Primärenergie / kumulierter Energieverbrauch (KEV)
Als Primärenergie wird die „Rohform“ verfügbarer Energie bezeichnet. Sie wird durch einen mit Verlusten behafteten Prozess der Veredelung in Endenergie umgewandelt, die z. B. als Treibstoff in Fahrzeugen, als Energiequelle für die Gebäudeheizung oder aber zum stofflichen Gebrauch genutzt werden kann. Bekannte Primärenergieformen sind z. B. Erdöl, Erdgas, Kohle, Sonne, Wind, Wasserkraft, Biomasse, Gezeiten, Kernenergie.
Je nach Primärenergieform sind die Konversionsverluste zur Endenergie unterschiedlich. Um eine Vergleichbarkeit herzustellen, wurden Konversionsfaktoren, die sogenannten Primärenergiefaktoren eingeführt. Ist ein Primärenergiefaktor 1, gewinne ich aus einer Einheit Primärenergie eine Einheit Endenergie. Ist der Primärenergiefaktor 2, gewinne ich aus einer Einheit Primärenergie eine halbe Einheit Endenergie. Es gilt also: Primärenergie / Primärenergiefaktor = Endenergie, bzw. durch Umstellen: Endenergie * Primärenergiefaktor = Primärenergie (Beispiele siehe unten). Mit dem kumulierten Energieverbrauch (KEV) verhält es sich im Grunde genau gleich. Der Unterschied besteht in der umfassenderen Berücksichtigung der Vorketten (also der Veredelungsstufen und des Transportes – unberücksichtigt bleibt dabei der Anteil erneuerbarer Energie bei der stofflichen Nutzung von Betriebsmitteln. Wird beispielsweise ein PV-Modul auf ein Holzgestell montiert, so geht der erneuerbare Primärenergieinhalt des Gestells nicht in die Bewertung ein, da davon ausgegangen wird, dass das Holz nach dem Ende der Nutzung des Gestells noch thermisch verwertet werden kann.) Aus diesem Grund ist der KEV-Faktor (fKEV) in der Regel etwas höher, als der Primärenergiefaktor fP. Als zuverlässiges Tool zur Bestimmung des Primärenergiefaktors erwies sich in der Vergangenheit GEMIS, das „Globale Emissions-Modell Integrierter Systeme“ des Öko-Instituts. Seit der Version GEMIS 4.20 errechnet GEMIS KEV-Faktoren. Aus diesem Grund wird im Folgenden stets von KEV-Faktoren gesprochen.
Bei näherer Betrachtung wird klar, dass mit Ausnahme der Kernenergie und der Gezeiten alle genannten Energieformen Sonnenenergie sind. Die Sonne selbst könnte also neben den genannten Ausnahmen direkt als Primärenergiequelle angesetzt werden. Bei einer Photovoltaik-Anlage würde dann die eingestrahlte Sonnenenergie zum elektrischen Output (= Endenergie) ins Verhältnis gesetzt werden. Bei einem Wirkungsgrad der Photovoltaik Zellen von 15 % Ergäbe sich ein PE-Faktor von 6,67. Durch die notwendige Einbeziehung von Herstellungsenergie für die Solaranlage und durch Wirkungsgradverminderungen durch Verschmutzung, Verschattung und suboptimale Ausrichtung der Anlage, sowie Stromverluste in Wechselrichter und Netz, würde sich der Faktor weiter deutlich erhöhen und zum KEV-Faktor werden. In einem Wald werden nur etwa 3 % der eingestrahlten Sonnenenergie im Holz gebunden, was einem PE-Faktor von über 30 entspräche. Fossile Energieträger sind prähistorische Biomasse. Im Lauf der Jahrmillionen fanden Energieverluste in unbekannter Höhe statt, die eine auch nur annähernd korrekte Bilanzierung unmöglich machen. Ähnlich unmöglich ist die Ermittlung eines (Teil-) KEV-Faktors von Wind oder Wasser. Die an sich gute Idee, eingestrahlte Sonnenenergie direkt als Primärenergie zu werten, führt auf eine für die Problemstellung wenig relevante akademische Debatte.
Es muss also ein pragmatischerer Ansatz gewählt werden: Die Primärenergie ist z. B. der elektrische Output eines Solarmoduls, eines Windrades, eines Wasserkraftwerkes oder das Holz im Wald. Auch dieser Ansatz ist nicht unkritisch, da, wie gezeigt wurde, ein solarelektrisches Kraftwerk einen bedeutend höheren Primärenergie-Output hat, als ein Wald gleicher Fläche.
In Abbildung 1 sind die KEV-Faktoren einiger relevanter Brennstoffe und von Strom aufgeführt. Folgend wird das System und das Zustandekommen von KEA-Faktoren anhand einiger Beispiele qualitativ erläutert: