Search

There are many possible pathways towards a carbon-neutral future. Achieving it by 2050 is possible, but this requires urgent action. This is the central conclusion of SAPEA's evidence review report on the energy transition, and the corresponding Scientific Opinion of the European Commission's Group of Chief Scientific Advisors. But this is not just a technical challenge. To make the energy transition a reality, we need to solve a huge systemic problem, coordinating countless individual voluntary decisions on investment, consumption and behaviour across Europe. This means transforming the entire European energy system — a change which will affect every part of our society and require huge investment during the transition. It must be done in a socially equitable way. And we already need to accelerate progress if we want to achieve the EU’s target of net zero emissions by 2050.

In 2015, the international community committed to limiting global warming well below 2°C. Since 2015, however, and before the coronavirus pandemic stroke, GHG emissions have continued on their growing track and the achievement of ambitious climate targets has become even more arduous. In order to rein in global warming well below 2°C, energy systems must reach net-zero emissions by mid-century. The energy supply, in particular the electricity sector, offers a great potential for reducing emissions. But in the absence of large transformations on the energy demand side, achieving the Paris Agreement’s target would necessitate an extensive recourse to debated negative emission technologies. The interest in demand-side solutions has therefore risen over the last few years. Today, buildings account for 28% of CO2 emissions in the energy system. This sector is therefore an essential building block of any successful mitigation strategy. The aim of this thesis is to investigate the contribution of buildings to limit climate change. The widespread view on the role of buildings is that there is a large and cost-effective potential for energy demand reductions, and that this potential remains unexploited due to some barriers, which policies should remove. This thesis relies on energy modeling to shed a new light on that widespread view. It uses the strengths of both an energy simulation model and of an integrated assessment model representing the energy, economy and climate systems. In order to assess the role of buildings in climate policies, the thesis addresses the following complementary questions: How will buildings energy consumption evolve in the future? What is the technological and behavioral potential for demand reductions? What are optimal climate change mitigation pathways for the buildings sector in the context of the overall energy system, and when the energy efficiency gap is taken into account? This thesis shows that the landscape of buildings energy demand will undergo major changes in the 21st century: while cooking and other heating purposes account for the bulk of the demand today; space cooling, appliances and lighting will represent the lion’s share tomorrow. Similarly, despite its current weight in demand, traditional biomass will gradually leave the stage. Against this background, radical changes in technologies and behaviors could lead to a halving of energy demand. The decarbonization of the sector however does not only pass through energy demand reductions. In the scenarios presented in this thesis, most of the decarbonization is attributed to the decline in the emissions per unit of energy consumed—a topic under-represented in the literature dealing with buildings energy demand. In light of the thesis’ results, and supported by the literature, we challenge the widespread view on the role of buildings in climate change mitigation. Indeed, the widespread narrative focuses mostly on energy demand reductions and does not embrace the strategy consisting in decreasing the amount of emissions per unit of energy — in particular via electrification and fuel switching. This strategy accounts however for a substantial part of the sector’s decarbonization. We therefore propose an alternative narrative: Two complementary and interacting strategies can lead to a deep decarbonization of buildings energy demand: reducing energy demand and decreasing the carbon content of energy demand through energy supply decarbonization and fuel switching. Virtually all energy services in buildings could be provided by carbon-free energy carriers. However market incentives as well as barriers do not allow for a widespread uptake of clean energy carriers and efficient technologies. Policies should remove barriers to the uptake of efficient and low-carbon technologies, and design markets to give the right incentives in favor of these options. Im Jahr 2015 hat sich die internationale Gemeinschaft verpflichtet, die globale Erwärmung deutlich unter 2°C zu begrenzen. Seit 2015 und vor der Corona-Krise sind die Treibhausgasemissionen jedoch weiter gestiegen und derWeg zu ehrgeizigen Klimazielen ist noch beschwerlicher geworden. Um die globale Erwärmung deutlich unter 2°C einzudämmen, müssen die Energiesysteme bis Mitte des Jahrhunderts Netto-Null-Emissionen erreichen. Die Energieversorgung, insbesondere der Elektrizitätssektor, bietet ein großes Potenzial für Emissionsreduktionen. Ohne große Veränderungen auf der Seite der Energienachfrage, würde es einen umfangreichen Rückgriff auf die umstrittenen Technologien zur CO2-Entnahme erfordern, um das Ziel des Pariser Abkommens zu erreichen. Das Interesse an Lösungen auf der Seite der Nachfrage ist daher in den letzten Jahren gestiegen. Heute sind Gebäude für 28% der gesamten Emissionen im Energiesystem verantwortlich. Dieser Sektor ist daher ein wesentlicher Baustein jedes erfolgreichen Klimaschutzes. Das Ziel dieser Dissertation besteht darin, den Beitrag zu untersuchen, den Gebäude zur Begrenzung des Klimawandels leisten könnten. Die weit verbreitete Sichtweise zur Rolle von Gebäuden beim Klimaschutz lässt sich wie folgt zusammenfassen: Es gibt ein großes und kostenwirksames Potenzial für die Verringerung der Energienachfrage, und dieses Potenzial bleibt aufgrund einiger Hindernisse ungenutzt. Die Politik sollte diese Hindernisse beseitigen. Diese Dissertation beruht auf Energie- und Integrated Assessment Modellen, um ein neues Licht auf diese verbreitete Sicht zu werfen. Um die Rolle von Gebäuden in der Klimapolitik zu bewerten, befasst sich die Arbeit mit den folgenden ergänzenden Fragen: Wie wird sich der Energiebedarf im 21. Jahrhundert entwickeln? Was ist das technologische und verhaltensbedingte Potenzial für die Reduzierung des Energiebedarfs in Gebäuden? Was sind optimale Wege zur Eindämmung des Klimawandels für den Gebäudesektor im Kontext des Gesamtenergiesystems, und wenn die Energieeffizienzlücke berücksichtigt wird? Diese Dissertation zeigt, dass sich die Energienachfragelandschaft der Gebäude im 21. Jahrhundert stark verändern wird: Während heute Kochen und andere Heizbedarfe den Großteil der Nachfrage ausmachen, werden zukünftig Raumkühlung, Geräte und Beleuchtung den Löwenanteil des Bedarfs ausmachen. In ähnlicher Weise wird die traditionelle Biomasse trotz ihres derzeitigen Gewichts bei der Nachfrage allmählich die Bühne verlassen. Vor diesem Hintergrund könnten radikale Veränderungen der Technologien und Verhaltensweisen zu einer Halbierung des Energiebedarfs führen. Die Dekarbonisierung des Sektors geht jedoch nicht nur über die Reduzierung der Energienachfrage. Die in dieser Dissertation vorgestellten Szenarien zeigen, dass der größte Teil der Dekarbonisierung darauf zurückzuführen ist, dass weniger Kohlenstoff pro Einheit verbrauchter Energie emittiert wird — ein Thema, das in der Fachliteratur zur Energienachfrage im Gebäudesektor unterrepräsentiert ist. Anhand der in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse und unterstützt durch die Literatur stellen wir die konventionelle Sichtweise in Frage. Tatsächlich konzentriert sich die verbreitete Erzählung auf die Reduzierung der Energienachfrage und geht nicht auf die Strategie ein, die darin besteht, den Kohlenstoffgehalt der Energie zu verringern, insbesondere durch Brennstoffwechsel. Diese Strategie macht jedoch einen wesentlichen Teil der Dekarbonisierung des Sektors aus. Wir schlagen daher eine alternative Erzählung vor: Zwei komplementäre und interagierende Strategien können zu einer tiefgreifenden Dekarbonisierung des Energiebedarfs von Gebäuden führen: die Verringerung des Energiebedarfs an sich und die Verringerung des Kohlenstoffgehalts des Energiebedarfs. Praktisch alle Energiedienstleistungen in Gebäuden könnten durch kohlenstofffreie Energieträger bereitgestellt werden. Die Marktanreize und -barrieren erlauben jedoch keine breite Nutzung von Energieeffizienz und kohlenstofffreien Energieträgern. Die Politik sollte Hindernisse für die Einführung effizienter und kohlenstoffarmer Technologien beseitigen und Märkte so gestalten, dass die richtigen Anreize für diese Technologien gegeben werden.

Aatola, P. 2013. Putting a Price on Carbon Econometric Essays on the European Union Emissions Trading Scheme and its Impacts. ABSTRACT This dissertation examines the main instrument of the European Union climate policy, the emissions trading scheme (EU ETS) during its first years. Emission trading provides a cost-efficient way to reduce emissions. It creates a price on carbon dioxide and thereby incentives for cleaner production. The four empirical studies in this dissertation provide new information on the price determination in the emissions trading market, market efficiency and market interactions with the electricity markets. This information is useful for many purposes. It benefits the market participants who make choice between trading of emission allowances in the market and abatement of emissions. For the authorities and policy planners the price signal and the efficiency of the markets reveal unique real-time information on marginal abatement costs, impacts of policy decisions and impacts of institutional design of this policy instrument. To be a well-functioning policy instrument the EU ETS should create a credible price signal and efficient markets for trading allowances. The objective of this dissertation is to analyze the EU ETS markets and the price of the European Union emissions allowance, EUA, with econometric time series models. A large data set on market fundamentals is used to analyze the price series. The results of this dissertation reveal that EU ETS is functions well. Carbon has a price that reflects to a large extent the market fundamentals in the study period. The markets are maturing even if not fully informational efficient yet. Interactions with electricity markets are close. The impact of price of carbon on the price of electricity is positive but spatially uneven. In the long run, also climate change affects the electricity bill. The first study of this dissertation investigates the price determination in the market. The empirical results based on years 2005-2011 show that the price of the EUA is largely determined by the market fundamentals. Especially the price of coal, gas, oil and the price of German electricity are reflected in the price of EUA. In the second study we build up forecasting models and use a trading simulation to study the informational efficiency of the market. Results reveal that the market is not fully efficient but maturing. There might have been possibilities to make economic profit during the second period in the EU ETS market. The last two papers focus on the interaction of emissions trading with electricity markets. The third study looks at the impact of EUA price on the integrating European electricity markets. The electricity markets are integrating but the positive impact of carbon price on the electricity price is uneven depending on the fuel mix in regional electricity markets. The last study analyses the impact of increasing mean temperature due to climate change and the EUA price on the electricity bill in the EU. Warming climate affect the electricity bill unevenly: in the southern European countries the bill is expected to increase due to the increased demand for cooling, whereas the northern and central parts of the continent may face decreasing costs as the winters get warmer. Keywords: Climate change, EU ETS, price determination, market efficiency, electricity market, time series econometrics Väitöskirjassa tutkitaan Euroopan unionin ilmastopolitiikan keskeisen ohjauskeinon, päästöoikeuskaupan toimintaa sen ensimmäisinä vuosina. Päästökauppa on kustannustehokas tapa vähentää päästöjä. Kun viranomainen on päättänyt sallitun päästöjen tason ja jakanut sitä vastaavan määrän päästöoikeuksia toimijoille, voivat ne käydä vapaasti kauppaa päästöoikeuksilla. Päästökauppa luo siten tuotannosta syntyvälle hiilidioksidipäästöille hinnan ja kannustaa siirtymään puhtaampiin tuotantomuotoihin. Väitöskirja tuottaa uutta tietoa EU:n päästökauppamarkkinoiden toiminnasta ja tehokkuudesta. Päästökaupan toiminnan tunteminen ja markkinoiden tehokkuuden arvioiminen on tärkeää. Se auttaa markkinatoimijoita tekemään kustannuksia minimoivia valintoja päästöoikeuksien ostamisen ja omien päästöjen puhdistamisen välillä. Puhdistustoimet toteutetaan siellä, missä se on edullisinta. Viranomaisille ja ympäristöpolitiikan säätäjille se paljastaa ainutkertaista informaatiota puhdistamisen rajakustan¬nuksista, joka muutoin on yritysten yksityistä tietoa, ja mahdollistaa siten ilmastopolitiikan vaikutusten arvioimisen. Jotta päästökauppa toimisi halutulla tavalla, markkinoiden tuottaman hintasignaalin tulee olla luotettava ja markkinoiden tehokkaat. Väitöskirjan tulokset osoittavat, että tutkimusperiodin aikana EU:n päästökauppa¬markkinat toimivat hyvin. Ensimmäisessä esseessä tarkastellaan hinnan määräytymistä markkinoilla. Empiiriset tulokset vuosilta 2005 2011 osoittavat, että hintasignaali on luotettava, koska markkinafundamentit kuten sähkön ja polttoaineiden hinnat selittävät merkittävän osan päästöoikeuden hinnan vaihteluista. Toisessa esseessä tutkitaan päästöoikeusmarkkinoiden tehokkuutta kaupankäyntisimulaation avulla. Markkinat reagoivat uuteen informaatioon, mutta tulokset osoittavat, että päästöoikeusmarkkinoilla olisi ollut mahdollista tehdä taloudellista voittoa toisella kauppakaudella. Tämä viittaa siihen, että kehittyvät päästökauppa¬markkinat eivät olisi vielä toimineet täysin informaatiotehokkaasti. Kolmannessa esseessä keskitytään tarkastelemaan eurooppalaisten sähkö¬markkinoiden yhtenäistymistä ja arvioimaan, kuinka päästökaupan mukaantulo on vaikuttanut siihen. Hintasarjojen käyttäytymistä tutkimalla todetaan, että alueelliset sähkönhinnat ovat lähentyneet toisiaan eli yhtenäisten sähkömarkkinoiden luominen on kehittynyt. Päästökaupan vaikutus sähkömarkkinoihin kuitenkin vaihtelee. Pääasiallinen vaikutus päästökaupasta sähkön hintaan tulee sähköntuotannon hiilidioksidipitoisuuden kautta: mitä hiili-intensiivisempää tuotanto on, sen suurempi on päästöoikeuden hinnan vaikutus myös sähkön hintaan. Päästökaupan mukaantulo voi siten aluksi jopa eriyttää sähkönhintoja. Ilmastonmuutoksen myötä sähkönkulutuksessa tapahtuu alueellisia muutoksia ja sähkön kysyntä muuttuu niin ilmastoinnin kuin lämmitystarpeenkin osalta. Työn viimeisessä osajulkaisussa osoitetaan, että ottamalla huomioon ilmastonmuutos¬skenaarioiden mukainen ilmaston lämpeneminen sekä päästökaupan vaikutus sähkön hintaan, sähkölasku tulisi nousemaan Etelä-Euroopassa kun taas Pohjois-Eurooppa voisi säästää leudontuvien talvien ansiosta kuluissa, jos viilennystarve ei samanaikaisesti nouse liian suureksi.

International efforts to provide global public goods often face the challenges of coordinating national contributions and distributing costs equitably in the face of uncertainty, inequality, and free-riding incentives. In an experimental setting, we distribute endowments unequally among a group of people who can reach a fixed target sum through successive money contributions, knowing that if they fail, they will lose all their remaining money with 50% probability. In some treatments, we give players the option to communicate intended contributions. We find that inequality reduces the prospects of reaching the target but that communication increases success dramatically. Successful groups tend to eliminate inequality over the course of the game, with rich players signaling willingness to redistribute early on. Our results suggest that coordination-promoting institutions and early redistribution from richer to poorer nations are both decisive for the avoidance of global calamities, such as disruptive climate change.