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Substitutionsfaktor

Über diesen Artikel

Lesezeit

3 Minuten

Veröffentlichung

28.01.2022

Letztes Update

28.01.2022

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  • Substitutionsfaktor

Definition Substitutionsfaktor und Beispiele aus dem Energiesektor

Inhalt des Wiki-Artikels

Die Faktorsubstitution gibt das Verhältnis zwischen Produktionsfaktoren im Produktionsprozess an. Sie zeigt auf, wie es um die Ersetzbarkeit eines Produktionsfaktors bestellt ist. Mit dem Substitutionsfaktor wird angegeben, zu welchem Anteil ein Produktionsfaktor durch einen anderen ersetzt werden kann. Die Faktorsubstitution findet in verschiedenen wirtschaftlichen Bereichen Anwendung. Im Rahmen der Energiewende spielen Substitutionsfaktoren eine wichtige Rolle.

Vor- und Nachteile der Faktorsubstitution

Das Ersetzen von Produktionsfaktoren hat Vorteile und Nachteile. Der Hauptnachteil der Faktorsubstitution ist, dass hohe Investitionskosten mit der Substitution von Produktionsfaktoren einhergehen. Zudem kann sie zu einer höheren Arbeitslosigkeit führen, wenn menschliche Arbeitskraft durch Kapital ersetzt wird, zum Beispiel wenn Kapital in technische Betriebsmittel investiert wird, die menschliche Arbeitskraft ersetzen. Daneben bringt die Faktorsubstitution aber auch mehrere Vorteile mit sich:

  • Erhöhung der Produktivität
  • Kostensenkung
  • Umsatzsteigerung
  • Arbeitserleichterung

Ersetzt werden können unter anderem auch Werkstoffe, zum Beispiel durch neue technische Betriebsmittel oder Rohstoffe einsparende Produktionsverfahren. Eine großangelegte Substitution findet in der Strom- und Wärmeerzeugung statt: Fossile Energieträger werden nach und nach durch erneuerbare Energien ersetzt.        

Limitationale und substitutionale Produktionsfaktoren

Produktionsfaktoren werden in zwei Kategorien eingeteilt, es gibt limitationale und substitutionale Produktionsfaktoren. Bei den limitationalen Produktionsfaktoren besteht ein indirekter Zusammenhang zwischen der Faktoreinsatzmenge und der Ausbringungsmenge. Die Beziehung zwischen In- und Output ergibt sich über die zwischengeschalteten Betriebsmittel.

Dagegen können substitutionale Produktionsfaktoren gegeneinander ausgetauscht werden, ohne dass sich die Ausbringungsmenge verändert. Substitutionale Produktionsfaktoren lassen sich wiederum unterscheiden in:

  • alternativ substitutionale Produktionsfaktoren
  • peripher substitutionale Produktionsfaktoren

Während peripher substitutionale Produktionsfaktoren nur in einem begrenzten Umfang ausgetauscht werden können, lassen sich alternativ substitutionale Produktionsfaktoren vollständig miteinander ersetzen.

Beispiele für substitutionale Produktionsfunktionen

Mit der sogenannten substitutionalen Produktionsfunktion kann ein Unternehmen ermitteln, wie es Produktionsfaktoren austauschen muss, um den gleichen Output wie zuvor zu erhalten. Lässt sich ein Produktionsfaktor vollständig durch einen anderen ersetzen, nennt man dies totale Substitutionalität. Lasst sich ein Produktionsfaktor nur begrenzt durch einen anderen ersetzen, handelt es sich um eine periphere Substitutionalität. Es gibt verschiedene Formen der substitutionalen Produktionsfunktion, wie zum Beispiel:

  • ertragsgesetzliche Produktionsfunktion
  • Cobb-Douglas-Funktion
  • CES-Funktion

Substitutionsfaktoren in der Stromerzeugung

In der Stromerzeugung lässt sich anhand von Substitutionsfaktoren ablesen, in welchem Maße erneuerbare Energien fossile Energieträger ersetzen. Substitutionsfaktoren werden in Prozent angegeben. Daten zu den Substitutionsfaktoren in der Stromerzeugung finden sich zum Beispiel in dem vom Umweltbundesamt herausgegebenen Bericht „Emissionsbilanz erneuerbarer Energieträger – Bestimmung der vermiedenen Emissionen im Jahr 2018“. Die Substitutionsfaktoren wurden anhand einer Simulation ermittelt.

Photovoltaik

Im Bericht enthalten sind die Substitutionsfaktoren für mittels Photovoltaik erzeugtem Strom. Die Stromerzeugung ist von starken tages- und jahreszeitlichen Schwankungen geprägt. Dementsprechend ersetzt Photovoltaikstrom vorwiegend Strom aus Steinkohle- und Erdgaskraftwerken. Die simulativen Berechnungen haben ergeben, dass kaum aus Braunkohle gewonnener Strom und kein Atomstrom gegen Photovoltaikstrom ausgetauscht wird. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die ermittelten Substitutionsfaktoren der Stromerzeugung aus Photovoltaik:

 

Photovoltaik

Kernenergie

0,0 %

Braunkohle

1,4 %

Steinkohle

60,0 %

Gas

38,8 %

Öl

0,0 %

 

Der Betrieb von Photovoltaikanlagen verläuft emissionsfrei. Bei der Herstellung fallen allerdings Emissionen an und auch eingesetzte fremdbezogene Hilfsenergie muss berücksichtigt werden. Emissionsfaktoren machen einen Vergleich zwischen verschiedenen Energieträgern möglich: Sie drücken das Verhältnis von der Masse eines freigesetzten Stoffs zur produzierten Energieeinheit aus.

Windenergie

Die Stromerzeugung aus Windenergie unterliegt starken Fluktuationen. Wie viel Strom gewonnen wird, ist saison- und wetterabhängig. Wie Photovoltaikanlagen ersetzen Windenergieanlagen hauptsächlich Erdgas- und Steinkohlekraftwerke. Sie lassen sich in zwei Kategorien unterteilen:

  • Onshore-Windenergieanlagen
  • Offshore-Windenergieanlagen

Während Onshore-Windenergieanlagen an Land stehen, befinden sich Offshore-Windenergieanlagen auf See. Die folgende Tabelle zeigt die Substitutionsfaktoren für die Stromerzeugung aus Windenergie zu Land und zu Wasser:

 

Windenergie an Land

Windenergie auf See

Kernenergie

0,0 %

0,0 %

Braunkohle

2,1 %

2,0 %

Steinkohle

64,6 %

65,2 %

Gas

33,1 %

32,9 %

Öl

0,0 %

0,0 %

 

Hinsichtlich der Ökobilanz sind sich Windenergieanlagen an Land und auf See prinzipiell ähnlich. Beim Bau von Offshore-Windparks ist allerdings ein höherer Materialeinsatz notwendig, da erst einmal ein Fundament für die Anlage errichtet werden muss. Dazu kommt der höhere energetische Aufwand bei der Wartung und Instandhaltung von Windenergieanlagen auf See, was sich im Emissionsfaktor niederschlägt.

Wasserkraft

Anlagen, die Strom aus Wasserkraft gewinnen, nutzen die kinetische und die potenzielle Energie des Wassers. In Deutschland erzeugen drei Arten an Wasserkraftwerken elektrische Energie:

Für Meereskraftwerke ist Deutschland kein geeigneter Standort. Größe und Leistung der deutschen Wasserkraftwerke variieren stark, manche haben eine elektrische Leistung von weniger als einem Kilowatt, andere 100 Megawatt. Die Wasserkraftanlagen zeichnen sich durch ein gleichmäßiges Einspeiseprofil mit saisonalen Unterschieden aus. Aufgrund des Merit-Order-Prinzips ist davon auszugehen, dass Wasserkraft in der Stromerzeugung nur einen kleinen Teil an Braunkohle und Kernenergie überhaupt nicht ersetzt. Für die Stromerzeugung aus Wasserkraft wurden die folgenden Substitutionsfaktoren ermittelt:

 

Wasserkraft

Kernenergie

0,0 %

Braunkohle

1,5 %

Steinkohle

67,9 %

Gas

30,3 %

Öl

0,0 %

 

Der Betrieb von Wasserkraftwerken läuft emissionsfrei ab, berücksichtigt werden müssen die Emissionen aus den Vorketten und der Einsatz fremdbezogener Hilfsenergie.

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