Analyzing changes in macro-level drivers of country-specific emissions : The role of consumption, technology and trade

Industrial ecology is an important field of sustainability science. It can be applied to study environmental problems in a policy relevant manner. Industrial ecology uses ecosystem analogy; it aims at closing the loop of materials and substances and at the same time reducing resource consumption and environmental emissions. Emissions from human activities are related to human interference in material cycles. Carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P) are essential elements for all living organisms, but in excess have negative environmental impacts, such as climate change (CO2, CH4 N2O), acidification (NOx) and eutrophication (N, P). Several indirect macro-level drivers affect emissions change. Population and affluence (GDP/capita) often act as upward drivers for emissions. Technology, as emissions per service used, and consumption, as economic intensity of use, may act as drivers resulting in a reduction in emissions. In addition, the development of country-specific emissions is affected by international trade. The aim of this study was to analyse changes in emissions as affected by macro-level drivers in different European case studies. ImPACT decomposition analysis (IPAT identity) was applied as a method in papers I III. The macro-level perspective was applied to evaluate CO2 emission reduction targets (paper II) and the sharing of greenhouse gas emission reduction targets (paper IV) in the European Union (EU27) up to the year 2020. Data for the study were mainly gathered from official statistics. In all cases, the results were discussed from an environmental policy perspective. The development of nitrogen oxide (NOx) emissions was analysed in the Finnish energy sector during a long time period, 1950 2003 (paper I). Finnish emissions of NOx began to decrease in the 1980s as the progress in technology in terms of NOx/energy curbed the impact of the growth in affluence and population. Carbon dioxide (CO2) emissions related to energy use during 1993 2004 (paper II) were analysed by country and region within the European Union. Considering energy-based CO2 emissions in the European Union, dematerialization and decarbonisation did occur, but not sufficiently to offset population growth and the rapidly increasing affluence during 1993 2004. The development of nitrogen and phosphorus load from aquaculture in relation to salmonid consumption in Finland during 1980 2007 was examined, including international trade in the analysis (paper III). A regional environmental issue, eutrophication of the Baltic Sea, and a marginal, yet locally important source of nutrients was used as a case. Nutrient emissions from Finnish aquaculture decreased from the 1990s onwards: although population, affluence and salmonid consumption steadily increased, aquaculture technology improved and the relative share of imported salmonids increased. According to the sustainability challenge in industrial ecology, the environmental impact of the growing population size and affluence should be compensated by improvements in technology (emissions/service used) and with dematerialisation. In the studied cases, the emission intensity of energy production could be lowered for NOx by cleaning the exhaust gases. Reorganization of the structure of energy production as well as technological innovations will be essential in lowering the emissions of both CO2 and NOx. Regarding the intensity of energy use, making the combustion of fuels more efficient and reducing energy use are essential. In reducing nutrient emissions from Finnish aquaculture to the Baltic Sea (paper III) through technology, limits of biological and physical properties of cultured fish, among others, will eventually be faced. Regarding consumption, salmonids are preferred to many other protein sources. Regarding trade, increasing the proportion of imports will outsource the impacts. Besides improving technology and dematerialization, other viewpoints may also be needed. Reducing the total amount of nutrients cycling in energy systems and eventually contributing to NOx emissions needs to be emphasized. Considering aquaculture emissions, nutrient cycles can be partly closed through using local fish as feed replacing imported feed. In particular, the reduction of CO2 emissions in the future is a very challenging task when considering the necessary rates of dematerialisation and decarbonisation (paper II). Climate change mitigation may have to focus on other greenhouse gases than CO2 and on the potential role of biomass as a carbon sink, among others. The global population is growing and scaling up the environmental impact. Population issues and growing affluence must be considered when discussing emission reductions. Climate policy has only very recently had an influence on emissions, and strong actions are now called for climate change mitigation. Environmental policies in general must cover all the regions related to production and impacts in order to avoid outsourcing of emissions and leakage effects. The macro-level drivers affecting changes in emissions can be identified with the ImPACT framework. Statistics for generally known macro-indicators are currently relatively well available for different countries, and the method is transparent. In the papers included in this study, a similar method was successfully applied in different types of case studies. Using transparent macro-level figures and a simple top-down approach are also appropriate in evaluating and setting international emission reduction targets, as demonstrated in papers II and IV. The projected rates of population and affluence growth are especially worth consideration in setting targets. However, sensitivities in calculations must be carefully acknowledged. In the basic form of the ImPACT model, the economic intensity of consumption and emission intensity of use are included. In seeking to examine consumption but also international trade in more detail, imports were included in paper III. This example demonstrates well how outsourcing of production influences domestic emissions. Country-specific production-based emissions have often been used in similar decomposition analyses. Nevertheless, trade-related issues must not be ignored.

Kulutus, teknologia ja maailmankauppa vaikuttavat päästöjen kehitykseen Teollisen ekologian perusajatuksena on ottaa mallia luonnosta: sulkea materiaalien ja aineiden kiertoja sekä käyttää energiaa tehokkaasti. Tavoitteena on vähentää luonnonvarojen käyttöä ja päästöjä ympäristöön. Haitalliset päästöt liittyvät usein siihen, että ihminen muuttaa aineiden kiertojen luonnollista toimintaa. Liian suurina määrinä ja väärässä paikassa elintärkeät alkuaineet kuten hiili, typpi ja fosfori ovat ongelmallisia. Ihmisen aiheuttamat muutokset ympäristössä aiheuttavat monia ongelmia, globaalista ilmastonmuutoksesta alueelliseen ympäristön rehevöitymiseen. Ympäristömuutosten taustalla on monia epäsuoria makrotason tekijöitä. Väestö ja varallisuus (BKT/hlö) vaikuttavat usein päästöjä kasvattavasti. Palveluiden, kuten energian tai ruoan, käytön päästöintensiivisyys (päästöt/palvelu) sekä talouden materiaali- ja energiaintensiteetti (palvelu/BKT) vaikuttavat myös päästöjen kehitykseen. Lisäksi maakohtaisiin päästöihin vaikuttaa kansainvälinen kauppa. Makrotason muutosten tarkasteleminen auttaa hahmottamaan ympäristöongelmien ratkaisukentän laajuutta, haasteita ja mahdollisuuksia. Eri makrotason tekijöiden ja päästöjen keskinäistä merkitystä voidaan tarkastella juuri teollisen ekologian avulla. Tuoreessa väitöskirjassa Analyzing changes in macro-level drivers of country-specific emissions the role of consumption, technology and trade tarkastellaan makrotason tekijöiden vaikutusta päästöjen kehittymiseen toisistaan poikkeavien eurooppalaisten tapaustutkimusten avulla. Esimerkit ovat energian- ja ruoantuotannosta. Makrotason näkökulmaa sovelletaan myös hiilidioksidipäästöjen vähennystavoitteiden arviointiin ja kasvihuonekaasupäästöjen vähennystavoitteiden jakamiseen Euroopan Unionissa vuoteen 2020. Energiantuotannon hiilidioksidipäästöjen kehitystä tarkasteltiin Euroopan Unionissa (EU27) vuosina 1993 2004 maittain ja koko EU:n laajuisesti. Euroopan Unionin hiilidioksidipäästöt eivät kääntyneet laskuun tarkastellulla ajanjaksolla. Energiantuotannon hiilidioksidi-intensiivisyyden ja talouden energiaintensiteetin paraneminen eivät riittäneet kumoamaan talouden ja väestön kasvun vaikutuksia. Suomessakaan päästöt eivät laskeneet. Tutkitulla ajanjaksolla väestö kasvoi hieman, talous kehittyi vahvasti, talouden energiaintensiivisyys kyllä laski, mutta energiantuotannon päästöintensiivisyys ei parantunut lainkaan. Suomen energiantuotannon typen oksidien (NOx) päästöjen historiallista kehitystä tarkasteltiin vuosina 1950 2003. Näiden päästöjen kasvu taittui 1980-luvulla. Teknologian (NOx/energia) tehostuminen kumosi väestön ja varallisuuden kasvun vaikutuksen. Esimerkkinä ruoantuotannosta ja -kulutuksesta tarkasteltiin Suomen kirjolohen kasvatuksen typpi- ja fosforipäästöjä liittyen suomalaisten lohenkulutukseen vuosina 1980 2007. Kansainvälinen kauppa sisällytettiin analyysiin. Esimerkkitapauksen avulla käsiteltiin alueellista ympäristöongelmaa, Itämeren rehevöitymistä, ja marginaalista, mutta paikallisesti merkittävää päästölähdettä, kalankasvatusta. Suomen kalankasvatuksen ravinnepäästöt alkoivat vähentyä 1990-luvulta: väestö, varallisuus ja lohen kulutus kyllä kasvoivat, mutta kalankasvatusteknologia tehostui ja lohikalan tuonti lisääntyi merkittävästi. Päästöjä voidaan vähentää tehostamalla teknologiaa (päästöt/palvelu) ja parantamalla talouden materiaali- ja energiaintensiteettiä (dematerialisaatio). Energiantuotannon NOx-päästöintensiivisyyttä voi parantaa mm. puhdistamalla typpeä savukaasuista. Energiantuotannon rakennemuutos ja teknologiset innovaatiot ovat olennaisia sekä typen että hiilidioksidin päästöjen pienentämiseen. Talouden energiaintensiteettiä voi pienentää tehostamalla polttoaineiden polttoa ja vähentämällä energian käyttöä. Suomalaisen kalatalouden päästöjen vähentäminen teknologian avulla onnistuu vain tiettyyn rajaan saakka, sillä kasvatuskalan biologisten ominaisuuksien rajat tulevat vastaan. Kotimaisen kalatalouden päästöjen vähentäminen lisäämällä ulkomaisen lohen tuontia puolestaan siirtää kalankasvatuksen ympäristövaikutuksia Suomen ulkopuolelle. Teknologian tehostamisen ja dematerialisaation ohella päästöjen vähentämiseen tarvitaan todennäköisesti muitakin näkökulmia. Energiajärjestelmässä kiertävien ravinteiden kokonaismäärää vähentämällä voidaan vaikuttaa välillisesti myös päästöjen määrään. Lohenkasvatuksen ravinnekiertoja voidaan sulkea korvaamalla kalarehun sisältämää tuontikalaa kotimaisella kalalla. Erityisesti hiilidioksidipäästöjen vähentäminen tulevaisuudessa on haastavaa. Ilmastotavoitteiden saavuttamiseksi vaadittava dematerialisaatio ja energiantuotannon päästöintensiivisyyden pienentäminen tulee olla voimakasta. Ilmastonmuutoksen hillinnässä myös esimerkiksi metsänielujen rooli tulee ottaa huomioon. Lisäksi väestökysymykset ja bruttokansantuotteen kasvu tulee ottaa huomioon, kun tarkastellaan päästöjen vähentämistä. Ilmastopolitiikka on vaikuttanut päästöjen vähentämiseen vasta suhteellisen vähän aikaa, ja tehokkaita toimia ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi tarvitaan nyt nopeasti. Ympäristöpolitiikan tulee olla kattavaa liittyen tuotantoon ja ympäristövaikutuksiin, jotta päästövuodot saadaan estettyä. Menetelmänä tutkimuksessa käytettiin ImPACT-dekompositioanalyysiä (IPAT-identiteetti). ImPACT-dekompositioanalyysi on yksinkertainen ja selkeä menetelmä päästöjen muutosten syiden tarkasteluun makrotasolla. Tilastoja yleisesti tunnetuista makroindikaattoreista on usein hyvin saatavilla. Menetelmä on myös läpinäkyvä. Menetelmää sovellettiin tässä tutkimuksessa onnistuneesti globaaleihin ja paikallisiin ympäristöongelmiin, lyhyisiin ja pitkiin aikasarjoihin. Tutkimuksen mukaan makro-indikaattoreiden käyttö soveltuu hyvin myös kansainvälisten päästövähennystavoitteiden arvioimiseen ja asettamiseen. Väestön ja varallisuuden kasvun huomioon ottaminen on erityisen tärkeää asetettaessa kansainvälisiä ympäristötavoitteita. Makrotason tarkastelu on kuitenkin karkea, ja ennustuksiin liittyy paljon epävarmuutta. ImPACT-yhtälö perusmuodossa ottaa huomioon palveluiden kulutuksen taloudellisen intensiteetin ja palveluiden päästöintensiivisyyden. Mitä useampaan muuttujaan ImPACT-yhtälö jaetaan, sitä yksityiskohtaisempaa tietoa muutostekijöistä saadaan. Kalankasvatusesimerkki osoitti hyvin, miten tuotannon ulkoistaminen vaikuttaa kotimaassa syntyviin päästöihin. Kansainvälinen kauppa tuleekin aina ottaa huomioon vastaavissa analyyseissa.