Arbeid als energiebron is vaak een vergeten factor., zoals in de vorige blog verkend.[1] Daar lees je weinig over , dat wil zeggen arbeid in kWh. En dat lijkt ook niet zo erg in verhouding tot de enorme hoeveelheden energie die wij in onze samenleving stoppen. Maar toch, het is toch interessant om dat eens te proberen te kwantificeren. En toen ik dat laatst deed, was er een verrassende uitkomst.
De aanleiding was dat ik een tijdje geleden weer eens een oud Romeins aquaduct tegen kwam. En deze, in Segovia in Spanje was dus zelfs nog in 1995 in werking. Verbazingwekkend. Dan zit er dus wel een gigantische hoeveelheid materiaal en arbeid in die aquaducten, maar ze gaan ook wel heel lang mee, in dit geval zon 1900 jaar. Dus je hoeft ze niet vaak te vervangen, en wellicht is dat de inspanning waard ? Dat ben ik toen maar eens gaan uitrekenen.
Gelukkig zijn die romeinse aquaducten goed gedocumenteerd , speciaal die rond Rome. [2] Goede data vond ik voor een stuk van 11 km , deel van het Claudia aquaduct. Het bestaat uit 1200 bogen, met een spanwijdte van 9 meter, met het water kanaal erop zon 1 bij 1 meter. De gebruikte stenen zijn 0,9×0,9×1 meter, ieder goed voor zon 2 ton. Totaal komt het neer op 1,5×10*5 stenen met een totaal gewicht van 300.000 ton voor de 11 km, zo’n 27500 kg per strekkende meter.
Dat is een hoop steen en vooral werk! Een beetje rekenwerk leert hoeveel werk precies. Er zijn 2 man nodig , die zon 5 dagen hakken in de groeve, om 1 steen te maken. Dat betekent dus een totaal aan 1,5 10*6 mandagen voor het werk in de groeve. Die was zon 8 km van de bouwplaats . Met een kar getrokken door een os en begeleid door 6 man werd de steen in 1 dag naar de bouwplaats vervoerd.
Maw : 1 steen per dag per team van 6 , oftewel totaal 0,9 10*6 mandagen.
In de literatuur vinden we dat er ongeveer 15 man aan 1 pilaar werkten, en nog eens 4 voor het liften van de stenen, dat ongeveer 10 minuten per 4 meter lift duurde. Dat bijeen geteld levert 3,3 10*5 mandagen op het werk. Alles samen 2,7 miljoen mandagen, ofwel 7400 man-jaar.
We kunnen dat eens vergelijken met de meest basic manier om water te halen, op en neer lopen naar een bron of meertje, zoals dat nu nog in sommige ontwikkelingslanden gebeurt. Rome vandaag de dag gebruikt zon 600.000.000.000 liter water per jaar. Als dat lopend over 11 km gehaald moet worden, dan kan 1 persoon max 2 keer per dag op en neer, met max 20 liter water per keer, ofwel 40 liter water per dag maal 365 dagen levert zo 14000 liter water per jaar per persoon. Om Rome op die manier van water te voorzien zouden er 42 miljoen mensen nodig zijn, continu. Rome heeft slechts 2,75 miljoen inwoners, dus dat gaat niet werken. Maar voor de vergelijking: dat zijn 42 10*6 man-jaar .
Dan moeten we ook nagaan hoeveel aquaducten nodig zijn: Het stuk van 11 km leverde 200.000 m3 per dag, ongeveer 12 % van de huidige vraag, ofwel 8 aquaducten zijn er nodig, x 7400 manjaar is ongeveer 60.000 manjaar. Maar opgelet: de de loop-variant is manjaar per jaar. Het aquaduct als het klaar is functioneert van zelf. Stel het werkt zon 100 jaar, dan is dat dus 600 manjaar-per jaar ter vergelijking. Stel voor ieder stuk zijn 10 man permanent bezig met onderhoud, maal 8 is 80 man extra permanent, brengt het totaal of 680 manjaar per jaar.
Een immens verschil met lopen. De investering in het aquaduct is groot, maar verspreid in de tijd valt dat reuze mee. En als het 1900 jaar meegaat zoals bij Segovia, dan worden de manjaren verder gereduceerd to 30 + 80, ofwel 110.
Aardig om te weten, maar iedereen is natuurlijk nieuwsgierig naar hoe zich dat verhoudt tot het moderne pijpen en pompen van water. Hiervoor nemen we de energie die nodig is voor het pompen. Dat blijkt in Nederland gemiddeld over het geheel zon 0,5 kWh per m3 water te zijn.[3] Voor Rome komt dat neer op 300 miljoen kWh per jaar. Als we dat ook in mankracht vertalen, en aannemen dat 1 persoon per dag 1 kWh kan leveren, dan zou dat neerkomen op 820.000 man-jaar per jaar. Veel minder dan lopen, maar veel en veel meer dan met inzet van ‘zwaartekracht’.
Als we de pompvariant zouden vertalen in een moderne energievoorziening, de energie wordt geleverd door zonne panelen, dan komt dat neer op 2,5 km2 aan panelen. ( gerekend met 120 kWh per m2/jaar)
Nu wordt het interessant, om de zonne panelen optie met de manjaren te vergelijken. Daarvoor kijken we naar de eveneens via zonne energie geproduceerde voedsel opname per persoon. Er zijn vele cijfers over het land-beslag van een gemiddeld dieet, ik heb hier 2000 m2 genomen als een gemiddelde, voor voedsel via open landbouw. De loop-variant vereist dat dan 84000 km2/jaar permanent, ene de zwaartekracht optie 1,36 km2/jaar…. (bij 100 Jaar, bij 1900 jaar wordt dat 0,22 km2) Voor de pomp optie met mankracht is dat 1640 km2.
Bij die zwaartekracht optie zaten nog niet de ossen inbegrepen. Het blijkt dat 1 ossenkar 1 steen per dag kan brengen, voor 1,5 10*5 stenen, komt dat neer op 3 10*5 ossedagen( inclusief retourdag). Stel een os eet 60 kg graan per dag ( ongeveer wat een NL koe eet) dan is dat 20 ton per jaar. Met een graanoogst van 8 ton per hectare per jaar, kost een os dus ongeveer 2,5 hectare land, oftewel samen 20 km2 voor voedsel. Uiteraard weer gedeeld door de levensduur van het aquaduct, 100 jaar , is dat 0,2 km2, opgeteld komt dat neer op totaal 1,56 km2 voor de zwaartekracht optie.
Een verrassende uitkomst, in alle opzichten komt de zwaartekracht optie er als beste uit…. zelfs minder als het PV oppervlak! En zelfs vandaag de dag zou het interessant zijn, en tegelijk een hoop werkgelegenheid creëren.
Dat we het niet doen, komt door het vrijelijk exploiteren van olie gas en kolen, Terwijl we die conversie-routes nog steeds proberen te optimaliseren , is een interessantere technologie nog steeds aanwezig maar vergeten. Technologie ontwikkeling zou dus beter gericht kunnen zijn op het verbeteren van een al lang bestaande maar vergeten technologie. Want we zouden dat aquaduct vandaag veel efficiënter kunnen bouwen, ook met handwerk. (en evt een gesloten buis als kanaal) Het probleem is we hebben een systeem ontwikkeld dat fysische uitgangspunten volkomen negeert. Arbeid is daarin hoog belast, en goederen en brandstoffen weinig, en zelfs gesubsidieerd. Dat geldt natuurlijk niet alleen voor de watervoorziening. De trend in alle technologie is er een van extrapoleren van bestaande, ipv bezinnen op de uitgangspunten, en met name op de belasting in energie, materialen land en tijd.
In alle 3 de gevallen heb ik de materialen zelf niet meegerekend, zoals de emmers, de stenen en pijpen en pompen. Die eveneens energie en massa vereisen, en een gerelateerde land-tijd relatie hebben. Geschat is dat dat de verhoudingen niet zullen veranderen, de impact van metalen in pijpen en pompen is hoog ( in exergy termen) en het aquaduct kan nog veel efficiënter. Maar als de tijd ervoor is ga ik dat ook nog eens uitrekenen . De relatie tussen energie en massa in tijd en landgebruik is de essentie van een tool genaamd MAXergy, waarin dit in Embodied land wordt uitgedrukt. [4]
De essentie blijft echter: het evalueren niet van een product maar van een service in de samenleving dient voorop te staan, en in een totale systeem evaluatie, waarbij de minste arbeid/land input de grootste output levert, gerelateerd aan de enige bron die iets toevoegt aan ons systeem , en het niet van binnen uitput: de zon. De enige manier om tot de juiste afwegingen te komen.
PS. De berekeningen zijn indicatief, niet bedoeld als ultieme berekening. De cijfers zijn wel gebaseerd op documentatie, hier en daar is een aanname gedaan ( ‘educated guess’) . Maar suggesties voor verbeteringen zijn welkom.
[1] http://ronaldrovers.nl/?p=348
[2] Frontinus’ legacy – Essays on Frontinus’ de aquis urbis Romae D.R. Blackman and A.T. Hodge 2001
[3] Vewin 2009 http://www.vewin.nl/SiteCollectionDocuments/Publicaties/Kerngegevens%20drinkwater%202009.pdf
[4] closing cycles calculation tool, on the basis of Embodied land : www.maxergy.org
