Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4231
Main Title: Challenges for low stabilization of climate change
Subtitle: The complementarity of non-CO2 greenhouse gas and aerosol abatement to CO2 emission reductions
Translated Title: Herausforderungen für ambitionierten Klimaschutz
Translated Subtitle: wie die Vermeidung von Nicht-CO2 Treibhausgasen und Aerosolen die Reduktion von CO2 Emissionen ergänzt
Author(s): Strefler, Jessica
Advisor(s): Edenhofer, Ottmar
Kriegler, Elmar
Luderer, Gunnar
Referee(s): Edenhofer, Ottmar
Brecha, Robert
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Im Kopenhagen Accord wurde international anerkannt, dass die globale Mitteltemperatur 2° C über vorindustriellen Werten nicht übersteigen sollte. Um dieses Ziel zu erreichen, sind tiefe Einschnitte in CO2 Emissionen nötig. Es wird allerdings nicht genügen, nur CO2 zu reduzieren. Um anspruchsvolle Klimaziele zu erreichen müssen auch andere Substanzen berücksichtigt werden. In dieser Arbeit analysiere ich mögliche Schwierigkeiten bei der Erreichung von ambitionierten Klimazielen. Mein Fokus liegt dabei auf der Komplementarität von nicht-CO2 Treibhausgas- und Aerosolvermeidung zu Reduktionen von CO2 Emissionen. Treibhausgasemissionen steigen besonders schnell in Entwicklungsländern. Diese wollen ihr ökonomisches Wachstum erhalten und das dafür nötige Energielevel erreichen, was historisch gesehen zu höheren Emissionen geführt hat. Ohne Klimapolitiken setzen derzeitige integrated assessment Modelle diesen Trend auch fort. Unter Einhaltung stringenter Klimaziele verlassen sie jedoch dieses historische Muster und gehen von kontinuierlichem ökonomischen Wachstum bei niedrigen Energielevels aus. Diese Ergebnisse sind offenbar entweder nicht realistisch oder kommen durch starke implizite Annahmen zustande. Um schwer vermeidbare Sockelemissionen zu bestimmen müssen wir diese Ergebnisse entweder verstehen oder korrigieren. Langlebige nicht-CO2 Treibhausgases machen etwa ein Viertel der anthropogenen Treibhausgasemissionen aus. Um ambitionierte Klimaziele zu erreichen müssen diese Emissionen ebenfalls reduziert werden. Im Kyoto-Protokoll wurden Reduktionsziele nicht nur für CO2 festgelegt, sondern auch für die langlebigen Treibhausgase CH4, N2O, SF6 und Fluorkohlenwasserstoffe. Dabei wurden Budgets nicht für die einzelnen Gase, sondern als Gesamtbudget festgelegt, was den einzelnen Staaten volle Flexibilität bezüglich der zu reduzierenden Gase gibt. Dazu wird eine Metrik benötigt, die die verschiedenen Gase vergleichbar macht. Im Kyoto-Protokoll wurde das sogenannte "global warming potential", eine zeitlich konstante Metrik, gewählt. Diese Metrik wurde seither aus verschiedenen Gründen kritisiert und Alternativen vorgeschlagen. Wir analysieren mehrere konstante und zeitabhängige Metriken im Hinblick auf ihre Implikationen bezüglich globaler ökonomischer Kosten, transienter Emissionspfade, und regionaler und sektoraler Auswirkungen. Obwohl die Auswirkungen auf globale Kosten gering sind, finden wir deutliche Effekte auf mittelfristige Emissionen und regionale Kostentransfers. Aktuelle Modellvergleichsstudien zeigen, dass die Möglichkeit, durch eine Kombination von Bioenergie und Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS) negative CO2 Emissionen erzeugen zu können, eine entscheidende Vermeidungsoption ist. Ambitionierte Klimaschutzziele werden deutlich teurer, wenn die Verfügbarkeit von Bioenergie begrenzt ist, oder wenn CCS nicht zur Verfügung steht. Darüberhinaus stellt Bioenergie eine der seltenen Alternativen dar, Kohlenstoffarme Treibstoffe zu produzieren. In unserer Arbeit analysieren wir den Einsatz von Bioenergie in Abhängigkeit von Klimaziel, der Verfügbarkeit von CCS, und der Verfügbarkeit von Bioenergie. Eine weitere wichtige Gruppe von Emissionen die den heutigen Strahlungsantrieb bestimmen sind Aerosole. Sie werden bisher nicht durch ein Klimaabkommen kontrolliert, und werden wahrscheinlich auch in Zukunft eher Ziel von Luftreinhaltungsabkommen sein. Da Aerosole jedoch substanziell zum menschengemachten Klimawandel beitragen, stellt sich die Frage wie sie mit dem Klima und Klimaabkommen interagieren. In der Literatur gibt es verschiedene Argumentationsstränge. Einige behaupten dass eine schnelle Reduktion von Aerosol Emissionen zu beschleunigter Erderwärmung führen könnte, da sich Aerosole insgesamt kühlend auswirken. Andere konzentrieren sich mehr auf Ruß, der einen wichtigen Bestandteil der derzeitigen Erwärmung ist, und schlagen vor, dass Ruß zuerst reduziert werden sollte, um Synergien zwischen Klimapolitik und Luftreinhaltungspolitik auszunutzen. Mit unserem Modell sind wir in der Lage, nicht nur Interaktionen zwischen Klima- und Luftreinhaltungspolitik zu betrachten, sondern auch Interaktionen zwischen den verschieden Aerosolen, die oftmals gemeinsam ausgestoßen werden. Dabei stellen wir fest, dass Luftreinhaltungspolitiken kaum in der Lage sind, langfristige Klimaziele zu beeinflussen. Dagegen sind Klimaabkommen dazu geeignet, Luftverschmutzung zu reduzieren. Unsere Resultate legen nahe, dass es eher Synergien als Zielkonflikte zwischen Klima- und Luftreinhaltungspolitiken gibt.
In the Copenhagen Accord it was recognized that global mean temperature should not exceed 2?C above preindustrial levels. Reaching this target will require deep cuts in CO2 emissions. However, reducing CO2 emissions alone will not be enough. To reach stringent climate targets, other substances have to be taken into account as well. In this thesis, I analyze potential bottlenecks for reaching low stabilization targets. My focus is on the complementarity of non-CO2 greenhouse gas and aerosol abatement to CO2 emission reductions. Greenhouse gas emissions rise particularly fast in developing countries. These countries want to sustain their economic growth and reach self-sufficient energy levels, which has historically lead to higher emissions. Without climate policies, currently used integrated assessment models continue this historic pattern. In case of stringent climate policies however, models break with this historical pattern and assume sustained economic growth with very low energy levels. These model results seem to be either not realistic or driven by strong implicit assumptions. In order to determine residual CO2 emissions we need to either understand or correct these results. Long-lived non-CO2 greenhouse gases account for almost one quarter of anthropogenic greenhouse gas emissions. To achieve ambitious climate targets, these gases have to be reduced as well. The Kyoto protocol determined emissions reductions for CO2, as well as the well-mixed greenhouse gases CH4, N2O, hydrofluorocarbons (HFCs), perfluorocarbons (PFCs), and SF6. In the Kyoto protocol, emission budgets were deter- mined not for each separate gas, but in one single budget, leaving nations full flexibility as to which greenhouse gas to reduce. This single budget required a metric to make the different gases comparable. In the Kyoto protocol a simple constant metric called the global warming potential was chosen. This metric has been challenged on various grounds and a number of alternatives have been proposed. We analyze different constant and time-dependent metrics with regard to their implications on global economic costs, transient emission pathways, and regional and sectoral impacts. We find that although impacts on global costs are negligible, there are considerable effects on medium term emissions and regional wealth transfers. In recent model intercomparisons, the possibility to generate negative CO2 emissions using a combination of bioenergy with carbon capture and storage has proven to be a crucial mitigation option. Low stabilization scenarios become much more costly when bioeenergy is limited or when carbon capture and storage (CCS) is not available. Moreover, bioenergy provides one of the rare alternatives to produce low-carbon liquids fuels. In our study, we analyze bioenergy deployment depending on the stringency of the climate target, the availability of CCS, and bioenergy supply. Another important group of emissions determining today’s radiative forcing are aerosols. They are not controlled under any climate treaty so far, and it seems far more likely that they will rather be subject to air pollution policies than to climate policies. Yet since aerosols contribute substantially to anthropogenic forcing, the question arises how they interact with climate and climate policy. In the literature we find different lines of arguments. Some argue that since overall aerosol forcing is negative, a fast reduction of aerosol emissions could lead to accelerated global warming. Others focus on black carbon, which is an important contributor to warming, and suggest that it should be reduced first as this would lead to synergies between air pollution policies and climate policies. With the model we are using we are able to consider interactions not only between air pollution policies and climate policies, but also between the various aerosol species which are often times co-emitted. We find that air pollution policies are hardly able to influence long-term climate targets. On the other hand, climate policies efficiently reduce air pollutants. Our results suggest that there are synergies rather than trade-offs between air pollution policies and climate policies.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-58299
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4528
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4231
Exam Date: 15-Jul-2014
Issue Date: 4-Nov-2014
Date Available: 4-Nov-2014
DDC Class: 500 Naturwissenschaften und Mathematik
Subject(s): Klimawandel
Nicht-CO2 Treibhausgase
Aerosole
Climate change
non-CO2 greenhouse gases
aerosols
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