It is shown that under the limitation of preserving environmental stability, the available renewable energy resources (river hydropower, wind power, tidal power, solar power, power of the thermohaline circulation, etc.) can in total ensure no more than one tenth of the modern energy consumption rate of the civilization, not to compromise the delivery of life-important ecosystem services by the biosphere to the humanity.
With understanding still lacking globally that the anthropogenic impact on the biosphere must be strictly limited, the potential availability of the practically infinite stores of nuclear fusion energy (or any other infinite energy sources) poses an unprecedented threat to the existence of civilization and life on the planet. " />
Makarieva A.M., Gorshkov V.G., Li B.-L. (2008) Energy budget of the biosphere and civilization: Rethinking environmental security of global renewable and non-renewable resources. Ecological Complexity, 5, 281-288.
Abstract
How much and what kind of energy should the civilization consume, if one aims at preserving global stability of the environment and climate? Here we quantify and compare the major types of energy fluxes in the biosphere and civilization.
It is shown that the environmental impact of the civilization consists, in terms of energy, of two major components: the power of direct energy consumption (around 15 x 1012 W, mostly fossil fuel burning) and the primary productivity power of global ecosystems that are disturbed by anthropogenic activities. This second, conventionally unaccounted, power component exceeds the first one by at least several times.
It is commonly assumed that the environmental stability can be preserved if one manages to switch to "clean", pollution-free energy resources, with no change in, or even increasing, the total energy consumption rate of the civilization. Such an approach ignores the fact that the environmental stability is regionally and globally controlled by the functioning of natural ecosystems on land and in the ocean. This means that the climate and environment can only remain stable if the anthropogenic pressure on natural ecosystems is diminished, which is unachievable without reducing the global rate of energy consumption. If the modern rate of anthropogenic pressure on the ecosystems is sustained, it will be impossible to mitigate the degradation of climate and environment even after changing completely to "clean" technologies (e.g., to the "zero emissions" scenario).
It is shown that under the limitation of preserving environmental stability, the available renewable energy resources (river hydropower, wind power, tidal power, solar power, power of the thermohaline circulation, etc.) can in total ensure no more than one tenth of the modern energy consumption rate of the civilization, not to compromise the delivery of life-important ecosystem services by the biosphere to the humanity.
With understanding still lacking globally that the anthropogenic impact on the biosphere must be strictly limited, the potential availability of the practically infinite stores of nuclear fusion energy (or any other infinite energy sources) poses an unprecedented threat to the existence of civilization and life on the planet.

Notes

Originally published as PNPI Preprint No. 2754 (Appendix). Numerical data in the tables were slightly corrected.

Макарьева А.М., Горшков В.Г., Ли Б.-Л. (2008) Бюджет энергии биосферы и цивилизации: переосмысливая экологическую безопасность мировых возобновляемых и невозобновляемых энергоресурсов. Ecological Complexity, 5, 281-288. [на англ. яз.]
Аннотация
Сколько и какой энергии должна потреблять цивилизация, если задаться целью сохранить глобальную устойчивость окружающей среды и климата? Здесь мы количественно оцениваем и сравниваем основные виды потоков энергии, существующие в биосфере и цивилизации.
Показано, что энергетическое воздействие цивилизации на окружающую среду состоит из двух компонент: мощность прямого энергопотребления (около15 x 1012 W, в основном, сжигание ископаемого топлива) и мощность первичной продуктивности глабальных экосистем, нарушенных антропогенной деятельностью. Эта вторая, традиционно не обсуждаемая составляющая превышает первую по крайней мере в несколько раз.
Широко распространено мнение, что можно сохранить устойчивость окружающей среды, если умудриться переключиться на так называемые “чистые” технологии, не производящие загрязнений. При этом можно не уменьшать или даже увеличить полное энергопотребление цивилизации. В таком подходе игнорируется тот факт, что устойчивость окружающей среды в региональном и глобальном масштабах регулируется естественными экосистемами, функционирующими в океане и на суше. Это означает, что окружающая среда и климат могут оставаться устойчивыми только в том случае, если антропогенное давление на естественные экосистемы будет уменьшено, чего нельзя достичь без сокращения глобального энергопотребления. Если современная скорость антропогенного разрушения биосферы сохранится, будет невозможно предотвратить деградацию климата и окружающей среды даже при полном переходе к “чистым” технологиям ( например, к сценарию “нулевых выбросов”).
Показано, что с учетом ограничения, накладываемого сохранением устойчивости окружающей среды, доступные возобновимые энергоресурсы (гидромощность рек, ветровая мощность, приливная мощность, солнечная мощность, мощность термохалинной циркуляции и т.д.) все вместе могут обеспечить не более одной десятой современного энергопотребления цивилизации, так чтобы жизненно важные “услуги”, оказываемые биосферой человечеству, были сохранены.
В условиях, когда мало кто пока понимает, что антропогенное влияние на биосферу необходимо резко ограничить, потенциальная доступность практически неисчерпаемых запасов энергии ядерного синтеза (или любых других неограниченных запасов энергии) представляет собой беспрецедентную угрозу существованию цивилизации и жизни на планете.

Примечания

Первоначально опубликовано как Препринт ПИЯФ №2754 (Приложение). Уточнены численные данные таблиц.