Assessing marginal abatement cost of bioplastics with an integrated assessment model

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2023-08-23
Department
Major/Subject
Systems and Operations Research
Mcode
SCI3077
Degree programme
Master’s Programme in Industrial Engineering and Management
Language
en
Pages
67+1
Series
Abstract
This thesis studies the climate change mitigation potential of replacing conventional plastics production with bio-based plastics. The approach covers primarily the economic potential with varied climate policies. To achieve this system-level conception, an integrated assessment tool (IAM) called SuCCESs developed by the Finnish Meteorological Institute (FMI) is used. Such system-level modelling allows to consider the dynamics of decisions and changes in the system or in the climate policy. The results show that bioplastics are not economically beneficial alone, but with climate policies following the Paris Agreement, bioplastics become both an economically attractive and viable method of climate change mitigation. Bio-based production processes also enhance the flexibility of commodity production, which slightly decreases the system costs even without considering the environmental impact. However, the choice of bio-feedstocks is substantial in determining the climate and sustainability impact since the production of some bio-feedstocks can result in major negative outcomes, such as deforestation and increased world hunger. The limitations of the study include assumptions and approximations required to model bioplastics production. Although a simple sensitivity analysis suggests that the result is relatively insensitive to variability in techno-economic parameters, the role of uncertainty in future development and competing technologies remains a question for future studies. However, the results provide an example scenario showing how bioplastics could be utilized in the future.

Tämä työ tutkii biopohjaisten muovien tarjoamaa ilmastonmuutoksen hillitäpotentiaalia. Hillintäpotentiaalia analysoidaan hyödyntäen Ilmatieteen laitoksella kehitettyä SuCCESs-nimistä integroitua arviointimallia (eng. integrated assessment model, IAM). Biomuovituotanto mallinnetaan osaksi SuCCESs-mallia ja sen avulla arvioidaan biomuovien systeemistason vaikutuksia sekä talouspoliittisten ohjureiden ja päätösten vaikutuksia biomuovituotantoon. Tulokset osoittavat, että biomuovit eivät ole taloudellisesti kannattava hyödyke ilman kannustimia, mutta Pariisin ilmastosopimuksen mukaisilla ilmastopolitiikkaohjureilla ne ovat taloudellisesti kannattava ja kustannustehokas päästönhillintäkeino. Lisäksi biohyödykeprosessit tekevät hyödyketuotannosta joustavampaa, mikä parantaa järjestelmän kustannustehokkuutta. Bioraaka-aineen valinnalla on suuri rooli biomuovien ilmasto- sekä yleisimmissä kestävyysvaikutuksissa, sillä tiettyjen bioraaka-aineiden tuotannosta voi koitua merkittäviä haittoja, kuten metsäkatoa ja globaalin nälänhädän kasvua. Työn merkittävimmät rajoitteet johtuvat mallinnuksen vaatimista yksinkertaistuksista sekä oletuksista. Vaikka teknoekonomiset lukuarvot on työn herkkyystarkastelussa todettu tulosten kannalta suhteellisen epäherkiksi, tulevaisuuden epävarmuus tekonologisessa kehityksessä sekä kilpailevissa teknologioissa korostaa tarvetta lisätutkimukselle. Työn tuloksia tulee tulkita huomioiden se, että ne esittävät mahdollista kehityspolkua eivätkä yhdestä päätöksestä juontuvaa lopputulosta.
Description
Supervisor
Salo, Ahti
Thesis advisor
Ekholm, Tommi
Keywords
Bioplastics, Fossil-based commodities, Integrated assessment model, Marginal abatement cost
Other note
Citation