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    Die Energiepolitik der Schweiz
    Energiewende abwenden!
26 Mai 2015

Erntefaktor

Wenn der Bauer im Frühling eine Kartoffel in die Erde setzt, dann erwartet er, dass er im Herbst mehr als eine ernten kann. Wie viele Kartoffeln muss er ernten können, damit sich der Anbau lohnt? Schwer zu sagen, wenn man nicht weiss, wie gross das Kartoffelfeld ist. Zwei geerntete Kartoffeln für eine gesetzte, das ist sicher zu wenig. Das wäre ein Erntefaktor von zwei. Eine braucht er im nächsten Frühling als Saatkartoffel und mit dem Ertrag aus der zweiten muss er finanzieren, was mit dem Anbau zusammenhängt: den Traktor, den Dünger, das Pflanzenschutzmittel, die Unkraut-Vertilgung. Wahrscheinlich braucht er dafür sogar mindestens zwei extra Kartoffeln, also einen Erntefaktor von drei. Damit hat er aber noch nichts verdient und er hat noch nichts gegessen. Damit sich der Anbau von Kartoffeln lohnt, muss der Erntefaktor bedeutend grösser sein als drei.

In der Energietechnik gelten ähnliche Überlegungen. Um ein Kraftwerk zu bauen, gleich welcher Art, braucht es Energie. Diese Energie ist wie eine Geld-Investition, von der man hofft, dass sie einen Ertrag abwerfen wird. In der (angelsächsisch dominierten) Betriebswirtschaft spricht man von „Return On Investment“ (ROI), also von dem durch die Investition generierten Ertrag. Wie bei den Kartoffeln hofft man, dass der insgesamt zurückfliessende Ertrag grösser ist als die Investition, dass der ROI grösser sei als 1. Bei der Investition von Energie spricht man logischerweise von „Energy Returned on Energy Invested“ (EROEI), meistens kurz EROI.


Den EROI einer bestimmten Energie-Umwandlungsanlage zu berechnen ist keine einfache Aufgabe. Jeder Fall ist anders und man kann sich oft darüber streiten, welche aufgewendete Energie berücksichtigt werden muss, wo die Abgrenzung liegt. Wie viel Energie ein Kraftwerk schliesslich liefert, hängt von seiner Lebensdauer ab, ebenfalls eine Grösse, die nicht zum Vornherein genau bekannt ist. Das PSI (Paul Scherrer Institut) verfügt mit der Gruppe von Stefan Hirschberg über weltweit anerkannte Fachkompetenz. Grundlage für die Berechnung des EROI ist eine „Life Cycle Analysis“, also die Untersuchung des ganzen Lebenszyklus’ einer Anlage von ihrem Bau – einschliesslich der Herstellung der Bestandteile und der Transporte – den Betrieb, die Stilllegung und Entsorgung. Eine andere Gruppe, die ähnliche Arbeiten publiziert hat, ist die von Daniel Weissbach in Berlin. Wir verwenden hier beide Quellen.


Eine methodische Schwierigkeit bei der Berechnung des EROI einer Anlage ergibt sich daraus, dass verschiedene Arten von Energie unterschiedlich wertvoll sind. Es ist wie beim Bauern, der sowohl grosse wie auch kleine Kartoffeln erntet; man kann sie nicht einfach nur zählen. Man muss sie wägen. Bei der Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische oder elektrische Energie findet man meist einen Wirkungsgrad von 30 bis 35%. Deshalb setzt man bei der Berechnung der Energieinvestition die Wärmeenergie zu 1/3 ein.


Es gibt Kraftwerke, die ihre Produktion zu jeder Zeit dem Bedarf anpassen können, zum Beispiel unsere Speicherkraftwerke. Andere können das nicht und benötigen eine Zwischenspeicherung, eine Pufferung. Beispiele sind Photovoltaikanlagen und Windturbinen. Bei der Berechnung des EROI muss der Energieaufwand für die Herstellung der Puffer mit einbezogen werden. In der folgenden Grafik sind beide Varianten dargestellt, mit und ohne Pufferung.


Wie man sieht, sind die Unterschiede frappant! Was heisst “Ökonomische Schwelle“? Damit ist der EROI gemeint unterhalb dem kein lohnender Betrieb der Anlage möglich ist. Gemäss dieser Grafik beträgt diese Grenze 7. Warum? Erinnern Sie sich an den Bauern mit den Kartoffeln? Eben! Der ist mit einem Erntefaktor von 3 auch nicht zufrieden. Da bleiben ihm 2 Kartoffeln als Ertrag. Damit kann er seine Kosten für das Pflanzen, die Pflege und die Ernte der nächstjährigen Pflanzung kaum decken, geschweige denn seinen Lebensunterhalt. D. Weissberg hat plausibel nachgewiesen, dass ein EROI unter 7 ökonomisch nicht genügt.

Warum hat man das nicht längst erkannt? Schliesslich ist diese Erkenntnis so etwas wie ein Todesurteil für die Energiewende! Drei mögliche Gründe:

  • Die meisten Energiepolitiker sind keine Kartoffelbauern. Wir streiten uns darüber, ob PV-Panels einen EROI von mehr als 1 haben oder nicht, aber wir sind uns nicht bewusst, dass „besser als 1“ bei weitem nicht genügt.
  • Dass es bei weitem nicht genügt wird durch Subventionen versteckt. Zwischen Energie und Geld besteht gemäss Energieeffizienz ein enger Zusammenhang. Was energetisch nicht rentiert, rentiert auch monetär nicht. Wenn man das, was nicht rentiert, durch Subventionen künstlich rentabel macht, bleibt die Tatsache bestehen, dass es energetisch nicht rentiert.
  • Der durch die Fehlinvestition angerichtete Schaden trifft weder den Produzenten der Anlagen, noch den Käufer derselben. Den Schaden trägt die Volkswirtschaft als Ganzes, also die Allgemeinheit und da ist er weder leicht zu sehen noch genau zuzuordnen. Aber angerichtet ist er!

 

Ja, das Todesurteil für die Energiewende ist gesprochen, aber es ist noch nicht vollstreckt. Das Stimmvolk wird’s richten.

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D. Weißbach et al. „Energy“ April 6, 2013, 
 http://festkoerper-kernphysik.de/Weissbach_EROI_preprint.pdf
Peter Lang: Solar Power Realities 
 https://bravenewclimate.files.wordpress.com/2009/08/peter-lang-solar-realities.pdf
Hirschberg, S. Externalities in the Global Energy System. In: Energy for Development: Resources, Technologies, Environment, Environment & Policy., Springer Science+Business Media, Dordrecht, Netherlands
John Morgan: „The Catch-22 in Energy Storage“  
http://bravenewclimate.com/2014/08/22/catch-22-of-energy-storage/
Schweizerische Gesamtenergiestatistik 2013, BfE

Kommentare

  • Bin mir nicht sicher, ob ich das Verstanden habe. Aber wenn ich die Darstellung Konvergenz der Energienetze von strom-online.ch anschaue, kann da kein sinnvoller Erntefaktor entstehen. Bin mal gespannt auf die Antwort.

    So ist es. Die Elektrolyseanlage baut man auch nicht ohne Energieaufwand. Am Schluss verteilt sich die aufgewendete Energie für all die Umwandlungsanlagen auf noch weniger gewonnene Energie wegen den Verlusten bei der Elektrolyse und der Methanisierung. Der Erntefaktor nähert sich bedrohlich dem Wert 1.

    gepostet von Fastedi Juni 22, 2015
  • Noch ein Eigenkommentar! Ein Leser schreibt uns:
    "ich habe gerade deinen Artikel zum Erntefaktor überflogen. Ich verstehe wohl aber die Grafik nicht. Das Kohlekraftwerk hat einen EROI von 30. Aber wie kann das sein? Wie du geschrieben hast: ein thermisches Kraftwerk hat einen Wirkungsgrad von 1/3, deshalb wird thermische Energie mit 1/3 angerechnet. Wenn ich also 1kWh aus einem Kohlekraftwerk herausholen will, brauche ich 3kWh an Wärmeenergie, die ich über Kohle zuführe. Das heisst im Betrieb hat ein Kohlekraftwerk einen EROI von genau 1! Nicht berücksichtigt bleiben alle weiteren Energieaufwendungen: Verteilung des Produkts (Strom), Bau und Entsorgung des Kraftwerks, Kohleabbau, ....
    Alles berücksichtigt, dürfte nicht mal mehr 1/2 übrig bleiben. Gegenüber 30 ist das ja ein gewaltiger Unterschied. Wie kommt der zustande?"

    Antwort:
    Das ist ein weit verbreitetes Missverständnis: Kraftwerke sind ja nicht Energieerzeuger, da man Energie nicht erzeugen, nur umwandeln kann.
    Kraftwerke, gleich welcher Art, sind Energieumwandlungsmaschinen und beim EROI geht es um die Energie, die man aufwenden muss, um diese Maschinen zu bauen.
    Die Primärenergie, die schliesslich in elektrische Energie umgewandelt wird, kommt in keiner der Berechnungen für die Grafik über den EROI vor, weder die potentielle Energie des Wassers in den Stauseen, noch die chemische Energie des Öls, noch die Sonnenstrahlung oder die Bindungsenergie der Uran-Kerne. Es geht ausschliesslich um die Energie, welche für den Bau, den Unterhalt und die Entsorgung des Kraftwerks aufgewendet werden muss.

    gepostet von Simon Aegerter Juni 02, 2015
  • Für einmal haben wir selbst einen Kommentar: Ein renommierter Ökonom macht uns mit Recht darauf aufmerksam, dass das Gleichnis mit dem Kartoffelbauern nur stimmt, wenn der Preis für Kartoffeln gleich bleibt. Wenn Kartoffeln im Herbst 10 mal teurer sind, genügt auch ein kleinerer Erntefaktor.
    Das gilt sinngemäss auch für Strom. Darum können Pumpspeicherwerke rentieren, obwohl ihr EROI kleiner ist als 1. Das sind aber Speicher und nicht Produktionsanlagen.

    gepostet von Simon Aegerter Mai 28, 2015
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