Termodynamikk er læren om energi, materie og hvordan disse omdannes. Den bygger på noen grunnleggende naturlover som er viktige for å forstå forholdet mellom økonomi og natur. For økologiske økonomer er termodynamikken særlig viktig fordi den minner oss om at økonomien ikke bare er en strøm av penger, men en fysisk prosess som er avhengig av energi og naturressurser.
Den første loven i termodynamikken sier at energi ikke kan skapes eller ødelegges, bare omformes fra en form til en annen. Det samme gjelder i praksis for materie. Når vi utvinner kull, hogger skog eller bygger hus, forsvinner ikke stoffene og energien vi bruker. De endrer bare form. Økonomien skaper derfor ikke ressurser fra ingenting. Det den gjør, er å omforme naturressurser til varer, bygninger, tjenester og infrastruktur som dekker menneskelige behov.
Den andre loven i termodynamikken sier at energi gradvis mister evnen til å utføre arbeid når den brukes. Fossil energi kan brukes til å drive en motor som utfører arbeid. I denne prosessen tapes arbeidsevne, mens energien i økende grad spres som varme. Dette beskrives gjennom begrepet entropi. I faglitteraturen knyttes entropi til fordelingen av energi og informasjon i et system, men en nyttig forenkling er å si at verden har en tendens til å gå fra mer ordnede til mindre ordnede tilstander. Blanding er mer sannsynlig enn separasjon, og spredning mer sannsynlig enn konsentrasjon.
Livet representerer en spesiell form for orden. Planter, dyr, mennesker og økosystemer klarer å bygge og opprettholde komplekse strukturer ved hjelp av energi fra sola. Levende systemer opprettholder denne ordenen gjennom kontinuerlig utveksling av energi og materie med omgivelsene, et fenomen som biologer beskriver gjennom begrepet homeostase.
Denne ordenen skapes altså ikke gratis. Når levende organismer eller menneskelige samfunn bygger opp orden lokalt, øker samtidig entropien i omgivelsene gjennom produksjon av varme og avfall. Biologisk orden i organismer, økosystemer og andre levende systemer kan over tid opprettholdes bare ved hjelp av en kontinuerlig tilførsel av høykvalitets energi, først og fremst fra sola.
Den økonomiske prosessen fungerer på lignende vis. Vi bruker energi og ressurser for å skape hus, veier, maskiner, mat og andre goder som er verdifulle for oss. Samtidig omdannes ressurser til avfall, utslipp og varme. Materialene forsvinner ikke, men de spres og blir vanskeligere å gjenbruke. Gjenvinning er altså mulig, men krever ny energi.
Termodynamikken viser dermed at økonomien er en gjennomstrømningsprosess av energi og materialer, ikke et lukket kretsløp. All økonomisk aktivitet er avhengig av naturens evne til å levere ressurser og absorbere avfall. Dette er en viktig grunn til at økologiske økonomer hevder at økonomien må forstås som en del av naturen, og at det finnes biofysiske grenser for hvor stor den kan bli.
