denk aan de Club van Rome – ons technisch vernuft ons potentieel steeds weer voldoende energie en grondstoffen oplevert.
Dat is de spagaat in ons denken. Alles is eindig, maar ‘dat einde voorspellen’ is afhankelijk van ons toekomstig menselijk vernuft. Onze aarde blijkt telkens weer veel groter en ‘gevulder’ te zijn dan we eerder dachten. Zelfs onze voorraad fossiele energie, lijkt ‘op onverklaarbare wijze’ steeds groter te zijn dan we eerder voorspelden. Net als te veel positivisme, is te veel negativisme ook niet goed. Bezorgdheid is een goede eigenschap, maar zelfonderschatting ook. We voorspellen dat ons huidige fossiele elektriciteitsverbruik, dat minder dan twintig procent is van ons totale energieverbruik, door gebruik van zon en wind zou kunnen halveren. Echter in die verwachting is de enorme consumptiegroei van 80% van onze wereldbevolking niet meegenomen. Toch zal die enorme groei, linksom of rechtsom, zeker gaan plaatsvinden.
Potentiële groei van ons energieverbruik
Op aarde leven 8 miljard mensen. Met een totaal energieverbruik wereldwijd van 600 EJ is het gemiddelde energieverbruik per aardbewoner ongeveer 75 GJ per hoofd van de bevolking in 2022. Het energieverbruik van landen in Europa is 125 GJ per inwoner en in de Verenigde Staten zelfs 265 GJ. Veel landen hebben een verbruik boven de 200 GJ per persoon, hoewel deze landen maar een beperkt deel van de wereldbevolking uitmaken. Het grootste deel van de wereldbevolking heeft per bewoner een energieverbruik heeft onder de genoemde 75 GJ. Als de hele wereldbevolking jaarlijks 200 GJ energie per bewoner zou gaan verbruiken dan zou de wereldconsumptie aan primaire energiebronnen boven de 1600 EJ liggen. Drie maal zoveel als het huidige verbruik.
Van alle energie die we gebruiken is slechts 20% elektriciteit, die we duurzaam kunnen opwekken. De rest van de energie, meer dan 90%, komt van kolen, olie en gas. De verwachting is dat groei van het totale energieverbruik de komende decennia tegen de twee procent ligt door de consumptiegroei in Azië waar meer dan de helft van de wereldbevolking woont. En de helft zelfs onder dan 30 jaar oud is! Dus hoewel de wereldbevolking zelf lijkt te stabiliseren, blijft de wereldwijde energievraag de komende decennia nog enorm stijgen. Een grotere groei dan we – zeker op dit moment – regeneratief kunnen opwekken.
Bij de pakken neerzitten of innoveren?
Net als Thomas Maltus kun je bij de pakken gaan neerzitten. De bevolking zou toen volgens hem een maximale omvang hebben: het malthusiaans plafond. De bevolking zou deze omvang niet straffeloos kunnen overschrijden. Gebeurde dit wel dan zou een malthusiaanse catastrofe het gevolg zijn. Wat hij voorzag in bevolkingsgroei, zou je op dit moment kunnen vertalen naar de groei van onze (energie-) consumptie. Malthus vergat echter het technisch vernuft en de innovatieve capaciteit van de mens mee te nemen, die natuurlijk ook lastig is in te schatten.
Hoeveel slimmer, zuiniger, minder vervuilend en efficiënter leeft de mens over vijftig jaar? Die vraag beantwoorden, is voor de huidige mens heel lastig. Net als we in 1900 met 1,6 miljard mensen niet konden voorspellen wat we in 1950 technisch konden, en we in 1950 met 2,5 miljard mensen niet konden voorstellen hoe we nu leven met ruim 8 miljard mensen. Gelukkig blijft het biologische energieverbruik van de nuchter denkende mens beperkt tot 20 Watt. En ik denk dat, ondanks alle mogelijke AI ondersteuning, we juist dát nuchtere denkvermogen veel meer moeten stimuleren.
Ons niet laten bang maken. Niet overmoedig worden en denken dat we natuur en klimaat ‘eventjes’ kunnen veranderen. Juist adequaat die veranderingen die plaatsvinden, adapteren. En ons beter als rentmeester gedragen, simpel gezegd: ‘laat niet als dank voor het verpozen, de aarde vervuild achter met papier en dozen.’ Zoals een goede vriend van mij zegt: we moeten zorgen dat onze aarde zelfherstellend en regeneratief blijft. Als we dat kunnen realiseren, zal de aarde voor zichzelf zorgen en mogen we als vernuftige mens daar nog heel lang plezier aan beleven.
Door: Hans Timmerman (foto)
