Kreative Gruppe entwickelt gemeinsam eine Idee. (Bild: Fotolia; ellarin)

Lässt man der Kreativität freien Lauf, entstehen oft ganz neue Ideen. Aber taugen diese Konzepte auch als Geschäftsmodell? Die techno-ökonomische Analyse liefert fundierte Antworten. (Bild: Fotolia; ellarin)

Technische Systeme unterliegen generell einem mehrdimensionalen Anforderungsprofil. Zum Beispiel müssen neben der energetischen Effizienz auch die wirtschaftliche Profitabilität sowie die ökologische Verträglichkeit gewährleistet sein. Optimiert man ein System hinsichtlich je eines der Kriterien, ergeben sich drei ganz unterschiedliche Systeme.

Zusätzlich stehen diese Kriterien oftmals im Konflikt, zum Beispiel ist das maximal energieeffiziente System eben nicht hochprofitabel und auch nicht herausragend umweltfreundlich. Aufgabe der Systemvorauslegung ist es, den besten Kompromiss und das daraus resultierende optimale System abzuleiten. An dieser Stelle setzt das Institut für Fluidsystemtechnik mit seiner Forschungsarbeit zur ganzheitlichen Systemanalyse an.

Technik und Ökonomie vereinen

Als Ergebnis bisheriger Forschung ist die „Techno-ökonomische Analyse“ entstanden, innerhalb derer Systeme ganzheitlich und gleichzeitig unter technischen sowie ökonomischen Aspekten erfasst werden. Die simultane Betrachtung stellt sicher, dass Parameterinteraktionen der technisch-ökonomischen Systembeschreibung erfasst werden. Nur so ist es möglich, das System zu finden, das das „Beste aus beiden Welten“ verkörpert. Die kombinierte, erweiterte Beschreibung eines technischen Systems ist in der Sprache des Ingenieurs als Erweiterung der Systemgrenze zu verstehen.

Methode der techno-ökonomischen Systemanalyse

Die Methode basiert prinzipiell auf dem ingenieurstypischen Ansatz der Systemmodellierung, der axiomatischen oder empirischen Systembeschreibung und anschließender Systemoptimierung. Dieser Ansatz wurde um wirtschaftliche Aspekte erweitert, sodass die techno-ökonomische Systemanalyse grundsätzlich in die drei Schritte der techno-ökonomischen Modellierung, der detaillierten Systemanalyse und der abschließenden Systemoptimierung gegliedert werden kann.

Das techno-ökonomische Modell stellt den ersten Schritt dar. Es umfasst die Systemkomponenten sowie beliebige Flussgrößen durch das System, zum Beispiel Energie, Materie, und Kosten. Kopplungen der Flussgrößen können einfach dargestellt werden. So würde beispielsweise der Betrieb eines Feststoffbrenners einen Kostenstrom induzieren, da der Brennstoff Kosten verursacht.

Im zweiten Schritt der techno-ökonomischen Systemanalyse erfolgt die detaillierte ökonomische und energetische Beschreibung des Systems. Dies ist immer notwendig, da die techno-ökonomische Analyse aus der Vereinigung energetischer und ökonomischer Analysen hervorgeht.

In der technischen Beschreibung stehen dem Ingenieur hierzu axiomatische Erhaltungssätze oder empirische Modelle zur Verfügung. Die ökonomische Beschreibung hingegen kann nur durch ökonomische Modelle erfolgen, da in der Wirtschaftswissenschaft keine Erhaltungsgrößen existieren.

Im abschließenden Schritt wird das techno-ökonomisch optimale System durch Anwendung von Optimierungsmethoden ermittelt. Hierzu ist generell die Definition einer Zielfunktion sowie einzuhaltender Nebenbedingungen von Nöten.

Mengentheoretische Darstellung der techno-ökonomischen Systembeschreibung.
Die Methode bezieht energetische und ökonomische Parameter mit ein.

Die Methode in der Theorie der Mengen

Die erweiterte Systembeschreibung durch gleichzeitige Beachtung energetischer und ökonomischer Aspekte lässt sich in der anschaulichen mathematischen Theorie der Mengen wie folgt beschreiben: Die Menge aller energetisch beschreibbaren Systeme wird über eine gewisse Anzahl an Parametern beschrieben. Diese sind auf dem Parameterraum Q definiert. Beschreibt man nun ebenfalls die Menge aller ökonomisch beschreibbaren Systeme, so wird dies zunächst zu einer Erweiterung des Parameterraums (hier Z) führen. Da wie oben aufgeführt der Erlös des Systems von der energetischen Systemeffizienz abhängt, muss dies in der ökonomischen Betrachtung berücksichtigt werden. Konsequenterweise ist der energetische Parameterraum ein Unterraum des ökonomischen Parameterraums. Einen gesamtheitlich umfassenden Einblick in das System kann also nur die techno-ökonomische Betrachtung liefern, deren Parameterraum als die Vereinigungsmenge des energetischen und ökonomischen Parameterraums zu interpretieren ist.