• norsk
    • English
  • norsk 
    • norsk
    • English
  • Logg inn
Vis innførsel 
  •   Hjem
  • Fakultet for ingeniørvitenskap (IV)
  • Institutt for energi og prosessteknikk
  • Vis innførsel
  •   Hjem
  • Fakultet for ingeniørvitenskap (IV)
  • Institutt for energi og prosessteknikk
  • Vis innførsel
JavaScript is disabled for your browser. Some features of this site may not work without it.

Integrated Economic and Physical Information for Environmental Footprint Modelling

Steen-Olsen, Kjartan
Doctoral thesis
Thumbnail
Åpne
NTNU_Kjartan_Steen_Olsen_PhD_avhandling.pdf (8.523Mb)
Permanent lenke
http://hdl.handle.net/11250/282407
Utgivelsesdato
2015
Metadata
Vis full innførsel
Samlinger
  • Institutt for energi og prosessteknikk [2706]
Sammendrag
Whether inspired by motives of fair attribution of environmental responsibilities or

the search for the most effective scheme for market driven emission abatements,

reliable analyses of the environmental consequences of consumption is sought

after by policymakers, researchers and the environmentally concerned citizen alike.

A solid framework for such analyses exists in the form of input-output analysis,

though such analyses have not been as widespread as their potential usefulness

and pertinence might suggest. Following the ascent of environmental issues as a

central item on the agenda even in top-level international policy negotiations, and

facilitated by advances in modeling and computational capabilities, recent years

have seen an increased focus on the development and application of

comprehensive global input-output models for environmental assessments. The

work presented here is an attempt to capitalize on the present suite of available

global input-output databases to assess environmental pressures embodied in

consumed goods and services, commonly referred to as environmental footprints

of consumption, and discuss the reliability of the databases through a comparative

assessment.

By extending the economic input-output models with environmental data,

environmental flows, either directly or virtually embodied in products, can be

tracked through the economy as it is modeled in the input-output system. In my

PhD work, presented herein in the form of four resulting scientific papers, I have

contributed to extending and adapting a global model with supplementary data to

allow improved analyses of environmental pressures embodied in traded and

consumed products, and to assessing a group of global models.

For a large-scale assessment of global flows of embodied land and water use, we

combined data from the comprehensive FAO database on worldwide production

and trade of agricultural and forestry products with a global multiregional inputoutput

model. The more detailed representation of these products types, which

are the ones that mostly contribute toward land and water use embodied in

consumption, allowed increased accuracy in the modeling of these footprint types.

Using this improved model to assess carbon, land and water footprints for each of

the EU member states, we found EU average footprints per capita of 13.3 tons of

CO2 equivalents, 2.53 hectares of world-average bioproductive land, and 179 m3 of

consumed surface and ground freshwater for 2004. A further contribution analysis

revealed the EU to be a net importer of all these environmental pressures

embodied in traded products; however, there was also large such flows internally among EU countries, with some countries having large net exports or imports with

fellow EU countries.

In a further investigation of the potential for using global multiregional inputoutput

models to assess environmental footprints even at the micro level, we

extended one such model with data from the Norwegian consumer expenditure

survey to allow a detailed assessment of the carbon footprint of Norwegian

households from 1999 to 2012. We found a carbon footprint of 22.3 tons of CO2

equivalents for the average Norwegian household in 2012, which was an increase

of 26% since 1999. We put particular emphasis on documenting in a transparent

manner the approach taken to harmonize these two datasets, so as to facilitate

similar analyses for other countries, even by non-specialists, and to encourage

further improvements to this method towards a common standard. The emphasis

on a didactic approach was based on the rationale that an understanding of the

extent and nature of environmental footprints of consumed products is vital in

order to design efficient consumer-oriented emissions reductions strategies, and

the recognition that detailed consumer expenditure surveys are already available in

most countries, following a standard statistical framework.

In addition to these model extensions and associated footprint assessments, we

have worked on assessing the reliability of the input-output databases themselves.

Firstly, from the availability of several global multiregional input-output models

arose the question as to whether they all coherently model the global economic

structure. To give a first, tentative answer to this, we performed a comparative

analysis of some macro indicators based on value added embodied in consumption,

by first harmonizing three of the most important multiregional input-output

databases currently available to a common framework. The comparison of gross

value added embodied in the consumption of countries or of products showed

significant differences even at the aggregate level. However, this observed

disagreement was coherent to that found in the territorial accounts, suggesting

that the most important contributor to model disagreement is in the value added

accounts themselves.

Furthermore, we addressed the potential importance of the well-known limitation

of limited product detail in input-output systems. We evaluated the accuracy of

carbon footprint multipliers of individual input-output products by analyzing the

sensitivity of such multipliers to the level of product detail in the model. This effect

was evaluated by assessing, for four global models individually, how carbon

multipliers react to aggregation of the input-output system. Throughout, the analysis showed carbon multipliers to be highly sensitive to reduced model detail,

even if models are able to give reasonable overall footprint results.

Environmentally extended multiregional input-output analysis is a powerful tool

that can provide important contributions to international as well as regional policy

debates on a range of environmental challenges. Through recent collaborative

research efforts these databases are now so detailed and extensive that

comprehensive assessments can be made of international supply chains. Though

input-output tables may never be perfect, the input-output community has some

way to go still in terms of improving the sectoral detail and data foundation

underlying the models.
 
Anten det er motivert av ynskje om rettferdig fordeling av ansvar for

miljøpåverknader, eller av jakta på det mest effektive systemet for marknadsdrivne

utsleppsreduksjonar, er pålitelege analysar av totale miljøkonsekvensar av forbruk

noko som er etterspurt både av politikarar, forskarar og den einskilde

miljømedvitne forbrukar. Eit solid rammeverk for slike analysar fins allereie i form

av miljøutvida økonomiske kryssløpsanalysar, men slike analysar har tidlegare ikkje

vore i so utbreidd bruk som det ibuande potensialet i metoden kanskje skulle

tilseia. I kjølvatnet av at miljøutfordringar dei seinare åra har klatra til å verta

sentrale tema på dagsordenen i politiske forhandlingar sjølv på høgste

internasjonale nivå, har ein derimot i dei seinare år sett auka fokus på

vidareutvikling og bruk av stadig meir omfattande kryssløpsmodellar, dels takka

vera den valdsame utviklinga i lett tilgjengeleg datamaskinkraft som er ein

føresetnad for å handtera slike store datamengder. Arbeidet som er presentert i

denne avhandlinga er eit forsøk på å nytta dei ulike globale kryssløpsdatabasane

som no er tilgjengelege til å analysera miljøpåverknader som er implisitt innbakt

(eng. embodied) i forbruk av varer og tenester, ofte kalla miljøfotavtrykk, og å

vurdera kor pålitelege databasane er gjennom samanliknande analysar.

Ved å utvida dei økonomiske kryssløpsmodellane med fysiske miljødata, kan flyten

av slike innbakte miljøpåverknader sporast gjennom det globale økonomiske

systemet slik det er representert i kryssløpsmodellane. I doktorgradsarbeidet mitt,

presentert her i form av fire vitskaplege artiklar, har eg bidrege i arbeidet med å

vurdera, utvida og tilpassa desse globale modellane med supplerande data for å

kunna utføra betre analysar av innbakte miljøpåverknader.

I ein storskalaanalyse av dei globale handelsstraumane av innbakt forbruk av

landareal og ferskvassressursar, i tillegg til dei karbonutslepp som ein oftare

analysert miljøindikator, kombinerte me data frå FAO sin omfattande database

over global produksjon og handel med ei mengd jord- og skogbruksprodukt med

ein global kryssløpsmodell. Ved å representera desse produkttypane, som er dei

viktigaste når det gjeld land- og vassforbruk, i meir detalj, kunne desse

miljøpåverknadene analyserast med større presisjon. Ved å nytta denne forbetra

modellen til å analysera fotavtrykk for EU-regionen, fann me gjennomsnittlege

fotavtrykk per EU-borgar på 13,3 tonn CO2-ekvivalentar, 2,53 hektar land, og 179

m3 vassforbruk i 2004. Vidare analysar av korleis desse miljøpåverknadene var

innbakt i internasjonal handel synte at EU-regionen var ein nettoimportør av alle

miljøpåverknadene frå resten av verda. Det var òg store slike straumar internt i EU mellom dei ulike medlemslanda, slik at nokre EU-land hadde stor nettoeksport eller

-import av innbakte miljøpåverknader gjennom handel med resten av EU.

I ein vidare analyse av moglegheitene for å nytta globale kryssløpsmodellar for å

evaluera miljøfotavtrykk jamvel på mikronivå, utvida me ein slik modell med data

frå den norske forbruksundersøkjinga frå Statistisk sentralbyrå. Denne modellen

vart so nytta for å rekna ut karbonfotavtrykket til norske husstandar frå 1999 til

2012. For 2012 synte analysen eit gjennomsnittleg karbonfotavtrykk på 22,3 tonn

CO2-ekvivalentar per husstand, noko som var ein auke på 26% sidan 1999. I dette

arbeidet vart det lagt særleg vekt på å skildra framgangsmåten som vart nytta for å

samstemma dei ulike datagruppene, for å bidra til eit felles rammeverk for slike

analysar og leggja til rette for liknande studiar for andre land, og for å gjera det

mogleg å både gjennomføra og forstå slike analysar òg for dei som ikkje er

ekspertar på kryssløpsmodellering. Dette var tufta på argumentet om at ei

forståing av omfanget og karakteren av miljøfotavtrykket av hushaldsforbruk er

sentralt for å kunna utforma effektive strategiar for utsleppsreduksjon retta mot

forbrukarar. Vidare er forbruksundersøkjingar ein ressurs som er tilgjengeleg etter

eit internasjonalt standardisert system gjennom statistiske byrå i dei fleste land,

som mogleggjer slike analysar med meir eller mindre same metode òg for andre

land.

I tillegg til desse modellutvidingane og fotavtrykksanalysane som har vorte utført

med dei utvida modellane, har me arbeidd med å vurdera kor pålitelege dei globale

kryssløpsmodellane er for slike analysar. At det no er tilgjengeleg fleire slike globale

modellar førte til spørsmålet om i kva grad dei ulike modellane skildrar ein

verdsøkonomi som i det store og heile er den same. For å freista å gje eit første

tentativt svar på dette vart det gjennomført ein samanliknande analyse av ein del

makroindikatorar basert på verdiskaping innbakt i forbruk, ved å først harmonisera

tre av dei mest sentrale globale kryssløpsmodellane i eit felles rammeverk.

Samanlikninga av innbakt verdiskaping for ulike land og økonomiske sektorar synte

monalege avvik sjølv på aggregert nivå. Dette avviket var likevel i stor grad i

samsvar med tilsvarande avvik observert i det underliggjande datamaterialet.

Vidare undersøkte me den potensielle effekten av liten grad av produktdetaljar, ein

velkjend veikskap ved kryssløpsmodellar. Presisjonen av

karbonfotavtrykksmultiplikatorar vart evaluert ved å analysera kor sensitive desse

multiplikatorane er for variasjonar i detaljnivået i kryssløpstabellane. Dette vart

gjort ved å studera korleis multiplikatorane varierte når modellane vart aggregerte

til eit lågare detaljnivå. Det gjennomgåande resultatet var at desse utslaga var til dels svært store, jamvel om modellane kan gje fornuftige analysar av fotavtrykk på

makronivå.

Miljøutvida multiregional kryssløpsanalyse er eit kraftig metodeverkty som kan gje

viktige bidrag til både internasjonale og regionale politiske debattar om ei mengd

ulike miljøutfordringar. Som ei følgje av målretta forskarsamarbeid i dei seinare åra

er no desse databasane so store og detaljerte at ein kan gjera omfattande analysar

av internasjonale leveransekjeder. Like fullt har forskarsamfunnet framleis eit

stykke att når det gjeld å forbetra sektordetaljnivå og datagrunnlaget som

modellane er bygde på.
 
Består av
Paper 1: Steen-Olsen, Kjartan; Weinzettel, Jan; Cranston, Gemma; Ercin, Ertug; Hertwich, Edgar G.. Carbon, Land, and Water Footprint Accounts for the European Union: Consumption, Production, and Displacements through International Trade. Environmental Science and Technology 2012 ;Volum 46.(20) s. 10883-10891 © 2012 American Chemical Society http://dx.doi.org/10.1021/es301949t

Paper 2: Steen-Olsen, K.; Owen, A.; Barrett, J.; Guan, D.; Hertwich, E. G.; Lenzen, M.; Wiedmann, T., Intercomparison of global multiregional input-output databases.

Paper 3: Steen-Olsen, Kjartan; Owen, Anne; Hertwich, Edgar G.; Lenzen, Manfred. Effects of Sector Aggregation on CO2 Multipliers in Multiregional Input-Output Analyses. Economic Systems Research 2014 ;Volum 26.(3) s. 284-302 http://dx.doi.org/10.1080/09535314.2014.934325 Published by: Taylor & Francis (Routledge)

Paper 4: Steen-Olsen, K.; Wood, R.; Hertwich, E. G., A carbon footprint time series of Norwegian households.

Supporting Paper AI : Ewing, Brad; Hawkins, Troy Robert; Wiedmann, Thomas; Galli, Alessandro; Ercin, Ertug; Weinzettel, Jan; Steen-Olsen, Kjartan. Integrating ecological and water footprint accounting in a multi-regional input-output framework. Ecological Indicators 2012 ;Volum 23. s. 1-8 This article is reprinted with kind permission from Elsevier, sciencedirect.com http://dx.doi.org/10.1016/j.ecolind.2012.02.025

Supporting Paper AII : Steen-Olsen, K.; Hertwich, E. G., Life cycle assessment as a means to identify the most effective action for sustainable consumption. In Handbook of Research on Sustainable Consumption, Reisch, L.; Thøgersen, J., Eds. Edward Elgar Publishing. http://www.e-elgar.co.uk/
Utgiver
NTNU
Serie
Doctoral thesis at NTNU;2015:58

Kontakt oss | Gi tilbakemelding

Personvernerklæring
DSpace software copyright © 2002-2019  DuraSpace

Levert av  Unit
 

 

Bla i

Hele arkivetDelarkiv og samlingerUtgivelsesdatoForfattereTitlerEmneordDokumenttyperTidsskrifterDenne samlingenUtgivelsesdatoForfattereTitlerEmneordDokumenttyperTidsskrifter

Min side

Logg inn

Statistikk

Besøksstatistikk

Kontakt oss | Gi tilbakemelding

Personvernerklæring
DSpace software copyright © 2002-2019  DuraSpace

Levert av  Unit