The role of efficient technology for achieving climate change mitigation and development
Ward, Hauke
This thesis is motivated by a potential conflict within the sustainable development goals, which refers to climate change mitigation and development. This conflict is of special relevance for developing countries. On the one hand these are projected to be most severely impacted by climate change. On the other hand fast economic development, connected to emitting greenhouse gases, could help substantially improving living conditions within these countries, making them more resistant to impacts by- and increases their ability to adapt to climate change.
Considering the large differences in technologies within sectors across countries, this thesis argues that the (future) distribution-, the diffusion- and research of technology play important roles for enabling development in face of global climate change.
First, this thesis investigates feasible development pathways for (developing) countries. It identifies robust patterns of structural change within development processes, in which energy intensive manufacturing sectors hold key position. The results indicate that a successful diversification of agricultural based economies towards more productive (high-tech-) industrial- and service sectors without building up manufacturing capacities is extremely difficult.
Second, this thesis identifies effects of ongoing delocalization in an increasingly globalizing world. It finds that for the majority of sectors production shifts towards locations where less efficient production technologies are applied, are ongoing, contributing to increasing overall energy consumption.
Third, this thesis investigates state of the art assessment tools that are applied within the development process of new technologies and for judging on the overall impact of technological alternatives. This thesis investigates caveats related to the application of a system boundaries within PLCA. It show that a definite judgement on the magnitude of truncation errors is not possible.
Forth, this thesis proposes an assessment tool that allows to consider the network characteristic and the total amount of processes applied within an economy. This tool is developed to more precisely depict possible overall impacts by the application of innovative technological alternatives.
Fifth, this thesis investigates how large global industrial related emissions could be reduced, if more efficient technologies were made more accessible. By applying an optimization framework based on multi-regional input-output data this thesis finds large potentials for reducing global emission. The results displays that already access to second-tier technologies could reduce annual greenhouse gas emission significantly.
Die vorliegende Arbeit ist motiviert durch einen möglichen Konflikt in den Sustainable Development Goals, welcher durch die Ziele Begrenzung des menschengemachten Klimawandels und Entwicklung hervorgerufen wird. Von diesem Zielkonflikt sind besonders Entwicklungsländer betroffen, da diese am stärksten von (ökonomischer) Entwicklung profitieren (Verbesserung der Lebensbedingungen der Menschen, bessere Anpassungsmöglichkeiten an den Klimawandel), gleichzeitig aber am stärksten vom Klimawandel betroffen sein werden.
Unter Berücksichtigung der existierenden großen Unterschiede in sektoralen Produktionstechnologien zwischen Ländern, argumentiert die vorliegende Arbeit, dass die Verteilung, die Verbreitung und die Erforschung neuer effizienter Technologien wichtige Rollen für die Vereinbarkeit von (ökonomischer) Entwicklung und ambitionierter Klimawandelbekämpfung spielen werden.
Die vorliegende Arbeit beginnt damit gangbare Entwicklungspfade für (Entwicklungs-) Länder zu identifizieren. Hierzu werden Muster des sektoralen Strukturwandels untersucht. Es stellt sich heraus, dass innerhalb von Entwicklungsprozessen bestimmte Sektoren der verarbeitenden Industrie Schlüsselpositionen einnehmen. Die robusten Ergebnisse legen nah, dass eine erfolgreiche Entwicklung, weg von einer landwirtschaftlich geprägten ökonomischen Struktur, hin zu einer Ökonomie geprägt von Dienstleistungen und Hochtechnologieindustriesektoren nicht ohne den Aufbau dieser energieintensiven Sektoren möglich ist.
Als Zweites untersucht die vorliegende Arbeit die Auswirkung von Produktionskapazitätsverschiebungen in einer sich globalisierenden Welt. Für die Mehrheit der globalen Sektoren wird eine fortschreitende Kapazitätsverschiebung hin zu weniger effektiven Produktionsstandorten festgestellt, welches mehrheitlich Entwicklungsländer sind. Dieser Effekt trägt zur Steigerung globaler Emission durch eine erhöhte Energienachfrage bei.
Diese Arbeit setzt sich des Weiteren mit „Process Lifecycle Assessment“ (PLCA) Werkzeugen zur Beurteilung von Technologien auseinander. Diese Werkzeuge werden in der Entwicklung neuer Technologien, sowie zur Beurteilung von technologischen Alternativen eingesetzt. Der Fokus der Arbeit in Bezug auf PLCA liegt in der Untersuchung sogenannter „truncation errors“, die im Zuge einer zwangsweisen Systembegrenzung auftreten. Die Ergebnisse zeigen, dass eine definitive Beurteilung der Größe von „truncation errors“ nicht möglich ist.
Da die Architektur einer PLCA für die Beurteilung einzelner Prozesse und Produkte entwickelt wurde, können diese Werkzeugen nicht (ausreichend) dafür verwendet werden Gesamteffekte der ökonomieweiten Anwendung effizienter Technologien zu beurteilen. Innerhalb dieser Arbeit wird ein alternatives Werkzeug entwickelt, dass die Netzwerkcharakteristik, sowie die Gesamtanzahl bestimmter Prozesse innerhalb von Ökonomien berücksichtigt.
Hinsichtlich der beobachteten großen Unterschiede in der Energieeffizienz sektoraler Produktionstechnologie, wird untersucht, in wie fern ein verbesserter Zugang zu effizienteren Produktionstechnologien die globalen Gesamtemissionen reduzieren könnte. Basierend auf multi-regionalen Input-Output-Daten, wird ein Optimierungsverfahren entwickelt, dass den Austausch von Produktionstechnologien unter Berücksichtigung multipler Vorprodukte und Lieferketten erlaubt. Die Ergebnisse zeigen, dass es große Reduktionspotentiale gibt. Selbst die Bereitstellung moderat effizienter Technologien könnte zu signifikanten Reduktionen der globalen Emissionen führen.
