Ilmastonmuutos heikentää talouden tuottavuutta

Aiemmin ajateltiin, että ilmastonmuutos ei juuri vaikuta talouden tuottavuuteen varakkaissa maissa. Uusi, 160 maata ja 50 vuotta kattava tutkimus kumoaa tämän. Näyttäisi myös, että teknologian kehitys ja varallisuuden kasvu eivät suojaa ilmastonmuutoksen tuottavuutta alentavalta vaikutukselta. llmastonmuutoksen hillintään kannattaa investoida enemmän nyt jos teknologinen kehitys ei suojaa talouksia ilmastonmuutoksen tuottavuusvaikutuksilta. Paljonko ilmastonmuutoksen hillintä maksaisi? 

Ilmastonmuutoksen kustannukset vallitsevan taloustieteen mukaan

Vallitsevan taloustieteen parissa tehdyissä tutkimuksissa ilmastonmuutos vaikuttaa talouskasvuun lähinnä kehittyvissä maissa. Esimerkiksi tunnettu taloustieteilijä Thomas Schelling järkeilee, että Yhdysvaltain BKT:sta vain pieni osa tehdään sisätilojen ulkopuolella ja ilmastonmuutos vaikuttaa vain siihen osaan. Schelling laskee, että Yhdysvalloissa maa- ja metsätalous on vain 3 % BKT:sta ja jos vaikka puolet maa- ja metsätaloudesta menetettäisiin yhtenä vuonna, niin silloin BKT laskisi vain 1,5 prosenttia. Schellingin järkeily perustuu täydellisten tuotannontekijämarkkinoiden oletukseen, jossa jokaisesta tuotannontekijästä maksetaan sen tuottavuuden mukaan. Tällöin tuotannontekijän vaikutus kokonaistuottavuuteen on yhtä suuri kuin sen BKT-osuus. 

Schellingin soveltama "kustannusosuusteoreema" paljastuu intuitiivisesti epäilyttäväksi pienellä ajatuskokeella. Ajatellaan vaikkapa, että öljy kattaa kolme prosenttia globaalista BKT:sta. Tällöin globaalista BKT:sta menetettäisiin kolme prosenttia, jos jonakin vuonna ei tuotettaisi öljyä lainkaan. On kuitenkin vaikea uskoa, että ilman öljyä kaikki muu talous eli se "97 %" toimisi kuin ennenkin. Pelkästään ajatuskokeeseen ei tarvitse edes tyytyä, sillä esimerkiksi James Hamilton (2011) on tutkinut öljyshokkeja (tilanteita, joissa öljyn saanti alenee ja hinta nousee äkisti) ja havainnut, että öljyn pienentynyt saatavuus on pienentänyt bruttokansantuotetta noin kymmenkertaisesti siihen nähden kuin sen BKT-osuus antaisi olettaa. Schellingin soveltamaa kustannusosuusteoreemaa onkin kritisoitu ekologisen taloustieteen piirissä. Hiljan Larry Summers, entinen Harvardin yliopiston professori ja presidentti Obaman talousneuvoston puheenjohtaja, päätyi samantapaiseen tulokseen IMF:n tilaisuudessa pitämässään puheessaan (Summers, 2015) päättelemällä, että vaikka finanssisektorin BKT-osuus on suhteellisen pieni, niin ilman sitä maailmantalous ei voi toimia. 

On siis aivan mahdollista, että vaikka maatalous on vain pieni osa BKT:sta varakkaissa maissa, niin suuret sadonvaihtelut vaikuttavat voimakkaammin talouteen kuin maatalouden pieni BKT-osuus vihjaa (varsinkin jos ruuan varastointi ja/tai tuonti eivät kompensoi). 

Ilmastonmuutos vaikuttaakin rajusti tuottavuuteen myös kehittyneissä maissa

Lämpötila vaikuttaa niin ihmisen fysiologiaan kuin moniin luonnon prosesseihinkin. Stanfordin yliopiston professori Marshall Burke kollegoineen julkaisi viime syksynä Nature-lehdessä Suomessa aika vähälle huomiolle jääneen tutkimuksen keskimääräisen lämpötilan vaikutuksista talouskasvuun. Tutkimuksessa analysoitiin 160 maata 50 vuoden ajalta. Talouden kannalta optimaaliseksi keskilämpötilaksi paljastui noin 13 celsiusastetta. Maissa, joissa keskilämpötila on lähellä tätä muodostuu liki koko maailman BKT (kuva 1a). Mikäli lämpötila kohoaa yli 13 asteen, talouskasvu (muut asiat vakioituna) hidastuu tutkimuksen mukaan voimakkaasti. Tämä tulos on siinä mielessä "robusti", että vaikka poistaisi USA:n, Kiinan tai öljyntuottajat, niin tulos ei juuri muutu. Se on robusti myös sen suhteen, että onko kyseessä köyhät vai rikkaat maat. Ajanjakson valintakaan ei vaikuta juuri lainkaan (ks. kuva 1c). Ehkä selvintä eroa on siinä, että köyhien maiden talouskasvu on herkempi lämpötilan kohoamiselle (1d ja 1e). Lämpötilan vaikutus talouden tuottavuuteen ei siis uusimman tutkimuksen mukaan ole mitätön kehittyneille maille ja lineaarinen kehittyville maille kuten aiemmin on ajateltu vaan vaikuttaa tutkimuksen mukaan molempiin voimakkaan epälineaarisesti (suhteellisesti enemmän). Tutkimuksessa havaitun korrelaation taustalla olevista mahdollisista syy-seuraussuhteista ei tiedetä juuri mitään, mutta käytetty aineisto on sen verran laaja, että sen tulos on otettava vakavasti. 

Kuva 1. Pystyakselilla on logaritminen BKT/capita muutos. Käyrät ovat mediaaneja ja sininen vaihteluväli on 90 prosentin luottamusväli. Lähde: Burke ja muut, 2015.

Kehittyneet taloudet eivät ole sopeutuneet korkeampiin lämpötiloihin

Burke ja kumppanit muodostivat havaintoaineiston perusteella eräänlaisen integraalifunktion. jonka avulla he mallinsivat ilmastonmuutoksen tuottavuusvaikutuksia. Mallin mukaan ilmastonmuutoksen kustannukset taloudellisen tuotannon menetyksinä ovat 2,5-100-kertaa suuremmat verrattuna aiempiin tutkimuksiin. Mallissa ei ole otettu huomioon merenpinnan nousua tai trooppisia sykloneja yms. vaan huomioitu vain taloudellisen tuotannon menetykset. Ehkä hämmentävin tulos Burken ja kumppaneiden tutkimuksessa on se, että heidän tuloksensa mukaan kasvanut BKT ja kehittyneempi teknologia eivät lisää sopeutumista lämpötilan muutokselle (kuvassa 1c käyrät 1960-1989 ja 1990-2010 kulkevat liki päällekkäin), kuten aiemmin on ajateltu. Tällä perusteella he olettavat, että ilmaston lämpeneminen pienentää merkittävästi taloutta vuoteen 2100 mennessä verrattuna siihen, että ilmastonmuutosta ei olisi.

Burken ja kollegoiden (2015) tutkimus myötäilee muita tutkimuksia siinä, että ilmastonmuutoksesta tulee suurin taakka taloudellisessa tuotannossa niissä maissa joissa tuotetaan vain pieni osa kasvihuonekaasuista. Ilmastonmuutos siten kasvattanee tuloeroja maiden välillä. Burken ja kumppaneiden (2015) mallinnukset eivät sisällä tuloerojen kasvusta mahdollisesti aiheutuvia konflikteja, siirtolaisuutta yms. Eurooppa tulee kokonaisuutena etenemään kohti optimaalista lämpötilaa, mutta sen kauppakumppaneista moni on jo optimaalisen lämpötilan yläpuolella, joten kokonaisuutena ei ole selvää, että Eurooppa hyötyy ilmastonmuutoksesta. Myöskään mahdollista tautien leviämistä, metsätuhoja ja ilmastosiirtolaisuutta ei siis huomioida tässä.

Kiinassa myönnetään yrityksille tukea helleaaltojen työn tuottavuutta alentavan vaikutuksen kompensoimiseksi. Tuoreen tutkimuksen mukaan ilmaston lämpenemisen myötä useammin esiintyvien lämpöaaltojen takia kompensointiin käytetyt maksut voivat kasvaa nykyisestä 0,2 prosentin BKT-osuudesta jopa 3 prosenttiin vuoteen 2100 mennessä. Kolme prosenttia ei kuulosta suurelta osuudelta, mutta se on yli puolitoista kertaa Kiinan sotilasmenojen osuus. Niinpä edes armeijan lopettaminen ei riittäisi lämpöaaltojen tuottavuusmenetysten kompensointiin mikäli tutkimuksen suurin arvio tuottavuustappioista otetaan vertailuun. Ennenaikaisten kuolemien lisäksi helleaallot alentavat tuottavuutta ja ilmeisesti altistavat kognitiivisille virheille (ks. esim. tämä, tämä ja tämä) jopa Australiassa, jossa ihmiset ovat tottuneet helleaaltoihin. Euroopassa helleaaltojen vaikutukset ovat odotettavasti suurempia. Pitkittyneestä helleaallosta saatiin Euroopassa kokemusta vuonna 2003, jolloin arviolta yli 70 000 kuoli ihmistä helleaallon seurauksena (Robine, 2008).

Ilmastonmuutoksen hillinnän kustannukset suhteessa muihin projekteihin

Kuinka paljon ilmastonmuutoksen rajoittaminen 2 asteen lämpenemiseen maksaisi? Tätä on erittäin vaikea arvioida, mutta esimerkiksi Nicholas Stern arvioi kuuluisassa raportissaan vuonna 2006, että prosentti globaalista BKT:sta olisi kohdistettava ilmastonmutoksen hillintään (CO2-taso 500-550 ppm). Vuonna 2008 Stern kohotti arvionsa kahteen prosenttiin. Sternin arvio voi olla vieläkin alakanttiin, koska nykyisin arvellaan, että sallittu hiilidioksidipitoisuus on pienempi (arviot vaihtelevat) mikäli halutaan (usein 66 prosentin varmuustasolla laskettuna) pysyä alle kahden asteen lämpenemän. Kuinka paljon tuo kaksi prosenttia olisi? Se ei kuulosta paljolta, mutta se on paljon kun tarkemmin katsotaan. Esimerkiksi Suomessa noin 42 000 työntekijää pitäisi valjastaa ja noin kaksi prosenttia tuotantopääomasta siirtää ilmastonmuutoksen torjuntaan. Moni teollisuudenala (saastuttavimmat ensin?) pitäisi lopettaa kokonaan. Yhteiskunnassa on tunnetusti vaikea ottaa yhdeltä sektorilta pois resursseja ja antaa niitä toisille ("yhteiskuntasopimuksen" vaikeus on tästä esimerkki). Tästä arvatenkin seuraisi voimakasta lobbausta, sillä mikään taho ei tyypillisesti halua luopua resursseista vaan kaikki haluavat mieluummin lisää. Jos lopettaisimme puolustusvoimat niin saisimme lähes kaksi kolmannesta resursseja ilmastonmuutoksen torjuntaan, sillä puolustusvoimien osuus Suomen BKT:sta on noin 1,3 prosenttia. Emeritusprofessori Eero Paloheimon ajatus, että maailman armeijat kohdennetaan ilmastonmuutoksen torjuntaan, näyttäisi siten olevan suuruusluokaltaan oikean suuruinen sillä Maailmanpankin mukaan sotilasmenoihin kului 2,3 % maailman BKT:sta vuonna 2014, vaikka sen realistisuudesta voidaan keskustella.

Miten 1-2 prosenttia BKT:sta vertautuu historiaan? Deborah Stinen laskelmien mukaan sodan ja kylmän sodan aikaiset Manhattan- ja Apollo-projektit olivat suurimmillaan noin 0,4 % Yhdysvaltojen bruttokansantuotteesta ja 70-luvun öljyshokkien jälkeen panostukset energiateknologioiden kehittämiseen keskimäärin 0,1 % BKT:sta (energiapanostuksissa on ollut suurta ajallista vaihtelua, mitä symboloi se, että Jimmy Carter asennutti aurinkopaneelit Valkoisen talon katolle ja Ronald Reagan poistatti ne melkein ensi töikseen astuttuaan prsidentin virkaan). Suomen Neuvostoliitolle maksamat sotakorvaukset olivat jopa 4 prosenttia bruttokansantuotteesta vuosina 1946-1952. Vertailukohtana Suomen sotakorvaukset ei ehkä ole kovin hyvä, sillä työvoima sotakorvauksiin lienee vapautunut pitkälti sota-ajan tuotannosta ja kenties maa- ja metsätaloudesta, jonka tuottavuus oli alkanut kasvaa jo 1920-luvulta alkaen voimakkaasti. Sota-ajan tuotanto (sekä Suomessa että esimerkiksi Yhdysvalloissa) ja kenties sotakorvauksetkin ovat toisaalta esimerkkejä resurssien voimakkaasta kohdentamisesta yhteisesti hyväksi koetun asian eteen ilman suuria konflikteja.

Saksan Energiewende olisi ollut mielenkiintoinen vertailukohde, mutta en löytänyt lähdettä, jonka luotettavuudesta olisin varmistunut. Jos lukijani sattuu tietämään hyvän lähteen, niin mielelläni päivitän tätä tekstiä siltä osin. Jos palaamme kysymykseen, että kuinka paljon on 1-2 prosenttia BKT:sta johonkin asiaan kohdistettuna, niin hankalinta on kuitenkin se, että tuo 1-2 prosenttia tai kenties vielä suurempi osuus on laskettu pitkälle aikajaksolle keskiarvoksi. Aluksi panosten täytyy olla huomattavasti suurempia, sillä niiden hyöty jakautuu pitkälle ajalle, mutta panoksia vaaditaan etupainotteisesti.

Ilmastonmuutoksen torjunnan kustannuksia tai etuja voidaan hahmottaa myös hiilidioksiditonnin sosiaalisella hinnalla (hinnalla, joka pyrkii ottamaan myös markkinaosapuolien ulkopuoliset haitat huomioon). Yhdistetyissä talous- ja ilmastomalleissa (IAM) hiilidioksiditonnin sosiaalisen hinnan parhaaksi arvioksi saadaan 100 dollaria tai alle. Hiljan eräässä tutkimuksessa arvioitiin parhaaksi arvioksi 200 dollaria tonnilta vaikka siinä olettiin, että sopeutuminen ilmastonmuutokseen on nopeaa. On huomattava, että usein näissä "parhaissa arvioissa" on enemmän virhemahdollisuutta ylöpäin kuin pienempään suuntaan. Marshall Burken ryhmä on vasta laskemassa omaa arviotaan CO2-tonnin sosiaaliseksi hinnaksi, mutta hänen ensimmäinen arvionsa on, että heidän laskelmansa antavat korkeamman luvun kuin 200 dollaria. EU:n päästökaupassa CO2-tonni oli hinnaltaan 5-17 euroa vuosina 2011-2012.

Näyttää yhä varmemmalta, että ilmastonmuutoksen hillintä on kannattavampaa kuin on aiemmin luultu. Nicholas Sterniä kritisoitiin aikanaan, kun hän valitsi raportissaan suhteellisen alhaisen, lähellä nollaa olevan diskonttokoron. Alhainen diskonttokorko suosii tulevien sukupolvien näkökulmaa tämän päivän päätöksenteossa ja kannustaa tekemään enemmän nyt. Se, että rikkaat maat kärsivät köyhiä maita vähemmän ilmastonmuutoksen haitoista, puoltaa pienempää diskonttokorkoa eli enemmän toimintaa nyt. Tarkempaa pohdintaa ja hyviä linkkejä diskonttokorosta on mm. täällä. Sternin valintaa alhaisesta korkotasosta voi siten puolustaa maiden välisten tuottavuuserojen kasvun lisäksi sillä, että ilmastonmuutoksen hillintä on aiemmin yleisesti arveltua "kannattavampaa", sillä ilmaston lämpeneminen on tulevien sukupolvien vauraudesta pois myrsky- ja muiden vahinkojen lisäksi nähtävästi myös tuottavuuden alentumisen muodossa eikä mahdollinen vaurauden kasvu suojaa tältä niin hyvin kuin aiemmin ajateltiin, mikäli Burken ja kumppaneiden (2015) tutkimukseen on luottaminen.

Ilmastonmuutoksen rajoittaminen uusiutuvan energian investointiohjelmalla?

Ugo Bardi on kollegoineen hiljan arvioinut (Sgouridis et al.,2016), että nykyinen uusiutuvan energian investointien taso olisi noin kymmenkertaistettava, että ilmaston lämpeneminen jää alle kahden asteen. Bardin ja kumppaneiden tarkastelun lähtökohta on minusta siinä mielessä hyvä, että siinä huomioitiin ainakin periaatteellisesti globaalin talouden vaatima nettoenergia tai energiaylijäämä eli että investoinnit eivät voi olla liikaa pois nykyisestä kulutuksesta, koska muuten maailmantalous ajautuisi taantumaan. Vähän kuin perunanviljelijä, joka saa kolme perunaa satoa per istutettu siemenperuna, ei voi joka vuosi istuttaa (investoida) kolmea perunaa per siemenperuna, mikäli aikoo myös syödä perunoita ja/tai käydä kauppaa perunoilla (eli kuluttaa perunoita). Toisaalta, mitä useampi peruna saadaan sadoksi per siemenperuna (energiaylijäämä tai energiapanoksen tuottokerroin EROEI on korkea), sitä vähemmän tarvitsee perunoita istuttaa (mitä korkeampi energiaylijäämä, sitä vähemmän tarvitaan energiainvestointeja bruttona). Bardi kollegoineen tavallaan siis optimoi sen välillä, että perunoita on paljon tulevaisuudessa (ilmastonmuutoksen hillinnässä onnistutaan) mutta missään vaiheessa ei nähdä nälkää liiallisen perunoiden istuttamisen vuoksi (maailmantalous ei ajaudu taantumaan investointien vuoksi). Minusta lähtökohtaa voi kuitenkin kritisoida siitä, että se keskittyi vain uusiutuviin eikä vähäpäästöinen ydinvoima ollut mukana. (Minusta ydinvoima olisi voinut olla mukana ainakin siirtymäajalla, jona investoinnit kasvavat ja ei ainakaan alusta alkaen ole sopeuduttu uusiutuvan energian vaihtelevaan tuottoprofiiliin.)

Minulle jäi paperista vaikutelma, että se on monilta osin hyvin epärealistinen vaikka lähtökohta oli hyvä kuten edellisessä kappaleessa kuvasin. Paperissa mahdollisesti oletettiin uusiutuville energiamuodoille varsin korkea energiaylijäämä suhteessa siihen, että energian varastointia ja/tai tarvetta ylikapasiteettiin ei huomioitu lainkaan. Satunnaisesti (tai sään ja ajan mukaan) vaihtelevien uusiutuvien energiamuotojen tuottaman energian varastoinnin tai ylikapasiteetin tarve oli siis jätetty huomiotta. Myöskään ei ollut huomioitu mittavia muutoksia fossiilisen energian varassa rakentuneeseen "infrastruktuuriin" (maailmassa on esimerkiksi yli miljardi polttomoottoria ja määrä on kasvussa), mikäli investoinnit fossiiliseen energiaan vähenisivät rajusti. Muita mahdollisia pullonkauloja ei otettu huomioon (esimerkiksi joistakin magneettisista metalleista voi tulla pulaa, mikäli investoinnit kaivoksiin eivät pysy perässä).

Öljyntuotanto kääntyisi maailmassa IEA:n mukaan 9 prosentin vuosittaiseen laskuun jos investoinnit öljyntuotantoon lakkaisivat täysin (IEA huomioi vain vanhat suuret öljykentät ja jättää huomiotta syvänmeren- ja liuskeöljyn, joiden lasku on luultavasti vielä suurempaa ilman investointeja). Bardin ja kumppaneiden paperissa öljyntuotanto laskee noin 4 prosenttia (digitoin datan kuvasta 1a WebPlotDigitizer-sovelluksella) vuodesta 2025 alkaen eli he eivät ilmeisesti oleta, että investoinnit öljyntuotantoon lakkaavat täysin (investoinnit saavat pudota suhteessa enemmän kuin öljyn tuotanto investointien alenevan rajatuoton vuoksi, mikä on hyvä asia). Neljän prosentin pudotus öljyn tuotannossa on sekin hurja ja sitä voi hahmottaa sillä, että jos kaikki tuotannosta poistuva öljy otettaisiin pois EU:n kulutuksesta niin 3-4 vuodessa EU ei kuluttaisi öljyä lainkaan (kehittyvien maiden tarve saattaa samalla kasvaa edelleen, jolloin nettona kehittyneissä maissa öljynkulutus putoaisi enemmän kuin 4 %). Viime vuonnakin, kun öljystä oli ylitarjontaa, sen kulutus oli n. 1,5 prosentin kasvussa. Koskaan ei ole ollut tilannetta, jossa öljynkulutus pienenisi globaalisti 4 % vuosittain useiden vuosien ajan. Miten maailmantalous sopeutuisi tällaiseen tilanteeseen?

Toisaalta uusiutuvan energian loppukäyttö on sähköä, joka mahdollistaa korkeamman lopullisen hyötysuhteen kuin fossiilisesta energiasta usein saadaan, joten osa nykyisestä fossiilisen energian tarpeesta korvautuisi paremmalla hyötysuhteella. Tämä puolestaan vaikuttaisi parempaan suuntaan. Uusiutuvan energian energiaylijäämä saattaa kasvaa teknologisen kehityksen myötä, mutta aurinko- ja tuulivoimaa joudutaan kenties asentamaan huonommille paikoille ja investointeihin käyttämään heikompia mineraaliaesiintymiä, mikä vaikuttaa puolestaan toiseen suuntaan. Aurinkopaneelien hinnat voivat hyvin pudota vielä vaikkapa 50%, mutta itse paneelien osuus kustannuksista on jo varsin pieni, joten kokonaishinnassa pudotus on paljon pienempi.

Henkilökohtainen tuntumani on, että Bardin ja kumppaneiden laskelmat investointitarpeesta ovat alakanttiin ja toisaalta he ehkä yliarvioivat maailmantalouden sopeutumiskyvyn öljyn tuotannon voimakkaaseen laskuun. Jos Bardin ja kumppaneiden laskelmat kuitenkin pitävät likimäärin paikkansa (olen siis mielelläni väärässä), niin investointien vaadittava taso on suunnilleen tuplasti se mitä nykyisin käytetään fossiiliseen energiaan, uusiutuviin ja ydinenergiaan yhteensä, joka on nyt noin 2 % globaalista BKT:sta. Eli noin 4 prosenttia globaalista BKT:sta olisi kohdistettava ei-fossiilisiin energiainvestointeihin ja jatkettava näin vuoteen 2050 asti, minkä jälkeen tahti hiukan taittuisi. Bardin ja kollegoiden laskelmissa päädyttäisiin suurin piirtein samoihin suuruuslukuihin kuin Sternin päivitetty arvio. Bardin ja kumppaneiden laskelmissa on toisaalta kaksi kertaa Sternin arvio, jotka voimme hahmottaa osissa. Ensin noin 2 % BKT:sta on siirrettävä fossiiilisesta energiasta ei-fossiiliseen energiaan (aurinko- ja tuulienergiaan mainitussa paperissa). Fossiilienergiateollisuus kävisi armottomaan lobbaukseen? Fossiilienergiateollisuuden vähittäinen alasajo ei kuitenkaan vielä riittäisi, sillä olisi vielä siirrettävä kulutusta tai muita investointeja (käytännössä jokin yhdistelmä) 2 % BKT:sta vähähiiliseen energiaan. Eero Paloheimo kenties sanoisi, että armeijojen resurssit (2,3 % maailman BKT:sta) on siirrettävä tähän tehtävään ja olisi suuruusluokassaan Bardin ja kumppaneiden arvion kanssa linjassa. Tällöin ilmastonlämpeneminen saataisiin rajoitettua kahteen asteeseen siirtämällä resurssit fossiilienergiateollisuudesta ja sotilasmenoista ilmastonmuutoksen hillitsemiseen. Ilmastonmuutosta voi hillitä muutenkin kuin investoimalla vähähiiliseen energiantuotantoon ja osa tällaisista keinoista saattaa olla edullisempiakin. Esimerkiksi lihan korvautuminen viljalla ruokavaliossa voisi vapauttaa karjan laiduntamiselle raivattua metsää uudelleen metsittämiselle, mikä sitoisi hiiltä samalla kun kansanterveys paranisi.

Lähteet

1. Marshall Burke, Sol Hsiang, and Ted Miguel. 2015. Global non-linear effect of temperature on economic production. Nature. Burken ryhmän tutkimusta (2015) on siteerattu monissa sanomalehdissä, kuten The Guardian-lehdessä (1, 2).  Myös HS julkaisi tutkimuksesta jutun.
2. Tord Kjellström. 2014. Productivity Losses Ignored in Economic Analysis of Climate Change.
3. Hamilton, James. 2011. Historical oil shocks. 

4. Robine JM, et al. 2008. Death toll exceeded 70,000 in Europe during the summer of 2003. C R Biol 331(2):171–178.

5. Larry Summers. 2015. IMF Economic Review 63:277-280.

6. Sgouris Sgouridis, Ugo Bardi, Denes Csala. 2016. A Net Energy-based Analysis for a Climate-constrained Sustainable Energy Transition.

Tietohaaste

Sain tietohaasteen (Kirjavuori-blogi). Esittelen tässä lyhyesti viisi tietokirjaa.

Ohjeet:

–Valitse viisi tietokirjaa (joita et ole vielä esitellyt blogissasi) ja viisi nettisivua, joiden tiedon laatu on ansiokasta ja esittele ne lyhyesti blogissasi.
–Kielen tulee sekä kirjoissa että nettisivuissa olla jokin pohjoismaisista kielistä - siis tanskaksi, norjaksi, islanniksi, suomeksi, ruotsiksi, fääriksi, grönlanniksi, saameiksi, kveeniksi, meänkielellä jne
–Tietokirjat ovat niitä, joiden perässä mitä todennäköisimmin on laaja lähdeluettelo.
–Haasteen aloittajan Lukumadon kirjoitus tietokirjoista. Siitä voi katsoa mitä ei ainakaan lasketa tietokirjaksi.
–Haasta mukaan vähintään kolme blogia jakamaan tietoa eteenpäin.


Tietokirjat:


Alan Lightman: Einsteinin unet (1993). Kirjan ideana on, että patenttitoimistossa työskentelevä Albert Eistein nukahtelee työpäivänsä aikana ja näkee unia ajasta. Unet ovat mitä villeimpiä ja ne tutkiskelevat, että millainen maailma olisi jos aika olisi olennaisesti toisenlainen, esimerkiksi ei olisi olemassa syy- ja seuraussuhdetta tai jos aika olisi kehä. Muistan kirjan luettuani ajatelleeni, että Einstein olisi todennäköisesti ollut kirjasta ylpeä. Kirjan kieli oli myös omalakinen, joka on välittynyt käännökseen ilmeisen hyvin.

Charles Seife: Nollan elämäkerta (1993). Nolla on paljon muutakin kuin tyhjä joukko tai numero. Nollan historia on äärimmäisen mielenkiintoinen. Sitä on toisaalla palvottu ja toisaalla kavahdettu. Se on keksitty historiassa monta kertaa. Nollan (ja äärettömän, joka usein liittyy nollaan jollain lailla) syvällinen ymmärrys on ollut edellytys koetulle teknologiselle kehitykselle.

Rauno Tirri ja kumppanit: Biologian sanakirja (1993). Vaikka sanakirja ei ehkä kuulu haasteen joukkoon, niin otan sen silti. Opiskelin biotieteitä ja opinnoissa tuli vastaan paljon käsitteitä, joita ei ollut suomennettu. Niinpä hankin tämän sanakirjan, vaikka se tuntui opiskelijan kukkarossa aika isolta hankinnalta. En arvannut, että se opettaisi ajattelemaan, että mistä sanat ja käsitteet tulevat. Esimerkiksi EPO-hormonina tunnettu erytropoietiini tulee kreikankielen sanoista (erythros = punainen) ja (poiesis=tekeminen). Näin ei ole yllättävää, että EPO on punasolukasvutekijä. Kreikan ja latinan kieltä (mono, poly, iso, endo, ekso, morfi, geeni...) englantiin tai suomeen tuotuna tapaa melkein kaikkialla. Näitä yleisimmin esiintyviä "sanojen osia" ei ole edes lopulta kovin paljon, joten ne oppii aika nopeasti. Tästä sanakirjasta on ollut paljon iloa.

Sixten Korkman: Väärää talouspolitiikkaa (2015). Talous ja utopia -kirjassa (2012) Korkman sanoo, että talous voi kasvaa ikuisesti. Tuoreemmassa kirjassaan Korkmanin voi tulkita tulleen hyvin epäileväiseksi ikuisen talouskasvun suhteen. Korkman pohtii klassisen ajan taloustieteilijöiden näkemyksiä kasvun loppumisesta. Klassisen ja nykyisen uusklassisen taloutieteen ero onkin selkeimmillään siinä, että jokseenkin kaikki klassiset taloustieteilijät pitivät talouskasvua varsin lyhytikäisenä ilmiönä, joka tulee loppumaan. Uusklassinen taloustiede ei puolestaan näe mitään rajoja talouskasvulle vaan sen parissa jopa perustellaan kuinka talous voi kasvaa ikuisesti (atomeja voidaan järjestellä rajattomasti vaikka atomeja on rajallinen määrä jne.). Tämän pohdinnan lisäksi kirja on sekä hyvä katsaus sotien jälkeiseen talouspolitiikkaan Suomessa (verattuna kansainvälisiin suuntauksiin) että johdatus taloustieteen historiaan. Siinä on myös hyvää pohdintaa Suomen emujäsenyyden taustoista. Minulle oli jokseenkin uusi asia, että emu-jäsenyyden mahdollisista haitoista varoiteltiin aikanaan Suomessa ilmeisen paljon ja nyt ne haitat näyttäisivat aika pitkälti toteutuneen.

Osmo Soininvaara: Fillarilla Nizzaan (2008). Soininvaara pyöräilee Tallinnasta Nizzaan ja ajattelee matkalla ääneen. Tämä on matkakertomus, mutta siinä pohditaan paljon esimerkiksi maatalous-, liikenne- ja energiapolitiikkaa.  Pidän Soininvaaran tavasta käyttää järkeä ja pohtia "ääneen" asioita. Kirja on mielenkiintoinen konseptinakin, sillä se on saanut alkunsa blogikirjoituksista ja sen lopullisessa muodossa on otettu huomioon blogiin tulleet kommentit. Kirja toiminee hyvin myös oppaana pyörämatkaa Eurooppaan suunnittelevalle. Soininvaaran kirjoista paremmin aikaa kestäviä ja monille lukijoille mielenkiintoisempia varmasti ovat Vauraus ja aika (2007), Sata-komitea (2010) ja Vihreä politiikka (2012). 

Haastan seuraavat blogit:
Avointa ajattelua
Gaia - ainoa kotimme
Passiivi-identiteetti

Luet tietokirjoja, mutta et saanut haastetta? Voit ottaa silti haasteen tästä.

Talous kasvun jälkeen (kirja)

Talouskasvu on kenties tulossa päätökseen, halusimme tai emme. Onko hyvinvoinnin kasvattaminen mahdollista taloudessa, joka ei kasva tai kääntyy jopa laskuun? 

Keynesiläinen talousoppi, jossa suurehko julkinen sektori tasoittaa taloudellisia suhdanteita, koki eräänlaisen haaksirikon 70-luvun öljykriiseissä, joissa se ei toiminut halutulla tavalla. Öljykriisejä ennen saatettiin sanoa, että "olemme kaikki keynesiläisiä". Keynesiläisyydeltä sijaa otti Thatcherin ja Reaganin hallintojen myötä vauhtia saanut uusliberalismi, jossa pyritään mahdollisimman pitkälle yksityistämään julkinen omistus ja vapauttamaan markkinat. Uusliberalismi saavutti eräänlaisen huipentumisen finanssikriisissä 2008. Vuosien 2008-2009 talouskriisi yllätti lähes kaikki, johtavia taloustieteilijöitä ja keskuspankkiireja myöten. Keynesiläisyydellä ja uusliberalismilla on yhteistä se, että ne pyrkivät molemmat talouskasvuun, jolle ei ole olemassa mitään rajoja. Nyt on selvästi kasvava tarve talouspolitiikalle, joka tunnustaa ekologiset reunaehdot ja soveltuu kasvuttomaan talouteen. Talous kasvun jälkeen -kirja pyrkii vastaamaan tähän.

Uusliberalismille ei oikein ole nähtävissä selvää vaihteoehtoa eikä uusliberalismia ajavaa kenties siksi pidetä epäuskottavana. Oiva osoitus siitä on Kokoomuksen puheenjohtaja Alexander Stubbin "sydän, joka huutaa Thatcherin linjan perään". Einsteinin sanotaan sanoneen, että on hulluutta toistaa yhä uudelleen samaa ja odottaa aiemmasta poikkeavaa tulosta. Ehkä Einsteinin viisaus ei päde uusliberalismiin. Ihan vain varmuuden vuoksi lukisin kuitenkin kirjan Talous kasvun jälkeen.

Kirja kuvaa kahdeksan talouskasvuun liittyvää myyttiä ja rakentaa vaihtoehtoja, joilla päästään talouskasvuriippuvuudesta eroon. Kirjasta huomasi vain muutaman kerran, että sitä on kirjoittanut useita eri kirjoittajia. Kaikesta päätellen kustannustoimittaja on tehnyt hyvää työtä. Kirjassa vallitseva (uusklassinen) taloustiede saa kyytiä. Talousoppeihin perehtymätön lukija saattaa jo ajatella, että kritiikki lyö yli. Tulkintani on, että ei lyö. Kirjoittajat ovat selvästi perillä sekä vallitsevasta taloustieteestä että sen monista tärkeistä kritiikeistä. Kirjaa pystyy uskoakseni hyvin lukemaan vaikka ei seuraisi talouskeskustelua, mutta kirjassa on jonkin verran terminologiaa.

Kirjassa on totta kai pieniä huolimattomuuksia, joita jää jokaiseen kirjaan. Kirjassa todetaan, että työn tuottavuus olisi länsimaissa kääntynyt laskuun. Työn tuottavuuden kasvu on kuitenkin hidastunut jo pitkään, mutta ei ole ainakaan vielä kääntynyt laskuun. Kirjan lopussa oli esimerkkiperhe, "Laaksoset", joiden sähkölaitteet toimivat "hiilisähköllä". Tämä on minusta erikoista, sillä Suomessa käytetystä sähköstä vain 8,3 % oli "hiilisähköä" vuonna 2015 ja kivihiilen käyttö on ollut voimakkaassa laskussa viime vuodet. On ihan mahdollista, että kivihiilestä päästään Suomessa eroon kokonaan 2030 mennessä toimia erityisemmin lisäämättäkin. Paljon vaikeampaa on päästä eroon öljystä. Kirjassa käydään öljyn tuotantohuipun olemus lyhyesti, mutta sitäkin paremmin läpi.

Kirjassa arvellaan minusta aivan perustellusti, että työn tuottavuus voi kääntyä yleisesti laskuun kun luonnonvarat ehtyvät (suurempi vaadittava pääoma- ja energiapanos per tuotettu "luonnonvarayksikkö") ja sotien jälkeen rakennettu infra pitää uusia. Vallitseva talousopi lähtee siitä, että työn tuottavuuskasvu tulee pitkälti tiedon lisääntymisen seurauksena, ei juuri riipu luonnonvaroista eikä ole odotettavissa, että työn tuottavuus yleisesti (yksittäisillä aloilla toki) kääntyy laskuun:

Talouskasvun tärkein lähde on nimittäin teknologia – tieto, ideat ja osaaminen siitä, miten tuotetaan hyödykkeitä, joita kuluttamalla ihmiset tyydyttävät tarpeitaan. Teknologian kehitys on ”tuotereseptien” eli ideoiden lukumäärän kasvua. Koska sille ei ole olemassa ylärajaa, ei myöskään talouskasvulle ole periaatteessa rajoitteita, vaikka luonnonvarojen määrä maapallolla onkin rajallinen.  (lähde)

On kuitenkin olemassa näyttöä siitä, että energia - ja yleisemmin luonnonvarat - on ollut tärkeä tekijä talouskasvussa. Jotkut talouden toiminnan kannalta tärkeät luonnonvarat (kuten öljy) ehtyvät (tarkoittaa suurempaa vaadittavaa energia- ja rahapanosta per tuotettu yksikkö tai taloustieteen kielellä alenevaa rajahyötyä), mikä voi olla myrkkyä tuottavuuskehitykselle myös energia- tai luonnonvarasektorin ulkopuolisessa taloudessa. Ilmastonmuutos ja muut ekologiset kriisit ovat toinen tuottavuuskehitystä mahdollisesti voimakkaastikin hidastava tekijä (ks. esim. tämä ja tämä), joskin alueelliset erot voivat tässä olla suuria. Ilmastonmuutoksella voi olla merkittävä työn tuottavuutta alentava vaikutus myös varakkaissa maissa. On mahdollista, että luonnonvarojen lisäksi myös ilmastonmuutoksen vaikutukset työn tuottavuuteen on aliarvioitu valtavirran taloustieteessä.

Mikrotaloustieteessä tärkeänä lähtökohtana on kustannus/hyöty-analyysi. Yksittäinen firma, jonka omistaa rationaalinen taho, ei palkkaa uutta työtekijää, jos tämän palkkaamisesta seuraa enemmän menoja kuin tuloja. Makrotaloustieteessä keskitytään paljolti talouskasvuun, mutta ei koskaan kysytä, että voiko talouskasvun haitat olla hyötyjä suuremmat. Kolmen prosentin talouskasvu on sen mukaan yhtä hyödyllistä ja tarpeellista 1900-luvun alun Suomessa kuin vuonna 2015, vaikka talouden koko on yli kymmenkertaistunut tässä välissä henkeä kohtikin laskettuna. Toisinaan kirjasta jää hiukan häiritsevä vaikutelma, että kirjoittajilla on ollut mielessään keskussuunnittelija, jonka viisaus ei vain ole toistaiseksi riittänyt näkemään kasvun loppumisen vääjäämättömyyttä ja kasvun tavoittelun lisääntyviä haittoja. Lopussa kuitenkin paljastuu, että näin ei ole. Kirjan reformistinen, uudistuksia esittelevä ote on selvästi tarkoitettu keskustelun avaajaksi eikä lopulliseksi totuudeksi. On mielenkiintoista nähdä, miten kirja otetaan vastaan talousviisaiden parissa.

Kirjassa käsitellään paljon paikallistaloutta, mutta sitä ei määritellä tarkasti eikä oteta kantaa, että onko Suomessakin nähtävissä oleva fossiilisen energian avulla vauhditettu kaupungistumiskehitys yhdistettävissä laskevaan fossiilisen energian käyttöön. Maailmassa oli 750 miljoonaa kaupunkilaista vuonna 1960, kun nyt on noin 4 miljardia ja määrän ennustetaan edelleen kasvavan. Julkistamistilaisuudessa kirjoittajat sanoivat, että heillä on tästä eri näkemyksiä. Aihe on minua itseäni kovasti kiinnostava, enkä ole muodostanut kantaa asiaan. Kuitenkin kirjassa paikallistalouden merkityksen korostetaan kasvavan ja sanotaan sen olevan globaalitaloutta ekologisempi. Siinä todetaan, että energiantuotanto on tehokkaampaa pienemmässä mittakaavassa. Olisin kaivannut viitteitä tähän. Energiantuotannossa on olemassa luontainen mittakaavaetu fysikaalisista tekijöistä johtuen. Kun esimerkiksi diesel-moottoria tai lämpökattilaa kasvatetaan kooltaan, niin tilavuus (hyöty) kasvaa kolmanteen potenssiin, mutta pinta-ala vain toiseen potenssiin, jolloin häviöt ja materiaalien käyttö tuotettua energiayksikköä kohti tyypillisesti pienenevät. Toki siirtokustannukset pienenevät, jos kaikki ovat lähellä ja voi olla muitakin tekijöitä, jotka suosivat pientä mittakaavaa. Olisin itse hiukan skeptisempi sen suhteen, että paikallistalous on niin usein parempi ja ekologisempi kuin globaalitalous. Laivarahdin yksikkökohtaiset päästöt eivät käsittääkseni esimerkiksi ole suuret. Sen sijaan pidän mahdollisena, että vaikkapa ruokahuolto tulee olemaan jossain määrin paikallisempaa kuin nyt varsinkin jos ilmastonmuutos alkaa näkyä ruuan viennissä esimerkiksi satojen voimakkaiden vaihtelujen muodossa.

Kirja on monipuolinen katsaus vallitsevan talousopin puutteisiin ja samalla tärkeä panos keskustelussa, että miten tulevaisuudesta tehdään parempi. Kirjassa on minusta loistavaa pohdintaa esimerkiksi siitä mitä raha on ja miten erilaisia paikallisrahoja voidaan hyödyntää tulevaisuudessa. Kirjassa aivan oikein tuodaan esille, että BKT on kasvanut pitkälti kun aiemmin kotitalouksissa tehty työ on tuotu markkinavaihdon piiriin. Esimerkiksi aiemmin Suomessa ei vakuutettu niin paljon rakennuksia, koska tiedettiin, että jos navetta palaa salamaniskun seurauksena, niin se rakennetaan talkoilla uudestaan. Ei ollut mitään pienellä präntättyä vakuutussopimuksissa, sillä sosiaalinen sopimus oli kirjoitettuna ihmisten käyttäytymiseen. Osa nyt BKT:ssa mitattavasta toiminnasta voidaan ottaa sieltä pois ilman, että hyvinvointi pienenee - ainakin jos talouskasvun varassa rakentuneet instituutiot saadaan muokattua toimimaan kasvuttomassa taloudessa. Nykyisessä talouden rakenteissa tuotannon ja kulutuksen lasku johtavat työttömyyteen ja ekologisesti järjetön toiminta on työllistämisen kannalta aina järkevää. Kirja pohtii tätä vastakkainasettelua. 

Kirjassa - minusta aivan oikein - huomautetaan että ajoittainen ahdistus ja pelko haasteiden edessä ovat välttämättömiä, mutta ne pitää kääntää toiminnaksi. Monia kansalaisia ahdisti seksuaalivähemmistöjen epätasa-arvoinen kohtelu. Tämä ahdistus huipentui Tahdon-laiksi. Monia torppareita ahdisti aikanaan olla maanomistajan ja verottajan ikeessä. Esiin tuotu ahdistus tuotti lopulta torpparinvapauslain ja maareformin. Kirjan aivan lopussa on minusta hyvä tasapaino sen suhteen, että mitä jokainen voi itse tehdä ja mitä politiikalta pitää odottaa. Voimme tehdä tyypillisesti enemmän äänestäjänä ja muuna poliittisena vaikuttajana kuin lompakon avulla.

Kuinka todennäköistä on, että kasvutonta taloutta ajetaan ylhäältä alas (top-down)? Minä pidän sitä epätodennäköisenä monestakin syystä. Ensinnäkin olemme kulttuurisesti hyvin tottuneita talouskasvuun vaikka se onkin historiallisesti suhteellisen tuore ilmiö. Kakun jako poliittisesti käy paljon ikävämmäksi poliitikoille, jos kakku ei kasva. Kasvamattoman kakun jako vaatii arvokeskustelua. Arvokeskustelu käännetään nykyisin usein kilpailukyky tai Suomen etu -puheeksi. Tuore esimerkki on tämän päivän lehdestä. Pääministeri Sipilä ei jaa kaupunkitutkijoiden käsitystä, että kaupunkien tuottavuus kasvaa kaupunkiseudun koon mukana vaan hakee kilpailukykyä alueellisesta hajauttamisesta. Hän ei ehkä vain voinut sanoa, että asuttu maaseutu on arvokasta sinänsä vaikka se voi tulla kalliiksi? Digitalisaatiota tarjotaan nykyisin lääkkeeksi melkein kaikkeen, joten ei ole yllättävää, että pääministeri tarjoaa sitä autioituvalle maaseudulle. Jos joku työ voidaan digitalisaation avulla siirtää kasvukeskuksesta Tohoperään, niin mikä estää työpaikkaa siirtymästä saman tien Mumbaihin, jossa työvoima on halpaa ja osaavaa? Minusta pääministerin hajauttamispuhe ei perustu järjelliseen analyysiin eikä empiriaan (miljardit ihmiset ovat muuttaneet maalta kaupunkiin viime vuosikymmeninä) vaan siinä oli käännetty keskustalle tärkeät arvot kilpailukykykeskusteluksi? En ota kantaa maaseutua vastaan (esim. ruoka tulee jonkun maan maaseudulta kaupunkeihin ainakin toistaiseksi), vaan huomioni on pääministerin argumentaatiossa.

Ennen vaaleja hoettiin, että Suomi nousuun, mutta ei täsmennetty, että tarkoittaako se apatiaksi muuttuneen kriisitietoisuuden päättymistä, talouskasvuun palaamista tai jotain muuta. Edes Vihreät, jolle ympäristön kestävyys on tärkeä arvo, ei ole ainakaan Suomessa kyseenalaistanut talouskasvun mielekkyyttä (täydessä maailmassa). Kuten kirjastakin käy ilmi, ei ole näköpiirissä sellaista aineetonta tai vihreää talouskasvua, jota vihreiden parissa on hahmoteltu. Aineettomalta voi näyttää esimerkiksi finanssikuplan (joiden esiintymistiheys ja suuruus on kasvanut ajan myötä) varassa tapahtuva kasvu, tai kun Kiinaan siirrettiin enemmän CO2-päästöjen muodostumista kuin samalla syntynyttä jalostusarvoa. Molemmissa tapauksissa lasku tulee viiveellä. Toisaalta esimerkiksi Vihreiden puheenjohtaja Ville Niinistö oli keskustelun (jossa mm. Talous kasvun jälkeen -kirjaa esiteltiin) perusteella valmis fossiilitalouden jälkeiseen, kasvuttomaan aikaan keskustelutilaisuudessa Eduskunnan Kansalaisinfossa viime perjantaina. Samassa tilaisuudessa SDP:n Antti Rinne näki talouskasvun nostavan suomalaistenkin pienituloisten tuloja vielä, mutta pitkällä tähtäimellä (jota hän ei täsmentänyt) talouskasvusta voidaan Suomessa hänen mukaansa luopua. Rinne haluaa vältellä edessä olevaa jakokonfliktia kasvun avulla niin pitkään kuin mahdollista? Niinistö muistutti, että talouskasvu on nykyisin tyypillisesti jobless growth eli ei tuo työpaikkoja mukanaan.

Tilanne on myös aidosti hankala. Jos yksi valtio päättää sitoutua kasvuttomaan talouteen, niin sen suhteellinen painoarvo kansainvälisessä politiikassa voi pienentyä, pääomat saattavat paeta maasta ja esimerkiksi armeijan ylläpito vaikeutua. Suomessa on leikattu melkein joka paikasta, mutta armeija sai lisää tai on saamassa rahaa miljardeilla ilman mitään keskustelua. Samalla liki kaikki instituutiomme ovat rakentuneet riippuvaiseksi kasvusta. Jos rikkaat maat yhdessä toteavat, että kasvua ei tavoitella saati haluta, niin ikuisen kasvun logiikalla toimivat finanssimarkkinat romahtavat? Eräs tarina, narratiivi, jota nykyisin suositaan, on että talous kasvaa pian uusiutuvan energian varassa. Uusiutuva energia on vielä niin pitkään riippuvaista fossiilisesta energiasta ja sitä laadullisesti heikompaa, että sen varassa talouskasvu tuskin jatkuu ja voi jatkua.

Henkilökohtaisesti uskon, että kasvuttomaan talouteen sopeudutaan hitaasti ruohonjuuritasolta alkaen (bottom-up). Jos kapitalistinen talousjärjestelmä törmää talouskasvun rajoihin, niin se luultavasti näkyy erilaisina finanssi- ja rahoituskriiseinä (josta vuoden 2008 kriisi oli kenties jo ensimmäinen näytös). Talous näyttää kasvavan nykyisin lähinnä velkakuplien avulla. Yhdysvalloissakin ohjauskorot olivat nollassa melkein kymmenen vuotta. On mahdollista, että jokaisen kriisin myötä yhä useampi irtautuu mahdollisuuksien mukaan kasvutaloudesta. Media ei juurikaan noteeraa monenlaista kasvavaa paikallista aktivismia, jota on havaittavissa ympäri maailman. Ei ole kuitenkaan sanottu, että tarpeeksi moni voi hypätä kasvutaloudesta ulos edes varakkaissa maissa. Politiikka - sopivasti paikallista ja kansainvälistä sekoitettuna - olisi minusta siksi hyvin tarpeellista.

Talous kasvun jälkeen on tärkeä ja erittäin suositeltava kirja. Tyhjentäviä kasvun jälkeisiä politiikkaohjeita kirjasta ei kannata odottaa (eikä siinä sellaisia yritetä tarjotakaan), mutta erinomaisia ainesosia paremman politiikan hahmotteluun siitä kyllä saa. Kirjan luettuaan lukija saattaa pohtia lievästi progressiivista ympäristöverotusta tai vaikkapa keskuspankin rahoitusta kestävämpään infrastruktuuriin kohdistuviin investointeihin.

Vielä kerran Teraloop: voisiko se toimia kiinteänä renkaana?

Voisiko Teraloopin energiaa varaava liikkuva massa kannatella itse itseään? Teimme laskelmat ja esittelemme ne tässä.

Haluaisimme uskoa, että Teraloopin konsepti voisi toimia. Tämä jo siksi, että valtio on antanut yhtiölle 260 000 euroa Tekes-lainaa, ja olisi hienoa saada sille rahalle vastinetta. Olemme aiemmin analysoineet konseptia läpi fysiikan kannalta ja tehneet myös yksinkertaisen laskurin, jolla realismin rajoja voisi arvioida. Teki laskut miten tahansa, ne tuntuvat päätyvän aina samaan lopputulokseen: konsepti ei toimi, ellei fysiikan lakeja muuteta.

Päätimme antaa Teraloopin idealle vielä yhden mahdollisuuden. Moni on keskusteluissa esittänyt, että jos Teraloop olisi junavaunujen sijasta kiinteä rengas, se ei tarvitsisi ehkä magneetteja muuhun kuin levitointiin. Materiaali voisi ehkä kannatella itse itseään. Tämä ehdotus ei ole Teraloopin julkaistun toimintaidean mukainen, mutta toisaalta yhtiö on itsekin todennut että sen konsepti on todellisuudessa täysin erilainen kuin julkisuudessa olleet tiedot. Ehkä tämä on se suuri oivallus, joka mahdollistaa ajatuksen?

Lisää matematiikkaa…

Tasapainossa pyörivän renkaaseen muodostuu keskeiskiihtyvyyden johdosta kehän suuntainen jännitys, joka voidaan laskea kaavasta

s = ω^2* ρ * ( R1^2 + R1*R2 + R2^2) / 3   

Missä s:n yksikkö on Pa (= N/m^2), ω on kulmanopeus (rad/s) ja ρ on aineen tiheys (kg/m^3), joka teräksellä on 7800 kg/m^3. R1 ja R2 ovat renkaan ulko- ja sisäsäde.

Koska renkaan kehän poikkipinta-ala suhteessa renkaan säteeseen on hyvin pieni ja käytännössä R1≈R2≡R, voidaan kaava muuttaa yksinkertaisempaan muotoon.

s = ρ * ω^2* R^2   

Olemme tehneet tällekin tehtävälle laskurin, jossa arvoja voi pyöritellä. Voimme myös piirtää kuvan, josta nähdään jännitys suhteessa renkaan kehänopeuteen. Renkaan säde tai kehän poikkipinta-ala eivät vaikuta tulokseen, yllä oleva kaavio pätee kaiken kokoisille teräsrenkaille, joiden kehän halkaisija suhteessa renkaan säteeseen on vähäinen, kuten Teraloopin tapauksessa. Kuten alempana lasketaan, rengas murtuu jos kehäjännitys ylittää 640 MPa arvon, mikä rajoittaa kehänopeutta erittäin rajusti.

Terästen lujuusrajoitteet

Jännityksen SI-järjestelmän mukainen yksikkö on Pascal (Pa), eli N/m^2. Terästen lujuus ilmoitetaan Pascalin pienuudesta johtuen yleensä Megapascaleina, MPa. 1MPa vastaa noin 100 tonnin painoa yhden neliömetrin alueella. Teräkselle määritellään erikseen myötölujuus ja murtolujuus. Jos valmistamme lujuusluokan 8.8-pulttimateriaalista teräslangan, jonka poikkipinta-ala on 1 mm^2, sen varaan voisi ripustaa 64 kg:n massan, ilman, että langassa tapahtuu pysyvää muodonmuutosta, eli ilman, että ns. myötölujuus (640 MPa) ylittyy. Yli 80 kg:n massalla lanka katkeaa, koska aineen murtolujuus (800MPa) ylittyy. Myötö- ja murtolujuuden välissä teräkseen jää pysyvä muodonmuutos, joten rakenteet tulee mitoittaa myötölujuuden mukaan. Tämä esimerkiksi valittu koneenrakennusteräs on noin kaksi kertaa lujempaa kuin tavallinen rakenneteräs.

Laskurin avulla on mahdollista hahmottaa joitakin ratkaisuja, jotka saattaisivat olla kokonaisuutena teoriassa lähes saavutettavissa. Esimerkiksi teräsrengas (tiheys 7800 kg/m^3) jonka sisäsäde on 1,8 metriä ja renkaan säde 250 metriä, tuottaa 290 m/s nopeudella seuraavanlaisia arvoja: energia 1,5 GWh, g-voimat 34 g, kokonaispaino 125 tuhatta tonnia, ja jännitys 660 MPa. Energia on siis kymmenesosan siitä arvosta, jota Teraloop mainoksissaan lupaa, ja siitä huolimatta jo tämäkään rengas ei tule kestämään murtumatta kovin kauan.

Tunnelin sädettä kasvattamalla päästään hiukan suurempiin energioihin, mutta energia kasvaa kuitenkin vain suhteessa säteeseen. Esimerkiksi 2500-metrinen tunneli tuottaa noilla arvoilla vain 20 GWh patenttihakemuksen lupaaman TWh:n sijaan.

Venymäongelma

Kokonaan toinen kysymys on, miten tuollainen rengas voitaisiin valmistaa. Se ei voi olla pelkkää terästä, koska siinä pitää olla maglev-tekniikka yms. massaa, joka ei kanna kuormaa. Mitoituksessa ei muutenkaan voi mennä noin lähelle myötörajaa. Mitoitus pitää tehdä väsyttävälle kuormalle, sillä laitteen pitää kestää lukuisia lataus- ja purkukertoja. Sallittu jännitys jäisi käytännössä huomattavasti tässä laskettua teoreettista maksimia pienemmäksi, kun kaikki mitoitukseen vaikuttavat tekijät otetaan huomioon.

Läheskään aina lujuusmitoituksissa ei tarvitse laskea rakenteen venymiä. Teräs nimittäin venyy kun sitä kuormitetaan. Koska Teraloop on valtavan suuri rakennelma, lasketaan varmuuden vuoksi myös renkaan venymä. Tähän käytetään Hooken lakia:

s = E * є

missä s on jännitys, E on kimmokerroin (teräksellä 210 GPa) ja є on suhteellinen venymä. Koska haluamme laskea venymän, muutetaan kaava muotoon:

є = s / E

є = 0,64 GPa / 210 GPa = 0,003

Renkaan kehän pituus ja sen myötä renkaan halkaisija venyvät 0,3 % sen saavuttaessa myötörajan. Patenttihakemuksessa renkaan halkaisija oli 5000 metriä. Sen kokoinen teräsrengas venyisi täydellä pyörimisvauhdilla peräti 5000m * 0,003 = 15 metriä. “Donitsi” siis leviäisi täydessä vauhdissa kohti tunnelin ulkoseiniä 7,5 metriä joka suuntaan, ja hidastuessaan kutistuisi taas normaaliin kokoonsa. Kuten normaalilla mielikuvituksella varustettu lukija voi kuvitella, tästä aiheutuu jälleen korillinen lisäongelmia.

Pienempi 500-metrinen prototyyppi venyisi 1,5 metriä. Tämän kokoinen vaihtelu saattaisi teoriassa, ehkä, juuri ja juuri, olla siedettävissä esimerkiksi sähkömagneeteilla, mutta kiinteät magneetit eivät tähän kykene.

Venyminen antaa käytännössä kovan ylärajan sille, kuinka suureksi Teraloop-tyyppinen systeemi voitaisiin rakentaa. Vaikka 250-metrinen pilotti onnistuisi jollakin keinolla juuri ja juuri, sitä suuremmaksi laitetta ei juurikaan voi enää kasvattaa. Nopeus ei myöskään voi näistä arvoista nousta juuri ollenkaan.

Voimme toki ajatella korvaavamme teräksen jollain toisella materiaalilla, mutta jätämme lukijoiden haasteeksi keksiä materiaali, joka olisi tähän tarkoitukseen terästä parempi ja jonka kustannus on riittävän alhainen.

Teräskään ei tässä ole aivan ilmaista. Jotta energiaa saisi vähänkään järkeviä määriä, massan pitää olla yli 100 000 tonnia. Teräksen hinta vaihtelee suuresti, mutta on tyypillisesti satoja euroja/tonni. Pienenkin Teraloopin vaatiman raakateräksen hinta olisi siis vähintään 10 miljoonan euron paikkeilla. Koska terästä joudutaan käytännössä prosessoimaan, loppuhinta olisi useita kertoja suurempi -- olettaen, että tällaista rengasta edes pystyisi todellisuudessa valmistamaan.

Tässä kirjoituksessa esitettyjä arvioita voi toki tarkentaa mallintamalla Teraloopin tukirakenteita yms. tarkemmin, mutta tämä ei tule muuttamaan mitään olennaista. Valitettavasti fysiikan lait iskevät rajusti vastaan tässäkin tarkastelussa.

Yhteenveto

Kiinteä rengas ei näytä pelastavan konseptia, vaikka löytyykin konfiguraatioita jotka ovat ainakin hiukan sinnepäin. Jos renkaaseen halutaan varastoida merkittäviä määriä energiaa, sen pitää pyöriä todella lujaa. Tällöin renkaaseen kohdistuu suuria jännityksiä, ja se venyy ja supistuu pyörimisvauhdin mukana. Tällöin metalliin voi muodostua myös väsymisvaurioita.  

Maailmalla on esitetty konsepteja, joissa suuri määrä energiaa varastoidaan valtavan suuriin massoihin (ks esim täältä). Nämäkään ratkaisut eivät ole suuresti edenneet, ja ne ovat silti kertaluokkaa helpompia toteuttaa kuin Teraloop.

Teraloop on sinällään yrittämässä ratkaista aivan olennaista ja tärkeää ongelmaa; valitettavasti sen ehdottama ratkaisu ei näytä toimivan millään tasolla. Energiaa on tällä hetkellä erittäin vaikea varastoida erittäin suuria määriä. Tällä alueella tehdään maailmalla koko ajan monipuolista tutkimus- ja kehitystyötä, ja tutkimusta kannattaisi ehdottomasti tukea myös Suomessa. Tuki täytyisi kuitenkin osata kohdentaa sellaisiin hankkeisiin, joissa on edes jotakin realismia takana.

Tämän kirjoituksen on tehnyt ryhmä fysiikan ja tekniikan alan ammattilaisia kollektiivisesti. Kirjoitus julkaistaan yhtä aikaa omissa blogeissamme. Kirjoittajat aakkosjärjestyksessä: Kaj Luukko (Gaia-blogi), Jani-Petri Martikainen (PassiiviIdentiteetti-blogi), Jakke Mäkelä (Zygomatica-blogi), Rauli Partanen (Kaikenhuippu-blogi), Aki Suokko (Palautekytkentöjä-blogi), Ville Tulkki.

Teraloop-laskuri

Toissapäiväinen kirjoituksemme Teraloopista herätti median mielenkiinnon ja sai yhtiön vastaamaan kritiikkiimme. Tässä kirjoituksessa täsmennämme kritiikkiä ja julkaisemme Teraloop-laskurin.

Toissapäiväinen kirjoituksemme Teraloopista herätti ainakin muutaman median; kirjoituksen ovat huomioineet Tekniikka ja Talous, Vihreä Lanka, ja Tiedetuubi. Vihreä Lanka sai lopulta yhtiöltä myös vastauksen, jossa yhtiö kieltäytyy kertomasta ideastaan mitään tarkempaa vedoten liikesalaisuuksiin.  “Teraloopin mukaan on syytä tehdä ero julkisuudessa olleiden järjestelmän konseptihahmotelmien ja sen välillä, millaiseen energianvarastointikykyyn yritys todellisuudessa pyrkii. Teraloopin mukaan näitä tavoitelukuja ei ole julkistettu, eivätkä ne ole vielä julkisia.”

Käytännössä Teraloop siis tuntuu sanovan, että aiemmin julkisuudessa olleet luvut on syytä unohtaa. Ne ovat kuitenkin ne luvut, joilla yritys on tullut esille, joita keskustelussa on pyöritelty ja joiden mukaan mielikuvia on luotu. On syytä kysyä, miksi niitä lukuja sitten on kerrottu julkisuuteen, jos ne ovat virheellisiä? Tai miksi virheellisiä lukuja ei ole korjattu?

Kuten aiemmassa kirjoituksessa totesimme, käytimme laskelmissa eri lähteistä (tiedotteet, julkinen patenttihakemus) saatuja, keskenään osin ristiriitaisia lukuja nimenomaan Teraloopin kannalta suotuisassa valossa. Kirjoituksen kirvoitti nimenomaan se, että näillä parhailla mahdollisillakaan luvuilla ja spesifikaatioilla idea ei fysiikan lakien perusteella vaikuttanut olevan toteutettavissa.

Tällä hetkellä lähinnä tiedetään, että Teraloop on saanut Tekesiltä maksimissaan 260 000 euron lainan; mitään todellista teknistä tietoa konseptista ei siis yhtiön itsensäkään mukaan ole julkisuudessa liikkunut.

Varmasti onkin niin että yhtiö ei ole kaikkea kertonut, eikä startupin kuulukaan. Ja kun kaikkea ei kerrota, pitää olla valmis ottamaan vastaan konseptia kohtaan esitetty kritiikki. Fysiikka on loppujen lopuksi armoton tieteenala. On loppujen lopuksi varsin vähän perusmuuttujia, joita tässä ratkaisussa voidaan varioida, ja ne ratkaisevat, onko idea toteutettavissa.

Olemmekin tehneet yksinkertaisen laskurin, jossa kuka tahansa voi kokeilla erilaisia arvoja. Linkki laskuriin on täällä. Kaavat ovat alempana.  Itse emme ole onnistuneet näitä lukuja pyörittämällä pääsemään mihinkään toteuttamiskelpoisen näköisiin järjestelmiin, joiden energiakapasiteetti olisi niin suuri, että systeemissä olisi järkeä.

On huomattava, että edellinen kirjoituksemme käytti ylioptimistisia (Teraloopin kannalta suotuisia) lukuja. Teraloopin väitteistä voidaan hahmottaa kolme skaalaa.

1. Patenttihakemus. Säde 2500 metriä, paino 70 000 tonnia. Energiakapasiteetti mahdollisesti TWh-luokkaa. Nopeus tuntematon.
2. Tiedotteet. Energiakapasiteetti 16 GWh, säde 250 metriä. Massa tuntematon, nopeus tuntematon.
3. Proto, jonka säde olisi ehkä 50 metriä. Mitään muita muuttujia protosta ei tiedetä.

Edellisessä kirjoituksessa yhdistimme siis skenaariot a ja b niin, että oletimme että skenaarion a suuri tunneli tuottaisi skenaarion b pienemmän energiakapasiteetin. Tällöin toteutus on erittäin paljon helpompi, mutta energiakapasiteetti on 60 kertaa pienempi kuin Teraloop on antanut ymmärtää. Kuten huomasimme, on se silti käytännössä lähes mahdoton, vaatien noin 1300 m/s nopeuksia.

Toistamme: edellisessä kirjoituksessa olleet laskut osoittivat, että vaikka Teraloopin varastointikapasiteetti olisi 60 kertaa pienempi kuin mitä sen tiedotteessa näyttää olevan, toteutus ei siltikään onnistu.

Laskurin mukaan 250 m renkaalle ei löydy mitään arvoja, jotka olisivat erityisen järkeviä. Vaikka vaunut olisivat täyttä terästä (7000 kg/m^3), niin jo äänen nopeudella 330 m/s keskipakoisvoimat nousevat yli 40 g mutta kapasiteetti jää alle 2 GWh tasolle.

Tämän kirjoituksen on tehnyt ryhmä fysiikan ja tekniikan alan ammattilaisia kollektiivisesti. Kirjoitus julkaistaan yhtä aikaa omissa blogeissamme. Kirjoittajat aakkosjärjestyksessä: Kaj Luukko (Gaia-blogi), Jani-Petri Martikainen (PassiiviIdentiteetti-blogi), Jakke Mäkelä (Zygomatica-blogi), Rauli Partanen (Kaikenhuippu-blogi), Aki Suokko (Palautekytkentöjä-blogi), Ville Tulkki.

Laskurin kaavat

A.Materiaalien tiheyksiä:

Patenttihakemuksessa ilmoitettu tiheys on 1500 kg/m3

Betoni: 1700-2400 kg/m3

Teräs: 7000-8000 kg/m3

Lyijy: 11 000 kg/m3

Köyhdytetty uraani: 19 000 kg/m3

B. Vaunun sisäsäde: Patenttihakemuksen mukaan vaunujen koko olisi noin 1,5m x2m. Oletusarvona voidaan käyttää keskimääräistä sädettä 1,8 m. Jos kokoa kasvattaa paljon, myös tunnelin kokoa on kasvatettava, mikä lisää hintaa ja vaikeuttaa tyhjiön ylläpitoa.

C. Tunnelin säde:

Hakemuksessa 2500 m, mainosmateriaaleissa 250 m, ensimmäinen prototyyppi ehkä 50 m.

D. Nopeuksia (ks mm Wikipedia-sivu)

Äänen nopeus on 330 m/s.

Yliäänikone Concorden nopeus on n 600 m/s

Kaikkien aikojen nopeusennätys lentokoneella on n. 1000 m/s

Pakonopeus (jolla satelliitin saa laukaistua ulkoavaruuteen) on n. 11 000 m/s.

Jotta konsepti todellisuudessa toimisi verkkotason energiavarastona, sen pitäisi pystyä tallentamaan energiaa vähintään GWh-tasolla. Toisaalta aiemmassa kirjoituksessa todettiin, että 70 g kiihtyvyydet repivät järjestelmän varmasti rikki; käytännössä jo viimeistään 50 g kiihtyvyys tulee aiheuttamaan ongelmia. Kaikkien aikojen painavimmat liikkeelle saadut junat ovat painaneet noin 100 000 tonnin luokassa.

Tehtävänä on löytää parametrit, jotka toteuttavat kaikki nämä ehdot edes suunnilleen. Itse emme sellaisia ole onnistuneet löytämään.

Kaavat

Liikkuvaan massaan varastoitunut energia on

E = (½)*m*v2, jossa m on kappaleen massa ja v sen nopeus

Mikäli kappale on pyörivässä liikkeessä, niin keskipakoisvoima (keskihakuvoima) on

F = m*v2/R, jossa R on kaarevuussäde

Renkaan pituus on 2*π*R. Oletetaan rengas pyöreäksi, ja sen poikkipinta-alan säteeksi r metriä. (Renkaan todellinen muoto voi olla jotakin muuta, mutta se ei olennaisesti muuta laskua).

Lukija saattaa haluta muuttaa itse joitakin oletuksia. Kokosimme tarvittavat kaavat 1-5 sitä varten.

Jos kappaleen keskimääräinen tiheys on ρ [kg/m3]  niin sen massa voidaan kirjoittaa m =  ρ* π*r^2 * 2*π*R= 2*π^2*r^2*R*ρ  ja kaavat ovat silloin muotoa

1. E [joulea]  = (½)* m*v2 = π^2*r^2*R*ρ*v2
2. E [GWh] = 2,78*10^(-13)* E[joulea]  
3. F [newtonia] = 2*π*R*ρ*v2/R = 2*π*r*ρ*v2
4. F [g] = (m*v2/R)/(m*g)  = v2/(R*g)
5. m [tuhatta tonnia]  = 2*π^2*r^2*R*ρ/1E6

Tiheyttä ρ voidaan kasvattaa muuttamalla vaunujen materiaalia. Sädettä r voidaan muuttaa kasvattamalla vaunujen ja tunnelin kokoa.