Mick de Waart

Jevons’ Paradox: de vloek van efficiëntie

9 september 2023

Ons brein is een meester in het herkennen van patronen. Zo meesterlijk dat we ze zelfs vaak herkennen als ze er helemaal niet zijn.^[1] We herkennen vaak pijlsnel verbanden en we zijn daardoor geneigd de wereld te begrijpen in lineaire termen van oorzaken en gevolgen. Veel problemen zijn alleen onderdeel van een complex speelveld dat zich niet door simpele oorzaak-gevolg relaties laat omschrijven. Dit geldt ook voor duurzaamheid.

Een van de meest interessante gedragingen van complexe systemen is het zogenaamde rebound-effect. Dit is het effect dat optreedt wanneer veranderingen in een systeem die voor een besparing zorgen samengaan met neveneffecten die het tegenovergestelde effect hebben, waardoor de primaire besparingen deels of soms zelfs helemaal teniet worden gedaan. Het effect komt op allerlei manieren voor en de impact ervan op de samenleving is soms gigantisch, maar er wordt zelden rekening mee gehouden. Dit zorgt ervoor dat strategieën voor bijvoorbeeld de energietransitie of de overgang naar een circulaire economie vaak op de verkeerde dingen inzetten en in de praktijk niet de gewenste effecten hebben. De potentiële gevolgen hiervan zijn desastreus en daarom wil ik het rebound-effect in dit essay eens verder verkennen.

Het meest bekende voorbeeld van het rebound-effect is de paradox van Jevons. William Stanley Jevons was een negentiende-eeuwse Britse econoom en logicus. Hij was er al vroeg in zijn carrière van overtuigd dat de economie wiskundig kon worden verklaard en publiceerde daar dan ook veel over, maar dit was niet waar hij bekendheid mee zou verwerven. Halverwege de negentiende eeuw waren veel Britten als de dood dat de koolvoorraden op zouden raken, waardoor de economische groei, die was ingezet door de industriële revolutie, ten einde zou komen. Veel experts waren echter van mening dat technologische vooruitgang voor steeds efficiënter gebruik van kool zou zorgen, waardoor er steeds minder kool nodig zou zijn en de voorraad dus niet op zou raken. expand_circle_downIedereen die zich wel eens met de energietransitie bezig heeft gehouden herkent dit standpunt waarschijnlijk van hedendaagse experts die (min of meer) hetzelfde beweren over energie in het algemeen. Jevons, die zich veel met economische logica bezig had gehouden, herkende een denkfout in dit standpunt en beweerde in een voor zijn doen erg praktisch ingestoken boek (vrij vertaald) het tegenovergestelde:

Het is een volstrekte misvatting om te veronderstellen dat zuinig brandstofgebruik voor een lager verbruik zorgt. Het tegendeel is waar. In de regel zullen nieuwe vormen van economie leiden tot een toename van de consumptie, volgens een principe dat in veel parallelle gevallen wordt erkend.

– William Stanley Jevons, 1865, p. 103 ^[2]

Ter illustratie geeft Jevons het voorbeeld van hoogovens. Wanneer deze door technologische innovatie minder kolen nodig hebben voor het produceren van ruwijzer, zal het goedkoper zijn om ruwijzer te produceren waardoor de prijs ervan zal afnemen. En bij een lagere prijs zal de vraag naar ruwijzer toenemen waardoor er meer hoogovens zullen worden opgericht. Het totale kolenverbruik in deze industrie bestaat uit het verbruik per hoogoven, vermenigvuldigd met het aantal hoogovens. Volgens Jevons zal de besparing die per hoogoven optreedt teniet worden gedaan door de nieuwe hoogovens die erbij zouden komen ten gevolge van de dalende kosten.^[2]

Het voorbeeld van Jevons zelf is verhelderend maar een nog veel krachtigere illustratie van de paradox komt van Vaclav Smil. Hij schetst hoe steeds efficiëntere lichtbronnen tot een explosieve groei van verlichtingsgerelateerd energieverbruik hebben geleid. Hij begint bij de kaars, deze zet slechts 0,01% van de chemische energie die in het kaarsvet op is geslagen om in verlichting. De gloeilamp van Edison was met een efficiëntie van ongeveer 0,1% rond 1880 al zo’n tien keer zo efficiënt. expand_circle_down De gloeilamp zelf zette 1% van de elektriciteit om in licht, maar deze elektriciteit was veelal afkomstig van kolengestookte elektriciteitscentrales, en die hadden rond het jaar 1900 ook slechts een efficiëntie van zo’n 10%. Daarmee werd door de hele keten slechts 0,1% van de energie uit kolen omgezet in licht.^[3] Een moderne ledlamp heeft echter wel een efficiëntie van ongeveer 10% expand_circle_down Een gasgestookte gecombineerde cyclus elektriciteitscentrales heeft een efficiëntie van rond de 60%, led- en tl-verlichting zitten qua efficiëntie rond de 15%. Dit betekent dat ongeveer 9% van de energie in aardgas uiteindelijk als licht eindigt.^[3] Ik heb dit omhoog afgerond naar 10%, omdat sinds de publicatie van het boek van Smil met name led-verlichting nog veel efficiënter is geworden. en is dus nóg zo’n 100 keer zo efficiënt als de gloeilamp van Edison en wel zo’n 1000 keer zo efficiënt als een kaars. expand_circle_down Maar ook ongeveer 1000 keer minder gezellig. Hoe efficiënter iets wordt, hoe ongezelliger het wordt. Ik noem dit bij deze de wet van Mick omdat ik zelf ook steeds ongezelliger ben geworden naarmate ik efficiënter ben gaan werken. Dit zijn gigantische besparingen maar de vraag is of men dan ook 1000 keer minder energie is gaan gebruiken voor verlichting? Je voelt hem al aankomen, dat is men niet… Integendeel, sinds 1800 is men in het Verenigd Koninkrijk per persoon zo’n 6500 keer zoveel licht gaan consumeren (fig. 1) en in totaal (door bevolkingsgroei) zelfs zo’n 1.270.000 keer zoveel.^[4]

Jevons’ paradox is in “veel parallelle gevallen” terug te vinden omdat elke verandering in ons universum door energie aan wordt gedreven. Vergelijkbare effecten treden bijvoorbeeld bij voedsel, expand_circle_down In 1800 kostte het een boer in New England met twee ossen en voor die tijd goede apparatuur ongeveer zeven minuten aan arbeid om een kilo tarwe te produceren. Rond 2000 deed een boer hier dankzij verbeterde technologie nog minder dan zes seconden over. Dit heeft voor beter betaalbaar voedsel en daarmee voor een enorme verbetering van voedselveiligheid gezorgd. Deze betere betaalbaarheid heeft alleen ook het rebound-effect gehad dat een steeds groter deel van de voedselproductie wordt verspild. Naar schatting wordt eenderde tot wel tweevijfde van het geproduceerde voedsel verspild.^[5] mobiliteit, expand_circle_downBij mobiliteit geldt: hoe goedkoper het is om een afstand af te leggen, hoe meer mensen dat zullen doen. Een treffend voorbeeld is de privaat gefinancierde aanleg van de eerste spoorwegverbinding van Nederland tussen Haarlem en Amsterdam. Stadsbesturen dachten voor de aanleg dat er niet voldoende behoefte aan de treinverbinding zou zijn. Niets bleek echter minder waar. Voor de aanleg van het spoor reisden per jaar zo’n 170 à 190 duizend mensen per trekschuit of diligence tussen Haarlem en Amsterdam, na de aanleg van het spoor deden in 1840 plotseling 350 duizend mensen dit in een jaar met de trein (en werd het gebruik van zowel de trekschuit als de diligence gedecimeerd).^[6] Naarmate men tijd- en kostenefficiënter kon reizen, ging men niet minder maar juist meer reizen.^[6] Vandaag de dag zijn rebound-effecten bijvoorbeeld waar te nemen bij de elektrische auto. Mensen met een elektrische auto hebben lagere vervoerskosten en voelen zich minder schuldig over hun energieverbruik omdat ze ‘duurzame’ energie gebruiken. Ze gaan daardoor hun auto meer gebruiken en voelen zich minder verplicht om hun autogebruik te verminderen.^[7] data, expand_circle_downDatagebruik is een ander ‘parallel geval’ van een efficiëntieslag die tot een verhoogd gebruik leidt. Het stroomverbruik van datatransmissie is sinds 2000 gemiddeld ongeveer elke twee jaar gehalveerd,^[8] bijvoorbeeld door het gebruik van steeds efficiëntere (en grotere) datacenters en kabels. Door de complexiteit van de informatie-infrastructuur is het lastig om het directe en indirecte energieverbruik ervan in te kunnen schatten,^[9] maar nieuwe data-intensieve activiteiten zoals machine learning, blockchain en virtual reality zorgen voor zo’n grote groei dat het energieverbruik van onze data-infrastructuur—dat tot nu toe redelijk stabiel lijkt te zijn gebleven—waarschijnlijk zal gaan groeien.^[10] De vraag van internetgiganten—die gezamenlijk verantwoordelijk zijn voor zo’n tweederde van het internetverkeer—naar onderzeekabels—die 99% van het internetverkeer tussen continenten voor hun rekening nemen—neemt jaarlijks met 45 tot 60% toe.^[11] en materialen expand_circle_down Ook materiaalgebruik is aan een rebound-effect onderhevig. Een goed voorbeeld hiervan is de auto. Naarmate motoren efficiënter en minder zwaar zijn geworden zou in principe minder materiaal nodig zijn voor deze voertuigen omdat met een lichtere motor hetzelfde effect bereikt zou kunnen worden. In werkelijkheid zijn mensen grotere auto’s gaan nemen met meer toeters en bellen erop waardoor het materiaalgebruik juist enorm is toegenomen. In Amerika is het gemiddelde autogewicht per inwoner tussen 1920 en 2011 maar liefst 35 keer zo hoog geworden.^[12] op doordat het achterliggende proces telkens efficiënter is qua energieverbruik: efficiëntere voedselproductie komt bijvoorbeeld grotendeels door technologieën die efficiënter gebruik maken van energie, en sneller en goedkoper reizen door efficiënter brandstofgebruik.

Er kan onderscheid worden gemaakt tussen twee soorten rebound-effecten: directe en indirecte. We hebben het over directe effecten als een efficiënter gebruik van een ding tot een toename leidt van het totale verbruik van datgene zelf. Tot nu toe hebben we voornamelijk directe effecten besproken. Naarmate economieën volwassen worden vlakken deze effecten af. Een mens heeft niet oneindig veel behoefte aan verlichting en zal ook niet oneindig meer kilometers gaan rijden, hoe goedkoop het ook wordt. ^{[3, 13]} In veel gevallen is dit directe effect geen probleem maar juist heel belangrijk. Het heeft ervoor gezorgd dat we in grote delen van de wereld niet meer gehuld in vodden bij kaarslicht een paar zelfverbouwde knollen zitten te eten in een houten krot. En die toename in welvaart gun ikzelf in ieder geval de rest van de wereld ook. Maar er is dus ook nog een indirect rebound-effect. Hier spreken we van wanneer een efficiëntieverbetering van een ding tot een toename leidt van het verbruik van iets anders.

Wanneer voedsel steeds goedkoper wordt zullen mensen zich in eerste instantie misschien steeds voller proppen, maar hier zit een limiet aan. Na verloop van tijd zullen mensen niet nog meer gaan eten als voedsel goedkoper wordt maar het geld dat ze overhouden aan andere dingen gaan uitgeven. En deze dingen kosten vaak ook—of zelfs meer—energie. Zodra mensen het welvaartsniveau bereiken dat ze voor ogen hadden, zullen ze in de regel niet op hun lauweren rusten maar zullen ze hun beeld van wat het ‘goede leven’ inhoudt bijstellen. Dat betekent vaak nog meer consumptiegoederen of reisjes.^[14] En ook die zaken kosten weer energie en leiden dus tot een hoger energieverbruik. expand_circle_down Vaak worden nieuwe diensten en goederen overigens als een duurzaam alternatief voor een bestaand product of een bestaande dienst aangeprezen. In veel gevallen blijkt alleen dat het nieuwe het oude niet vervangt maar er extra bij komt. Digitalisering van allerhande zaken had door een hogere efficiëntie voor een afname van energiegebruik moeten zorgen maar lijkt het tegenovergestelde te hebben veroorzaakt,^[15] elektrische stepjes die een duurzaam alternatief voor de auto zouden zijn lijken vooral een onduurzaam alternatief voor de wandelaar te zijn,^[16] en hoewel de smartphone in principe de camera en het horloge prima zou kunnen vervangen (naast vele andere apparaten zoals de rekenmachine, de radio, de vaste telefoon en de wekker) blijkt dat ook de verkoop van deze apparaten onverminderd doorgroeit.^[12] Waar directe effecten fundamenteel zijn om in basisbehoeften te kunnen voorzien en na verloop van tijd afvlakken en tot besparingen leiden, ^{[17, 18]} geldt dat voor indirecte effecten niet. Waar een consument met besteedbaar inkomen is, staat altijd wel een ondernemer op met een nieuwe decadente ‘musthave’. Als we deze indirecte effecten meerekenen lijkt wetenschappelijk onderzoek erop te duiden dat elke toename in energie-efficiëntie tot een toename van het totale energie-verbruik zal blijven leiden.^[19]

Nu we de paradox van Jevons wat dieper doorgrond hebben, begint duidelijk te worden dat deze eigenlijk niet veel meer is dan ouderwetse economische groei in een ander jasje. Naarmate we onze energie efficiënter benutten houden we middelen over om andere dingen te doen en kunnen we daardoor meer welvaart produceren.^{[3, 20]} Het illustreert hoe fundamenteel de beschikbaarheid van energie is voor het realiseren van economische groei.^{[3, 21]} Jevons’ tijdgenoot Justus von Liebig, een vooraanstaand wetenschapper en uitvinder, zou beschaving de ‘economy of power’ hebben genoemd en Jevons zelf voegde daaraan toe dat beschaving verder zou groeien naarmate we zouden leren energie efficiënter te benutten.^[2] Inmiddels, zo’n 160 jaar later, kunnen we concluderen dat we toenemende efficiëntie en omvang van energieverbruik in een historisch ongekende economische groei hebben weten om te zetten.^[3] Of ‘beschaving’ er ook door is toegenomen laat ik voor het gemak even in het midden.

Deze verstrengeling van efficiënt energiegebruik en economische groei stelt ons echter wel voor een dilemma. Als toenemende efficiëntie namelijk niet tot een afname maar tot een toename van energieverbruik leidt, dan zijn duurzaamheidsstrategieën die inzetten op het verhogen van efficiëntie niet alleen nutteloos maar hebben ze zelfs een averechts effect.^[21] Maar zelfs als, zoals sommige wetenschappers stellen,^[18] de paradox van Jevons niet geheel waar blijkt te zijn en bijvoorbeeld ‘maar’ de helft van de besparing via een rebound-effect wordt omgezet in een toename van energieverbruik elders, dan nóg moet daar rekening mee worden gehouden om klimaatdoelstellingen te halen. Onderzoek toont aan dat belangrijke klimaatmodellen zoals die van het IPCC en het IEA onvoldoende rekening houden met zelfs mildere inschattingen van rebound effecten (zie ook fig. 3).^[18] Het gevolg daarvan is dat we ons mogelijk rijk rekenen met ingrepen die onvoldoende effect zullen hebben waardoor we klimaatdoelstellingen (nog erger) niet halen en de aarde meer opwarmt dan nodig.

Als inzetten op hogere energie-efficiëntie niet, nauwelijks of mogelijk zelfs averechts werkt, dan is het natuurlijk de vraag wat dan wel werkt. Dat begint bij de constatering dat er met energiegebruik op zichzelf niets mis is, het probleem is de uitstoot van broeikasgassen die dit veroorzaakt. Eén mogelijke oplossing is dus om over te stappen op energiebronnen die (vrijwel) geen broeikasgassen uitstoten. Een andere mogelijke oplossing is om het totale energieverbruik aan banden te leggen. Een laatste mogelijkheid bestaat uit het afvangen en opslaan van koolstofdioxide.

Laten we beginnen bij de eerste mogelijkheid, overstappen op koolstofarme energiebronnen. Deze zijn voor veel toepassingen op dit moment nog (veel) duurder omdat met name grote industrieën voorlopig nog niet op elektriciteit kunnen draaien.^[22] Op dit moment groeit onze economie nog. We zouden een deel van deze groei kunnen aanwenden om te investeren in innovatie van schone energiebronnen zodat deze op termijn met fossiele brandstoffen kunnen concurreren.^{[23, 24]} Interessant aan deze optie is dat ‘ie gebruik maakt van het rebound-effect doordat het energieverbruik kan blijven groeien en de economie via het rebound-effect dus ook. Deze groei kan dan weer worden aangewend voor verdere investering in schone brandstoffen waardoor een domino-effect kan ontstaan.^[24] Voor zonne-energie is dit domino-effect al gaande,^[25] maar een groot deel van onze economie kan nog niet (winstgevend) op elektriciteit draaien.^[22] Daarvoor zijn dus nog innovaties nodig, die middels subsidies sneller gerealiseerd kunnen worden.^[23]

De tweede mogelijkheid is om het totale energieverbruik aan banden te leggen. Dit staat wel bekend als de degrowth optie. Deze optie is met afstand de lastigste om te implementeren omdat het in essentie betekent dat de welvaart niet verder mag groeien. Voor mensen die er warmpjes bij zitten al een lastige boodschap maar voor mensen die—zeker in ontwikkelingslanden—de eindjes aan elkaar moeten knopen waarschijnlijk onacceptabel.^[26] Toch bevat deze optie wel degelijk interessante elementen. Een kansrijk instrument om (vervuilend) energieverbruik aan banden te leggen is een CO₂-belasting. Wanneer politieke barrières overwonnen worden blijken deze belastingen in de praktijk inderdaad tot lagere CO₂-emissies te leiden, hoewel dit effect vooral optreedt in landen waar geen uitzonderingen voor bepaalde energie-slurpende industrieën worden gemaakt.^[27]

Over de laatste mogelijkheid kan ik kort zijn. Het afvangen en opslaan van koolstofdioxide is zeer waarschijnlijk noodzakelijk. Dit kan zowel met behulp van hightech installaties als met ouderwetse bomen. De laatste zijn interessant omdat ze—als ze op de juiste plek worden aangeplant—ook veel andere voordelen hebben, bijvoorbeeld dat ze een onderdeel van gezonde ecosystemen kunnen vormen.

Al deze oplossingen passen we nu in zekere mate ook al toe maar moeten we voor een effectieve energiestrategie dus verder intensiveren. Dat betekent alleen wel dat we eerst moeten gaan herkennen en erkennen dat inzetten op het verhogen van efficiëntie niet, nauwelijks of zelfs averechts werkt. Maar een paradox is per definitie lastig te herkennen voor ons brein en efficiëntiedenken zit diep in onze Nederlandse genen genesteld. De tijd zal leren of we duurzaamheidsstrategieën die efficiëntieverbeteringen propageren zullen gaan herkennen voor wat ze eigenlijk zijn: economische groeistrategieën. Er is in principe niets mis met economische groei maar om het als duurzaamheidsstrategie in te zetten is, in de uit de context gerukte woorden van Jevons, een “volstrekte misvatting”.

Bronnen

1. Kahneman, D. (2011). Thinking, Fast and Slow. Farrar, Straus and Giroux.
2. Jevons, W.S. (1865). The Coal Question: An Inquiry Concerning the Progress of the Nation, and the Probable Exhaustion of Our Coal-mines. Macmillan and Co.
3. Smil, V. (2017). Energy and Civilization: A History. MIT Press.
4. Fouquet, R. & Pearson, P.J.G. (2006). Seven Centuries of Energy Services: The Price and Use of Light in the United Kingdom (1300–2000). The Energy Journal, Volume 27, No. 1, 139-177.
5. Smil, V. (2019). Good Eats. Inference, Volume 5, No. 1.
6. Filarski, R. & Mom, G. (2008). Van transport naar mobiliteit: De transportrevolutie (1800–1900). Walburg Pers.
7. Klöckner, C.A., Nayum, A. & Mehmetoglu, M. (2013). Positive and negative spillover effects from electric car purchase to car use. Transportation Research Part D: Transport and Environment, Volume 21, 32-38.
8. Aslan, J., Mayers, K., Koomey, J.G. & France, C. (2017). Electricity Intensity of Internet Data Transmission: Untangling the Estimates. Journal of Industrial Ecology, Volume 22, Issue 4, 785-798.
9. Horner, N.C., Shehabi, A. & Azevedo, I.L. (2016). Known unknowns: indirect energy effects of information and communication technology. Environmental Research Letters, Volume 11, No. 10.
10. Kamiya, G. (2020). The carbon footprint of streaming video: fact-checking the headlines. IEA.
11. Shankland, S. (2023). The Secret Life of the 500+ Cables That Run the Internet. CNET.
12. Smil, V. (2013). Making the Modern World: Materials and Dematerialization. Wiley.
13. Fouquet, R. (2012). Trends in income and price elasticities of transport demand (1850–2010). Energy Policy, Volume 50, 62-71.
14. Easterlin, R.A. (2003). Explaining happiness. PNAS, Volume 100, No. 19, 11176-11183.
15. Lange, S., Pohl, J. & Santarius, T. (2020). Digitalization and energy consumption. Does ICT reduce energy demand? Ecological Economics, Volume 176, 106760.
16. Topham, G. (2023). E-scooters: a tale of two cities as London and Paris plot different paths. The Guardian.
17. Greening, L.A., Greene, D.L. & Difiglio, C. (2000). Energy efficiency and consumption — the rebound effect — a survey. Energy Policy, Volume 28, Issues 6-7, 389-401.
18. Brockway, P.E., Sorrell, S., Semieniuk, G., Heun, M.K. & Court, V. (2021). Energy efficiency and economy-wide rebound effects: A review of the evidence and its implications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 141, 110781.
19. Saunders, H.D. (1992). The Khazzoom-Brookes Postulate and Neoclassical Growth. The Energy Journal, Volume 13, No. 4, 131-148.
20. Motherway, B. & Oppermann, M. (2020). Energy efficiency can boost economies quickly, with long-lasting benefits. IEA.
21. Sorrell, S. (2009). Jevons' Paradox revisited: The evidence for backfire from improved energy efficiency. Energy Policy, Volume 37, Issue 4, 1456-1469.
22. Smil, V. (2002). How the World Really Works: The Science Behind How We Got Here and Where We're Going. Viking.
23. Aghion, P., Antonin, C. & Bunel, S. (2021). The Power of Creative Destruction: Economic Upheaval and the Wealth of Nations. Belknap Press.
24. Arbib, J., Dorr, A. & Seba, T. (2021). Rethinking Climate Change: How Humanity Can Choose to Reduce Emissions 90% by 2035 through the Disruption of Energy, Transportation, and Food with Existing Technologies. RethinkX.
25. Frederik, J. (2023). Zelfs optimisten zijn te pessimistisch: schone energie wordt spotgoedkoop. De Correspondent.
26. Ghosh, A. (2021). The Nutmeg's Curse: Parables for a Planet in Crisis. John Murray.
27. Lin, B. & Li, X. (2011). The effect of carbon tax on per capita CO₂ emissions. Energy Policy, Volume 39, Issue 9, 5137-5146.