Materialeffizienz

Materialeffizienz ist ein Begriff aus der Ökonomie, der das Verhältnis von verwendetem Material (Input) und erhaltenen Produkten (Output) bezeichnet.

Die Materialeffizienz stellt das Verhältnis der hergestellten Produkte zur Menge der eingesetzten Materialien dar.

${\displaystyle Materialeffizienz=Produktoutput/Materialinput}$

Materialeffizienz ist eng verknüpft mit dem Konzept der Ressourceneffizienz. Da die Produktion und Verarbeitung von Materialien in vielen Fällen mit einem hohen Energieaufwand verbunden ist, führt eine Steigerung der Materialeffizienz auch zu einer Reduktion des Energiebedarfs.

Der mittlerweile populäre Begriff ist gleichbedeutend mit Materialproduktivität, wobei letzterer fachlich richtiger wäre (siehe auch Produktivität). Die Festlegung auf Produktoutput und Materialinput gilt nur für den Standardfall der Produktion. Exakter drückt die Materialeffizienz das Verhältnis zwischen mengenmäßigem Ertrag und mengenmäßigem Aufwand aus (vgl. Dyckhoff 1994). Damit lässt sich der Begriff auch auf Entsorgungs- und Recyclingprozesse anwenden. Danach ergibt sich:

${\displaystyle Materialeffizienz=MengenmaessigerErtrag/MengenmaessigerAufwand}$

wobei der mengenmäßige Ertrag Güter der Outputseite (Produktion) und Übel der Inputseite (Reduktion unerwünschter Materialien (Abfälle)) sein können und der mengenmäßige Aufwand Güter der Inputseite (knappe Ressourcen) und Übel der Outputseite (Abfälle, Emissionen).

Der Materialeffizienz liegt das Verursachungsprinzip zugrunde, das heißt dem Produktoutput sind exakt die Materialinputs zuzurechnen, die vom Produktoutput verursacht worden sind. Die Methoden zur Bestimmung der Materialeffizienz müssen dies berücksichtigen. Methoden des Life Cycle Assessment (LCA) gewährleisten dies.

Ein erweitertes Konzept der Materialeffizienz als Strategie zur Reduktion der Materialnachfrage und der Reduktion des Energiebedarfs und der CO₂-Emissionen findet sich bei Allwood et al. (2011) und im 5. Bericht des IPCC (2014).

Die energie- und prozessbedingten CO₂-Emissionen lassen sich vereinfacht mit folgender Gleichung darstellen^[1]:

${\displaystyle C=(N+{\frac {S}{L}})*{\frac {M_{P}}{D}}*{\frac {M_{S}}{M_{P}}}*(f_{0}*{\frac {C_{0}}{M_{0}}}+f_{r}*{\frac {C_{r}}{M_{r}}}+f_{u}*{\frac {C_{u}}{M_{u}}})}$

Darin sind folgende Faktoren enthalten: Emissionen (C), Materialnachfrage (N), Ersatznachfrage (S), Nutzungsdauer (L), Materialnachfrage pro Produkt ${\textstyle \left({\frac {M_{P}}{D}}\right)}$, Rate der Materialeffizienz im Produkt ${\textstyle \left({\frac {M_{S}}{M_{P}}}\right)}$, Anteil der Materialversorgung (f), Emissionsintensität durch die Versorgungswege Primärerzeugung, Recycling und Reuse ${\textstyle \left({\frac {C_{i}}{M_{i}}}\right)}$.

Mittels der einzelnen Faktoren lassen sich verschiedene Strategien identifizieren und quantifizieren, um die Materialeffizienz zu steigern und den Material- und Energiebedarf sowie den CO₂-Fußabdruck zu senken.^[1]

Es gibt verschiedene Strategien zur Steigerung der Materialeffizienz auf unternehmerischer und politischer Ebene.

Die Strategien umfassen unter anderem

• Reduktion des produktspezifischen Materialbedarfs, z. B. durch Leichtbauweise
• Erhöhung der Nutzungsintensität und Auslastung von Produkten, Anlagen und Werkzeuge, z. B. durch Sharing-Modelle
• Verlängerung der Produktnutzungsdauer, z. B. durch Reparaturmaßnahmen
• Substitution durch andere Werkstoffe mit geringerem Materialfußabdruck
• „Reduktion von Ressourcenverlusten durch Verbesserung bzw. Sicherung der Qualität (Verminderung von Ausschuss)“^[2]
• „Optimierung der Produktionsprozesse, z. B. durch die Reduzierung von Verschnitt“^[2]
• „Optimierung der Konstruktion, ressourcenschonendes Produktdesign (z. B. Leichtbau, leichtere Produkte)“^[2]

Politisch wird die Thematik durch Förderprogramme für die Verbesserung der Materialeffizienz aufgegriffen, beispielsweise durch die Deutsche Materialeffizienzagentur oder das Bundesumweltministerium.^[3]

Bedeutung hat Materialeffizienz hinsichtlich der industriellen Kostenentwicklung gewonnen. So stellen die Materialkosten derzeit in Deutschland circa 50 % der Gesamtkosten eines Unternehmens im verarbeitenden Gewerbe dar, Personalkosten jedoch nur 25 %. Aufgrund der Fokussierung von Kostensenkungsprogrammen auf die Personalkosten stieg die Arbeitsproduktivität um den Faktor 3,5, die Materialproduktivität jedoch nur um den Faktor 2.

Aufgrund der Bedeutung für die Industrie wurden um das Thema Materialeffizienz zahlreiche Forschungsprojekte und Förderprogramme ausgelobt. Ein wichtiges Instrument zur Steigerung der Materialproduktivität ist das Energie- und Stoffstrommanagement beziehungsweise die Stoffstromanalyse.

Die Steigerung der Materialeffizienz ist vor dem Hintergrund globaler Entwicklung wie des Klimawandels oder der Überbevölkerung eine zentrale ökonomische Herausforderung. Es wird davon ausgegangen, dass eine verbesserte Materialeffizient unerlässlich ist, um in Anbetracht von Ressourcenknappheit und einer wachsenden Weltbevölkerung Grundbedürfnisse aller Menschen zu bedienen. Langfristig soll eine gesteigerte Materialeffizienz eine Entkoppelung von Ressourcenverbrauch und Wachstum ermöglichen.^[4]

• Julian M. Allwood; Michael F. Ashby; Timothy G. Gutowski; Ernst Worrell (March 13, 2013): Material efficiency: providing material services with less material production. Philos Trans Royal Soc A. 371: 20120496. doi:10.1098/rsta.2012.0496. PMC 3575569.
• H. Dyckhoff (1994): Betriebliche Produktion, 2. Auflage, Berlin, Heidelberg, New York
• M. Schröter; C. Lerch; A. Jäger (2011): Materialeffizienz in der Produktion: Einsparpotenziale und Verbreitung von Konzepten zur Materialeinsparung im Verarbeitenden Gewerbe, Fraunhofer ISI, Karlsruhe, online

• Forschungsprojekt „Materialeffizienz und Ressourcenschonung (MaRess)“@1@2Vorlage:Toter Link/ressourcen.wupperinst.org (Seite nicht mehr abrufbar, festgestellt im Oktober 2023. Suche in Webarchiven)

1. ↑ ^{a b} Julian M. Allwood, Michael F. Ashby, Timothy G. Gutowski, Ernst Worrell: Material efficiency: A white paper. In: Resources, Conservation and Recycling. Band 55, Nr. 3, Januar 2011, S. 362–381, doi:10.1016/j.resconrec.2010.11.002 (elsevier.com [abgerufen am 15. Februar 2019]). 
2. ↑ ^{a b c} Marie-Sophie Wilde, Klaus Wiesen: Materialeffizienz. Abgerufen am 29. März 2019. 
3. ↑ Erfolgreiches Impulsprogramm Materialeffizienz des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie. Abgerufen am 2. April 2019. 
4. ↑ Marie-Sophie Wilde, Klaus Wiesen: Materialeffizienz. Abgerufen am 1. April 2019.