Zur Bedeutung der Energieeffizienz



Ergänzungen
Anfang 2022:
 Datenupdate

Bei der Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Wohlstand und Energie wird man immer zu zwei Parametern geleitet, welche identische Einheiten im SI-Maßsystem besitzen:
[Geldwert]/[Energie] = USD/kWh.
Diese Parameter sind:
  • Der Energiepreis1) e_p, welcher angibt, wie viel unseres Wohlstands wir benötigen, um unseren Primärenergiebedarf zu decken.
  • Die Energieeffizienz e_e, welche angibt, wie viel Energie wir benötigen, um unseren Wohlstand zu halten oder zu steigern.
Beide Parameter sind komplementär, denn sie stehen für gegensätzliche Beziehungen innerhalb des gleichen Sachverhalts, der in der Abbildung unten rechts skizziert ist. Die eigentliche Aufgabe des dort dargestellten Kreisprozesses2) ist es, durch Verminderung der vollwertigen  Energiemenge Wv (dWv < 0) unseren Wohlstand (vollwertige Geldmenge Gv) zu steigern (dGv > 0). Diese Aussage gilt nicht für erneuerbare Energien, für die stets angenommen wird, dass der Energieverlust jederzeit und überall durch eine genügend große Energiezufuhr von der Sonne kompensiert werden kann. Ich habe aber an vielen Stellen in diesem Manuskript (siehe z.B. hier oder hier) darauf hingewiesen, dass diese Energien nicht in der Lage sind, unseren derzeitigen Wohlstand zu sichern.

Die zukünftige Entwicklung des Energiepreises habe ich in Kap. 2.1 diskutiert, er wird steigen. Die Daten über die Entwicklung der Energieeffizienz finden sich in dem Manuskript Energie3, auch sie ist in den 6 Ländern mit dem größten Energiebedarf angestiegen. Beide Größen sind verantwortlich dafür, dass in dem rechts gezeigten Kreisprozess mithilfe der Energie Wohlstand erzeugt werden kann. Und dieser Kreisprozess ist irreversible, er kann nur in der gezeigten Richtung durchlaufen werden2) und produziert daher Entropie. Man ist versucht, diese Entropieproduktion als  Maß des Wohlstands anzusehen!

Symbolische Darstellung des Kreislaufs zwischen Wohlstand und Energie.
Damit aber innerhalb des oben dargestellten Kreisprozesses der Wohlstand wirklich steigt, müssen Energieeffizienz und Energiepreis in der richtigen Relation zueinander stehen, d.h., sie müssen eine Bedingung erfüllen, die leicht herzuleiten und einsichtig ist.

Für die Abnahme des Wohlstands gilt (man beachte, dass dWv < 0):
dGv(-)/dt =  e_p dWv/dt .
Für die Zunahme des Wohlstands gilt:
dGv(+)/dt = - e_e dWv/dt .
Die Summe aus Zunahme und Abnahme ist daher
dGv/dt = (e_p - e_e) dWv/dt
und damit diese Summe für dWv < 0 positiv ist, muss
e_e > e_p (1)
sein. In diesem einfachen Bild kann der Wohlstand also i.A. nur dann steigen, wenn die Energieeffizienz größer ist als der Energiepreis, und beide Parameter können direkt verglichen werden, weil sie im SI-Maßsystem die identische Einheit besitzen
Natürlich existiert auf der Welt kein einheitlicher Energiepreis, sondern die Preise variieren von Land zu Land und von Energieträger zu Energieträger. Für den Vergleich habe ich gewählt:

Die Auswahl der Länder(-gruppen) mit Daten zu ihren Energieeffizienzen3) erfolgte nach folgenden Kriterien:
  • BRD. Die Daten für Deutschland interessieren deutsche Leser natürlich am stärksten.
  • EU. Die Mitgliedsstaaten der europäischen Union sind für die Entwicklung der BRD von besonderer Bedeutung.
  • USA. Die Vereinigten Staaten von Amerika stehen (noch?) an erster Stelle in der Weltwirtschaftsordnung.
  • OPEC. Die Organisation Erdöl exportierender Länder beherrscht die Erdölförderung.

Vergleich zwischen ausgewählten Energiepreisen und den Energieeffizienzen einiger Länder(-gruppen). Für die Berechnung der deutschen Strompreise auf USD-Basis habe ich den festen Umrechnungskurs von 1.2 USD pro 1 Euro angenommen. Die Strompreise für die deutsche Industrie  liegen bis 2017 vor, die anderen Preise bis 2018.

Deutlich ist zu erkennen, wie die deutschen Strompreise nach Einführung des  EEG im Jahr 2000 angestiegen sind.
Schaut man auf die Abbildung oben rechts, so scheint die in Gleichung (1) angegebene Bedingung für alle Staaten erfüllt, obwohl die OPEC bezüglich ihrer Energieeffizienzen an letzter Stelle steht. Die Daten lassen auch nicht erkennen, dass sich diese ihre Position in Zukunft verbessern könnte, denn e_e nimmt stetig ab, während e_e in den anderen Fällen ansteigt. Aber es ist bekannt, dass die Länder der OPEC die Energiepreise subventionieren (d.h. die gezeigten Energiepreise gelten hier nicht!), um ebenfalls Bedingung (1) zu erfüllen.
Denn die Ungleichung (1) macht keine Aussage darüber, wie groß der Effizienzfaktor = e_e/e_p sein muss, damit wachsender Wohlstand garantiert ist. Aus dieser Publikation lässt sich z.B. schließen, dass bei einem Erdölpreis von über 150 USD/bbl (das entspricht 9.5 UScent/kWh) die USamerikanische Wirtschaft, und damit der Wohlstand, unter heutigen Bedingungen nicht mehr wachsen würde. Dies ergäbe einen unteren Grenzwert des Effizienzfaktors von
lim = 5 .
 (2)
Einen ähnlichen Wert findet man im Fall der BRD, wenn man annimmt, dass der augenblickliche Strompreis für die Industrie diesen Grenzwert definiert und nicht erhöht werden kann, ohne dass die Industrie in Länder mit niedrigeren Strompreisen abwandert4).
Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass lim eine reine Zahl ist und ihr Wert daher auch nicht von Veränderungen z.B. des Geldwerts beeinflusst wird. Im Prinzip gibt der Effizienzfaktor eine, von der Ökonomie unabhängig Antwort auf die Frage:
Wie viel Energie muss investiert werden, um unseren Energiebedarf zu decken?
Ich habe hier diese Frage im Rahmen einer Wohlstandsdiskussion behandelt, weil diese uns alle berührt. In einem anderen Zusammenhang habe ich sie im Rahmen des EROI Faktors behandelt, für den gilt
EROI > 7,
in guter Übereinstimmung mit Gleichung (2).
Wie immer dem auch sei, es ist unvermeidbar, dass die Volkswirtschaften aller Länder diesen fundamentalen Gesetzmäßigkeiten unterliegen, und dass die Politik gut daran täte, diese Gesetzmäßigkeiten nicht zu ignorieren. Denn z.Z. (2014) erleben wir ein seltsames Phänomen:

Das wirtschaftliche Wachstumszunahme verharrt weltweit auf einem niedrigen Niveau, obwohl der Erdölpreis sinkt und inzwischen einen Wert von unter 80 USD/bbl erreicht hat.

Dies kann man auch als Signal dafür interpretieren, dass der Wert von lim  größer ist als oben angegeben. Denn die Bedeutung von beruht darauf, einen Rückkoppelmechanismus zu enthalten:

Unterschreitet den Wert von lim, nehmen wirtschaftliche Aktivitäten ab, worauf hin der Erdölpreis sinkt, weil der Energiebedarf zurückgeht.

Ist dies der tatsächlich wirksame Mechanismus, helfen fiskalische Maßnahmen nicht, um wirtschaftliches Wachstum zu generieren. Helfen würde allein eine Steigerung der Energieeffizienz und nicht das Drucken von Geld. Aber ersteres ist natürlich viel schwieriger zu realisieren als letzteres, und verlangt mehr als nur die Forderung nach immer mehr Geld, selbst wenn dieses als "Anschubmittel für Wachstum" deklariert wird.

Denn insbesondere die Daten von 5 Krisenländern der EU (Frankreich, Griechenland, Italien, Portugal, Spanien) zeigen deutlich, dass ihre Energieeffizienzen seit 1990 im Mittel abgenommen haben (rechte Abbildung), wenn man sie mit der Entwicklung der deutschen Energieeffizienz vergleicht. Demnach könnte nur eine Steigerung ihrer Energieeffizienzen sie wieder auf Wachstumskurs bringen.

Wie aber lassen sich die Energieeffizienzen steigern? Nach Energie3 ist dies nur mit der Modernisierung der Wirtschaft und/oder einer Reduktion des konsumtiven Anteils am BIP zu erreichen. Also nicht mehr Geld, sondern eine effizientere Verteilung des vorhandenen Gelds wäre die angemessene Antwort auf die Krise der 5 EU-Länder.
Entwicklung der Energieeffizienzen von 5 EU-Ländern, normiert auf die entsprechenden Energieeffizienzen von Deutschland

1) Ich habe hier ein anderes Symbol für den Energiepreis gewählt, weil das im Kap. 2.1 gewählte Symbol K ein anderes Maßsystem benutzt
2) Dieser Kreisprozess ist ein weiteres Beispiel für einen irreversiblen (Kreis-)Prozess: Wie oben dargestellt, kann er nur im Uhrzeigersinn laufen, aber niemals anders herum. Denn durch Abnahme des Wohlstands kann der Energievorrat nicht zunehmen.
3) Man erinnere sich: Es gilt Energieeffizienz = (Energieintensität)-1.
4) Es gibt  Berichte(2017), dass die Rohstoffindustrie Australien verlassen will, weil der dortige Strompreis die Grenze von 10 UScent/kWh überschritten hat.