Cost-effective nutrient abatement in the Baltic Sea

Simple item page
dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorHyytiäinen, Kari 
dc.contributor.authorAhlvik, Lassi
dc.contributor.departmentInformaatio- ja luonnontieteiden tiedekuntafi
dc.contributor.schoolPerustieteiden korkeakoulufi
dc.contributor.schoolSchool of Scienceen
dc.contributor.supervisorSalo, Ahti 
dc.date.accessioned2020-12-23T12:33:37Z
dc.date.available2020-12-23T12:33:37Z
dc.date.issued2010 
dc.description.abstractThe Baltic Sea is threatened by numerous environmental problems, with eutrophication being the most visible to the public due to increased cyanobacterial blooms and decreased sight depth. It is a problem which is too widespread to be solved by unilateral actions and therefore requires international cooperation. However, in actions against eutrophication public resources could easily be wasted on inefficient policies, and thus the development of an efficient abatement strategy is essential. The aim of this thesis is to propose a cost-efficient allocation of a common fund in the Baltic Sea such that the overall damage from eutrophication can be minimized in twelve years. It presents a dynamic model for simulating the movements of nutrients in the Baltic Sea and in its catchment area with four abatement measures as control variables: reduction of nitrogen and phosphorus fertilizers, wetland construction and reduction of cattle. The model is used to solve a cost-effective set of measures by means of dynamic optimization. The reliability of the model results is assessed and proven adequate by validation. According to the results, it is possible to reduce the eutrophication damage index by 14-27 % in twelve years by an efficient allocation of funding of EUR 20 billion. The significance of international cooperation is obvious, owing to the fact that in total 58 % of the fund is used in Poland and only 13 % in countries with high GDP per capita, Sweden, Finland, Germany and Denmark. The most efficient way for load reduction in all countries is a considerable reduction in inorganic phosphorus fertilizers. The results point out two separable efficient abatement strategies: construction of wetlands and reducing leaching at the source. The former seems to be cost-effective in countries with high GDP per capita, and the latter is suggested for Poland and the Baltic States. Furthermore, the results emphasize the role of phosphorus loads, which are reduced by 27 % while nitrogen loads are reduced only by 17 %. This is due to both the lower cost of phosphorus-related measures, and reduced nitrogen fixation in the sea. The thesis also points out the importance of interdependencies between economic sectors. A partial or a general equilibrium model should be used for more accurate result.en
dc.description.abstractItämerta uhkaavat tällä hetkellä useat ympäristöongelmat, joista rehevöityminen on ihmisille tutuin ja helpoiten havaittava sinileväkukintojen ja veden huonontuneen näkösyvyyden vuoksi. Rehevöitymisongelma on liian laaja ratkaistavaksi ilman kansainvälistä yhteistyötä. Tällä hetkellä resursseja hukataan tarpeettomasti tehottomiin toimenpiteisiin, joten kustannustehokkaan ravinnevähennysstrategian ratkaiseminen Itämeren alueella on välttämätöntä. Tämän työn tarkoitus on ratkaista kuvitteellisen Itämeren suojelurahaston kustannustehokas allokaatio eri toimenpiteiden, maantieteellisten kohteiden ja ajanhetkien välillä. Tätä tavoitetta varten luodaan dynaaminen malli ravinnetaseille sekä valuma-alueilla että meressä. Mallin ohjausmuuttujina ovat typpi- ja fosforilannoituksen vähentäminen, kosteikkojen rakentaminen ja karjan määrän säätely. Tämän mallin avulla voidaan ratkaista kustannustehokas strategia dynaamisen optimoinnin keinoin. Yksinkertaistetun mallin ennustuskelpoisuus todetaan riittävän hyväksi validoinnin avulla. Tulosten perusteella 20 miljardin euron budjetilla on mahdollista vähentää rehevöitymisindeksin arvoa 14-27 % kahdentoista vuoden kuluessa. Tuloksista näkyy kansainvälisen yhteistyön tärkeä merkitys, sillä 58 % budjetista tulisi käyttää toimenpiteisiin Puolassa ja vain 13 % korkean elintason maissa, eli Ruotsissa, Suomessa, Saksassa ja Tanskassa. Tehokkain toimenpide on fosforilannoituksen raju vähentäminen, sillä maaperän fosforivaranto auttaa ylläpitämään viljavuutta lannoitusmäärien pienentyessä. Maakohtaiset tehokkaat ravinnevähennysstrategiat voidaan erotella kahteen ryhmään, joista ensimmäisessä keskitytään ravinteiden torjuntaan rakentamalla kosteikkoja ja toisessa vähennetään ravinteita niiden alkulähteillä. Näistä ensin mainittu on kustannustehokas korkean elintason maissa, ja jälkimmäistä suositellaan käytettäväksi Puolassa ja Baltian maissa. Lisäksi tulokset painottavat fosforikuormitusvähennysten tärkeyttä: kustannustehokkaassa ratkaisussa fosforivähennys on 27 % kokonaiskuormituksesta, kun typpivähennys on vain 17 %. Fosforin tärkeä merkitys johtuu paitsi pienistä kustannuksista, myös sen typen sidontaa vähentävästä vaikutuksesta. Tulokset korostavat talouden eri osa-alueiden välisiä riippuvuussuhteita etenkin suurten ravinnevähennysten kustannuksia laskettaessa. Tarkempaan lopputulokseen päästäisiin nämä riippuvuudet huomioivilla osittais- tai kokonaistasapainomallilla.fi
dc.format.extent87 
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/98263
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-2020122357090
dc.language.isoenen
dc.programme.majorSovellettu matematiikkafi
dc.programme.mcodeMat-2fi
dc.rights.accesslevelclosedAccess
dc.subject.keywordThe Baltic Seaen
dc.subject.keywordItämerifi
dc.subject.keywordeutrophicationen
dc.subject.keywordrehevöityminenfi
dc.subject.keywordcost-effectivenessen
dc.subject.keywordkustannustehokkuusfi
dc.subject.keywordnutrient abatementen
dc.subject.keywordravinnevähennyksetfi
dc.titleCost-effective nutrient abatement in the Baltic Seaen
dc.titleKustannustehokkaat ravinnevähennykset Itämeren alueellafi
dc.type.okmG2 Pro gradu, diplomityö 
dc.type.ontasotMaster's thesisen
dc.type.ontasotPro gradu -tutkielmafi
dc.type.publicationmasterThesis 
local.aalto.digiauthask
local.aalto.digifolderAalto_92452
local.aalto.idinssi40088
local.aalto.openaccessno
Files
Collections
[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI