Suomen kasvihuonekaasupäästöt Kioton pöytäkirjan ensimmäisen sopimuskauden lopussa – kokonaistilanne ja vähentämistoimenpiteet

Tämä diplomityö on läpileikkaus kasvihuonekaasupäästöistä sekä niitä koskevista vähennystoimenpiteistä Suomessa Kioton pöytäkirjan ensimmäisen sopimuskauden lopussa. Työ on toteutettu kirjallisuustutkimuksena ja siihen on käytetty painettuja sekä sähköisiä lähteitä. Huoli ilmastonmuutoksesta on saanut aikaan sen, että kasvihuonekaasupäästöjä rajoitetaan tänä päivänä kansainvälisillä sopimuksilla. Vaikka kaikki suuretkaan päästäjämaat eivät ole sopimuksia ratifioineet, ovat EU-maat Suomi mukaan lukien sitoutuneet YK:n ilmastonmuutosta koskevaan puitesopimukseen ja sen noudattamiseen. Puitesopimusta tarkentavassa Kioton pöytäkirjassa EU sitoutui vähentämään kuuden eri kasvihuonekaasun kokonaispäästöjä yhteensä 8 prosenttia ajanjaksolla 2008–2012 vuoteen 1990 verrattuna. Kasvihuonekaasut, joita rajoitukset koskivat, olivat hiilidioksidi, metaani, dityppioksidi, fluorihiilivedyt, perfluorihiilivedyt ja rikkiheksafluoridi. EU:n sisäisessä taakanjaossa Suomen tavoite oli pitää päästöt vertailuvuoden 1990 tasossa ja Suomi alitti tämän noin viidellä prosentilla. Vuoden 2012 jälkeen Suomen kasvihuonekaasupäästöjen vähennystavoite on kiristynyt. Vuosille 2013–2020 Suomen tavoite on vähentää kasvihuonekaasupäästöjä 20 prosenttia alle perusvuoden 1990 tason. Työssä tutustutaan myös keinoihin, joilla aiempien ja tulevien päästöjenvähennystavoitteiden saavuttaminen on mahdollista. Näitä keinoja on mm. erilaisten biopolttoaineiden sekoittaminen fossiilisten polttoaineiden sekaan, energiatehokkuuden parantaminen ja biokaasun käytön lisääminen. Lisäksi työssä käsitellään eräitä merkityksellisiä käsitteitä, kuten EU:n päästökauppajärjestelmä ja hiilidioksidin talteenotto ja varastointi.

Experimentation on Wind Powered Hydraulic Heating System

It is common knowledge of the world’s dependency on fossil fuel for energy, its unsustainability on the long run and the changing trend towards renewable energy as an alternative energy source. This aims to cut down greenhouse gas emission and its impact on the rate of ecological and climatic change. Quite remarkably, wind energy has been one of many focus areas of renewable energy sources and has attracted lots of investment and technological advancement. The objective of this research is to explore wind energy and its application in household heating. This research aims at applying experimental approach in real time to study and verify a virtually simulated wind powered hydraulic house heating system. The hardware components comprise of an integrated hydraulic pump, flow control valve, hydraulic fluid and other hydraulic components. The system design and control applies hardware in-the-loop (HIL) simulation setup. Output signal from the semi-empirical turbine modelling controls the integrated motor to generate flow. Throttling the volume flow creates pressure drop across the valve and subsequently thermal power in the system to be outputted using a heat exchanger. Maximum thermal power is achieved by regulating valve orifice to achieve optimum system parameter. Savonius rotor is preferred for its low inertia, high starting torque and ease of design and maintenance characteristics, but lags in power efficiency. A prototype turbine design is used; with power output in range of practical Savonius turbine. The physical mechanism of the prototype turbine’s augmentation design is not known and will not be a focus in this study.

Sinfoniaorkesterin hiilijalanjälki. Case: Sinfonia Lahti

Diplomityön tavoitteena on selvittää sinfoniaorkesterin toiminnan merkittävimmät kasvihuonekaasupäästölähteet sekä kuinka kasvihuonekaasupäästöjä voidaan vähentää ja/tai kompensoida niin, että voidaan saavuttaa hiilineutraalius. Tavoitteena on myös tutkia sinfoniaorkesterin vaikutusmahdollisuudet sen sidosryhmiin. Tuloksia tarkastellaan myös globaalissa mittakaavassa, jolloin nähdään millainen vaikutus sinfoniaorkestereiden hiilineutraaliudella olisi ilmastonmuutoksen hillinnässä. Diplomityössä esitetään ensin hiilijalanjälkilaskentaa ja musiikkiteollisuutta yleisesti, jonka jälkeen selvitetään case-tutkimuksena Sinfonia Lahden hiilijalanjälki. Hiilijalanjälkilaskenta perustuu Sinfonia Lahden antamiin tietoihin, minkä lisäksi hyödynnetään diplomityön yhteydessä tehtyjen kyselyjen tuloksia. Kyselyjen tarkoituksena on selvittää sekä Sinfonia Lahden henkilöstön että yleisön matkustustottumuksia. Sinfonia Lahden henkilöstölle järjestettiin myös workshop, jossa tutustuttiin tarkemmin ilmastonmuutokseen. Hiilineutraalius saavutetaan selvittämällä toiminnasta aiheutuvat kasvihuonekaasupäästöt. Tämän jälkeen toimintaa muutetaan vähäpäästöisemmäksi ja lopuksi jäljelle jäävät kasvihuonekaasupäästöt kompensoidaan. Vaikka Sinfonia Lahden merkittävimmät kasvihuonekaasupäästölähteet ovat liikenne sekä energiankulutus, päästövähennyksiä tulee tehdä pysyvästi kaikista mahdollisista toiminnoista. Erityisen tärkeää on saada sidosryhmät osallistumaan sinfoniaorkesterin asettamiin vähennystavoitteisiin. Kompensoinnilla on merkittävä rooli hiilineutraaliuden saavuttamisessa. Tällä hetkellä maailman sinfoniaorkesterit eivät aktiivisesti pyri hiilineutraaliin toimintaan.

Vuotovesien merkitys jätevesihuollossa

Yleisimmät viemäröintijärjestelmät ovat erillisviemäröinti ja sekaviemäröinti. Erillisviemä-röinnissä jäte- ja hulevedet johdetaan omissa verkostoissa. Sekaviemäröinnissä kaikki viemä-röitävät vedet virtaavat samassa verkostossa. Vuotoveden osuus jätevesiviemäriverkostossa virtaavasta jätevedestä on keskimäärin yli 30 prosenttia. Vuotovesiselvityksen avulla pyritään selvittämään vuotoveden esiintymisalueet ja mahdolliset vuotokohteet. Mallintamalla laadittu selvitys tarjoaa mahdollisuuden tarkastella verkostoa kokonaisuutena ja erilaisissa käyttötilan-teissa. Tämä työ perustuu Joensuun kantakaupungin viemäriverkostosta mallintamalla laadit-tuun vuotovesiselvitykseen. Työssä on tarkoitus selvittää vuotovesistä aiheutuvan lisäener-giantarpeen ja kasvihuonekaasupäästöjen kasvua sekä pohtia verkoston omistussuhteiden, sään ääri-ilmiöiden ja taajuusmuuttajien vaikutuksia vuotovesien hallintaan. Lisäksi selvitetään voidaanko tuloksista tehdä valtakunnallisia yleistyksiä. Joensuun viemäriverkostossa jätevesien pumppaukseen käytetystä energiasta noin 43 prosent-tia kuluu vuotovesien pumppaukseen. Siitä aiheutuu vuosittain 480 MWh:n lisäenergiantarve, joka johtaa 106 tonnin hiilidioksidipäästöihin. Lisäenergiantarpeesta aiheutuva hiilidioksidi-päästö on pieni liikenteen aiheuttamaan päästöön verrattuna. Saneerauksilla voidaan saavuttaa 60 prosentin vähennys vuotovesimäärään. Tavoitteeksi tulisi asettaa keskusta-alueella olevien sekaviemäreiden korvaaminen erillisviemäreillä esimerkiksi lähimmän 10 vuoden aikana ja vuotovesimäärän yleinen vähentäminen koko verkoston alueella. Ilmastonmuutoksen myötä yleistyvät rankkasateet lisäävät vuotovesimäärää etenkin sekaviemäröidyillä alueilla. Tämä korostaa sekaviemäröidyn verkoston korjaustoimenpiteiden tärkeyttä. Taajuusmuuttajien yleistyvä käyttö tasaa haitallisia virtaamapiikkejä. Optimaaliseksi säädetty pyörimisnopeus pienentää merkittävästi pumppujen energiankulutusta. Työstä saadut tulokset ovat valtakun-nallisella tasolla suuntaa antavia. Tarkemmat yleistykset vaativat useista erikokoisista verkos-toista tehtyjen vuotovesiselvitystulosten analysointia.

Numerical modelling of the impact of climate change on the morphology of Saint-Lawrence tributaries

Cette thèse examine les impacts sur la morphologie des tributaires du fleuve Saint-Laurent des changements dans leur débit et leur niveau de base engendrés par les changements climatiques prévus pour la période 2010–2099. Les tributaires sélectionnés (rivières Batiscan, Richelieu, Saint-Maurice, Saint-François et Yamachiche) ont été choisis en raison de leurs différences de taille, de débit et de contexte morphologique. Non seulement ces tributaires subissent-ils un régime hydrologique modifié en raison des changements climatiques, mais leur niveau de base (niveau d’eau du fleuve Saint-Laurent) sera aussi affecté. Le modèle morphodynamique en une dimension (1D) SEDROUT, à l’origine développé pour des rivières graveleuses en mode d’aggradation, a été adapté pour le contexte spécifique des tributaires des basses-terres du Saint-Laurent afin de simuler des rivières sablonneuses avec un débit quotidien variable et des fluctuations du niveau d’eau à l’aval. Un module pour simuler le partage des sédiments autour d’îles a aussi été ajouté au modèle. Le modèle ainsi amélioré (SEDROUT4-M), qui a été testé à l’aide de simulations à petite échelle et avec les conditions actuelles d’écoulement et de transport de sédiments dans quatre tributaires du fleuve Saint-Laurent, peut maintenant simuler une gamme de problèmes morphodynamiques de rivières. Les changements d’élévation du lit et d’apport en sédiments au fleuve Saint-Laurent pour la période 2010–2099 ont été simulés avec SEDROUT4-M pour les rivières Batiscan, Richelieu et Saint-François pour toutes les combinaisons de sept régimes hydrologiques (conditions actuelles et celles prédites par trois modèles de climat globaux (MCG) et deux scénarios de gaz à effet de serre) et de trois scénarios de changements du niveau de base du fleuve Saint-Laurent (aucun changement, baisse graduelle, baisse abrupte). Les impacts sur l’apport de sédiments et l’élévation du lit diffèrent entre les MCG et semblent reliés au statut des cours d’eau (selon qu’ils soient en état d’aggradation, de dégradation ou d’équilibre), ce qui illustre l’importance d’examiner plusieurs rivières avec différents modèles climatiques afin d’établir des tendances dans les effets des changements climatiques. Malgré le fait que le débit journalier moyen et le débit annuel moyen demeurent près de leur valeur actuelle dans les trois scénarios de MCG, des changements importants dans les taux de transport de sédiments simulés pour chaque tributaire sont observés. Ceci est dû à l’impact important de fortes crues plus fréquentes dans un climat futur de même qu’à l’arrivée plus hâtive de la crue printanière, ce qui résulte en une variabilité accrue dans les taux de transport en charge de fond. Certaines complications avec l’approche de modélisation en 1D pour représenter la géométrie complexe des rivières Saint-Maurice et Saint-François suggèrent qu’une approche bi-dimensionnelle (2D) devrait être sérieusement considérée afin de simuler de façon plus exacte la répartition des débits aux bifurcations autour des îles. La rivière Saint-François est utilisée comme étude de cas pour le modèle 2D H2D2, qui performe bien d’un point de vue hydraulique, mais qui requiert des ajustements pour être en mesure de pleinement simuler les ajustements morphologiques des cours d’eau.

L'application du principe du pollueur-payeur à la gestion du risque environnemental et à la mutualisation des coûts de la pollution

Le but de cette étude est de déterminer qui paie pour le risque de pollution et par conséquent de vérifier si le principe du pollueur-payeur est effectivement mis en œuvre dans le domaine de la gestion du risque environnemental. Il s’agit d’examiner le degré de mutualisation de la gestion du risque dans différentes législations particulière. Les payeurs peuvent a priori se classer dans quatre catégories : les personnes dont l’activité contribue au risque de pollution, les compagnies d’assurance qui acceptent d’assurer ces personnes, les organismes ou autorités publics et les tiers. Divers exemples issus de la législation belge ou européenne seront examinés afin de déterminer s’ils sont conformes à la lettre et/ou à l’esprit du principe pollueur-payeur. Il s’agit notamment de la responsabilité civile, de la responsabilité environnementale, de la gestion des déchets et du marché de quotas d’émissions de gaz à effet de serre. Les techniques de responsabilité qui interviennent après que le dommage ait lieu et requièrent la démonstration de l’existence d’un lien de causalité ne permettent pas toujours d’assurer pleinement la fonction préventive du principe du pollueur-payeur. Elles ne constituent pas des instruments adéquats de gestion de la pollution diffuse ou chronique. En conséquence, des techniques de mutualisation de la gestion du risque environnemental se sont développées. Le recours à ces techniques de mutualisation (par le recours à l’assurance, aux fonds publics financés par la fiscalité environnementale ou aux marchés de droit d’émissions) est-il conforme au principe pollueur-payeur et permet-il d’atteindre l’objectif d’un niveau élevé de protection de l’environnement ? L’effet dissuasif du principe pollueur-payeur n’est-il pas amoindri par la mutualisation ? L’article montre que la définition du principe pollueur-payeur par la Cour de Justice de l’Union européenne est centrée sur la contribution au risque de pollution ce qui permet de recourir aux techniques de mutualisation de la gestion du risque tout en respectant le Traité sur le fonctionnement de l’Union européenne. 

L’opinion publique canadienne sur les changements climatiques et les politiques de contrôle des émissions de gaz à effet de serre

Notes d'analyse de la Chaire d’études politiques et économiques américaines

Growth, optical characterization, and laser operation of a stoichiometric crystal KYb(WO4)(2)

We present our recent achievements in the growing and optical characterization of KYb(WO4)2 (hereafter KYbW) crystals and demonstrate laser operation in this stoichiometric material. Single crystals of KYbW with optimal crystalline quality have been grown by the top-seeded-solution growth slow-cooling method. The optical anisotropy of this monoclinic crystal has been characterized, locating the tensor of the optical indicatrix and measuring the dispersion of the principal values of the refractive indices as well as the thermo-optic coefficients. Sellmeier equations have been constructed valid in the visible and near-IR spectral range. Raman scattering has been used to determine the phonon energies of KYbW and a simple physical model is applied for classification of the lattice vibration modes. Spectroscopic studies (absorption and emission measurements at room and low temperature) have been carried out in the spectral region near 1 µm characteristic for the ytterbium transition. Energy positions of the Stark sublevels of the ground and the excited state manifolds have been determined and the vibronic substructure has been identified. The intrinsic lifetime of the upper laser level has been measured taking care to suppress the effect of reabsorption and the intrinsic quantum efficiency has been estimated. Lasing has been demonstrated near 1074 nm with 41% slope efficiency at room temperature using a 0.5 mm thin plate of KYbW. This laser material holds great promise for diode pumped high-power lasers, thin disk and waveguide designs as well as for ultrashort (ps/fs) pulse laser systems.

Covalently Interconnected Three- Dimensional Graphene Oxide Solids

The creation of three-dimensionally engineered nanoporous architectures via covalently interconnected nanoscale building blocks remains one of the fundamental challenges in nanotechnology. Here we report the synthesis of ordered, stacked macroscopic three-dimensional (3D) solid scaffolds of graphene oxide (GO) fabricated via chemical cross-linking of two-dimensional GO building blocks. The resulting 3D GO network solids form highly porous interconnected structures, and the controlled reduction of these structures leads to formation of 3D conductive graphene scaffolds. These 3D architectures show promise for potential applications such as gas storage; CO2 gas adsorption measurements carried out under ambient conditions show high sorption capacity, demonstrating the possibility of creating new functional carbon solids starting with two-dimensional carbon layers

Allocation of GHG emissions in a paper mill, an application tool to reduce emissions

El sector de pasta i paper és considerat un dels set sectors industrials més intensius en consum energètic. La producció i consum d'electricitat i de vapor esdevenen les fonts majoritàries d'emissions de gasos d'efecte hivernacle en aquest sector industrial. Les fàbriques papereres poden assolir objectius de reducció d'emissions mitjançant reducció en origen (substitució de combustibles, introducció d'energies renovables) o bé a partir de mesures d'eficiència energètica en el propi procés. En aquest context, s'ha desenvolupat un mètode de distribució d'emissions que permet assignar a cada unitat d'operació del procés paperer, el seu grau de responsabilitat en emissions. També s'han avaluat diferents mètodes de càlcul de factors d'emissió de vapor i electricitat, tant per plantes de cogeneració com per sistemes individuals. A partir d'aquesta avaluació s'han proposat nous mètodes alternatius als analitzats. Aquests mètodes i els factors d'emissions s'han aplicat a dues fàbriques papereres catalanes.

Backloading: A necessary, but not sufficient first step. CEPS Special Report No. 72, 20 November 2012

In July 2012, the European Commission issued an invitation for public consultation to review the ‘auctioning time profile’ for the EU Emissions Trading Scheme” in order to collect views from stakeholders and experts in the field of the EU carbon market on a draft for a future amendment of the Commission Regulation on the timing, administration and other aspects of auctioning of greenhouse gas emission allowances. In this submission, the CEPS Carbon Market Forum addresses the following questions and offers its views on the Commission’s proposed amendments: Is back loading a good idea? Is there a need for following up the back loading with structural measures? What should the number be? If this cannot be addressed, what are the considerations for deciding upon that number? What price expectations are linked to the number? On what basis are they construed?

Multivariate relationships between groundwater chemistry and toxicity in an urban aquifer

Multivariate statistical methods were used to investigate file Causes of toxicity and controls on groundwater chemistry from 274 boreholes in an Urban area (London) of the United Kingdom. The groundwater was alkaline to neutral, and chemistry was dominated by calcium, sodium, and Sulfate. Contaminants included fuels, solvents, and organic compounds derived from landfill material. The presence of organic material in the aquifer caused decreases in dissolved oxygen, sulfate and nitrate concentrations. and increases in ferrous iron and ammoniacal nitrogen concentrations. Pearson correlations between toxicity results and the concentration of individual analytes indicated that concentrations of ammoinacal nitrogen, dissolved oxygen, ferrous iron, and hydrocarbons were important where present. However, principal component and regression analysis suggested no significant correlation between toxicity and chemistry over the whole area. Multidimensional Scaling was used to investigate differences in sites caused by historical use, landfill gas status, or position within the sample area. Significant differences were observed between sites with different historical land use and those with different gas status. Examination of the principal component matrix revealed that these differences are related to changes in the importance of reduced chemical species.

A double-blind, placebo-controlled, cross-over study to establish the bifidogenic effect of a very-long-chain inulin extracted from globe artichoke (Cynara scolymus) in healthy human subjects

There is growing interest in the use of inulins as substrates for the selective growth of beneficial gut bacteria such as bifidobacteria and lactobacilli because recent studies have established that their prebiotic effect is linked to several health benefits. In the present study, the impact of a very-long-chain inulin (VLCI), derived from globe artichoke (Cynara scolymus), on the human intestinal microbiota compared with maltodextrin was determined. A double-blind, cross-over study was carried out in thirty-two healthy adults who were randomised into two groups and consumed 10 g/d of either VLCI or maltodextrin, for two 3-week study periods, separated by a 3-week washout period. Numbers of faecal bifidobacteria and lactobacilli were significantly higher upon VLCI ingestion compared with the placebo. Additionally, levels of Atopobium group significantly increased, while Bacteroides–Prevotella numbers were significantly reduced. No significant changes in faecal SCFA concentrations were observed. There were no adverse gastrointestinal symptoms apart from a significant increase in mild and moderate bloating upon VLCI ingestion. These observations were also confirmed by in vitro gas production measurements. In conclusion, daily consumption of VLCI extracted from globe artichoke exerted a pronounced prebiotic effect on the human faecal microbiota composition and was well tolerated by all volunteers.

Assessing the vulnerability of blanket peat to climate change using an ensemble of statistical bioclimatic envelope models

We assessed the vulnerability of blanket peat to climate change in Great Britain using an ensemble of 8 bioclimatic envelope models. We used 4 published models that ranged from simple threshold models, based on total annual precipitation, to Generalised Linear Models (GLMs, based on mean annual temperature). In addition, 4 new models were developed which included measures of water deficit as threshold, classification tree, GLM and generalised additive models (GAM). Models that included measures of both hydrological conditions and maximum temperature provided a better fit to the mapped peat area than models based on hydrological variables alone. Under UKCIP02 projections for high (A1F1) and low (B1) greenhouse gas emission scenarios, 7 out of the 8 models showed a decline in the bioclimatic space associated with blanket peat. Eastern regions (Northumbria, North York Moors, Orkney) were shown to be more vulnerable than higher-altitude, western areas (Highlands, Western Isles and Argyle, Bute and The Trossachs). These results suggest a long-term decline in the distribution of actively growing blanket peat, especially under the high emissions scenario, although it is emphasised that existing peatlands may well persist for decades under a changing climate. Observational data from long-term monitoring and manipulation experiments in combination with process-based models are required to explore the nature and magnitude of climate change impacts on these vulnerable areas more fully.

Projections of when temperature change will exceed 2°C above pre-industrial levels

Climate change projections are usually presented as 'snapshots' of change at a particular time in the future. Instead, we consider the key question 'when will specific temperature thresholds will be exceeded?'. Framing the question as "when might something happen (either permanently or temporarily)?" rather than "what might happen?" demonstrates that lowering future emissions will delay the crossing of temperature thresholds and buy valuable time for planning adaptation. For example, in higher greenhouse gas emission scenarios, a global average 2°C warming threshold is likely to be crossed by 2060, whereas in a lower emissions scenario, the crossing of this threshold is delayed up to several decades. On regional scales, however, the 2°C threshold will probably be exceeded over large parts of Eurasia, North Africa and Canada by 2040 if emissions continue to increase- well within the lifetime of many people living now.