Ensaios sobre determinantes das emissões de CO2 na energia

Doutoramento em Sistemas Energéticos e Alterações ClimáticasOverall, amongst the most mentioned factors for Greenhouse Gases (GHG) growth are the economic growth and the energy demand growth. To assess the determinants GHG emissions, this thesis proposed and developed a new analysis which links the emissions intensity to its main driving factors. In the first essay, we used the 'complete decomposition' technique to examine CO2 emissions intensity and its components, considering 36 economic sectors and the 1996-2009 periods in Portugal. The industry (in particular 5 industrial sectors) is contributing largely to the effects of variation of CO2 emissions intensity. We concluded, among others, the emissions intensity reacts more significantly to shocks in the weight of fossil fuels in total energy consumption compared to shocks in other variables. In the second essay, we conducted an analysis for 16 industrial sectors (Group A) and for the group of the 5 most polluting manufacturing sectors (Group B) based on the convergence examination for emissions intensity and its main drivers, as well as on an econometric analysis. We concluded that there is sigma convergence for all the effects with exception to the fossil fuel intensity, while gamma convergence was verified for all the effects, with exception of CO2 emissions by fossil fuel and fossil fuel intensity in Group B. From the econometric approach we concluded that the considered variables have a significant importance in explaining CO2 emissions and CO2 emissions intensity. In the third essay, the Tourism Industry in Portugal over 1996-2009 period was examined, specifically two groups of subsectors that affect the impacts on CO2 emissions intensity. The generalized variance decomposition and the impulse response functions pointed to sectors that affect tourism more directly, i. e. a bidirectional causality between the intensity of emissions and energy intensity. The effect of intensity of emissions is positive on energy intensity, and the effect of energy intensity on emissions intensity is negative. The percentage of fossil fuels used reacts positively to the economic structure and to carbon intensity, i. e., the more the economic importance of the sector, the more it uses fossil fuels, and when it raises its carbon intensity, in the future the use of fossil fuel may rise. On the other hand, positive shocks on energy intensity tend to reduce the percentage of fossil fuels used. In fourth essay, we conducted an analysis to identify the effects that contribute to the intensity of GHG emissions (EI) in agriculture as well as their development. With that aim, we used the 'complete decomposition' technique in the 1995-2008 periods, for a set of European countries. It is shown that the use of Nitrogen per cultivated area is an important factor of emissions and in those countries where labour productivity increases (the inverse of average labour productivity in agriculture decreases), emissions intensity tends to decrease. These results imply that the way to reduce emissions in agriculture would be to provide better training of agricultural workers to increase their productivity, which would lead to a less need for energy and use of Nitrogen. The purpose of the last essay is to examine the long and short-run causality of the share of renewable sources on the environmental relation CO2 per KWh electricity generation- real GDP for 20 European countries over the 2001-2010 periods. It is important to analyze how the percentage of renewable energy used for electricity production affects the relationship between economic growth and emissions from this sector. The study of these relationships is important from the point of view of environmental and energy policy as it gives us information on the costs in terms of economic growth, on the application of restrictive levels of emissions and also on the effects of the policies concerning the use of renewable energy in the electricity sector (see for instance European Commission Directive 2001/77/EC, [4]). For that purpose, in this study we use Cointegration Analysis on the set of cross-country panel data between CO2 emissions from electricity generation (CO2 kWh), economic growth (GDP) and the share of renewable energy for 20 European countries. We estimated the long–run equilibrium to validate the EKC with a new approach specification. Additionally, we have implemented the Innovative Accounting Approach (IAA) that includes Forecast Error Variance Decomposition and Impulse Response Functions (IRFs), applied to those variables. This can allow us, for example, to know (i) how CO2 kWh responds to an impulse in GDP and (ii) how CO2 kWh responds to an impulse in the share of renewable sources. The contributions of this thesis to the energy-related CO2 emissions at sectorial level are threefold: First, it provides a new econometric decomposition approach for analysing and developing CO2 emissions in collaboration with science societies that can serve as a starting point for future research approaches. Second, it presents a hybrid energy-economy mathematic and econometric model which relates CO2 emissions in Portugal based on economic theory. Third, it contributes to explain the change of CO2 emissions in important economic sectors in Europe, in particular in Portugal, taking normative considerations into account more openly and explicitly, with political implications at energy-environment level within the European commitment.De uma forma geral, entre os fatores mais apontados para o crescimento das emissões de Gases de Efeito de Estufa (GEE), estão o crescimento económico e o crescimento das necessidades energéticas. Para identificar os determinantes das emissões de GEE, esta dissertação propôs e desenvolveu uma nova análise que liga a intensidade das emissões aos seus principais responsáveis. No primeiro ensaio, foi utilizada a técnica da ‘decomposição total’ para examinar a intensidade das emissões de CO2 e os seus componentes, considerando 36 setores económicos e o período entre 1996-2009 em Portugal. A indústria (em particular cinco setores industriais) contribui fortemente para os efeitos da variação da intensidade de CO2. Conclui-se, entre outros, que a intensidade das emissões reage mais significativamente a choques no peso dos combustíveis fósseis no consumo total da energia, comparativamente a choques em outras variáveis. No segundo ensaio, conduziu-se uma análise para 16 sectores industriais (Grupo A) e para o grupo dos cinco setores industriais mais poluentes (Grupo B), baseada no estudo da convergência para a intensidade das emissões e para os seus principais determinantes, bem como numa análise econométrica. Concluiu-se que existe convergência sigma para todos os efeitos, à exceção da intensidade dos combustíveis fósseis, enquanto a convergência gama se verificou para todos os efeitos com a exceção das emissões de CO2 por combustível fóssil e intensidade de combustível fóssil, no Grupo B. A partir da abordagem econométrica, concluiu-se que as variáveis consideradas têm uma importância significativa na explicação da intensidade das emissões de CO2. No terceiro ensaio foi analisada a indústria do turismo em Portugal durante o período de 1996-2009, em particular para dois grupos de subsetores que afetam a intensidade das emissões de CO2. A decomposição generalizada de variância e as funções de impulso-resposta apontaram uma causalidade bidirecional entre intensidade de emissões e intensidade de energia para setores que afetam o turismo mais diretamente. O efeito da intensidade de emissões é positivo na intensidade da energia e o efeito da intensidade da energia na intensidade das emissões é negativo. A percentagem de combustíveis fósseis utilizados reage positivamente à estrutura económica e à intensidade do carbono, isto é, quando um setor ganha importância económica, tende a usar mais combustível fóssil e quando aumenta a intensidade do carbono, no futuro, o uso de combustíveis fósseis pode aumentar. Por outro lado, choques positivos na intensidade de energia tendem a reduzir a percentagem de combustíveis fósseis utilizados. O objectivo do quarto ensaio é identificar os efeitos que contribuem para a intensidade dos gases de estufa na agricultura, bem como a sua evolução, Para isso, utilizou-se a técnica de ‘decomposição total’ no período 1995-2008 para um grupo de países europeus. Ficou demonstrado que o uso de nitrogénio por área cultivada é um fator importante nas emissões e naqueles países cuja produtividade do trabalho aumenta, a intensidade das emissões tende a aumentar. O resultado implica que o caminho para reduzir as emissões na agricultura pode passar por uma melhor formação dos trabalhadores ligados à agricultura para melhorar a sua produtividade, o que pode conduzir a uma menor necessidade e uso de nitrogénio. O objectivo do último ensaio é examinar a causalidade de longo e curto prazo da quota de fontes renováveis na relação ambiental entre o desenvolvimento económico (PIB) e as emissões de CO2 por KWh de eletricidade produzida num conjunto de 20 países Europeus no período de 2001-2010. Esta nova abordagem sugere que a quota de fontes renováveis na produção de eletricidade é um determinante importante para explicar as diferenças na relação Rendimento-emissões de CO2 por Kwh nos países Europeus e que as evidências empíricas suportam a relação ambiental da curva de Kuznets. As contribuições desta dissertação para os assuntos relacionados com as emissões de CO2 a um nível setorial são as seguintes: primeiro, oferece uma nova abordagem econométrica da decomposição para analisar a evolução das emissões de CO2 que pode servir como um ponto de partida para futuras investigações. Segundo, apresenta uma abordagem híbrida, juntando a matemática e a economia de energia e um modelo econométrico para relacionar as emissões de CO2 na Europa e, em particular, em Portugal com base em teorias económicas. Terceiro, contribui para explicar as mudanças nas emissões de CO2 em setores económicos importantes para Portugal, conjugando considerações normativas aberta e explicitamente, com implicações políticas no comprometimento europeu, ao nível energético-ambiental