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Aktuelle Version vom 19:51, 21. Dez. 2025

Exergie und Energie

Exergie ist ein Begriff aus der Thermodynamik. Er wurde eingeführt, um Energieprozesse hinsichtlich ihres Nutzens bewerten zu können und beschreibt den Teil einer Energiemenge, der in einem abgegrenzten System mit definierter Umgebung als Arbeit nutzbar ist. Exergie quantifiziert die Erfahrung, dass wir z.B. mit der Verbrennung von 1 Liter Benzin einen Motor antreiben können, mit der Wärme von 1 m³ lauwarmem Wasser aber nichts von der Stelle bewegen, obwohl es den gleichen Energiegehalt hat.

Auch ist es möglich, mit Hilfe von Energie Exergie zu "erzeugen". So kann man mit einer Wärmepumpe Energie von einem niedrigen Niveau auf ein höheres Temperturniveau bringen und damit den Exergiegehalt steigern.

Der Begriff der Exergie führt die Möglichkeit einer teleologischen also zweckgerichteten Bewertung in die Physik ein. Energie kann mit ihrer Hilfe auf ihren Nutzen in einer konkreten Umgebung hin analysiert werden.

Die Exergie steht in engem Zusammenhang zu den Begriffen Energie und Entropie.

Exergie und Information

Es liegt nun nahe, diese Idee auch auf den Bereich der Information anzuwenden. Statt Energie betrachten wir jetzt Information. Auch dieser kann ein "Nutzeninhalt" zugewiesen werden, der vom abgegrenzten System und seiner Umgebung abhängt.

Ein Buch mit vielen Buchstaben enthält zwar Informationen im Sinne von unterscheidbaren Zuständen. Doch die sind nur nutzbar, wenn sie in bestimmter Weise angeordnet und für einen Leser verständlich sind. Man könnte diesen Informationen also ebenfalls einen Exergieinhalt zuweisen. Aber wovon hängt dieser Exergiegehalt ab? Bildet man aus den Buchstaben Wörter erhalten sie zwar Bedeutung, aber nutzbar sind sie immer noch nicht. Erst wenn die Wörter als Sätze formuliert sind, die sinnvolle Aussagen treffen, entsteht Nutzen. Gleiches kann man übrigens auch auf genetische Informationen übertragen. Die Kombination von Amminosäuren in der DNA ist nur dann nützlich (hat einen informationellen Exergiegehalt), wenn damit ein konkretes Protein synthetisiert werden kann oder eine bestimmte Steuerfunktion möglich ist.

Man könnte den Exergiegehalt der Informationen also z.B. aus der Zahl der Fragen ableiten, die mit den Informationen beantwortet werden können oder mit der Zahl der Wirkungen, die in einem Umgebungssystem generierbar ist. Das wäre dann der konkrete Nutzen. Oder allgemeiner: die Menge des Wissens, die aus den Informationen abgeleitet werden kann, ist der Exergiegehalt der Informationen. Dieser Exergiegehalt scheint dann abhängig von der Komplexität der Umgebung. Je komplexer die Umgebung ist, umso höher kann der informationelle Exergiegehalt eines Systems sein.

Natürlich kann das Exergieniveau eines Systems durch Einbringen von Wissen und Informationen auch erhöht werden. Ich kann z.B. die Buchstaben auf einer Seite so sortieren, dass ein sinnvoller Text daraus entsteht.

Vernichtung von Exergie

Die menschliche Zivilisation beruht wesentlich auf der Nutzung von thermodynamischer Exergie: wir verbrennen in Millionen Jahren entstandene fossile Brennstoffe und machen daraus Wärme, die keine relevante Exergie mehr enthält.

Mit Hilfe dieser Exergievernichtung haben wir unser zivilisatorisches Wissen aufgebaut und damit die informationelle Exergie unserer Welt erhöht. Alles prima oder ?!

Inzwischen sind wir aber an einem Punkt des Fortschritts angelangt, an dem wir beginnen die informationelle Exergie der uns umgebenden Natur zu vernichten.

Wir rotten Arten aus und zerstören Ökosysteme in denen über millionen Jahre angesammeltes Wissen gespeichert ist. Wir reduzieren unwiederbringlich die Vielfalt intelligenter Lebensformen und die Komplexität der von ihnen geschaffenen Systeme und ersetzen sie durch wenig intelligente Maschinensysteme und die eintönigen Strukturen unserer zivilisatorischen Infrastruktur.

Wie sieht die Gesamtbilanz aus? Kann es sein, dass der informationelle Exergieghalt unserer Welt schrumpft? Was werden wir noch wissen können, wenn wir das Leben um uns herum vernichtet haben? Wodurch können wir mehr lernen - durch den Blick in den Sternenhimmel oder durch die Beobachtung der uns umgebenden Natur? Was bleibt, wenn diese Natur nur noch aus uns selbst und den wenigen von uns genutzten Lebensformen besteht?

Bewertung Exergie-Reduzierung durch ChatGPT

Woher kommt unser Wissen? Was inspiriert uns zum Denken? - generiert mit Sora

Links

Im folgenden Video über den Kollaps unserer Ökosysteme wird der Begriff der Exergie im Zusammenhang mit dem nutzbaren Informationsgehalt eines Systems verwendet.

https://youtu.be/YK9lGJLD35M

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304380005004011?casa_token=l6PBWihkBwgAAAAA:4XI_T6a-pZzpH4xXtXCi0Ef5N6Z-neJmOYEWxrcSDoMdni_klcbsb3oxNKK1h8-DD7n3SNbXkeQ

https://www.exergy.se/ftp/exhist.pdf

Der Exergiebegriff als Möglichkeit der Informations- und Komplexitätsbewertungs - ein Beitrag von ChatGPT

Während ich den obigen Text selbst erstellt habe, wurde der folgende Text nachträglich über ChatGPT auf Grundlage gezielter Fragestellungen generiert. Ich wollte ergänzend zu meinen eigenen Überlegungen mehr über die Idee der Exergie im Zusammenhang mit Informationen erfahren. Über normale Internetrecherchen konnte ich kaum detailliertere Informationen finden.

Der Text ist bemerkenswert vielschichtig und als Arbeitsgrundlage für tiefergehende Betrachtungen durchaus sinnvoll. Diese Form der Unterstützung bei der Gedankenentwicklung scheint ein möglicher Use-case für KI zu sein.

(PS: ich habe mir noch nicht die Mühe gemacht, die Quellenangaben und Angaben zu prüfen. Das werde ich schrittweise nachholen)

Exergie und ihre informationstheoretischen Alternativen

Einleitung

In der System-, Komplexitäts- und Nachhaltigkeitsforschung stellt sich zunehmend die Frage, wie der Wert von Information und Komplexität jenseits bloßer Mengenangaben erfasst werden kann. Energieverbrauch, Datenvolumen oder strukturelle Vielfalt allein erklären weder die Leistungsfähigkeit biologischer Systeme noch die Stabilität sozialer Ordnungen oder die Wirksamkeit künstlicher Intelligenz.

Der Exergiebegriff aus der Thermodynamik hat sich dabei als besonders attraktiv erwiesen, da er Energie funktional und kontextabhängig bewertet. In den letzten Jahrzehnten wurde dieser Ansatz auf Information und Komplexität übertragen. Gleichzeitig ist deutlich geworden, dass Exergie allein nicht ausreicht, um Bedeutung, Zukunftspotenzial und normative Aspekte komplexer Systeme zu erfassen.

Exergiebegriff als Grundlage der Informations- und Komplexitätsbewertung

Exergie bezeichnet den Anteil von Energie, der unter gegebenen Umweltbedingungen in gerichtete Arbeit umgewandelt werden kann. Im Gegensatz zur Energie ist Exergie kein absoluter, sondern ein relationaler Begriff: Sie hängt von System, Umwelt und Zweck ab.

Diese Idee wurde auf komplexe Systeme übertragen. Informationelle oder strukturelle Exergie meint dabei:

den Anteil von Information und Organisation, der kausal wirksam ist und zur Stabilisierung, Anpassung oder Handlungsfähigkeit eines Systems beiträgt.

In biologischen Systemen entspricht dies funktioneller Diversität und Netzwerkorganisation, in sozialen Systemen institutioneller und kultureller Struktur, in KI-Systemen generalisierender Modellrepräsentationen. Der Exergieansatz erlaubt damit eine Bewertung von Komplexität als nutzbare Komplexität.

Kritische Analyse

Trotz seiner Stärken weist der Exergiebegriff zentrale Einschränkungen auf:

Funktionsrelativität

Exergie setzt eine Funktion oder Umweltbedingung voraus. Ohne expliziten Referenzrahmen ist keine eindeutige Bewertung möglich.

Blindheit gegenüber Potenzialität

Exergie misst aktuelle Nutzbarkeit, nicht latente Möglichkeiten wie Biodiversität, kulturelle Vielfalt oder explorative Modellstrukturen.

Reduktion auf Wirksamkeit

Exergie bewertet Leistungsfähigkeit, nicht normative Erwünschtheit oder Nachhaltigkeit.

Mess- und Skalierungsprobleme

Für informationelle Exergie existiert keine kanonische Metrik; Ergebnisse sind stark modell- und skalenabhängig.

Überblick über informationstheoretische Alternativen

Verschiedene informationstheoretische Ansätze versuchen, den Wert von Information und Komplexität aus epistemischen, kausalen oder zukunftsbezogenen Perspektiven zu erfassen.

Fazit

Der Exergiebegriff liefert eine kraftvolle Grundlage zur Bewertung von Information und Komplexität als funktional wirksame Ressourcen. Er macht sichtbar, warum Systeme trotz hoher Aktivität, Energieflüsse oder Datenmengen wirkungslos oder fragil sein können.

Gleichzeitig ist Exergie kein umfassendes Maß für systemischen Wert. Bedeutung, Zukunftspotenzial, normative Erwünschtheit und kausale Struktur entziehen sich einer rein exergiebasierten Bewertung. Die aktuelle Forschung deutet daher auf einen pluralistischen Ansatz hin:

Robuste Systembewertung entsteht aus der Kombination von Exergie, kausaler Information und Optionswert.

Literaturliste

Exergie & Thermodynamik komplexer Systeme

• Prigogine, I. (1980). From Being to Becoming.
• Jørgensen, S. E. (2007). Integration of Ecosystem Theories.
• Svirezhev, Y. (2000). Exergy of Ecosystems.

Information & Physik

• Shannon, C. (1948). A Mathematical Theory of Communication.
• Landauer, R. (1991). Information is Physical.
• Bennett, C. (1988). Logical Depth and Physical Complexity.
• Parrondo, J. M. R. et al. (2015). Thermodynamics of Information.

Komplexität, Kausalität & Bedeutung

• Gell-Mann, M. (1994). The Quark and the Jaguar.
• Crutchfield, J. P., & Feldman, D. (2003). Regularities Unseen, Randomness Observed.
• Hoel, E. (2017). Causal Emergence.
• Floridi, L. (2011). The Philosophy of Information.
• Kolchinsky, A., & Wolpert, D. (2018). Semantic Information.

Kognition & Selbstorganisation

• Friston, K. (2010). The Free-Energy Principle.
• Maturana, H., & Varela, F. (1980). Autopoiesis and Cognition.