Impact of system boundaries on the effectiveness of climate change mitigation actions

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorSoimakallio, Sampo, Dr., Finnish Environment Institute, Finland
dc.contributor.authorTsupari, Eemeli
dc.contributor.departmentTeknillisen fysiikan laitosfi
dc.contributor.departmentDepartment of Applied Physicsen
dc.contributor.schoolPerustieteiden korkeakoulufi
dc.contributor.schoolSchool of Scienceen
dc.contributor.supervisorLund, Peter, Prof., Aalto University, Department of Applied Physics, Finland
dc.date.accessioned2018-12-31T10:03:11Z
dc.date.available2018-12-31T10:03:11Z
dc.date.defence2019-01-18
dc.date.issued2018
dc.description.abstractDespite international agreements, global greenhouse gas (GHG) emissions have not decreased according to the targets. Consequently, our generation is creating an enormous problem for future generations. As climate change is a global problem, GHG emissions must decrease globally. Consequently, international policies are needed, actions should be effective and the impacts should be assessed with broad boundaries. In Europe, the cornerstone of climate policy is the EU Emissions Trading Scheme (EU ETS) but the rebound impacts within the EU ETS are often excluded in the assessments. This dissertation examines the impacts of major CO2 emission reduction solutions with different system boundaries, highlighting the importance of boundary selection on the results. In addition, the economic feasibilities of the selected solutions are evaluated.The case examples represent the most important sectors in terms of global CO2 emissions, such as electricity and heat production, the steel industry and transport. The studied technologies include efficient Waste-to-Energy (WtE) concepts with high power-to-heat ratio, utilisation of CO2 Capture and Storage (CCS) in different applications, replacing steel mill blast furnaces with Oxygen Blast Furnaces (OBF), Combined Heat and Power (CHP) and Carbon Capture and Utilisation (CCU) for storable fuels, which can be used for example in transportation. The results highlight the importance of the consequences in the electricity production system as well as the rebound impacts in the EU ETS. For example, the studied concepts to decrease direct GHG emissions of steel mills lead to increased power purchase from markets and consequently increase in emissions of the power system. The impacts of CCU concepts based on electrolysis increase the emissions in electricity production but enable a decrease in the usage of fossil fuels in transportation. In addition, converting electricity to storable fuels enable higher shares of variable solar and wind energy in the power systems. The consequences in the power systems are complex, including for example the impacts on electricity imports and exports, future investments and the EU ETS. Even if these impacts can be recognised by qualitative means, unambiguous quantitative consequences cannot be given. Understanding the decisive impacts of the framework and boundaries is crucial to interpreting different assessments and making effective actions and policy decisions. Solutions which decrease emissions within a narrow system boundary can actually increase the emissions of the broader system.en
dc.description.abstractKansainvälisistä sopimuksista huolimatta globaaleja kasvihuonekaasupäästöjä ei ole saatu vähennettyä ja sukupolvemme on jättämässä perinnöksi tuleville sukupolville valtavan haitan. Globaalina ongelmana ilmastonmuutos vaatii laajoja kansainvälisiä sopimuksia ja laaja-alaisesti vaikuttavia keinoja.Euroopassa keskeisin ilmastopoliittinen ohjauskeino on EU:n laajuinen päästökauppa (EU ETS), jonka merkitys on kuitenkin usein unohdettu tarkasteltaessa toimenpiteiden ilmastovaikutuksia. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan eräiden päästövähennysratkaisujen vaikutuksia esimerkkitapauksissa erilaisilla järjestelmärajauksilla, jolloin rajausten ratkaiseva merkitys näkyy tuloksissa. Lisäksi arvioidaan päästövähennysten taloudellista kannattavuutta. Esimerkkitapaukset edustavat globaalien hiilidioksidipäästöjen kannalta tärkeimpiä sektoreita kuten sähkön ja lämmön tuotantoa, terästeollisuutta ja liikennettä. Tarkastellut teknologiset ratkaisut sisältävät tehokkaita korkean rakennusasteen jätteenpolttoratkaisuja, hiilidioksidin talteenottoa ja varastointia (CCS) eri sovelluskohteissa, terästehtaan masuunien korvaamista happimasuuneilla, sähkön ja lämmön yhteistuotantoa (CHP) eri polttoaineilla sekä hiilidioksidin hyötykäyttöä (CCU) esimerkiksi liikennepolttoaineiksi. Tuloksissa korostuvat erityisesti vaikutukset sähköjärjestelmään sekä EU ETS:n takaisinkytkentöjen merkitys. Esimerkiksi tarkastellut terästehtaan ratkaisut vähentävät merkittävästi tehtaan suoria päästöjä, mutta kasvattavat sähkön hankintaa verkosta lisäten päästöjä sähkön tuotantojärjestelmässä. Samankaltaisia vaikutuksia seuraa elektrolyysiin perustuvista CCU-ratkaisuista, joiden avulla kuitenkin voidaan vähentää fossiilisten polttoaineiden käyttöä esimerkiksi liikenteessä sekä lisätä vaihtelevan uusiutuvan energian (aurinko- ja tuulivoima) osuutta energiajärjestelmissä. Vaikutukset sähköntuotantojärjestelmään ovat erittäin moniulotteisia, sisältäen mm. vaikutuksia sähkön tuontiin ja vientiin, tulevaisuuden investointeihin ja päästökauppaan. Kaikkia vaikutuksia ei ole mahdollista yksiselitteisesti huomioida tarkasteltavien toimenpiteiden ilmastovaikutuksissa. Toimintaympäristön sekä rajausten ratkaisevan vaikutuksen ymmärtäminen on keskeistä erilaisten tarkastelujen tulkitsemiseksi sekä tehokkaiden toimien ja poliittisten päätösten tekemiseksi. Ratkaisut, jotka vähentävät päästöjä kapealla tarkastelurajauksella saattavat todellisuudessa lisätäkin päästöjä laajemmassa järjestelmässä.fi
dc.format.extent68 + app. 74
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.isbn978-952-60-8358-2 (electronic)
dc.identifier.isbn978-952-60-8357-5 (printed)
dc.identifier.issn1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/35812
dc.identifier.urnURN:ISBN:978-952-60-8358-2
dc.language.isoenen
dc.opnDelarue, Erik, Assistant Prof., KU Leuven, Belgium
dc.publisherAalto Universityen
dc.publisherAalto-yliopistofi
dc.relation.haspart[Publication 1]: Tsupari, Eemeli; Monni, Suvi; Tormonen, Kauko; Pellikka, Tuula; Syri, Sanna. 2007. Estimation of annual CH4 and N2O emissions from fluidised bed combustion: An advanced measurement-based method and its application to Finland. Elsevier Ltd. International Journal of Greenhouse Gas Control, volume 1, No. 3, July, pages 289 - 297. ISSN 1750-5836. DOI: 10.1016/S1750-5836(07)00019-9
dc.relation.haspart[Publication 2]: Vainikka, Pasi; Tsupari, Eemeli; Sipilä, Kai; Hupa, Mikko. 2012. Comparing the greenhouse gas emissions from three alternative waste combustion concepts. Elsevier Ltd. Waste Management, volume 32, No. 3, March, pages 426-437. ISSN 0956-053X. DOI: 10.1016/j.wasman.2011.10.010
dc.relation.haspart[Publication 3]: Tsupari, Eemeli; Kärki, Janne; Arasto, Antti; Pisilä, Erkki. 2013. Post-combustion capture of CO2 at an integrated steel mill - Part II: Economic feasibility. Elsevier Ltd. International Journal of Greenhouse Gas Control, volume 16, August, pages 278 - 286. ISSN 1750-5836. DOI: 10.1016/j.ijggc.2012.08.017
dc.relation.haspart[Publication 4]: Tsupari, Eemeli; Kärki, Janne; Arasto, Antti; Lilja, Jarmo; Kinnunen, Kimmo; Sihvonen, Miika. 2015. Oxygen blast furnace with CO2 capture and storage at an integrated steel mill. Part II: Economic feasibility in comparison with conventional blast furnace highlighting sensitivities. Elsevier Ltd. International Journal of Greenhouse Gas Control, volume 32, January, pages 189 - 196. ISSN 1750-5836. DOI: 10.1016/j.ijggc.2014.11.007
dc.relation.haspart[Publication 5]: Tsupari, Eemeli; Kärki, Janne; Vakkilainen, Esa. 2016. Economic feasibility of power-to-gas integrated with biomass fired CHP plant. Elsevier Ltd. Journal of Energy Storage, volume 5, February, pages 62-69. ISSN 2352-152X. DOI: 10.1016/j.est.2015.11.010
dc.relation.haspart[Publication 6]: Tsupari, Eemeli; Arponen, Timo; Hankalin, Ville; Kärki, Janne; Kouri, Sampo. 2017. Feasibility comparison of bioenergy and CO2 capture and storage in a large combined heat, power and cooling system. Elsevier Ltd. Energy, volume 139, November, pages 1040-1051. ISSN 0360-5442. DOI: 10.1016/j.energy.2017.08.022
dc.relation.haspart[Errata file]: Errata Eemeli Tsupari DD-251/2018 Publication P4
dc.relation.ispartofseriesAalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONSen
dc.relation.ispartofseries251/2018
dc.revOllikainen, Markku, Prof., University of Helsinki, Finland
dc.revHyppänen, Timo, Prof., Lappeenranta University of Technology, Finland
dc.subject.keywordclimate change mitigationen
dc.subject.keywordgreenhouse gasesen
dc.subject.keywordcarbon dioxideen
dc.subject.keywordemissions tradingen
dc.subject.keywordeconomic feasibilityen
dc.subject.keywordilmastonmuutosfi
dc.subject.keywordkasvihuonekaasutfi
dc.subject.keywordhiilidioksidifi
dc.subject.keywordilmastonmuutoksen hillintäfi
dc.subject.keywordpäästökauppafi
dc.subject.keywordkustannuksetfi
dc.subject.otherEnergyen
dc.subject.otherEnvironmental scienceen
dc.titleImpact of system boundaries on the effectiveness of climate change mitigation actionsen
dc.titleTarkastelurajausten vaikutus ilmastonmuutoksen hillintäkeinojen tehokkuuteenfi
dc.typeG5 Artikkeliväitöskirjafi
dc.type.dcmitypetexten
dc.type.ontasotDoctoral dissertation (article-based)en
dc.type.ontasotVäitöskirja (artikkeli)fi
local.aalto.acrisexportstatuschecked 2019-02-22_0926
local.aalto.archiveyes
local.aalto.formfolder2018_12_31_klo_10_05
Files
Original bundle
Now showing 1 - 2 of 2
No Thumbnail Available
Name:
isbn9789526083582.pdf
Size:
1.47 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
No Thumbnail Available
Name:
Errata_Tsupari_Eemeli_DD_251_2018_Publication_P4.pdf
Size:
121.98 KB
Format:
Adobe Portable Document Format