In den 1970ern untersuchte Charlie Hall, ein Ökologe an der SUNY-ESF, die Wanderungen der Lachse und fragte, wie viel Energie die Fische aufwendeten gegenüber dem, was sie aus der Nahrung zogen. Ihm wurde klar, dass dieselbe Bilanz für ganze Zivilisationen gilt. Der EROEI — Energy Returned on Energy Invested — einer Quelle ist das Verhältnis der gelieferten nutzbaren Energie zu der Energie, die für Förderung und Aufbereitung aufgewendet wird. Konventionelles Pennsylvania-Rohöl der 1930er kam auf rund 100:1. Bis in die 2010er war konventionelles globales Öl auf 10–20:1 gefallen; Teersande und Schieferöl liegen bei 3–10:1. Die Größe taucht in der gängigen Energiedebatte selten auf, aber sie steckt den Rahmen ab, was eine Zivilisation mit ihrer Energie anfangen kann.
EROEI ist nicht dasselbe wie der Stückpreis, und genau das macht ihn interessant. Eine Quelle kann in Euro billig sein und einen niedrigen EROEI haben, oder teuer und hoch; was das Verhältnis erfasst, ist die Netto-Energie, die der übrigen Wirtschaft bleibt, nachdem der Energiesektor sich selbst versorgt hat. Bei EROEI = 1 müsste eine Gesellschaft ihre gesamte produktive Leistung aufwenden, um ihren eigenen Brennstoff zu fördern — für Landwirtschaft, Fertigung, Bildung oder Muße bliebe nichts. Der Anstieg ist nichtlinear: Unterhalb einer oft auf rund fünf-zu-eins geschätzten Schwelle trägt sich eine industrielle Zivilisation vermutlich nicht; oberhalb von dreißig schrumpfen die Grenzgewinne. Die historische Linie ist die Suche nach Quellen mit immer höherem EROEI — vorindustrielle Landwirtschaft, Steinkohle im 19. Jahrhundert, konventionelles Öl auf seinem Höhepunkt Mitte des 20. — wobei jeder Schritt Arbeit und Kapital aus dem Energiesektor in andere Bereiche freisetzte, gefolgt von einer langsamen Erosion, als das leichte Öl verbraucht war und unkonventionelle Quellen die Grenzversorgung übernahmen.
Am meisten zählt das Argument am Rand der Technologie-Substitution. Setzt eine Gesellschaft bei zwanzig-zu-eins auf eine neue Quelle mit fünf-zu-eins, sinkt die Netto-Energie außerhalb des Energiesektors auch dann, wenn die Substitution mengenmäßig vollständig gelingt; der Energiesektor wächst zum Ausgleich, der Rest der Wirtschaft schrumpft. Das ist die strukturelle Sorge hinter dem Verdacht, dass eine Umstellung auf Erneuerbare das Wachstum auf eine Weise einengen könnte, die die Kennzahl Kosten je Kilowattstunde nicht erfasst. Kritiker — Murphy und Hall gehören zu den meistzitierten — weisen darauf hin, dass die Zahl davon abhängt, wo die Systemgrenze gezogen wird, dass sich der Lebenszyklus-EROEI der Solarenergie mit steigender Modulfertigungs-Effizienz tatsächlich verbessert und dass die Analogie zu früheren Übergängen unvollkommen ist, weil bei Sonne und Wind nach der Installation keine Brennstoffkosten anfallen. Die Erwiderung: eine zivilisationsweite Substitution wurde noch nie unter einem engen Zeitbudget versucht, und der Übergang selbst verlangt große Netto-Energie-Investitionen, die auf der falschen Seite der Bilanz stehen.
Die EROEI-Bilanzierung gehört heute zum Standard der Energiesystem-Modellierung: die Szenarien der IPCC-Arbeitsgruppe III, die Nachhaltigkeitspfade der IEA und akademische Integrated-Assessment-Modelle rechnen mit Netto-Energie-Erträgen statt mit Bruttoproduktion. Am stärksten umstritten sind die Zahlen bei Batterien und Speichern — der EROEI einer Lithium-Ionen-Batterie liegt über eine typische Zyklenlebensdauer bei rund 5–10:1, und Netzspeicher fügen so viel Overhead hinzu, dass mancher Kritiker fürchtet, der System-EROEI eines Verbunds aus Erneuerbaren plus Speichern könnte niedriger ausfallen, als die Schlagzeilenzahlen für Solar und Wind suggerieren. Die ehrliche Position: der System-EROEI einer vollständig dekarbonisierten Wirtschaft des 21. Jahrhunderts ist noch nicht bekannt.