Energieeffizienz

Die Energieeffizienz ist ein Konzept, das die energetische Güte von Aktivitäten beschreibt. Eine Aktivität ist ein Vorgang, der innerhalb bestimmter Systemgrenzen stattfindet und unter anderem Energie als Input benötigt, um einen bestimmten Output bereitzustellen. Outputs sind physische Erzeugnisse oder Energiedienstleistungen. Unter der Energieeffizienz einer Aktivität versteht man das Verhältnis von Output zur dafür notwendigen Menge an Energie als Input. Die Energieeffizienz ist damit die Sonderform einer Produktivitätsangabe: Sie berücksichtigt als Inputgröße ausschließlich den Energieeinsatz.

Der Begriff Energieeffizienz wird sowohl qualitativ wie auch quantitativ verwendet. Als qualitativer Begriff wird er beispielsweise im Zusammenhang mit Aussagen zu Klimaschutz, Energieversorgungssicherheit oder Wettbewerbsfähigkeit genannt. Dabei wird häufig auf eine nähere Konkretisierung des Begriffs verzichtet.

Bei quantitativen Angaben wird das Verhältnis des Outputs zum Input an Energie durch messbare Größen ausgedrückt. Eine solches Verhältnis wird auch als Energieeffizienzindikator oder als Energieproduktivität bezeichnet. Der Kehrwert dieser Größe, also das Verhältnis von Input an Energie zu Output, wird auch Energieintensität einer Aktivität genannt. Bei der Analyse einzelner Unternehmen oder Prozesse wird statt der Begriffe Energieeffizienzindikator und Energieintensität auch übergreifend der Begriff Energiekennzahl verwendet.

Als Messgrößen für Output und Input können bei quantitativen Angaben zur Energieeffizienz unterschiedliche Parameter dienen. Daher gibt es unterschiedliche Konkretisierungen des Begriffs Energieeffizienz. Abhängig von den verwendeten Messgrößen können als Grundvarianten thermodynamische, physische und ökonomische Energieeffizienzangaben unterschieden werden.

• Thermodynamische Energieeffizienzindikatoren basieren auf Überlegungen zum ersten und zweiten Hauptsatz der Thermodynamik und beruhen auf Angaben zu Leistungen, Energie- oder Wärmemengen. Diese Art der Indikatoren findet vorwiegend in den Ingenieurwissenschaften Anwendung.
• Im Gegensatz zu den thermodynamischen Indikatoren werden bei physischen Indikatoren Outputs und Inputs durch physische Messgrößen beschrieben wie beispielsweise Gewichts-, Flächen- oder Volumenangaben. Häufig handelt es sich dann insbesondere bei den Outputs um anwendungsbezogene oder branchenspezifische Größen.
• Ökonomische Indikatoren nutzen hingegen sowohl für den Output als auch für den Input monetäre Größen wie Angaben zu Energiekosten, Bruttoinlandsprodukt, Umsatz oder Bruttowertschöpfung. Physische und ökonomische Indikatoren werden insbesondere im Anwendungsbereich der Wirtschaftswissenschaften genutzt.

Neben den genannten Grundvarianten existieren zahlreiche Mischformen. Die jeweiligen Varianten haben unterschiedliche Vor- und Nachteile und ihre Wahl ist von den jeweils betrachteten Fragestellungen und Aktivitäten abhängig.

Neben der Auswahl der Indikatoren bestehen Herausforderungen insbesondere bei der Festlegung und Bewertung der Inputs und Outputs. Beispielsweise können sich die gewählten Systemgrenzen und unterstellten Rahmenbedingungen erheblich auf einen Energieeffizienzindikator auswirken. Ferner können als Outputs auch unerwünschte Kuppelprodukte auftreten, die je nach Fragestellung zu berücksichtigen sind. Und weiterhin können als Inputs eingesetzte Energieträger sowohl energetisch für die Bereitstellung des Outputs verwendet werden als auch stofflich in den Output eingehen.

Eine Angabe zur Energieeffizienz lässt sich unter Rückgriff auf ein industrielles Druckluftsystem anschaulich darstellen: Als Systemgrenzen können bei der Aktivität der Druckluftbereitstellung beispielsweise die Hauptverbindungen des Kompressors mit seiner Umgebung dienen. Hierzu zählen Ansaugöffnung, Stromanschluss und die Verbindung des Kompressors zum nachgelagerten Druckluftsystem. Als Rahmenbedingung wird angenommen, dass der Kompressor Luft auf dem Druckniveau der Umgebung ansaugt und sie als Druckluft auf einem Überdruckniveau von 6 bar bereitstellt. Um die Druckluft als Output zu erzeugen, benötigt der Kompressor als wesentlichen Input Umgebungsluft und Energie. Als häufig ungenutztes Kuppelprodukt fällt dabei Abwärme an. Als Output wird bei Druckluftkompressoren in der Regel ausschließlich die erzeugte Druckluftmenge betrachtet. Sie wird in der Drucklufttechnik durch eine Volumenangabe in Form eines Normkubikmeters, also durch eine physische Messgröße, beschrieben. Als Input lässt sich die Menge an bezogener elektrischer Energie in Kilowattstunden betrachten; es wird also auf eine thermodynamische Messgröße zurückgegriffen. Die angesaugte Luftmenge wird hingegen nicht erfasst. Die resultierende Energieeffizienzangabe ist dann das Verhältnis von erzeugter Druckluft in Normkubikmetern je eingesetzter Kilowattstunde elektrischer Energie. Häufig wird auch die Energieintensität als Kenngröße verwendet, das heißt die eingesetzte Menge an elektrischer Energie je Normkubikmeter. Als weitere Kennzahl wäre es in diesem Zusammenhang prinzipiell denkbar, die erzeugte Menge an Abwärme im Fall einer Abwärmenutzung als weiteren Output in die Angabe der Energieeffizienz mit einzubeziehen.