Energetischer Erntefaktor: das Verhältnis hinter dem Streit
Eine Quelle, die weniger Energie zurückgibt, als sie verbraucht, ist keine Energiequelle, was immer sie sonst sein mag. Das macht den Erntefaktor zu einem der wenigen wirklich grundlegenden Filter der Energieanalyse. Er wird zugleich höchst uneinheitlich angewendet, weshalb dieselbe Technik in der Literatur mit Werten erscheint, die um eine Größenordnung auseinanderliegen.
Was das Verhältnis misst
Die Rechnung ist einfach zu benennen. Man addiert die gesamte Energie, die eine Anlage über ihre Lebensdauer liefert, und teilt sie durch die gesamte Energie, die für Bau, Brennstoff, Betrieb und Rückbau verbraucht wurde. Ein Verhältnis von 20 heißt zwanzig Einheiten heraus für eine hinein.
Der Begriff entstand in der Ökologie, bevor er in die Energieanalyse kam, wo Charles Hall und andere ihn auf die Frage anwandten, ob ein Energiesystem die Gesellschaft trägt, die es betreibt. Die zugrunde liegende Einsicht ist, dass nur der Überschuss - die Energie, die bleibt, nachdem die Energiegewinnung ihren Teil genommen hat - für alles andere zur Verfügung steht, was eine Gesellschaft tut.
Diese Rahmung gibt dem Verhältnis seine Bedeutung. Bei einem Erntefaktor von 20 gehen fünf Prozent der Bruttoenergie in die Energiegewinnung zurück. Bei 5 sind es zwanzig Prozent. Bei 2 die Hälfte. Der Zusammenhang ist nichtlinear, und das ist der analytisch wichtige Teil: von 40 auf 20 zu fallen ändert den Überschuss kaum, von 5 auf 2 ändert ihn enorm. Argumente, die jeden Rückgang des Erntefaktors gleich ernst nehmen, übersehen das.
Konventionelles Öl zeigt den Verlauf. Felder des frühen zwanzigsten Jahrhunderts, die unter eigenem Druck flossen, gaben weit über 100 Einheiten je eingesetzter zurück. Die heutigen weltweiten Durchschnitte liegen viel niedriger, und unkonventionelle Quellen wie Ölsande und dichtes Öl noch niedriger, weil die besten Vorkommen stets zuerst genutzt werden und das Verbleibende mehr Energie zur Gewinnung braucht.
Warum die Zahlen auseinandergehen
Das Grenzproblem überragt alles andere. Zählt die eingesetzte Energie nur den Brennstoff am Standort? Die in Stahl und Beton gebundene Energie? Die Energie für den Bau der Fabrik, die den Stahl machte? Die Energie, die die Beschäftigten auf dem Weg zu dieser Fabrik verbrauchen?
Jede Setzung ist vertretbar und jede liefert eine andere Antwort. Enge Grenzen ergeben hohe Werte, weite ergeben niedrige. Veröffentlichte Erntefaktoren für Photovoltaik reichen in seriöser Literatur von rund 30 bis unter 5, und der größte Teil dieser Spanne ist Grenzwahl und keine echte Uneinigkeit über die Technik. Zahlen aus verschiedenen Studien zu vergleichen ist deshalb meist bedeutungslos, Zahlen innerhalb einer einheitlich angewandten Studie zu vergleichen meist aufschlussreich.
Das zweite Problem ist die Qualität der gezählten Energie. Eine Kilowattstunde Strom und eine Kilowattstunde Kohle sind nicht gleichwertig: die Umwandlung von Kohle in Strom in einem thermischen Kraftwerk verwirft rund 60 Prozent als Wärme. Eine stromerzeugende Technik ohne diese Korrektur gegen eine brennstofferzeugende zu stellen begünstigt systematisch den Brennstoff, und sehr viele veröffentlichte Vergleiche tun genau das.
Das dritte ist der Jahrgang. Der Erntefaktor wird aus Daten darüber berechnet, wie eine Technik gefertigt wurde, und der Energieaufwand der Solarmodulfertigung ist über zwei Jahrzehnte erheblich gefallen, während der Wirkungsgrad stieg. Jeder Solar-Erntefaktor, der älter als wenige Jahre ist, unterschätzt den heutigen Wert, mitunter deutlich, was überraschend viele noch kursierende Zitate betrifft.
Das Minimum, das eine Gesellschaft braucht
Eine bekannte Behauptung dieser Literatur lautet, eine industrielle Gesellschaft brauche einen Mindest-Erntefaktor - vorgeschlagen wurden Werte zwischen 3 und 14 - unterhalb dessen sie Infrastruktur, Bildung und Gesundheitsversorgung nicht aufrechterhalten kann, die sie von einer Subsistenzwirtschaft unterscheiden.
Die Begründung lautet, dass alles jenseits der bloßen Energiegewinnung aus dem Überschuss kommen muss und der Überschuss schneller schrumpft als das Verhältnis. Darin steckt echter Gehalt, und es ist das stärkste Argument, das der Rahmen bietet.
Die Kritik ist ebenso echt. Vorgeschlagene Schwellen sind hergeleitet und nicht gemessen, sie unterscheiden sich zwischen Autoren um den Faktor vier, und sie werden für ganze Volkswirtschaften aus einem Begriff berechnet, der für einzelne Anlagen bestimmt ist. Anlagenwerte zu einem gesellschaftlichen zusammenzufassen verlangt Annahmen, die einen großen Teil der Arbeit leisten.
Auch der gemessene Befund verkompliziert die Sache. Der weltweite durchschnittliche Erntefaktor ist jahrzehntelang gefallen, während die Wirtschaftsleistung stieg, vor allem weil sich die Effizienz der Umwandlung von Energie in nutzbare Arbeit schneller verbesserte, als sich das Gewinnungsverhältnis verschlechterte. Das widerlegt das Schwellenargument nicht, denn eine Schwelle könnte weiterhin vor uns liegen, zeigt aber, dass das Verhältnis allein die Ergebnisse nicht bestimmt.
Was er klärt und was nicht
Der Erntefaktor klärt eine Frage endgültig. Ein Vorgang, der weniger Energie zurückgibt, als er verbraucht, ist keine Energiequelle, welche Vorzüge er sonst haben mag. Dieser Filter war wirklich nützlich, und deshalb werden manche vorgeschlagenen Brennstoffe zu Recht als Energieträger und nicht als Quellen bezeichnet - allen voran Wasserstoff, der mit mehr Energie hergestellt werden muss, als er später liefert.
Er klärt nicht, ob eine Quelle den Einsatz lohnt. Das hängt von den Kosten ab, davon, ob die Einspeisung kommt, wenn sie gebraucht wird, von der Lage zur Nachfrage, vom Materialbedarf und davon, was die Alternativen sind. Eine Technik mit ausgezeichnetem Verhältnis, die zur falschen Zeit am falschen Ort liefert, kann weniger wert sein als eine mit mittelmäßigem Verhältnis, die verlässlich in der Nähe liefert.
Er ist zudem etwas anderes als die finanzielle Rechnung. Stromgestehungskosten und Erntefaktor hängen zusammen, weil Energieeinsätze Geld kosten, aber sie laufen auseinander, sobald sich der Preis der Energie von ihrer Menge löst - und das ist meistens der Fall, besonders wo Arbeit, Kapitalkosten oder Fläche die Wirtschaftlichkeit bestimmen.
Der disziplinierte Umgang mit dem Begriff ist der als Filter und Plausibilitätsprüfung, nicht als Rangliste. Jede Behauptung, eine Quelle erzeuge Energie, sollte gegen eine ehrliche Aufstellung dessen prüfbar sein, was sie verbraucht, mit angegebener Grenze. Für ein wirklich neues Wandlungsverfahren ist diese Aufstellung das Erste, was ein kundiger Leser wird sehen wollen, und das Erste, was zu veröffentlichen lohnt, weil es die eine Prüfung ist, die eine Quelle entweder besteht oder rundweg nicht besteht.
Häufige Fragen
Was ist der energetische Erntefaktor?
Die gesamte Energie, die eine Anlage über ihre Lebensdauer liefert, geteilt durch die Energie für Bau, Brennstoff, Betrieb und Rückbau. Ein Verhältnis unter 1 heißt, der Vorgang verbraucht mehr Energie, als er erzeugt, was ihn unabhängig von allen anderen Eigenschaften als Energiequelle ausschließt.
Warum gehen veröffentlichte Erntefaktoren so weit auseinander?
Vor allem wegen der Systemgrenze. Zählt man nur den Brennstoff am Standort, ergeben sich hohe Werte; bezieht man die in Materialien gebundene Energie, die Fabriken dahinter und weiteres ein, ergeben sich viel niedrigere. Veröffentlichte Solarwerte reichen von rund 30 bis unter 5, und der größte Teil dieser Spanne ist Grenzwahl.
Ist der Erntefaktor des Öls gefallen?
Erheblich. Felder des frühen zwanzigsten Jahrhunderts, die unter eigenem Druck flossen, gaben weit über 100 Einheiten je eingesetzter zurück. Die heutigen weltweiten Durchschnitte liegen weit darunter und unkonventionelle Quellen noch niedriger, weil die besten Vorkommen stets zuerst genutzt werden und das Verbleibende mehr Energie zur Gewinnung braucht.
Gibt es einen Mindest-Erntefaktor für eine Gesellschaft?
Er wurde vorgeschlagen, mit Werten zwischen 3 und 14 je nach Autor. Die Begründung lautet, alles jenseits der Energiegewinnung komme aus dem Überschuss, der schneller schrumpft als das Verhältnis. Die Schwellen sind hergeleitet statt gemessen und schwanken um den Faktor vier, das Argument ist also nahelegend und nicht entschieden.
Heißt ein hoher Erntefaktor, dass sich eine Quelle lohnt?
Nein. Er ist eine notwendige und keine hinreichende Bedingung. Ob sich eine Quelle lohnt, hängt zusätzlich von den Kosten ab, davon, ob die Einspeisung kommt, wenn sie gebraucht wird, von der Lage zur Nachfrage und vom Materialbedarf. Ein gutes Verhältnis zur falschen Zeit am falschen Ort kann weniger wert sein als ein mittelmäßiges in der Nähe.
