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Main Title: Substituting clean for dirty production: understanding prospects for green growth
Translated Title: Die Substitution von schmutziger durch saubere Produktion: die Möglichkeiten grünen Wachstums verstehen
Author(s): Stöckl, Fabian
Advisor(s): Meran, Georg
Referee(s): Meran, Georg
Kemfert, Claudia
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: Global warming is a major challenge facing the world today. As of 2020, there has already been a rise in the Earth's mean surface temperature of around one degree Celsius compared to pre-industrial times. If temperatures increase beyond specific tipping points, global warming might become self-reinforcing and irreversible. There is now ample evidence that anthropogenic greenhouse gas emissions, mainly CO₂, are the primary drivers of global warming. Given that energy is an essential input in the production of many goods and services, there are only two ways to decrease CO₂ emissions in a growing economy: either efficiency in the use of fossil fuels increases or they are substituted with clean renewable energy inputs. Existing economic research mainly focuses on efficiency-enhancing technological progress. In contrast, this dissertation investigates possibilities to improve input substitutability such that, in the long-run, clean inputs can fully replace dirty ones in production. First, this dissertation reviews the theoretical concept of input substitutability at different levels of aggregation and lays out how the level-specific elasticities relate to each other. Second, the possibility to invest in substitutability-enhancing research and its interaction with investment in efficiency-enhancing research are investigated withing a model of economic growth. Third, a numerical optimization model of the power sector is used to investigate substitution patterns between clean and dirty inputs for high shares of renewables that are not yet observable in empirical data. Finally, this dissertation analyzes how the provision of electrolysis-based green hydrogen, a potential substitute for fossil fuels in the transportation and mobility sector, interacts with the power sector. Overall this dissertation shows that improving input factor substitutability is an important channel for decarbonizing production. Neglecting this channel may result in a substantial underestimation of future input-flexibility options and the scope for long-run green growth.
Die globale Klimaerwärmung ist eine der größten Herausforderungen unserer Zeit. Bis 2020 ist die durchschnittliche Oberflächentemperatur der Erde im Vergleich zu vorindustriellen Zeiten bereits um circa ein Grad Celsius gestiegen. Falls die Temperaturen in der Zukunft bestimmte Kipppunkte übersteigen, könnte der Erwärmungsprozess selbstverstärkend und unumkehrbar werden. Es gilt heute als gesichert, dass die Klimaerwärmung vornehmlich durch anthropogene Treibhausgasemissionen, insbesondere CO₂, verursacht wird. Gegeben der Notwendigkeit von Energie als Produktionsfaktor in der Bereitstellung von Gütern und Dienstleistungen lassen sich CO₂-Emissionen in einer wachsenden Ökonomie nur auf zwei Arten reduzieren: Entweder durch effizientere Verwendung fossiler Brennstoffe oder durch Substitution dieser mit sauberen, erneuerbaren Alternativen. Bestehende Forschung beschäftigt sich hauptsächlich mit effizienzsteigerndem technologischen Fortschritt. Im Gegensatz dazu widmet sich diese Dissertation der Möglichkeit, die Substituierbarkeit von Produktionsfaktoren zu erhöhen, sodass auf lange Sicht fossile Brennstoffe durch saubere Alternativen ersetzt werden können. Diese Dissertation untersucht das theoretische Konzept von Faktorsubstitution auf verschiedenen Aggregationsebenen und legt dar, wie die Ebene-spezifischen Elastizitäten interagieren. Weiters wird im Rahmen eines ökonomischen Wachstumsmodells die Möglichkeit von Investitionen in substituierbarkeitsverbessernde Forschung und deren Interaktion mit Investitionen in effizienzsteigernde Forschung untersucht. Darüber hinaus werden mithilfe eines numerischen Optimierungsmodells des Stromsektors Substitutionsmuster zwischen fossilen und erneuerbaren Produktionsfaktoren für hohe Anteile an erneuerbarer Energie untersucht, welche heute noch nicht in den empirischen Daten beobachtbar sind. Am Ende dieser Dissertation wird untersucht, wie die elektrolysebasierte Bereitstellung von grünem Wasserstoff, einem potentiellen Substitut für fossile Treibstoffe im Transport- und Mobilitätssektor, mit dem Stromsektor interagiert. Zusammenfassend zeigt diese Dissertation, dass eine sich verbessernde Substituierbarkeit von Produktionsfaktoren eine entscheidende Rolle für die Dekarbonisierung der Wirtschaft spielt. Diesen Mechanismus zu vernachlässigen kann potentiell dazu führen, dass zukünftige Flexibilitätsoptionen in der Wahl der Produktionsfaktoren sowie die Möglichkeit grünen Wachstums unterschätzt werden.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/12615
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-11424
Exam Date: 15-Oct-2020
Issue Date: 2021
Date Available: 19-Mar-2021
DDC Class: 330 Wirtschaft
Subject(s): green growth
eleasticity of substitution
clean production
dirty production
grünes Wachstum
Substitutionselastizität
saubere Produktion
schmutzige Produktion
License: http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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