Hoofdstuk 1 Afval produceren hoort bij het leven

Wildgroei
Dit is een ongeredigeerde proef en niet bestemd voor
wederverkoop en/of publicatie.
ZwerkConnect.nl
Vanaf december 2012 heeft Zwerk Uitgevers een nieuw platform voor auteurs en
lezers gelanceerd: ZwerkConnect.nl
Via www.ZwerkConnect.nl publiceren onze auteurs artikelen en video’s met
aanvullende informatie en achtergronden over de onderwerpen die in hun
boeken centraal staan.
ZwerkConnect.nl is direct geïntegreerd met de gangbare sociale mediakanalen
als Facebook en Twitter, wat het online bereik van auteurs en het
laagdrempelige contact met lezers nog verder vergroot.
Sociale media
Volg ons:
ZwerkConnect.nl: www.ZwerkConnect.nl
Twitter: www.twitter.com/Zwerk
Facebook: www.facebook.com/ZwerkUitgevers
Nieuwsbrief en contact
Via onze website www.zwerkuitgevers.nl kunt u zich aanmelden voor onze
nieuwsbrief. Deze nieuwsbrief houdt u op de hoogte van nieuwe titels,
(boek)presentaties, kortingsacties, lezingen van auteurs en andere activiteiten
waarbij Zwerk uitgevers en haar auteurs betrokken zijn.
ZWERK Uitgevers
Postbus 540
3990 GH Houten
[email protected]
www.zwerkuitgevers.nl
www.ZwerkConnect.nl
Voor Claire, die mij gevraagd heeft om dit boek te schrijven, en voor Eke,
Sytse en Ilona die in deze wereld moeten leven.
Inhoudsopgave
Inhoud
Inleiding
Deel I Natuurlijke processen
1 Afval produceren hoort bij het leven
2 Kringlopen
Deel II Processen binnen de huidige wereldbevolking
I. Grenzen aan de bevolkingsgroei
A. Een groeiend probleem
3 Bevolkingsgroei en agrarische productie
4 Bevolkingsgroei en industriële productie
5 Agro-industrie en corporatieve staten 57
B. Uitputting en verspilling van grondstoffen
6 Piekolie en dan?
7 Eindige hulpbronnen
8 Menselijke afvalproductie
9 Op is op
C. Uitputting en vernietiging van ons milieu
10 Het zoete water raakt op!
11 Luchtvervuiling en opwarming van het klimaat
12 De gevolgen van ontbossing
13 Verlies van biodiversiteit
14 Bodemvernietiging
II. Staat onze samenleving op instorten?
D. Processen binnen de menselijke bevolking
15 Wat is overbevolking?
16 Het wordt dringen in het Paradijs
17 Verstedelijking
18 Migratie
19 Ziekten
20 Dynamiek van de samenleving
E. Mondiale processen
21 Van een concrete naar een abstracte wereld
22 Energie en informatie in de samenleving
23 Het einde van de wereldbevolking?
III. Het voortbestaan van de menselijke soort
F. Is er nog een toekomst voor onze beschaving?
24 Welke weg kiezen we?
Nawoord. De nieuwe kleren van de keizer
De auteur
Dankwoord
Beknopte bibliografie
Inleiding
Dit boek gaat over problemen die voornamelijk het gevolg zijn van het te grote
aantal mensen op aarde. Het is geen optimistisch boek en het trekt geen
optimistische conclusies. Het wil een waarschuwing zijn en duidelijk maken
waarom de huidige situatie een bedreiging vormt voor de toekomst. Het geeft
een ontnuchterende beschrijving van de verkwistende manier waarop wij met
onze grondstoffen omspringen; van hongersnood en epidemieën; van de
vernietiging van eeuwenoude sociale verbanden, gewoonten en culturen; van
verbeten strijd om de laatste hulpbronnen. Maar het boek is niet alleen maar
somber: als we de juiste maatregelen nemen is er nog hoop. We moeten onze
aantallen drastisch en snel beperken. Dat is moeilijk, maar niet onmogelijk als we
niet alleen weten, maar ook werkelijk begrijpen wat er aan de hand is. Dit boek
wil dat begrip en dat noodzakelijke inzicht geven.
Een van de problemen is de uitputting van hulpbronnen, een ander de productie
van afval. In dit boek wordt niet alleen uitgelegd hoe deze problemen ontstaan,
maar ook hoe ze met elkaar zijn verweven en hoe we ze kunnen oplossen. Als ze
uitsluitend het gevolg waren van een teveel aan mensen, zou het nemen van
maatregelen – hoe moeilijk ook – betrekkelijk eenvoudig zijn. Maar het ligt
ingewikkelder, het is niet alleen het groeiende aantal mensen. De problemen zijn
ook het gevolg van de hoge levensstandaard van het rijke deel van de
wereldbevolking, de welvaart die gelijker moet worden verdeeld, ook over het
arme deel. Andere problemen komen voort uit de manier waarop we omgaan
met energie en materiële hulpbronnen: de huidige verspilling is onaanvaardbaar.
Meestal willen we problemen afzonderlijk analyseren en oplossen, maar hoewel
dat de zaken prettig eenvoudig houdt, is het niet erg zinvol als de problemen
onderling samenhangen.
De meeste boeken over wereldwijde tendensen in het milieu
concentreren zich op de opwarming van het klimaat, de verzilting van de bodem,
of dreigende schaarste aan voedsel of energie, maar vrijwel nooit geven ze een
begrijpelijk totaalbeeld. In dit boek wil ik een dergelijk totaalbeeld geven door
een groot aantal problemen te behandelen en te laten zien hoe ze onderling
samenhangen, ofwel direct of omdat ze een gemeenschappelijke oorzaak
hebben: het reusachtige aantal mensen op aarde. Het buiten beschouwing laten
van bepaalde problemen vermindert ons begrip en dus de effectiviteit van de
maatregelen die we nemen om ze op te lossen.
Het milieu vormt de basis voor grootschalige demografische en
economische processen, geen sluitpost van de begroting. De demografische
situatie van de wereld is het resultaat van het socio-economische systeem dat wij
in de loop van duizenden jaren hebben gecreëerd en tegelijk de drijvende kracht
erachter. Dat systeem voorziet ons van voedsel, grondstoffen, onderdak en
kleding; het bevordert de stroom van voedsel en goederen; en het maakt ons
leven comfortabel. Het is niet alleen voortgekomen uit, maar ook gaan afwijken
van processen die in de natuur voorkomen. Als zodanig blijft het een bijzondere
vorm van ecologie: de ecologie van de mens. We moeten al deze kwesties
gezamenlijk en in hun historische context bekijken en uitgaan van een
totaalbeeld.
Terwijl ik mij met deze problemen bezighield, realiseerde ik mij niet
alleen dat een groot aantal processen die zich op dit moment in ons mondiale
milieu afspelen onderling samenhangen, maar ook dat ze tot hetzelfde
eindresultaat leiden: een schandelijk geplunderde wereld. Het zijn processen die
de toekomst van de mensheid bedreigen. En het ergst van al is dat die dreigingen
steeds dichterbij komen. Wie al die onderling samenhangende, tegelijkertijd
optredende, milieuproblemen bij elkaar ziet staan kan erg somber worden over
de toekomst. Dat is absoluut niet mijn bedoeling, maar het is onvermijdelijk,
gezien de aard en de urgentie van het probleem.
We gaan de wereld om ons heen steeds meer begrijpen en daardoor
steeds beter beheersen, met het gevolg dat belangrijke innovaties wereldwijd de
levensomstandigheden voor miljoenen mensen verbeteren. Hoewel dat een prijs
heeft, bepalen wij het prijskaartje. Als we de juiste maatregelen nalaten zal de
prijs torenhoog zijn: de aarde en daarmee iedere mogelijkheid tot verdere
vooruitgang zullen verloren gaan. We vernietigen niet alleen onze toekomst
maar ook alles wat we tot dusverre hebben bereikt.
Wat gaat er mis?
Alle hulpbronnen op aarde zouden het leven in al zijn overvloed en
verscheidenheid nog geen jaar lang in stand kunnen houden, laat staan de bijna
vier miljard jaar die het leven al bestaat. Maar het afval dat het ene organisme
produceert, dient altijd tot voedsel van een ander organisme; dat produceert ook
weer afval, dat op zijn beurt voedsel wordt voor een volgend organisme
enzovoort, totdat het eerste organisme in de keten opnieuw de nutriënten in een
of andere vorm als voedsel aantreft. Het voortdurende hergebruik van
grondstoffen is essentieel voor het duurzaam voortbestaan van leven. Het leven
heeft niet alleen de enorme variatie en verscheidenheid aan soorten die wij om
ons heen zien ontwikkeld, maar ook de kringlopen die duurzame existentie
mogelijk maken. Dankzij deze kringlopen worden grondstoffen al miljarden
jaren lang omgezet in afval, afval weer in grondstoffen, grondstoffen opnieuw in
afval en hopelijk gaat dat nog vier miljard jaar lang door, totdat de
omstandigheden in het zonnestelsel zo verslechterd zijn dat er geen leven op
aarde meer mogelijk is. We zijn nu ongeveer halfweg, bevinden ons in het zenit
van het leven.
Binnen de grote grondstoffenkringloop voeden alle organismen zich met
elkaar. Ook planten, want zij leven van gassen die via andere organismen,
bijvoorbeeld dieren, in de lucht vrijkomen, en van andere nutriënten die als
uitwerpselen in de bodem zijn achtergelaten of vrijkomen als organismen
sterven en vergaan. Met behulp van de energie uit zonlicht vormen planten de
uiteindelijke motor die de nutriëntenkringloop in stand houdt. Anders gezegd:
dankzij de zonne-energie vormt die kringloop een soort perpetuum mobile.
Mensen vormen samen met alle andere organismen in het milieu een
onderdeel van die mondiale voedselkringlopen, en het grootste deel van hun
bestaan op aarde hebben ze ook zo geleefd: ze aten sommige soorten en werden
door andere soorten gegeten. Ze hebben nooit buiten die kringlopen gestaan.
Maar geleidelijk is de mens als soort gaan domineren, door meer dan het hem
toekomende deel van de hulpbronnen te gebruiken en veel afval te produceren.
Hij ontdekte ook andere energie- en voedselbronnen, leerde talrijke ziekten en
parasieten te bestrijden en werd nog maar zelden door andere soorten
opgegeten. Daardoor groeide het aantal mensen gestaag. Ze veranderden hun
milieu door bossen te kappen, akkers te bevloeien en de voedingsstoffen in de
bodem uit te putten. De huidige verstoring van het milieu is niet nieuw – die is al
tijden aan de gang. Als gevolg van de betrekkelijk recente wildgroei van de
menselijke bevolking zijn het grondstoffengebruik en de afvalproductie alleen
buitensporig sterk toegenomen. Dat heeft de kringlopen zodanig onder druk
gezet dat ze uiteindelijk volledig verstoord zijn geraakt – een proces waarvoor
maar enkele eeuwen nodig waren.
Wat is er precies gebeurd in die laatste paar eeuwen? Wat is er mis
gegaan en kunnen we de oeroude biologische nutriëntenkringlopen nog
herstellen en daardoor de neergang tot staan brengen? Welke maatregelen zijn
daarvoor nodig?
De belangrijkste oorzaak van de verstoring van het milieu is eenvoudig
dat de groei van het aantal mensen uit de hand gelopen is. De natuurlijke
processen hebben de groeiende mensenmassa’s niet van voldoende energie en
voedselbronnen kunnen voorzien en het afval dat ze produceerden niet snel
genoeg opnieuw in voedingsstoffen kunnen omzetten. In de jaren 1970 bedroeg
het aantal mensen op aarde ongeveer 2,5 miljard. Nu, ongeveer 35 jaar later, is
dat meer dan 7 miljard. Dat is een gemiddelde toename van zo’n 1,3 miljard
mensen per decennium, wat betekent dat elk jaar 130 miljoen mensen meer
gevoed, gehuisvest en gekleed moeten worden. En dat er ieder jaar 130 miljoen
mensen meer zijn die afval produceren. Hoewel de bevolking in de jaren 1970
sneller groeide dan tegenwoordig, neemt het totale aantal mensen nog steeds
toe, en daarmee de druk op de voedselkringlopen van het leven.
In de jaren 1970 dachten sommige wetenschappers nog dat de aarde in
staat zou zijn om in de levensbehoeften van 30 miljard mensen te voorzien;
volgens sommige schattingen lag de draagkracht van de aarde zelfs tussen de
1016 en 1030 miljoen mensen, honderd miljoen keer hoger dan de alarmerende
10 miljard die naar verwachting de komende decennia bereikt zou worden. Dus
leek er een geruststellende veiligheidsmarge te zijn, die maatregelen onnodig
maakte. En dus werd er drie decennia lang niets gedaan. Maar sinds het begin
van deze eeuw is de geschatte maximale bevolking naar beneden toe bijgesteld
tot 9 à 10 miljard, wat betekent dat we op dit moment slechts een
zorgwekkende 2,0 à 3,0 miljard mensen verwijderd zijn van het moment waarop
de grens van de draagkracht van de aarde is bereikt. Gezien de huidige snelheid
van de bevolkingsgroei is er nog maar heel weinig tijd (in ieder geval minder dan
de 30 jaar die in de jaren 1970 werden verondersteld) om die groei af te remmen
of om te keren. Door ons optimisme en onze nonchalance hebben we al veel
kostbare tijd verloren laten gaan. Desondanks hopen veel mensen nog steeds dat
de menselijke bevolking zich op dit niveau van 9-10 miljard zal stabiliseren
zonder dat dit door externe factoren – zoals een tekort aan voedsel, drinkwater
of energie of door vervuiling van landbouwgrond – wordt afgedwongen.
Maar in de loop van de geschiedenis is het grondstoffengebruik steeds
intensiever geworden en nog sneller gegroeid dan de bevolking. Ieder van ons
gebruikt tegenwoordig meer grondstoffen dan onze ouders, zelfs meer dan nog
maar twee jaar geleden. En allemaal produceren we meer afval dan onze ouders
ooit hebben gedaan. De inwoners van rijke landen gebruiken meer gereedschap
en huishoudelijke apparaten en hebben een of meer auto’s per gezin en de auto’s
zijn groter. En – voor een deel door het ontstaan van megasteden – eten mensen
voedsel dat afkomstig is uit andere delen van de wereld, dat over steeds grotere
afstanden vervoerd en steeds langer opgeslagen en geconserveerd moet worden.
Bovendien gaan steeds meer mensen een of twee keer per jaar op vakantie naar
steeds exotischer bestemmingen. Daardoor dragen we er allemaal aan bij dat
onze hulpbronnen steeds sneller uitgeput raken en dat er steeds meer afval
ontstaat. Om meer voedsel te kweken en producten te maken, gebruiken we
energiebronnen waarvan het opwekken zelf steeds meer energie kost en
onvermijdelijk afval produceert. De effecten van die afvalproducten zijn al
merkbaar: de atmosfeer en de oceanen warmen op, waardoor de ijskappen aan
de polen en de gletsjers in de bergen smelten. De voornaamste boosdoener is in
dit geval kooldioxide, afkomstig van verkeer en industrie, maar ook uit het beton
dat gebruikt wordt bij de bouw van huizen, kantoren en fabrieken en de aanleg
van wegen. Daar komt bij dat binnenkort onze energiebronnen op zullen zijn,
waardoor onze voedselvoorziening in gevaar komt en ook de winning van de
resterende voorraad grondstoffen problematisch wordt.
De kooldioxide die door het autoverkeer en de industrie wordt
geproduceerd vervuilt de atmosfeer en draagt bovendien bij aan het
broeikaseffect waardoor de atmosfeer opwarmt. Wij ondervinden invloed van
dit indirecte effect van vervuiling door een afvalproduct, doordat het onze
levensomstandigheden verandert (het klimaat wordt warmer en droger of
kouder en vochtiger – afhankelijk van waar we leven); erger is dat het ook van
invloed is op de levensomstandigheden van de voedselgewassen waarvan we
afhankelijk zijn. In sommige delen van de wereld zal het zo warm en/of droog
worden dat sommige landbouwgewassen er niet meer kunnen groeien. Planten
die aangepast zijn aan een koel klimaat zullen niet meer groeien maar verdrogen,
omdat de bodem waaruit zij hun water halen uitdroogt. Zulke uitgedroogde
bodems verliezen hun waardevolle toplaag doordat de wind die wegblaast, zodat
een harde, ondoordringbare onderlaag (hardpan) overblijft of zoutkorsten
ontstaan waarin planten niet kunnen kiemen of groeien. Opwarming van het
klimaat in de traditionele voedselschuren van de wereld betekent dat we vroeger
of later geconfronteerd zullen worden met grote tekorten, omdat veel van onze
landbouwgewassen niet opgewassen zullen zijn tegen de veranderde
omstandigheden.
Warmere omstandigheden hebben ook invloed op organismen die ons
afval afbreken, maar ook op organismen die ziekten bij mensen, vee of planten
veroorzaken. Andere soorten om ons heen die onmisbare schakels vormen in de
grote biologische voedselkringlopen kunnen onze consumptie en afvalproductie
niet bijhouden. Zonder het ons te realiseren beïnvloedt ons gedrag dus zelfs de
organismen die ons afval afbreken. Samengevat: we gebruiken teveel, we
vernietigen teveel, en steeds minder van onze buitensporig grote hoeveelheden
afval keert terug in de kringloop.
Nog maar een eeuw of minder geleden waren de meeste mensen voor hun
levensonderhoud voornamelijk afhankelijk van natuurlijke producten. Het afval
dat daarvan overbleef werd eenvoudig weer opgenomen in de natuurlijke
nutriëntenkringlopen. Maar tegenwoordig beschikken de meeste samenlevingen
over auto’s, industrie, MP3 spelers, computers etc., die allemaal energie en
grondstoffen vereisen en afval opleveren. We produceren niet alleen méér, maar
ook heel ander afval, dat niet afbreekbaar is door bacteriën, planten, schimmels
of bodemdieren. Het blijft intact en vervuilt, vergiftigt of verstikt deze dieren,
schimmels, planten en bacteriën.
Omdat er geen organismen bestaan die een groot deel van ons afval
kunnen afbreken om zich daarmee te voeden, zetten we niet alleen de
biosferische nutriëntenkringlopen onder druk tot ze bezwijken, maar omzeilen
we ze. De planten en dieren waarvan we afhankelijk zijn voor onze energie en
ons voedsel sterven uit of worden giftig omdat ons afval giftig is. Onze
hulpbronnen raken uitgeput en ons afval is ons milieu en ons voedsel al op grote
schaal aan het vergiftigen. Uiteindelijk zullen we organismen die lager in de
kringloop staan niet meer kunnen eten, omdat die biologische hulpbronnen
veranderd zijn in onbruikbaar afval.
We vervuilen onze landbouwgrond en veranderen andere gebieden in
zoutwoestijnen. We graven complete bergen af om metalen of steenkool te
winnen en verlagen over grote oppervlakten het grondwaterpeil. We dwingen
soorten om het gebied waar ze leven te verlaten, uit te breiden of in te krimpen.
Sommige soorten veranderen door ons toedoen in onkruiden of plagen, andere
die nuttig voor ons zouden kunnen zijn roeien we uit. We maken steeds grotere
delen van de aarde onbewoonbaar, voor onszelf en voor duizenden andere
levensvormen: soorten die ons voeden, ons afval afbreken, en vroeger ons milieu
tot een heerlijke leefomgeving maakten. Als we geen maatregelen nemen zal
onze planeet voor ons en alle andere soorten waarvan we afhankelijk zijn
onbewoonbaar worden. Door ons toedoen wordt onze blauwe en groene aarde
bruin.
Tussen de uitputting van grondstoffen en energiebronnen en de
verzadiging van het milieu met ons afval zou een lange periode hebben kunnen
zitten, maar ze vallen min of meer samen. Dat komt gedeeltelijk omdat deze
processen samenhangen: ze hebben dezelfde oorzaken: een onthutsende
bevolkingsgroei, een toenemend gebruik van hulpbronnen en de productie van
steeds meer afval. Deze toename in het gebruik van hulpbronnen en
afvalproductie is niet gelijkelijk verdeeld over alle mensen; hij geldt alleen voor
het rijkere deel van de wereldbevolking. Omdat ons gedrag in dat opzicht binnen
enkele tientallen jaren moet veranderen, moeten we de belangrijkste oorzaak
van ons grondstoffengebruik en onze afvalproductie aanpakken: het aantal
mensen op aarde en de snelheid waarmee die wereldbevolking groeit. De
maatregelen die we moeten nemen, betreffen het aantal mensen dat duurzaam
op aarde kan leven en waarbij een zekere levenskwaliteit voor ieder van hen kan
worden gegarandeerd: een kwaliteit van leven die we ook – maar al te vaak
geheel ten onrechte – nog willen verhogen. Als onze gekozen leiders niet snel in
actie komen, zullen omstandigheden waarover wij geen macht hebben het heft in
handen nemen en dat zal voor de meesten van ons aanzienlijk grotere
problemen veroorzaken.
Welke problemen kunnen we verwachten?
Aan het begin van het huidige millennium bestond de wereldbevolking uit 6,5
miljard mensen, die allemaal gevoed en gekleed moeten worden. Dat voeden en
kleden is afhankelijk van een groot aantal systemen: agrarische en industriële,
onderwijs- en gezondheidssystemen, bestuurssystemen en juridische systemen,
communicatie en transport. Er bestaan systemen voor het opsporen, winnen en
bewerken van minerale grondstoffen, systemen voor de zuivering van
drinkwater en nog veel meer. Denk aan een metropool met miljoenen inwoners
die op elkaars lip leven, allemaal volledig afhankelijk van voedsel dat van elders
moet worden aangevoerd. Denk aan de verschillende transportstromen die
nodig zijn om al die mensen te voeden, hun fabrieken van grondstoffen te
voorzien, en hun afval af te voeren. De transportnetwerken reiken over
continenten en oceanen. Wat gebeurt er als die instorten? Stel u een wereld voor
waarin medische en farmaceutische diensten niet meer functioneren, een wereld
zonder ziekenhuizen en huisartsen. Hoe lang zouden we zonder elektriciteit of
water kunnen? Een dag? Een paar dagen? Wat zou er dan gebeuren?
We zijn steeds afhankelijker van interacties tussen mensen en onze
groeiende bevolking betekent automatisch een groeiend aantal van zulke
interacties, bijvoorbeeld van dienstverlenende instanties. Bovendien moeten al
die kleine subsystemen die activiteiten coördineren om het grotere systeem
gaande te houden, op hun beurt gecoördineerd worden via een hiërarchie van
opgeschaalde systemen: lokale, regionale, provinciale, nationale en
internationale systemen. Er bestaan afzonderlijke hiërarchieën voor ieder
terrein van menselijke interactie: de zakenwereld, de gezondheidszorg, de
landbouw om maar enkele te noemen. Al die coördinerende activiteiten vergen
energie, grondstoffen en reusachtige aantallen mensen. Naarmate ons aantal
groeit, groeien het aantal en de omvang van onze coördinerende organisaties,
zodat we steeds grotere hoeveelheden van een beperkte en snel slinkende
voorraad energie en grondstoffen nodig hebben.
Afgezien van alle mensen die nu of in de nabije toekomst op aarde leven,
moeten we ook denken aan alle mensen die lang nadat wij overleden zijn zullen
leven. De meeste voorspellingen gaan niet verder dan 2050, of hooguit tot 2100,
maar dat is duidelijk een veel te korte periode die maar enkele generaties beslaat
en die onze kinderen en kleinkinderen zullen meemaken. We moeten niet alleen
nadenken over ons huidige gebruik van de beperkte hulpbronnen en over onze
huidige afvalproductie, maar ook over die in de verre toekomst. We zullen op
zijn minst een efficiënte, grootschalige recycle-industrie opzetten. (Maar voor
het recyclen is veel energie nodig, en bovendien zal recycling nooit voor honderd
procent mogelijk zijn).
Nu al zijn onze reserves aan olie en gas aan het opraken. De
wereldvoorraad begint al in de periode 2015-2030 ernstig af te nemen. Sinds het
midden van de jaren 1960 en het begin van de jaren 1970, toen veel mensen
overal ter wereld zich voor het eerst zorgen gingen maken over de grenzen aan
de groei, wisten we dat de olie- en gasvoorraden op zouden raken. Met tegenzin
beginnen wetenschappers, industrie en politici nu pas te investeren in
onderzoek naar alternatieve energiebronnen, waarbij de nadruk ligt op
biobrandstof of waterstof. Maar het verbouwen van planten voor biobrandstof
kost kunstmest, die gemaakt wordt uit aardgas en vermindert de oppervlakte die
beschikbaar is voor het verbouwen van voedsel, precies op een moment waarop
de voedselproductie juist moet toenemen om de groeiende wereldbevolking te
kunnen voeden. De beschikbare hoeveelheid landbouwgrond neemt bovendien
toch al af door erosie en vervuiling, en de gewasproductie stagneert door de
verandering van het klimaat. Al deze factoren verergeren de huidige problemen
van ondervoeding en hongersnood in grote delen van de wereld, en dat zal in de
nabije toekomst nog erger worden, als er 70 procent meer voedsel nodig is dan
nu.
Er bestaan alternatieve energiebronnen. Net als olie en gas kan waterstof
worden verbrand, waarbij bruikbare energie vrijkomt. Het kan op grote schaal
worden geproduceerd. Ook zonne-energie is een mogelijkheid, net als wind en
waterkracht. Maar met olie beschikken we niet alleen over een grote
energievoorraad; olie vormt ook een belangrijke grondstof voor tal van
uiteenlopende producten. Sommige – kunstmest, herbiciden en pesticiden –
gebruiken we bij het telen, bewerken en opslaan van voedsel; andere worden
gebruikt om geneesmiddelen, kleding, plastic, nylon, rubber, bouwmaterialen,
machines, computers, wegen, voetbal en tandenborstels te maken. Daarnaast
gebruiken we olie ook als energiebron, voor het transport van voedsel en
geproduceerde goederen van de ene plaats naar de andere, meestal over lange,
steeds groter wordende afstanden, om de miljoenen in onze metropolen te
bevoorraden. Dus zelfs als we onze fossiele brandstoffen vervangen door
waterstof zullen we nog steeds een groot aantal problemen moeten oplossen.
En dat is nog maar een deel van het probleem. Door energie en
grondstoffen te gebruiken produceren we onvermijdelijk afval, in de vorm van
energie en van materiaal. Bij al onze activiteiten wordt afval geproduceerd; het is
onmogelijk om grondstoffen te gebruiken zonder afval te produceren. Dat afval
vervuilt ons milieu: het land, de rivieren, de zeeën en oceanen, de lucht. En
hoewel we de afvalproductie kunnen verminderen door schoner en efficiënter te
produceren, is het echte probleem van vervuiling dat die alleen tot op zekere
hoogte te verminderen is; volledig schoon produceren is onmogelijk. Ieder
systeem – bacterie, mens, samenleving, of maaimachine – produceert afval.
Bovendien: hoe groter de wereldbevolking, des te meer afval, welke maatregelen
we ook nemen om de productie van kooldioxide en andere afvalproducten te
verminderen. Meer mensen gebruiken steeds meer grondstoffen, waardoor die
sneller uitgeput raken en er meer afval geproduceerd wordt. De groei van de
bevolking, van de interacties tussen individuen, en de snelle toename van de
hoeveelheid afval houden direct verband met ons grondstoffengebruik.
De afgelopen decennia is er behalve dat nog veel meer gebeurd. We
plegen ook roofbouw op onze landbouwgrond, de bodemvruchtbaarheid en het
grondwater. We putten de grote visvoorraden in rivieren, zeeën en oceanen uit.
We vervuilen landbouwgrond met kunstmest en herbiciden of met grote stukken
plastic om onkruid te bestrijden of verdamping tegen te gaan. Wanneer de
bodem uitdroogt, kunnen over grote gebieden stofpannen ontstaan en verdwijnt
de kostbare toplaag door wind en afvloeiend water. Bovendien gebruiken we
steeds meer vruchtbaar land voor de bouw van steden en de aanleg van
snelwegen. We pompen grondwater op voor de irrigatie van akkers en de
winning van drinkwater en ontnemen zo andere planten en dieren hun water.
Ons menselijk, huishoudelijk en industrieel afval vervuilt oppervlakte- en
grondwater, en bedreigt onze voorraad drink- en irrigatiewater. We vernietigen
onze leefruimte door een steeds intensiever gebruik. We vervuilen ook de lucht
die we inademen: in sommige steden is het de gewoonste zaak van de wereld dat
mensen mondkapjes dragen en alleen al in China overlijden jaarlijks ongeveer
twee miljoen mensen als gevolg van luchtverontreiniging. We zijn de aarde aan
het uitwonen, niet alleen door het exorbitante grondstoffengebruik en dito
afvalproductie, maar ook door de vernietiging van de bodem waarop we ons
voedsel produceren, het water dat we drinken en de lucht die we inademen.
Het belangrijkste probleem dat alle andere veroorzaakt, is onze
voortplanting; niet onze persoonlijke voortplanting maar die van alle mensen
samen. Die bevolkingstoename gaat steeds sneller, met het gevolg dat onze
reserves sneller uitgeput raken en ons afval het milieu met een overeenkomstige
snelheid vervuilt en vernietigt.
Omgekeerd, vormen de uitputting van onze hulpbronnen en de productie
van steeds meer afval een bedreiging voor de groeiende wereldbevolking. Als we
onze voortplanting niet zelf intomen, zal ons aantal binnenkort door externe
factoren worden gecorrigeerd. Als we willen voorkomen dat de wereldbevolking
wordt gedecimeerd door gewelddadige conflicten om de laatste hulpbronnen of
door een vorm van vervuiling, moeten we de bevolkingsgroei afremmen. Als we
ons met de huidige snelheid blijven voortplanten zullen we onvermijdelijk
allerlei problemen en rampen over onszelf afroepen, die eerst onze kwaliteit van
leven en vervolgens onze levensverwachting zullen verminderen. Hoe moeilijk
het om persoonlijke, morele of godsdienstige redenen ook zal zijn om onze
voortplanting te beperken, we kunnen niet anders dan drastische maatregelen
nemen, en wel op zo kort mogelijke termijn. Regulering van het aantal mensen
door middel van hongersnood, droogte, genocide, of oorlogen om de resterende
hulpbronnen is erger dan de problemen die zich voordoen als we zelf ons gedrag
en gewoonten veranderen.
De te nemen maatregelen bepalen niet alleen de toekomst van onze
directe nakomelingen – onze zoons en dochters en kleinkinderen – maar
beïnvloeden ook het voortbestaan van de menselijke soort op lange termijn.
Daarom moeten ze veel ingrijpender zijn dan alles wat we tot nu toe hebben
gedaan. Ze zullen het uiterste vergen van onze fantasie en ons vernuft. Het is
essentieel dat we die maatregelen snel ontwikkelen en uitvoeren: we hebben
geen andere keus meer.
Natuurlijk is het niet alleen het aantal mensen dat de problemen
veroorzaakt; het zijn ook onze behoeften en het feit dat die behoeften steeds
toenemen. De maatregelen om die behoeften te beperken en te verminderen
zullen lastig zijn maar – zeker in vergelijking met het veranderen van onze
voortplantingsgewoonten – veel minder dramatisch. Maatregelen tegen het
excessieve gebruik van hulpbronnen vergen de hoogste prioriteit en het zou
mooi zijn als die alvast worden genomen terwijl andere maatregelen voor
bovenstaande problemen worden voorbereid.
Het heeft geen zin om maatregelen te nemen tegen afzonderlijke
ontwikkelingen zonder te kijken naar de samenhang daartussen. We weten
allemaal dat de hoeveelheid hulpbronnen die wij gebruiken afhangt van het
aantal mensen dat er gebruik van maakt en van de individuele consumptie.
Vermindering van het aantal mensen of het individuele gebruik alleen is niet
voldoende (vermindering van het aantal mensen kan het individuele gebruik
vergroten; omgekeerd zal door een vermindering van de individuele consumptie
de wereld meer mensen kunnen onderhouden).
Hoewel het moeilijk zal zijn om zulke beslissingen te nemen, is de vraag
hoe we de recycling van ons afval moeten aanpakken een veel groter probleem:
hoeveel kunnen we werkelijk recyclen, hoe snel, en hoeveel energie is daarvoor
nodig? Als we uitgaan van een bepaalde hoeveelheid van een alternatieve, niet-
fossiele energiebron, zou die recycling dan uiteindelijk het aantal mensen op
aarde bepalen? Zo ja, hoeveel zouden dat er dan zijn? Is deze recycle-snelheid de
enige factor die het maximum aantal mensen in de toekomst bepaalt? In
hoeverre is het onvermijdelijk dat we nog steeds onze hulpbronnen uitputten,
ondanks alle recycling? Hoe snel zouden we een hulpbron verliezen tijdens het
recyclingproces? En wat zou dat betekenen voor ons voortbestaan op lange
termijn? Welke maatregelen kunnen we nog nemen, hoeveel hebben we nog in
de hand, juist omdat zoveel ontwikkelingen onderling samenhangen? Kunnen we
op één grote knop drukken of moeten we gecoördineerd verschillende knoppen
tegelijk indrukken? Anders dan alle andere soorten heeft de mens gekozen voor
een bepaalde weg, maar betekent juist die keuze dat het aantal mensen
uiteindelijk sterk zal verminderen?
Dit boek beschrijft het volledige proces van gebruik, verspilling en recycling van
energie, materiële hulpbronnen en ruimte. Het gaat over de manier waarop wij
ons milieu vernietigen en hoeveel ruimte er nog is om daar iets tegen te doen. Ik
wil u vooral inzicht geven in wat er aan de hand is, hoe de verschillende
processen met elkaar te maken hebben en hoe ze elkaar versterken. We moeten
begrijpen wat er gebeurt, zodat we de juiste en meest effectieve en – vooral – de
meest humane maatregelen kunnen nemen, hoe inhumaan ze op dit ogenblik
misschien ook lijken.
Deel I Natuurlijke processen
In het eerste deel van dit boek beschrijf ik processen die zich afspelen in
biologische systemen – zoals bacteriën, planten of dieren – maar alleen voor
zover dat van belang is voor de toekomst van onze wereld. Het is om twee
redenen nuttig om iets te weten over deze natuurlijke processen. Ten eerste
zouden we deze fysische, chemische en biologische processen moeten kennen
omdat we voor ons voedsel afhankelijk zijn van biologische organismen. In onze
toekomstige samenleving zijn de dingen misschien op dezelfde manier geregeld:
chemische processen die groene planten imiteren, zullen met behulp van zonneenergie water splitsen in waterstof en zuurstof. Vervolgens zullen wij die
waterstof verbranden: dat wil zeggen opnieuw verbinden met de zuurstof die
eerder vrijkwam. Daardoor zullen we de energie krijgen om te gaan hardlopen,
om onze machines, apparaten en auto’s te laten functioneren, nieuwe chemische
stoffen te synthetiseren en om het afval dat we onvermijdelijk zullen produceren
te recyclen. Door de natuurlijke processen en hun ontwikkeling te bestuderen
kunnen we leren hoe wij op aarde kunnen overleven in een complexe menselijke
samenleving. Ten tweede is het belangrijk om te weten hoe organismen in de
loop van hun evolutie intern en onderling georganiseerd zijn door zich
voortdurend aan te passen aan moeilijke omstandigheden. Dat brengt ons
misschien op ideeën om onze menselijke samenleving in de toekomst te
organiseren. Goed voorbeeld doet goed volgen.
Hoofdstuk 1 Afval produceren hoort bij het leven
Door te eten krijgt een organisme grondstoffen en energie. Maar na een poosje
krijgt een organisme honger en gaat het opnieuw eten. Dat het opnieuw moet
eten betekent dat energie en grondstoffen op een of andere manier verbruikt
zijn, namelijk om het organisme in leven te houden. Het bijproduct is afval dat uit
het organisme wordt verwijderd.
In grote lijnen geeft dit weer wat er voortdurend gebeurt in alle
organismen, grote en kleine, eenvoudige en complexe. In planten, dieren,
bacteriën en schimmels. Het leven is een nooit eindigende stroom van energie en
grondstoffen, een stroom die een systeem binnenkomt als energierijk voedsel,
zijn werk doet en het organisme weer verlaat als energiearm afval. En die stroom
heeft al bijna vier miljard jaar ononderbroken gevloeid. Voordat organismen
sterven en de fakkel overgeven aan hun nakomelingen, nemen ze voedsel op en
zetten dat om in afval, dat uitgescheiden wordt. Dat gaat zo generatie na
generatie door. Hun afval en uiteindelijk hun lichaam wordt voedsel voor weer
andere organismen. Dat voedsel kan bestaan uit water of mineralen uit de
bodem, uit planten of dieren, of uit gassen in de lucht. Diezelfde eeuwige
kringlopen gelden voor het afval: de waterdamp die we uitademen, de mineralen
die terugkeren in de bodem, de zuurstof die planten afgeven aan water of lucht –
maar ook de dode olifant die ligt te ontbinden en in de loop van maanden alle
bestanddelen die hij in de loop der jaren heeft gevormd en gebruikt teruggeeft
aan de aarde en de lucht. Behalve natuurlijk zijn energie die hij gedurende zijn
hele leven is kwijtgeraakt, eerst aan het milieu, en vandaar uiteindelijk aan de
ruimte – waaruit die energie ons oorspronkelijk bereikte in de vorm van zonneenergie.
Hoe dan ook is het resultaat een nooit aflatende stroom van energie en
grondstoffen die door verschillende soorten organismen stroomt: van voedsel
naar plant naar dier naar afval. Grof gezegd is een organisme een in strenge
banen geleide stroom van energie en grondstoffen, eindigend als afval. Of nog
korter gezegd: een mechanisme dat grondstoffen omzet in afval. Energie en
grondstoffen vormen samen dit mechanisme dat ze beide gedurende enige tijd
omzet en vastlegt. Dat uiterst complexe mechanisme noemen we een organisme.
Een groot aantal organismen die elkaars afval als grondstof – voedsel –
gebruiken, vormen samen een mechanisme dat zorgt voor de kringloop van
minerale hulpbronnen. Deze kringlopen worden in stand gehouden door energie
die op dit moment afkomstig is van de zon.
Bij nadere beschouwing is het allemaal iets gecompliceerder: het voedsel
wordt eerst opgeslagen in het organisme en gebruikt om energie te leveren voor
de verschillende levensfuncties. Organismen slaan niet alleen energie en
grondstoffen op, maar groeien ook en worden daardoor steeds groter. Energie en
grondstoffen zijn duidelijk nodig om een organisme te laten groeien (daarom
moet een organisme eten). Maar energie en grondstoffen zijn ook nodig om het
organisme in stand te houden. Ook organismen slijten en vergaan, net als de
meeste andere zaken; er gaat onvermijdelijk geregeld iets mis bij de uiterst
ingewikkelde processen die zich in het organisme afspelen, zodat de onderdelen
voortdurend gerepareerd moeten worden om hun oorspronkelijke functie te
kunnen blijven vervullen. De energie en de grondstoffen voor deze reparaties
zijn afkomstig uit het voedsel van het organisme. Meestal is dit onderhoud echter
onvoldoende om alle functies naar behoren te herstellen, zodat het organisme
uiteindelijk sterft.
Ook voor hun voortplanting hebben organismen grondstoffen en energie
nodig. Ouders brengen nieuwe, jonge organismen voort: hun nageslacht. Deze
nakomelingen nemen uiteindelijk de plaats in van hun ouders als deze versleten
zijn en sterven. Ten slotte zijn sommige soorten organismen, meestal dieren
(nooit planten en schimmels), bewegelijk. Dat betekent dat ze zich met behulp
van een deel van de energie uit hun voedsel van de ene plek naar de andere
kunnen begeven om voedsel of een voortplantingspartner te zoeken.
De energie en grondstoffen die organismen op al deze verschillende
manieren hebben verbruikt, moeten worden vervangen. Daarom worden dieren
hongerig en gaan ze op zoek naar voedsel. Ook planten krijgen honger, maar zij
gebruiken hun voedsel voornamelijk voor opslag, onderhoud en groei, en op een
bepaald punt in hun levenscyclus ook voor de voortplanting: voor de productie
van bloemen en zaden. Planten krijgen ook dorst: ze verliezen water door
verdamping via hun bladeren, en gebruiken ook een deel ervan om hun weefsels
op te bouwen. Met hun wortels halen ze het benodigde water uit de bodem. Het
verschil tussen planten en dieren is dat we bij planten gewoonlijk niet praten
over honger of dorst, eten of drinken; dat doen we alleen als we het over dieren
hebben. Maar eigenlijk doen planten en dieren precies hetzelfde.
Hoewel energie en grondstoffen enige tijd deel uitmaken van organismen
om al die functies te vervullen, veranderen de organismen na hun dood zelf in
afval, waarmee andere organismen zoals bacteriën of schimmels zich voeden. De
dode olifant die ik hierboven noemde, dient eerst als voedsel voor gieren en
hyena’s, waarna het weinige dat nog over is gebleven verteerd wordt door
bacteriën en schimmels. Uiteindelijk komt het afval van al deze organismen vrij
in het milieu, waar het opnieuw als voedsel dient voor planten; dit is een
eindeloze cyclus van grondstoffengebruik en afvalproductie, voor te stellen als
een slang die in zijn eigen staart bijt. Maar als de slang niet in zijn staart zou
bijten en in plaats daarvan een min of meer rechte lijn zou vormen, was het
systeem eindig: het afval zou ongebruikt blijven liggen en nooit meer voedsel
worden. Die rechte lijn verbeeldt het proces van uitputting van hulpbronnen en
de gelijktijdige ophoping van afval, dat het milieu vervuilt. Maar de twee
processen van uitputting van hulpbronnen en afvalproductie zijn onderling
verbonden en volgen uit elkaar; het ene is ondenkbaar zonder het andere. Zij zijn
als yin en yang. Grondstoffen komen het verwerkingssysteem binnen en verlaten
het als afval, dat in voedsel verandert. Zonder recycling raken de grondstoffen
uitgeput en hoopt het afval zich op.
Voor het energiegebruik van planten geldt een ander patroon. Zij
betrekken hun energie rechtstreeks uit zonlicht. Met behulp van die energie
kunnen planten complexe chemische verbindingen vormen uit gassen in de lucht
en mineralen en water in de bodem. Planten gebruiken deze chemische
verbindingen voor de opbouw van hun cellen. Hun voedsel bestaat dus uit
zonne-energie plus chemische verbindingen en water uit lucht en bodem. Al onze
energie is uiteindelijk afkomstig van de zon en keert terug naar de ruimte. Die
energie houdt de grote kringlopen van het leven gaande, hoewel het geheel een
niet-cyclisch, lineair proces van energiedegradatie is. Doordat wij onze
hulpbronnen uitputten en ons afval ongebruikt laten is onze manier van leven
een niet-cyclisch, lineair, eindig proces, niet alleen uit het oogpunt van energie,
maar ook wat betreft grondstoffen.
De vraag is natuurlijk waarom dat verschil tussen lineaire en cyclische processen
bestaat. Waarom zijn cyclische processen kenmerkend voor biologische
systemen? Is er een speciale reden waarom de natuur in alle organismen en op
alle niveaus, zowel in organismen (het chemische niveau) als tussen organismen
(het ecologische niveau) juist die strategie volgt? En waarom gaan wij te werk
volgens het eenvoudigere, lineaire proces? Is dat alleen omdat wij het gebruik
van hulpbronnen en de productie van afval niet op elkaar afstemmen? Je zou
eerder het omgekeerde hebben verwacht: onze hoogontwikkelde menselijke
samenleving met al zijn doelbewuste planning zou het complexere cyclische
procestype ontwikkeld kunnen hebben. Homo sapiens is de soort met het hoogst
ontwikkelde denkvermogen en met onze grotere intelligentie zouden we geen
enkele moeite hebben met de complexiteit van cyclische processen; zowel met
die van de processen afzonderlijk als met alle onderlinge interacties. Dat zou
onmogelijk zijn geweest voor al die andere soorten organismen die minder
hoogontwikkeld zijn dan wij. We zijn toch zeker slimmer dan een bacterie?
Maar het verontrustende is dat dit met betrekking tot recycling
allesbehalve het geval is. Waarom eigenlijk niet? Je vraagt je misschien zelfs af
waarom die complexere cyclische processen in de natuur überhaupt voorkomen.
Zijn ze beperkt tot biologische systemen en vinden ze onder alle
omstandigheden plaats of alleen in specifieke, beperkende omstandigheden
waarin die systemen voorkomen? En als wijzelf op een dag onder soortgelijke
beperkende omstandigheden leven, zouden we dan soortgelijke cyclische
processen moeten ontwikkelen, bijvoorbeeld als de uitputting van de
hulpbronnen of de afvalproductie nijpend worden of een bedreiging gaan
vormen voor ons voortbestaan op aarde? Hoe rigoureus en rigide moeten deze
cyclische systemen zijn om ons voortbestaan als soort en als samenleving te
garanderen? En zouden ze beperkingen opleggen aan ons gedrag, aan ons
gebruik van hulpbronnen, of zelfs aan het aantal mensen op aarde? Zouden die
beperkingen groter of kleiner zijn dan die in de levende wereld buiten ons?
verwerking
Invoer
uitvoer
grondstof
afval
Laten we de twee processen grafisch weergeven. De figuur hierboven toont het
lineaire uitputtende systeem. Het bestaat uit een verwerkingseenheid met links
een pijl die de input aangeeft en rechts een pijl die de output aangeeft. De
inputpijl kan van alles voorstellen: voedsel, benzine, warmte, vuilnis,
houtsnippers, wat dan ook. De verwerkingseenheid kan ook van alles
voorstellen: jij, die je voedsel verteert of je auto die benzine verbrandt om
warmte te produceren die een piston in de motor in beweging brengt en er
uiteindelijk voor zorgt dat de auto rijdt. De output aan de rechterkant kan een
product voorstellen of afval. Het product dat je hebt gemaakt kan ook iets zijn
dat je op een dag graag wilde maken, zoals een stoel of een mooi gepolijste
edelsteen voor je geliefde. Het zou ook een klusje kunnen zijn dat je wilde doen,
zoals het snoeien van een wilg in een weiland na de winter. Het kan
verbrandingswarmte zijn – energie – om met een zware verhuiswagen tegen een
heuvel op te rijden, of een gewenst chemisch product zoals zonnebrand. Maar
afval als resultaat van een proces kan ook bestaan uit gif dat het grondwater
vervuilt of warmte die verloren gaat in het milieu (en bijvoorbeeld een naburige
rivier opwarmt).
Het is duidelijk dat de hoeveelheid materie aan weerszijden van de
verwerkingseenheid gelijk moet zijn, omdat we geen materie kunnen maken of
vernietigen. Dezelfde hoeveelheid materie die links in de figuur binnenkomt,
komt er aan de rechterkant uit. In feite geldt hetzelfde voor energie, omdat we
ook geen energie kunnen vernietigen. Maar er is een verschil: onbruikbare
energie gaat verloren als nutteloze warmte. We zeggen dat de energie als gevolg
van de activiteiten in de verwerkingseenheid degradeert. Planten nemen zonneenergie op in hun chemische systeem en slaan die tijdelijk op, maar verliezen die
uiteindelijk als onbruikbare warmte. En als ze door een dier opgegeten worden
krijgt dit dier de in de plant vastgelegde energie, die na de vertering van het
voedsel in gedegradeerde vorm, als warmte, vrijkomt. Ook dat is geen recycling,
maar een voortzetting van het lineaire proces dat de planten volgden. Hetzelfde
gebeurt als wij plantaardig of dierlijk voedsel eten, of olie, aardgas of steenkool
als fossiele overblijfselen van algen en planten uit het verre verleden
verbranden. In alle systemen is dus sprake van energieverlies in de vorm van
warmte. Door energie te gebruiken degraderen we haar tot een lagere vorm; aan
het eind van het proces is er nog steeds dezelfde hoeveelheid energie, maar in
een nutteloze vorm. We kunnen energie vrijmaken door een vuurtje te stoken of
hout of olie in kachels of turbines te verbranden of door zetmeel in onze
lichaamscellen af te breken. Of we kunnen energie halen uit de warmte die de
zon uitstraalt. Net zomin als in het geval van materie kunnen we energie zelf
maken of vernietigen. Het verschil tussen materie en energie is dat we het eerste
kunnen recyclen, het tweede niet. Om energie te recyclen, zouden we haar eerst
moeten opwerken vanuit de gedegradeerde vorm, en dat is onmogelijk. Materie
kan worden gerecycled terwijl energie altijd de lineaire, neerwaartse route volgt
van grondstofgebruik naar afvalproductie. Bovendien zijn de stoffen rechts van
de verwerkingseenheid doorgaans stabieler dan die aan de linkerkant. Dat heeft
te maken met het verlies van warmte, dat op zijn beurt verklaart dat we nieuwe
energie toe moeten voegen om deze stabiele verbindingen te recyclen.
De meest algemene wet in de fysica maakt dat duidelijk: waar je ook kijkt
in het heelal – naar galactische processen of naar kleinschalige processen binnen
of tussen atomen – zie je altijd een toename van de hoeveelheid verspilde
energie: warmte gecombineerd met een afname van materiële organisatie naar
wanordelijk afval. Het in stand houden van een georganiseerde structuur, of dat
nu afzonderlijke organismen, een sportclub, bestuursorganen of samenlevingen
en culturen zijn, maakt duidelijk dat tijdens dit proces energie degradeert en op
een bepaald moment ontwijkt als warmte. Aan die wet valt niet te ontkomen: we
kunnen alleen hopen dat we onze eigen afvalproductie kunnen afremmen door
zuinig om te gaan met grondstoffen. Dat is precies wat er gebeurt in cyclische
systemen. Ze reduceren de hoeveelheid gebruikte materie tot een minimum door
het inwendig te recyclen. En als er toevallig wat materie als afval afgedankt
wordt, uit de cel of uit het lichaam in de vorm van uitwerpselen, kan een deel
daarvan nog opgenomen en gebruikt worden door andere organismen – dan
spreken we van recycling tussen organismen. Zo is het sinds het ontstaan van het
leven gegaan en het blijft zo doorgaan omdat de hulpbronnen op aarde eindig
zijn, en hergebruik dus pure noodzaak is.
Ook de hoeveelheid energie is beperkt. Levende systemen moeten vrij
snel nadat ze waren ontstaan gebrek hebben gekregen aan bruikbare chemische
energie. Gedegradeerde energie kan niet opnieuw worden opgewerkt, en
verspilde materie kan niet opnieuw worden gebruikt zonder de energie toe te
voegen die verloren ging bij de omzetting van gestructureerde materie in
wanordelijk afval. Gelukkig is er voor het leven op aarde een externe
energiebron beschikbaar: de dichtstbijzijnde ster, de zon. Miljarden jaren lang
heeft de zon ons iedere dag voorzien van reusachtige hoeveelheden nieuwe
energie die te gebruiken is om afval om te zetten in een opnieuw bruikbare vorm
en die het mogelijk maakt om nieuwe elementen en nieuwe processen in te
bouwen in nieuwe chemische ‘machinerie’ die toegevoegd wordt aan de
bestaande maar meer energie gebruikt.
Net als planten, dieren, bacteriën en schimmels, bestaan en functioneren
ook wij dankzij de gratie van zonne-energie, maar waar krijgt de zon zelf haar
energie vandaan? Zo’n zestig jaar geleden ontdekten we dat in het hart van de
zon al miljarden jaren dezelfde fusieprocessen plaatsvinden die zich ook
voordoen bij de ontploffing van een waterstofbom; de zon is dus te beschouwen
als een reusachtige waterstofbom. Het is een fusiebom, omdat van de waterstof
die de zon bevat telkens twee atomen fuseren tot één groter chemisch element,
helium, dat tot weer andere, nog grotere elementen fuseert. In zekere zin lijkt het
heelal een ongelooflijk groot aantal reusachtige waterstofbommen te bevatten:
de sterren. Sommige daarvan exploderen met een onvoorstelbare kracht, terwijl
andere eenvoudig uitdoven als hun waterstof opraakt. Een deel van de
reusachtige hoeveelheid energie die onze zon produceert, bereikt de aarde in de
vorm van licht en warmte. Dankzij de fusie van waterstof tot helium heeft de zon
onze aarde alle 4,5 miljard jaar van haar bestaan verwarmd, en zij zal dat nog
ongeveer eens zoveel jaren blijven doen.
Dit type processen schijnt in het hele ons bekende heelal voor te komen:
aanvankelijk was er alleen waterstof, het element waarmee alle andere
processen in het heelal zijn begonnen. De geschiedenis van de huidige toestand
van het heelal staat geschreven in waterstof. Alle chemische elementen op aarde
– waaruit onze lichaam en dat van alle andere organismen en alle niet levende
dingen om ons heen bestaan – vormen maar een kleine fractie van alle bestaande
waterstof. Ze worden volledig overschaduwd door de reusachtige hoeveelheden
waterstof die ons omringen in het heelal. Op deze extreem grote schaal – even
groot als de afstand die het licht in ongeveer vijftien miljard jaar aflegt – is zover
we kunnen kijken vrijwel alles om ons heen waterstof. Het zonnestelsel, de aarde
en wijzelf vormen de grote uitzondering daarin.
Waterstof blijkt ook van doorslaggevend belang voor het leven. Voordat
het leven op aarde ontstond, moet er een overvloed aan waterstofmoleculen
beschikbaar zijn geweest in het milieu. Het leven is deze moleculen gaan
gebruiken vanwege het relatieve gemak waarmee waterstof chemische
bindingen kan aangaan en verbreken. Mijn persoonlijke theorie is dat de meeste
beschikbare waterstof aanvankelijk gebonden was aan selenium, vervolgens aan
zwavel en fosfor en natuurlijk later aan zuurstof. Waterstof en zuurstof vormen
samen de verbinding water (H2O), die letterlijk complete oceanen vult. Andere
elementen die zich aan waterstof kunnen binden en chemische bindingen ook
weer heel gemakkelijk kunnen verbreken, gingen waterstof recyclen. Maar
daardoor werden mettertijd onvermijdelijk steeds meer vrije
waterstofmoleculen gebonden. Om waterstof van die eerste elementen te krijgen
of vrij te maken, gingen daardoor ook andere elementen, die harder aan de
waterstofatomen konden trekken en ze dus langer konden vasthouden, aan de
levensprocessen deelnemen. Uiteindelijk ging op die manier koolstof een rol
spelen in de levensprocessen en aanspraak maken op een deel van de
beschikbare waterstof. Tegelijkertijd werd de kans dat de reactieproducten van
deze stevig trekkende elementen uiteen vielen kleiner; de elementen die er later
bij kwamen trekken zo hard dat ze minder reactief zijn en dat hun moleculen dus
stabieler zijn. De andere kant van de evolutionaire medaille is dat verbindingen
die door moderne organismen worden gesynthetiseerd minder reactief zijn dan
bij de oudste levensvormen het geval moet zijn geweest. Maar het langer
vasthouden van waterstof betekende ook het langer vasthouden van een deel
van de bindingsenergie; vooral de koolstofverbindingen specialiseerden zich in
het opslaan van energie (denk aan zetmeel in planten of aan oliën en vetten bij
dieren).
Maar dat betekende dat planten en dieren ook niet-afbreekbaar
biologisch afval produceerden, dat wil zeggen niet-reactieve stabiele
verbindingen die andere organismen niet konden afbreken. Ook werden de
organismen complexer en gebruikten ze elk een groter aantal van de
beschikbare elementen. Meestal bleven ze de eerdere elementen gebruiken in de
oude mechanismen die nog altijd functioneerden en gebruikten ze de nieuwe
elementen voor hun nieuw ontwikkelde mechanismen. En de complexiteit nam
steeds sneller toe, omdat ieder nieuw mechanisme zelf weer moest worden
ondersteund door een of meer andere mechanismen en die op hun beurt door
wéér andere. De complexere vormen waren groter dan de eenvoudigere, en
bevatten daarom meer van de beschikbare waterstof. Gemakkelijk beschikbare
waterstof werd schaars.
Naarmate vrije waterstof schaarser werd, moesten de elementen des te
harder trekken om hun portie te krijgen. De eerdere elementen konden niet zelf
ook harder gaan trekken, omdat hun reactieproducten dan te stabiel zouden zijn,
maar ze konden wel worden vervangen door andere elementen met meer
trekkracht. Daarom zal selenium vervangen zijn door zwavel, dat vervolgens met
behulp van fosfor andere verbindingen vormde. Misschien was zwavel het eerste
element dat selenium verving, omdat de chemische eigenschappen van beide op
elkaar lijken; zwavel verving het selenium vooral vanwege zijn grotere
trekkracht. Vanaf dat moment konden ook de andere eigenschappen van zwavel
in het proces een rol gaan spelen. Later – en om dezelfde redenen – werd zwavel
vervangen door zuurstof, dat overeenkomstige eigenschappen heeft, maar nog
harder aan waterstof trekt dan zwavel. De moleculen die deze elementen vormen
zijn steeds minder reactief; ze waren dus stabieler zodat er meer energie nodig
was om de bindingen te verbreken in de grote kringloopprocessen van het leven.
Als de bindingen intact bleven, was het reactieproduct inactief en dus nutteloos
voor de levensprocessen. Die producten werden het chemische afval van het
leven. Samengevat kunnen we zeggen dat het leven steeds meer energie nodig
had, steeds complexer werd en steeds meer afval produceerde.
In een later stadium ontstonden uit koolzuur en water koolhydraten.
Maar in deze eerdere fase schoot het vermogen van het recent geïntroduceerde
element koolstof om elektronen aan te trekken tekort om voldoende waterstof
rechtstreeks uit het milieu te halen. Aan de bestaande processen werd een ander
proces toegevoegd, dat plaatsvond in speciale structuren in de celmembranen,
namelijk de splitsing van waterstofsulfide (H2S) en vervolgens water (H2O)
onder invloed van de energie uit het zonlicht. Vanaf dat moment werd de
waterstof betrokken uit een onuitputtelijke bron – water – met behulp van een
even onuitputtelijke energiebron – zonlicht. Dit proces leverde de benodigde
waterstof op zonder de voorraad waterstof die van nature in het milieu aanwezig
was uit te putten. Het directe gevolg daarvan was dat in de oceanen zuurstof als
afvalproduct vrijkwam en als gas ontweek naar de atmosfeer. Met de uit water
afkomstige waterstof en met behulp van een biologisch mechanisme dat gebruik
maakte van de onuitputtelijke bron van zonne-energie, konden de allereerste
structuren en processen nu suikers vormen, een speciaal soort chemische
verbindingen om energie op te slaan. De waterstof die bij de afbraak van deze
suikers vrijkwam vormde met de zuurstof opnieuw water. Tijdens deze reactie
kwam ook de energie weer vrij die aanvankelijk afkomstig was van de zon en
gebruikt werd bij de splitsing van water, zodat die nu beschikbaar kwam voor
andere reacties. De suikers ontwikkelden zich dus tot tijdelijke ‘opslagplaatsen’
voor zonne-energie. Deze energie kon worden vrijgemaakt in perioden van
energieschaarste, bijvoorbeeld ’s nachts, als er geen zonne-energie beschikbaar
was. Die eerste suikers waren echter nog niet-reactief als gevolg van de zeer
grote bindingscapaciteit van koolstof, en werden daarom als nutteloos afval in
het milieu geloosd. Pas later ontwikkelde zich een aantal geschikte enzymen om
suikers af te breken (enzymen zijn moleculen die specifiek bepaalde chemische
reacties mogelijk maken of versnellen).
Tijdens het hele proces bleven reductiereacties – de binding met
waterstof of, exacter gezegd, de binding met de componenten daarvan (protonen
en elektronen) – een essentiële rol spelen in de cellen. De reductie bestond uit
het binden van elementen en chemische verbindingen aan waterstof, uiteindelijk
met behulp van zonne-energie. Gedurende de hele geschiedenis van het leven
werden de oudste levensprocessen die afhankelijk waren van reductie dus in
stand gehouden met behulp van zonne-energie. Dat was mogelijk omdat er
voldoende waterstof beschikbaar was in het water binnen de cel, ook al was
geleidelijk de voorraad waterstof in het milieu buiten deze cellen afgenomen.
In zekere zin zijn planten, en schimmels en dieren aan de andere kant,
complementaire levensvormen: planten nemen voedsel op in de vorm van
kooldioxide uit de lucht en water uit de bodem en brengen hun afvalgas,
zuurstof, terug in de lucht. Uit de opgenomen kooldioxide en water maken
planten koolhydraten – bijvoorbeeld zetmeel in tarwe, rijst en aardappelen – als
chemische energie die ze opslaan in hun cellen. Maar schimmels en dieren,
inclusief jij en ik, nemen die plantaardige koolhydraten op als we ze eten en
verteren: verbranden. Daarvoor moeten ze de zuurstof opnemen die de planten
afgeven; de bij de verbranding gevormde kooldioxide komt vrij als afval. De
gasvormige zuurstof is eigenlijk een wezenlijk onderdeel van het ‘voedsel’ van
dieren. Dus wij eten het zetmeel van planten (rechtstreeks, zoals in het geval van
aardappelen en rijst, of in bewerkte vorm, zoals in brood en pasta), ademen
zuurstof in, nemen water op door koffie, frisdrank of bier te drinken, en scheiden
kooldioxide en water uit als afvalproducten. Intussen geven we lichaamswarmte
af die vrijkomt bij alle chemische reacties die in onze cellen plaatsgevonden
hebben. Deze warmte is de energie die vrijkomt als we de chemische stoffen van
planten afbreken, en de waterstof uit de koolhydraten verbinden met de zuurstof
die de planten eerder uitscheidden. De planten haalden deze energie uit het
zonlicht en sloegen het als zetmeel op in hun cellen; dat zetmeel is het
voornaamste bestanddeel van bijvoorbeeld brood en pasta. En voordat we deze
energie weer afgeven, gebruiken we haar om de lopen en te praten, ons lichaam
in stand te houden of om kinderen te baren en op te voeden.
Natuurlijk is dit niet het eind van dit fascinerende verhaal. Biologie houdt
meer in. Zoals ik hierboven heb gezegd produceren dierlijke cellen kooldioxide
als afvalproduct van de afbraak van suikers, die ze verbranden met behulp van
zuurstof. Dat komt overeen met wat in onze auto’s gebeurt. Maar die gebruiken
benzine in plaats van suikers en die benzine is lang geleden – tientallen
miljoenen jaren geleden – gevormd uit diezelfde suikers. Net als de algen en
planten van tegenwoordig, hadden die plantaardige cellen uit het verleden
kooldioxide nodig om suikers te synthetiseren, en daarbij produceerden ze
zuurstof. In dat opzicht vulden deze primitieve dieren en planten elkaar perfect
aan. Samengevat: zowel kooldioxide als zuurstof vormden afvalproducten, maar
waren beide ook nodig als chemische hulpbron. En waterstof, heen en weer
pendelend tussen deze twee chemische stoffen, vormde de grote intermediair.
Over recycling in de natuur gesproken!
Primitieve plantaardige en dierlijke levensvormen werden wederzijds
afhankelijk doordat ze via hun afval elkaar van voedsel voorzagen en
beschermden tegen de dodelijke ophoping van hun afvalgassen. Ze recycleden
dus de zuurstof en kooldioxide, die vanaf dat moment in de atmosfeer en de
oceanen voorkwamen als afvalproduct én hulpbron. Deze recyclingprocessen
vormen zeer grote kringlopen, die overal op aarde waar leven voorkomt – in de
hele biosfeer – aanwezig zijn, vandaar de benaming biosferische nutriëntencycli.
Het zal duidelijk zijn dat er meer dan deze twee nutriëntenkringlopen bestaan.
Andere belangrijke cycli zijn de stikstofkringloop, de zwavelkringloop, de
fosforkringloop, de ijzerkringloop en de waterkringloop. In alle evolutiestadia en
op alle niveaus werd recycling de basis van het leven.
Planten en dieren vullen elkaar perfect aan, omdat ze elkaars afval als
voedsel gebruiken. Hun materie circuleert van planten naar dieren en weer terug
naar planten, en wordt dus voortdurend opnieuw langdurig gerecycled in de min
of meer gesloten nutriëntenkringloop die planten en dieren vormen. Dat is
miljoenen jaren lang zo gegaan. De kooldioxide in je suiker is door de maag en
het lichaam van miljarden eerdere dieren en planten gegaan: de chemische
reïncarnatie van het leven.
Omdat deze kringloop min of meer gesloten is, betekent dit dat er in
principe nauwelijks materie verspild wordt of verloren gaat. Wat er verloren
gaat, vormt uiteindelijk dikke geologische lagen, pakketten kalksteen, olie, gas en
steenkool. Wat er wél voortdurend en onherroepelijk verloren gaat, in de enkele
stappen van planten naar grazende dieren en van hen naar hun predators en
parasieten en uiteindelijk naar de bacteriën en schimmels die de afbraak
verzorgen, is energie. Planten krijgen de energie die ze nodig hebben van de zon
en dragen die over aan dieren, schimmels en bacteriën die haar uiteindelijk
afgeven aan de lucht in de vorm van warmte – nutteloze, verbruikte energie.
Energie kan niet eeuwig gerecycled worden; zoals gezegd degradeert zij
gaandeweg en gaat verloren in de grote stofkringlopen van het leven. Alleen
materie circuleert in deze kringlopen; energie vormt de motor erachter door te
degraderen tot nutteloze warmte.
De grote koolstofkringloop in de biosfeer is niet echt volmaakt; er lekt
altijd een deel van de materie weg naar het milieu en dat deel bevat nog steeds
energie. Sommige planten en dieren worden bijvoorbeeld niet gegeten of
vergaan niet volledig; in plaats daarvan worden ze geconserveerd in de vorm van
veen, of fossiliseren ze in zand dat ze bedekt. Hun materiële afval wordt dus niet
gerecycled maar hoopt zich op, wat resulteert in de dikke, continent
omspannende veenlagen onder de permafrost van Canada en Siberië of in
uitgestrekte ondergrondse steenkoollagen, olie- en gasvelden.
De olie of benzine waar auto’s op rijden is niets anders dan fossiele
materie waaruit we de energie halen om ons te verplaatsen. Maar niet alle
fossiele materiaal is bruikbaar als energiebron of mineralen voor planten en
dieren. Het grootste deel van de olie en het gas die zich diep in de aarde
bevinden is niet bruikbaar als brandstof, tenzij zich zeer speciale geologische
omstandigheden en processen voordoen. Olie kan ook opgesloten zitten in
asfaltmeren waarin grote zoogdieren uit het verleden, zoals mammoeten en
sabeltandtijgers, gevangen raakten. Veen, steenkool, olie en gas kunnen niet door
planten en dieren worden opgenomen: ze kunnen worden afgebroken door
schimmels waarbij kooldioxide ontstaat, of door bacteriën die ze omzetten in een
ander gasvormig afvalproduct, methaangas. Uiteindelijk reageert methaan met
zuurstof in de atmosfeer tot kooldioxide en water, die weer opgenomen kunnen
door planten. Ook schelpen en botten die zich ophopen tot reusachtige lagen kalk
en kalksteen, zijn onbruikbaar als energiebron. De minerale calcium in kalk en
anorganische kalksteen is niet goed opneembaar voor organismen; het duurt –
vaak duizenden – jaren voordat plantaardige en dierlijke resten in de bovenste
bodemlaag voldoende verteerd zijn om tot voedsel te kunnen dienen voor
planten.
Wij kunnen maar een klein deel van de fossiele organische afvalproducten
winnen en verbranden om energie te produceren. Bij de verbranding komen de
kooldioxide en waterdamp die daarbij ontstaan vrij; ze fungeren als zogeheten
broeikasgassen en warmen de lucht op. Methaan, een gas dat onder invloed van
bacteriën geproduceerd wordt door runderen en vrijkomt uit veen, is ook een
broeikasgas. Broeikasgassen hebben allemaal hetzelfde effect op het
energiebudget van de atmosfeer: ze warmen deze laatste op. Dat is als volgt te
verklaren: de betrekkelijk hoogenergetische zonnestraling verliest een deel van
haar energie door de bodem en het oceaanwater van de aarde op te warmen,
maar een ander deel kaatst terug naar de ruimte. Het deel van de straling dat de
bodem en het water heeft opgewarmd, verlaat de aarde als laagenergetische,
infrarode straling. Die kan worden geabsorbeerd door de moleculen van de
broeikasgassen, die daardoor energierijker, m.a.w. warmer worden. Al die
afzonderlijke, energierijke moleculen samen vormen een warmere atmosfeer.
Deze warmere atmosfeer warmt op zijn beurt het landoppervlak en de oceanen
op. Dit proces als geheel staat bekend als de opwarming van het klimaat.
De koolstofverbindingen die niet meteen worden verbrand, maar eerst
worden gescheiden van het fossiele materiaal, worden in de industrie gebruikt
voor de productie van o.a. nylon, plastics, kunstmest, bestrijdingsmiddelen,
geneesmiddelen, asfalt: allemaal onmisbare producten voor onze moderne
maatschappij. Maar de meeste van die producten zijn niet of nauwelijks
afbreekbaar door biologische organismen. Voor veel plastics waarvan bekend is
of beweerd wordt dat ze afbreekbaar zijn, geldt dat maar tot op zekere hoogte;
de kleine deeltjes blijven in grote, onzichtbare hoeveelheden in het milieu
voorkomen en verstikken de micro-organismen. Ze blijven als onverteerbaar
menselijk afval bestaan.
Omdat wij fossiel, natuurlijk afval omzetten in modern menselijk afval,
hoopt ons individuele en gemeenschappelijke afval zich geleidelijk op, in de
vorm van bodem- en waterverontreiniging en als broeikasgas in de lucht. Dat is
een gevolg van de toename van de wereldbevolking en de voortschrijdende
ontwikkeling van de technologie waarmee we onze levenskwaliteit verhogen.
Bovendien zijn de producten die wij maken niet bedoeld om te worden
gerecycled, maar om te blijven functioneren. Wij maken geen trap om door
natuurlijke processen of door onszelf gerecycled te kunnen worden. Hij is
bedoeld om zo lang mogelijk te gebruiken. De problemen die al dat nietafbreekbaar afval veroorzaakt zullen min of meer tegelijkertijd hun hoogtepunt
bereiken, omdat de meeste van die afvalproducten het resultaat zijn van het
gebruik van fossiele brandstoffen. En de piek zal ongeveer samenvallen met
andere problemen die het gevolg zijn van het teveel aan mensen op aarde.
Hoe gaan we dat oplossen? Misschien vinden we een andere energiebron, maar
als we niet tegelijkertijd een nieuwe voorraad grondstoffen ontdekken, is dat
geen oplossing. En uitsluitend het reduceren van de hoeveelheid kooldioxide die
als menselijk afval vrijkomt in de atmosfeer zal ons ook niet redden. Slinkende
energievoorraden en toenemende emissie van kooldioxide zijn bijverschijnselen
van de groei van de wereldbevolking.
In plaats van ons kortzichtig te concentreren op het vinden van nieuwe
energiebronnen en het reduceren van de kooldioxide-emissies, zouden we twee
belangrijke stappen moeten zetten. De ene is het verminderen van productie,
zowel onze eigen reproductie – dat wil zeggen het aantal mensen – als de
consumptie en de industriële en huishoudelijke productie, de gemiddelde
hoeveelheid producten en afval die door en voor ons wordt geproduceerd.
Productie is de voornaamste oorzaak van beide bovenstaande problemen. De
twee componenten ervan veroorzaken de uitputting van grondstoffen en de
ophoping van afval; het zijn processen waarvan we de omvang zelf enigszins
kunnen beïnvloeden en die uiteindelijk de oplossing zouden kunnen brengen
waar we naar zoeken. De tweede essentiële stap naar een oplossing voor de
wereldwijde rampen die de mensheid en de overige natuur te wachten staan, is
het vervangen van onze lineaire, uitputtende manier van grondstoffengebruik en
afvalproductie door een rigoureus doorgevoerd kringloopsysteem waarbij we
alle materie die we nodig hebben recyclen. Er is geen alternatief.
Hoofdstuk 2 Kringlopen
Hoe werken chemische en biologische kringlopen eigenlijk precies? Laten we
even kijken naar chemische evenwichten. Wanneer we twee chemische stoffen in
een reageerbuis doen, reageren die met elkaar of niet. Als er wel een reactie
plaatsvindt kan die explosief of juist langzaam verlopen. In beide gevallen zal de
reactie stoppen als een of beide reagerende stoffen verbruikt zijn. Explosieve
reacties eindigen heel snel, terwijl trage reacties pas na langere tijd aflopen. De
figuur hieronder laat die verschillende mogelijkheden in een uiterst eenvoudig
diagram zien. De pijl naar rechts in de eerste figuur geeft het proces als de twee
stoffen reageren: ze worden volledig verbruikt en vervangen door het
reactieproduct, de nieuwe verbinding(en).
A —————— B
Omgekeerd wijst de pijl de andere kant op als de twee uitgangsstoffen niet
reageren, (zie hieronder).
A —————— B
Ergens tussen deze twee mogelijkheden in kan nog een ander proces
plaatsvinden, weergegeven door de pijl die beide kanten op wijst.
A ————— B
In dit laatste geval verlopen de reacties tegelijkertijd in beide richtingen en
ontstaat er tot op zekere hoogte een nieuw product, maar dat wordt ook weer
voortdurend afgebroken tot de twee uitgangsstoffen. En doorgaans is de
snelheid waarmee het nieuwe product wordt gevormd gelijk aan de snelheid
waarmee het weer wordt afgebroken.
Voor ons zijn op dit ogenblik twee van deze drie mogelijkheden
interessant; de tweede is voor ons doel onbelangrijk, omdat er in dat geval niets
gebeurt. Zoals gezegd kan het uitblijven van een reactie in andere opzichten wel
van belang zijn, zoals in het geval van afvalproducten en veel vervuilende stoffen.
In feite is het de extreme variant van het eerste type reacties. Die zijn
interessant, omdat ze het bestaan van een stabiel evenwicht laten zien, waarin
uiteindelijk niets meer gebeurt. In dat stadium van het proces is er een nietreactieve verbinding gevormd die ofwel een hoeveelheid bruikbare energie
bevat of die juist volledig heeft verbruikt. Als geen enkel ander organisme dit
eindproduct kan verteren is het voor altijd verloren als grondstof, omdat geen
enkel ander organisme de energie of de materie ervan kan vrijmaken voor
hergebruik. De betreffende grondstof wordt minder en raakt uiteindelijk op. In
sommige gevallen kan alleen een grote hoeveelheid energie de bindingen van
zo’n stabiele verbinding verbreken en de materie vrijmaken voor verder gebruik.
Dat gebeurt bijvoorbeeld met kooldioxide, water en eenvoudige
stikstofverbindingen zoals de stofwisselingsproducten van dieren. Die kunnen
alleen gerecycled worden als er voldoende zonne-energie beschikbaar is om de
reactie waarbij waterstof of bepaalde molecuulgroepen eraan bevestigd worden,
te laten plaatsvinden. Planten brengen de kooldioxide terug in de kringloop, bij
bepaalde stikstofverbindingen gebeurt dat door bacteriën. Daarvoor is niet
alleen heel veel energie nodig, maar ook een groot aantal gespecialiseerde
moleculen – eiwitten – om de benodigde hoeveelheid energie binnen de perken
te houden. Omdat alle levende organismen stabiele eindproducten (dat wil
zeggen, afval) produceren, hebben ze een aantal mechanismen ontwikkeld om
deze stabiele afvalproducten weer in de kringloop te brengen, en die voorkomen
dat ze vroegtijdig uitsterven door het opraken van grondstoffen. Het natuurlijke
einde van alle materie en energie is de stabiliteit van chemisch afval en
gedegradeerde energie, warmte. De biologische mechanismen die in de loop van
miljarden jaren ontwikkeld zijn, hebben dat voorkomen; afvalproducten konden
opnieuw worden opgenomen in het productieproces , maar alleen met behulp
van een grote hoeveelheid energie, afkomstig van een externe bron, de zon.
De laatste mogelijkheid in bovenstaand schema, waar de reactie beide
kanten op gaat, is vanuit het oogpunt van biologische recycling het interessantst.
Dat komt, omdat het leven lang geleden reactiecycli ontwikkeld heeft in
systemen van onderling afhankelijke reacties – kringloopprocessen – waarin
elementen en moleculen voortdurend terugkeren in het productieproces. Heen
en weer gaande reacties houden elkaar in evenwicht: met behulp van energie
worden er evenveel bindingen gevormd als er verbroken worden. Doorgaans
wordt altijd een mengsel van dezelfde chemische verbindingen aangetroffen: de
aanvankelijke reagentia met hun reactieproducten. In plaats van een reactie die
leidt tot een stabiel evenwicht waarin niets meer gebeurt nadat een heengaande
reactie heeft plaatsgevonden en waarin een teruggaande reactie onmogelijk is,
zien we hier een dynamisch evenwicht waarin heen- en teruggaande reacties
naast elkaar plaatsvinden. Dat suggereert misschien dat er niets gebeurt; het lijkt
alsof de reacties een soort eindpunt hebben bereikt, maar in werkelijkheid is er
sprake van een evenwicht waarin de synthese gelijke tred houdt met de
chemische afbraak. Onder het kalme oppervlak van dit gemiddelde resultaat
heerst een dynamische wereld waarin voortdurend van alles gebeurt. Daarom
spreken we van een dynamisch evenwicht: het is geen stille, dode wereld maar
een bruisend geheel, omdat alle heen- en teruggaande reacties zonder ophouden
plaatsvinden.
Omdat het een dynamisch evenwicht is, wordt iedere nieuwgevormde
verbinding, zodra hij in een andere reactie verbruikt is, onmiddellijk en
voortdurend aangevuld door hernieuwde productie, waardoor de
evenwichtswaarde wordt hersteld. Biologisch gezien is dit van het grootste
belang, omdat deze nieuwe verbinding net zolang kan worden afgetapt als er
voldoende hulpbronnen zijn om de aanvullende reacties te laten plaatsvinden.
A —————— B —————— C
Als de reactieproducten voortdurend door C worden weggevangen, blijft het
systeem uit balans en blijft het de verbinding produceren zolang die afgetapt
wordt voor een andere reactie. Dat is de essentie van de niet-evenwichtssituatie
waarin levende systemen permanent verkeren: de mogelijkheid om een
reactieproduct te onttrekken garandeert de continuïteit van de stroom van
materie en energie.
Het intrigerende is dat in de bijna vier miljard jaar van het leven op aarde
nooit een chemisch evenwicht is bereikt in levende systemen, ondanks het feit
dat veel reacties slechts enkele seconden of een fractie daarvan duren, soms
maar een miljoenste seconde.
De volgende stap in de redenering lijkt eenvoudig. Stel je voor dat er niet
maar één reactiemechanisme bestaat dat de reagerende stoffen links in figuur 2c
verbindt met de reactieproducten rechts. Eigenlijk stelt dit een primitieve
‘cyclus’ voor van twee chemische componenten die ontstaan. Nu kunnen we een
extra stof toevoegen aan een van de reacties, bijvoorbeeld de teruggaande (zoals
in de bovenste figuur op p. 18). Net als in het eerdere voorbeeld wordt stof B
weggevangen door C, maar nu wordt C op zijn beurt weggevangen door A. Het
resultaat is een primitieve cyclus van drie componenten. Eigenlijk toont deze
opmerkelijke figuur het wezen van een biologische cyclus: een dynamisch, niet in
evenwicht verkerende reactie waarin reagentia en producten voortdurend van
rol wisselen. Het leven zou dus begonnen kunnen zijn vanuit een dynamisch
reactie-evenwicht, en zich vervolgens stapsgewijs hebben ontwikkeld tot een
aantal complexe, elkaar aanvullende cycli van een meer dynamisch evenwicht.
A —————— B
C
Natuurlijk gaat er tijdens deze reacties voortdurend energie verloren in de vorm
van warmte en moet dat verlies gedurende al die tijd worden gecompenseerd
door nieuwe energie (hieronder).
energieverlies
A —————— B
Energievoorziening C
energieverlies
In de biologie vormt externe energie de motor achter de cycli, dat wil zeggen
energie die afkomstig is van andere reacties buiten het systeem; uit het milieu of
van de zon. Deze continue stroom van externe energie houdt alle kringlopen van
het leven gaande. Het is een stroom die het systeem binnenkomt, aan de gang
houdt en weer verlaat als gedegenereerde energie; de chemische verbindingen
blijven achter, worden in principe eindeloos gerecycled, doordat ze
gesynthetiseerd, afgebroken, opnieuw gesynthetiseerd en opnieuw afgebroken
worden in een eeuwig durend proces. Binnen organismen worden sommige
stoffen in deze cycli voortdurend weggevangen, waardoor een permanente
stroom van materie en energie ontstaat omdat dit een chemische disbalans in
stand houdt; een disbalans die al bijna vier miljard jaar bestaat. Maar alle
organismen bij elkaar, brengen deze stoffen steeds weer terug in de kringloop
waardoor een totaalevenwicht ontstaat waarin nauwelijks enige materie
verloren gaat. Hoeveel materie had het leven wel niet moeten verbruiken zonder
een dergelijk hoogontwikkeld systeem van kringlopen, van interne,
biochemische cycli en externe, biosferische kringlopen? Zou alle materie op
aarde voldoende zijn geweest? Maar het leven krabt juist maar een heel dun
laagje van het aardoppervlak af. Weliswaar zijn er zijn levende bacteriën
aangetroffen in gesteenten op een diepte van drie kilometer, wat veel lijkt, maar
de straal van de aardbol is zesduizend kilometer, tweeduizend maal zoveel.
Vrijwel vanaf het prilste begin werd dus onder druk van eindige
hulpbronnen en de vervuiling van het milieu door biologische afvalproducten,
het afval van de ene levensvorm de hulpbron van een andere. Dat gebeurde
allereerst binnen cellen, vervolgens tussen cellen, daarna opnieuw tussen de
cellen van hun meercellige opvolgers en daarna tussen die meercellige opvolgers
zelf: de dieren en planten om ons heen. Alle cycli werden aangedreven door
energie van buitenaf en al snel door energie van buiten het aardse milieu, door
zonne-energie; en die energie verdwijnt weer terug naar de ruimte als
gedegradeerde energie, i.c. warmte en komt nooit meer terug als bruikbare
energie. Deze organisatie van energie- en materiestromen is essentieel voor het
voortbestaan van het leven op aarde; zonder kringloopsystemen zou het leven
snel door zijn grondstofvoorraden heen zijn geweest of het zou gestikt zijn in zijn
eigen afval.
Denk nu even aan wat wij als Homo sapiens – letterlijk: de wijze soort –
aan het doen zijn. Hoelang kunnen wij overleven met onze lineaire
grondstoffenstroom? Zijn wij niet eigenlijk juist de enige onwijze soort?
Natuurlijk zijn biologische systemen ook niet volmaakt. Zelfs de eerste
levensvormen, hoe primitief en klein ook, hebben waterstof en elektronen uit
hun directe omgeving moeten halen om te kunnen leven, zodat lokaal op zeer
kleine schaal het milieu beroofd werd van elektronen. Stoffen met de zwakste
bindingen moeten het materiaal van het leven hebben gevormd. Hun bindingen
konden niet alleen gemakkelijk ontstaan, ze waren ook betrekkelijk gemakkelijk
weer te verbreken, zodat atomen en delen van moleculen permanent in omloop
konden blijven in plaats van gefixeerd te raken in stabiele, niet-reactieve – en
dus onbruikbare – moleculen biochemisch afval. Elementen die harder aan
elektronen trokken en ze moeilijker afstonden, konden ook het afval van de
eerdere systemen afbreken. Stap voor stap raakten zulke elementen
geïncorporeerd in levende structuren, toen de gemakkelijk beschikbare
elektronen in de minerale grondstoffen van de aarde opgebruikt waren, en toen
het afval waarin deze elektronen gebonden waren zich ophoopte. Omdat ze
sterker waren konden deze elementen die harder aan de elektronen trokken de
veel schaarsere elektronen uit het milieu halen en ze inbouwen in het systeem
om molecuulbindingen te vormen. In deze sterkere, stabielere bindingen konden
ze die elektronen ook langer vasthouden. De zich ontwikkelende vroege
levensvormen gingen daarentegen steeds meer metalen gebruiken die hun
elektronen gemakkelijk afgaven of uitwisselden. Soms vervingen elementen die
harder aan elektronen trokken en ze ook moeilijker afstonden de eerdere,
zwakkere elementen in dezelfde reactiemechanismen.
Er was dus een evolutie naar het gebruik van elementen die steeds
sterkere bindingen vormen, dat wil zeggen naar minder reactieve, stabielere
moleculen. Maar zulke moleculen vormen dikwijls ook het afval van levende
systemen. Omdat hun afvalproducten niet-reactief zijn, produceren levende
systemen steeds meer chemisch afval. Dat geldt voor alle organismen maar hun
afval dient tot voedsel voor andere organismen, zodat alles bijeengenomen de
voedingsstoffen grote biosferische kringlopen vormen die in stand gehouden
worden door energie. De schakels in de kringloop – de soorten waartoe de
afzonderlijke organismen behoren – zijn onderling uitwisselbaar, maar de
stroom van voedingsstoffen en energie is blijvend. Daarom hoeven de soorten
elkaar niet numeriek in evenwicht te houden, zoals dikwijls verondersteld
wordt, en evenmin komen ze tegemoet aan een specifieke draagkracht die ze
samen scheppen. Soorten komen en gaan ruimtelijk, ontstaan en verdwijnen in
de loop van de tijd of evolueren en sterven uit, onafhankelijk van elkaar en over
lange perioden. Zoals we zullen zien, kunnen hun aantallen toenemen en
vervolgens plotseling sterk afnemen zonder enige mogelijkheid tot sturing. En
ondanks het feit dat een deel van de nutriënten uit de biosferische kringlopen
wordt afgeroomd en dikke pakketten geologisch sediment en bergen biologisch
afval vormt, is de grote stroom van materie en energie miljarden jaren achtereen
blijven bestaan, en zelfs toegenomen in de loop van de tijd.
We kunnen ook op een andere, meer algemene manier naar het probleem kijken
en het menselijke grondstoffengebruik vergelijken met het biologische gebruik
dat hierboven is beschreven. In dat opzicht is vooral één punt belangrijk: de
energiestroom is continu en lineair, terwijl de nutriëntenstroom cyclisch is. Ik
heb duidelijk gemaakt waarom we kunnen zeggen dat de energiestroom de
moleculen, de chemische systemen binnen cellen, en dus de organismen heeft
gecreëerd. Samenvattend zouden we kunnen zeggen dat ons voedsel eigenlijk
niet om de nutriënten zelf draait, maar om de energie daarin. De chemische
verbindingen, de voedingsstoffen, zijn dragers van energie. Ze blijven zo lang
mogelijk circuleren, zodat er zo weinig mogelijk nodig is om de energiestroom
gaande te houden. En het zijn zuinige energieverbruikers; de chemische stoffen
worden zo lang mogelijk binnen het systeem gehouden. De energiestroom is
primair en de stroom van chemische nutriënten is secundair en daaraan
ondergeschikt.
Dat staat in schril contrast met ons gebruik van chemische stoffen en
energie; als wij iets willen maken, gebruiken we daarvoor energie en produceren
we een hoeveelheid onbruikbaar afval, dat in principe chemisch stabiel is. Dat
plaatst onze eigen manier van werken in een compleet ander licht: al onze
inspanning is gericht op gebruik van energiebronnen en daardoor op de
productie van materieel afval. Wij willen de energie en maken ons niet druk om
het chemische afval. In tegenstelling tot wat er in biologische processen gebeurt
gebruiken wij bij al onze activiteiten energie als middel voor een bepaald doel,
en dat doel is een niet-afbreekbare structuur. We zouden er niet aan denken om
een wolkenkrabber of een vliegtuig – of zelfs maar een stoel – te maken van
materialen die gemakkelijk afbreekbaar zijn. Dat betekent dat het hergebruik
van zulke producten vaak een maximale hoeveelheid energie vergt. Cradle-tocradle-schema’s laten dit energetische aspect van het proces meestal weg en
concentreren zich op de materiële kant ervan. In biologische processen
daarentegen vergt de voortzetting van een energiestroom moleculaire
structuren en processen waarbij zo min mogelijk energie vrijkomt en die
bovendien in een stofkringloop passen. Daarom zijn voor de uiterst stabiele
verbindingen die wij produceren later reusachtige hoeveelheden energie nodig
om ze weer in te passen in een kringloopsysteem (hieronder). Op die manier
verliezen we zowel materie als energie, terwijl biologische processen met zowel
het een als het ander zeer zuinig omspringen.
Precies dezelfde processen van uitputting van hulpbronnen en afvalproductie die
we zien in de biologische wereld hebben plaatsgevonden in de laatste paar
eeuwen van de menselijke geschiedenis, alleen op veel grotere schaal. Als gevolg
daarvan zijn we nu de fossiele brandstoffen aan het opmaken die ons voorzien
van energie en talloze petrochemische stoffen zoals plastics, farmaceutische
producten, verven en herbiciden, zonder welke onze maatschappij niet kan
functioneren. En door roofbouw te plegen op de mineralen, de bodem en de
bossen hebben we een grote hoeveelheid afval geproduceerd in de vorm van
vuilnis en allerlei vormen van vervuiling van ons directe milieu en de oceanen,
en in de vorm van gassen zoals kooldioxide in de lucht.
Hoewel het daarvoor vaak vele miljoenen jaren nodig had, is het leven in
staat geweest om zich aan te passen door nieuwe levensvormen te ontwikkelen,
steeds nieuwe hulpbronnen te gebruiken en afvalproducten te recyclen. Wij
kunnen dat niet.
Voor meer informatie over deze aankomende publicatie; voor het
ontvangen van een recensie-exemplaar of een interview met de auteur
kunt u contact opnemen met:
Martine de Boer
Zwerk Uitgevers
[email protected]
030-6380071
Marjolein van Ziel
Sanzioboeken
[email protected]
06-12712668
Anna Neuvel
[email protected]
06-55821966