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Kuppelproduktion

Kuppelproduktion Teil 2: Weitere Beispiele und Erkenntnisse

Nachdem ich im ersten Teil zum Thema Kuppelproduktion gezeigt habe, wie die Naturgesetze unser Konsumverhalten bestimmen, möchte ich in diesem Teil zwei weitere Beispiele für solche Herstellungsprozesse aufzeigen. Anhand dieser Beispiele möchte ich zum einen physikalische Wirkungsgrade und zum anderen den Einfluss unterschiedlicher Marktstrukturen erläutern.

 Kuppelproduktionen zeichnen sich dadurch aus, dass neben dem Hauptprodukt noch weitere Nebenprodukte in einem festen Mengenverhältnis zum Hauptprodukt entstehen. Im Teil 1 hatte ich am Beispiel der Erdölerzeugnisse erläutert, dass diese Produkte in dem Mengenverhältnis konsumiert werden, wie sie produziert werden. Ändert sich das Konsumverhalten (bspw. durch den Verzicht von Dieselkraftstoff im Straßenverkehr) hat dies Auswirkungen auf die Preise der übrigen Kuppelprodukte, da der Hersteller die Umsätze aller Produkte in einer Gesamtkostenrechnung betrachtet. Ein neues Preisverhältnis stellt sich ein, sodass der Konsum wieder dem Mengenverhältnis der Kuppelprodukte entspricht.

Ein Kernkraftwerk als Beispiel für Kuppelproduktion

In diesem Beispiel möchte ich die wesentlichen Material- und Energieströme in einem Kernkraftwerk betrachten. Im Wesentlichen wird hier spaltbares Material (z.B. Uran) in Elektrizität, Wärme und unterschiedliche Sorten von Atommüll verarbeitet. Abbildung 1 zeigt die wesentlichen Prozesse zur Erzeugung von 1 GW Elektrizität. Die gelben Felder weisen auf (Neben-) Produkte hin.

Abbildung 1: Wesentliche Material- und Energieflüsse zur Produktion von 1 GW elektrischer Leistung in einem Kernkraftwerk. Quelle [1]

Neben der gewünschten Produktion elektrischer Energie entstehen vor allem radioaktive Abfälle, die besonders kritisch zu sehen sind, da sie aufgrund ihrer hohen Halbwertszeiten für einen unüberschaubaren Zeitraum weiter strahlen werden. Außerdem entsteht, wie auch bei anderen Kraftwerken, mehr Abwärme als Elektrizität, da nur ein geringer Teil im Kraftwerk erzeugten Wärme in Elektrizität umgewandelt werden kann. Die Größe dieses Anteils hängt von dem Verhältnis der Prozesstemperaturen ab, mit dem die Wärme in Elektrizität umgewandelt wird (sogenannter Carnot-Wirkungsgrad, siehe Abbildung 2). Leider gilt dieser ungünstige Zusammenhang bei jedem Prozess, in dem wir versuchen, Wärme in eine andere Energieform umzuwandeln, also zum Beispiel auch in anderen Kraftwerksarten oder in dem Verbrennungsmotor von Kraftfahrzeugen. Auch handelt es sich bei dem Carnot-Wirkungsgrad nur um ein theoretisches Optimum, in der Praxis sind die Wirkungsgrade noch geringer. Für die Angaben aus Abbildung 1 habe ich einen Wirkungsgrad des Kernkraftwerks in Höhe von 35 % angenommen.

Abbildung 2: Carnot-Wirkungsgrad in Abhängigkeit von unterer und oberer Prozesswärme.

Interessanterweise leuchtet es jedem ein, dass der aus Kernkraftwerken erzeugte Strom teurer wird, wenn wir beispielsweise die Endlagerung der radioaktiven Abfälle durch zusätzliche Auflagen aufwändiger gestalten. Aber dass der Strom bei besserer Nutzung der Abwärme billiger wird, weil der Kraftwerksbetreiber die Kosten auf zwei Produkte (Wärme und Strom) verteilen kann, leuchtet kaum jemanden ein.

Forstwirtschaft als weiteres Beispiel für Kuppelproduktion

In diesem Abschnitt möchte ich die Forstwirtschaft als ein weiteres Beispiel für Kuppelproduktion betrachten. Offenbar hat dies bisher noch niemand getan, denn trotz aufwändiger Recherche konnte ich keine Hinweise zu solchen Untersuchungen finden. Aber auch in der Forstwirtschaft findet eine Kuppelproduktion statt, da neben Industrieholz auch immer ein gewisser Anteil an Brennholz entsteht. Die Größe dieses Anteils dürfte schwer zu beziffern sein, da er sicherlich von der Baumart, dem Boden, von Witterungsverhältnissen (z.B. Sturmschäden) und vielen weiteren Faktoren abhängen dürfte. Ich möchte dieses Beispiel daher eher aus einer qualitativen Sichtweise betrachten.

Betrachten wir auch hier die marktwirtschaftlichen Effekte, die auftreten, wenn sich das Konsumverhalten von Brennholz und Industrieholz verändert. Denkbar wäre z.B. eine strengere Regulierung von Kaminöfen, da bei deren Betrieb schädliche Abgase entstehen. Solche Regulierungen würden den Betrieb von Kaminöfen teurer machen, sodass die Nachfrage an Brennholz und dessen Preis sinkt. Damit sinken auch die Erlöse der Forstwirte. Natürlich würden die Forstwirte nun gerne die entgangenen Erlöse durch eine Verteuerung des Industrieholzes kompensieren, doch leider funktioniert in der Praxis dieser marktwirtschaftliche Mechanismus an dieser Stelle häufig nicht, da zu viele Forstwirte nur wenigen Käufern gegenüberstehen. Die Forstwirte können also ihre erhöhten Preise für Industrieholz am Markt nicht durchsetzen. In der Volkswirtschaftslehre spricht man hier von einem sogenannten Oligopson, wie in Tabelle 1 in der grünen Zelle dargestellt.

Tabelle 1: Marktformen. Quelle [2]

Marktwirtschaftliche Prinzipien funktionieren also nur dann, wenn Käufer und Verkäufer eines Wirtschaftsguts eine ungefähr gleich starke Marktmacht haben (orangene Zellen in Tabelle 1).   


Literatur:

[1] Ulrich Blum, Eberhard Rosenthal, Bernd Diekmann: Energie – Grundlagen für Ingenieure und Naturwissenschaftler, Springer Vieweg Verlag, S. 64

[2] Gernot Sieg: Volkswirschaftslehre, Oldenburg Verlag, S. 22

Kuppelproduktion Teil 1: Die Natur bestimmt unseren Konsum

In diesem und dem folgenden Artikel möchte ich mich einem Phänomen der industriellen Produktionstechnik widmen, die ganz maßgeblich unseren Alltag bestimmt, aber den meisten Menschen kaum bewusst ist. Ich möchte zeigen, wie die Kuppelproduktion unsere Wirtschaft und unseren Konsum beeinflusst.

Was ist Kuppelproduktion?

In der Fertigungstechnik stellen solche Arbeitsschritte, bei denen neben dem eigentlichen Produkt noch weitere Erzeugnisse entstehen, eine Kuppelproduktion dar. Im allgemeinen Sinne stellt dies den Regelfall in der industriellen Produktion dar, da bei nahezu jedem Fertigungsschritt auch Abfälle, Abgase oder unbrauchbare Reststoffe entstehen. Für die nachfolgende Überlegung möchte ich mich jedoch ausschließlich auf die Betrachtung vermarktbarer Nebenprodukte konzentrieren und Abfälle usw. ausschließen.

Solche Arten von Kuppelproduktion finden wir unter anderem in der chemischen Industrie. Auch bei physikalischen Prozessen, wie etwa der Stromerzeugung in einem Kraftwerk handelt es sich um eine Kuppelproduktion, da nur ein geringer Anteil der erzeugten Wärme in elektrische Energie übersetzt werden kann. Dieser Anteil wird als sogenannter Wirkungsgrad bezeichnet. Bei diesen Beispielen bestimmen ganz klar die Naturgesetze, in welchen Verhältnissen die Produkte bzw. Nebenprodukte entstehen. Ich möchte im Folgenden aufzeigen, wie stark diese Art von Naturgesetzen unseren täglichen Konsum bestimmen.

Betrachten wir dazu die Herstellung verschiedener Kraftstoffe in einer Erdölraffinerie. In Abbildung 1 habe ich die ungefähren Mengenverhältnisse der Produkte einer Erdölraffinerie dargestellt. Die genauen Anteile schwanken immer ein wenig in Abhängigkeit von den eingesetzten Ölsorten und Destillationsverfahren.

Abbildung 1: Ungefähre Mengenverhältnisse der Produkte einer Erdölraffinerie. Quelle (Stand 04.05.2020)

Wie bestimmt die Kuppelproduktion unseren Konsum?

Immerhin kann mit Benzin, Diesel und Flüssiggas der überwiegende Teil des Erdöls in Stoffe umgewandelt werden, die wir gut in unserem Alltag gebrauchen können. Das führt dazu, dass die Hersteller dieser Stoffe eine Gesamtkostenrechnung aufstellen können. Die Kosten für die Förderung und Verarbeitung des Erdöls können auf die Preise der einzelnen Produkte verteilt werden. Damit kann der Hersteller die Kraft- und Heizstoffe günstiger anbieten. Doch was würde passieren, wenn wir unser Konsumverhalten ändern würden und beispielsweise den Dieselmotor in Kraftfahrzeugen aus fragwürdigen Gründen des Umweltschutzes verbieten würden? Natürlich gäbe es noch immer einen Bedarf an Diesel, beispielsweise um es als Heizöl zu nutzen. Aber die Nachfrage und damit die Erlöse der Erdölförderer würde massiv einbrechen. Der Hersteller müsste nun die unveränderten Herstellungskosten durch höhere Preise der übrigen Erdölprodukte kompensieren. Das würde unter anderem bedeuten:

  • Benzin und damit die Unterhaltung von rund 2/3 aller deutschen PKWs wird teurer.
  • Flugpreise steigen durch höhere Kerosinkosten. Dein nächster Urlaub mit dem Flieger wird teuer.
  • Falls Du lieber in den Campingurlaub fährst, wird auch dieser durch die Kosten für Flüssiggas aufwändiger.
  • Kosten für andere Industriesektoren steigen ebenfalls. Diese Mehrkosten werden an den Kunden weitergereicht. So entsteht indirekt eine Inflation für alle Produkte.

Wie Du sicher erkannt hast, halte ich wenig davon, den Dieselantrieb gesetzlich zu verbieten oder auch nur einzuschränken, denn wir müssen uns bei unserem Konsum an den Naturgesetzen (und damit in diesem Fall an den produzierbaren Mengenverhältnissen) orientieren. Ich bin davon überzeugt, dass die Menschen das auch weiter tun werden. Selbst wenn eine Regierung auf die Idee käme, den Einsatz von Diesel im Straßenverkehr zu verbieten, würde der ungenutzte Kraftstoff aufgrund der geringen Nachfrage einen Preissturz erfahren und fortan in wenig effizienten Ölheizungen verfeuert werden. Dies ist also ein weiteres Argument gegen staatliche Eingriffe in den Konsum von Erdölprodukten.

Ein ganz ähnlicher Effekt tritt auf, wenn es Schiffen auf hoher See untersagt wäre Schweröl als Kraftstoff zu verwenden. Für diesen Stoff gäbe es dann kaum noch sinnvolle Verwendungszwecke, sodass sogar Kosten für eine umweltgerechte Entsorgung entstehen würden. Diese Kosten sowie die entgangenen Erlöse durch die Reedereien müssten die ölfördernden Firmen durch höhere Preise auf die übrigen Erdölprodukte kompensieren mit ähnlichen Folgen wie bei einem Verbot des Dieselkraftstoffs. Auch hier möchte ich mich gegen staatliche Eingriffe in den Konsum von Energieträgern aussprechen. Sinnvoller erscheint es mir hier, wirkungsvolle Katalysatoren zur Reinigung der im Schiffsdieselmotor entstehenden Abgase einzusetzen.