13:13:00
Eriksson: Hur många blir vi?
Jordens befolkning ökar, en utveckling som ingen möjligtvis kan ha undgått. En befolkning på 7 miljarder människor är redan en realitet. 10 miljarder människor innan 2050 är en mycket verklig möjlighet. Utmaningarna som alla stater i världen, även de vars befolkningsökning verkar ha stannat av, står inför är enorma.
Vilket är det maximala antalet människor som skulle kunna leva på jorden? Vad är den hårda gränsen för befolkningsökningen? Det finns säkerligen ett flertal sätt att besvara denna frågeställningen. Jag tänker ta fasta på energin som träffar jorden varje år. Inga fler människor kan hållbart leva på jorden än energin från solen tillåter. Tänk om all energi från solen som träffade jorden användes för att tjäna människors överlevnad och bekvämlighet.
Låt oss också anta att ingen energi förutom solens energi används, då detta inte kan bli långsiktigt hållbart. Kärnkraft och fossila bränslen har båda hjälpt människan att avancera, men båda är ändliga resurser. Om någondera skulle förlitas på skulle jorden ha en större energiproduktion under en tid, men så fort bränslet tog slut skulle mänsklighetens antal behöva anpassa sig till de nya förhållandena. För alstring av elektricitet används solceller och för alstring av mat används högeffektiva grödor som tjänar som mat för både människor och kött- och mjölkdjur.
Vi antar att en människa behöver 2000 kcal per dygn genom sin föda, samt att världen som helhet använder lika mycket energi per capita som Sverige. Detta därför att en energiförbrukning liknande genomsnittssvenskens antyder en mer än acceptabel levnadsstandard.
Årlig(1) konsumtion av mat för en människa:
2 000 kcal = 8 368 kJ
8 368 kJ * 365,25 dygn ~ 3 056 000 kJ
En undersökning visar att matspillet i Sverige uppgår till ungefär en tredjedel. (2) Vi antar en konsumtion av vegetabilier på 70 % av matintaget, och animalier motsvarande 30 % av matintaget.
3 056 000 kJ / (2/3) = 4 584 000 kJ
Animalier (30 %): 1 375 200 kJ
Vegetabilier (70 %): 3 208 800 kJ
Vi antar att effektiviteten hos animalier respektive vegetabilier är 0,01 % och 0,1 %.(3) Detta innebär att vi antar att en area vegetabilier binder solenergi via fotosyntes så att 0,1 % av energin som träffar arean kan utnyttjas som föda åt människor. Animalier är mindre effektiva än vegetabilier, eftersom djuret som producerar animaliska livsmedel måste äta vegetabilier, och med cirka 10 % effektivitet omvandla dem till animalier.
Animalier: 1 375 200 / 0,0001 ~ 1,375 * 10^10
Vegetabilier: 3 208 800 / 0,001 ~ 3,208 * 10^9
Summa: 1,696 * 10^10 kJ / person / år, inklusive spill.
Mat är dock inte det enda sättet en person konsumerar energi. Elektricitet och transporter svarar också för en avsevärd del av en människas energikonsumtion. Vi hittar en genomsnittssvensks energikonsumtion förutom mat genom att titta på Sveriges totalkonsumtion av energi.
http://www.ekonomifakta.se/sv/Fakta/Energi/Energibalans-i-Sverige/Energianvandning/
Länken ger fakta om energibalansen i Sverige. Eftersom ingen energi kan vinnas ur kärnkraft i detta hypotetiska scenario kan vi bortse från posten "förluster i kärnkraften". Då blir Sveriges totala energikonsumtion 474,9 TWh. Uttryckt i kiloJoule är detta 1,709 * 10^15 kJ. Delat på hela Sveriges befolkning, 9,676 * 10^6, blir detta 1,767 * 10^8 kJ per person och år.(4) Denna energi ska skördas med hjälp av solceller, vars typiska effektivitet är ungefär 15 %.(5) Då är den totala solenergin som krävs för att fylla energibehovet:
1,767 * 10^8 kJ / 0,15 ~ 1,178 * 10^9 kJ
Den totala mängden solenergin som en människa årligen behöver ges av summan av dessa två, behovet av energi för att producera maten, 1,696 * 10^10 kJ, och summan av övrig energi som krävs, 1,178 * 10^9 kJ.
1,814 * 10^10 kJ / person / år
Mängden energi från solen som träffar jorden varje sekund uppgår till 1,8 * 10^14 kJ.(6) Varje år blir denna mängd:
5,7 * 10^21 kJ / jord / år (7)
Detta gör att det går att uppskatta det maximala antalet människor som kan leva på jorden.
( 5,7 * 10^21 kJ ) / ( 1,814 * 10^10 kJ ) ~ 3,1 * 10^11 personer
Låt oss skriva ut hela det talet.
310 000 000 000 människor
310 miljarder. Det är något fler än 44 gånger fler än som bor på jorden idag. Detta tal antar att varje kvadratmeter av jordens yta skulle vara täckt av antingen solceller eller grödor. Eftersom cirka 70 % av jordens yta är vatten kanske det skulle vara mer rimligt att säga att bara 30 % av jordens yta kan användas för uppfångande av solenergi. Då skulle energin räcka till:
93 000 000 000 människor
Detta är cirka 13 gånger fler än som bor på jorden idag. Låt mig bara säga att detta inte är en trevlig värld. Ingen människa skulle leva i solljuset, eftersom nästan all tillgänglig solenergi skulle användas för att producera antingen mat eller elektricitet. Enorma sjok av högeffektiva grödor skulle utgöra en enkel majoritet av jordens yta, och becksvarta solceller resten. All vild natur skulle vara utrotad och bara de mest effektiva grödorna och djuren skulle leva på jorden. Människor skulle leva under marken för att inte slösa tillgänglig solenergi. De enda som skulle se solen vore de få privilegierade som brukade de stora åkrarna på ytan eller skötte solcellerna. Att utnyttja jorden så effektivt vore inte praktiskt möjligt. Det är dessutom inte helt sant att allt samhället behöver från solen produceras i ett sådant här scenario. 20 % av världens jordbruksmark används för bomull, som inte har någon plats i denna hypotetiska värld.(8)
Detta är inte en realistisk uppskattning av jordens kapacitet för mänskligt liv. Den som vill tillägga eller rätta någon aspekt är välkommen.
(1) Ett år betraktas vara ett kalenderår på 365,25 dygn. Detta motsvarar inte exakt tiden som krävs för att rotera ett varv runt solen, men det motsvarar exakt en fjärdedel av en fyraårsperiod med ett skottår.
(2) http://slangintematen.se/undersokningar/
(3) Anders Henriksson, Iris Biologi 1. Det går säkerligen att hitta liknande siffror i vilken lärobok i biologi på högstadie- eller gymnasienivå som helst.
(5) http://www.solar-facts.com/panels/panel-efficiency.php
(6) http://helios.gsfc.nasa.gov/qa_sun.html#sunenergymass
(7) Jag hade gärna beräknat denna energimängd med fyra värdesiffror, men jag hittade ingen pålitlig data för jordens radie.
(8) http://wwf.panda.org/about_our_earth/about_freshwater/freshwater_problems/thirsty_crops/cotton/