Kosteneffectieve reductie
van CO2-emissies
C.W. Lee*
H
et verminderen van de uitstoot van broeikasgassen vraagt een mondiale aanpak
en gaat gepaard met zeer hoge investeringen. Daarbij is bet van groot belang dat
de Internationale milieufondsen zo efficient mogelijk warden ingezet. Dit artikel
bevat een simulatie die laat zien in welk deel van de wereld welke maatregelen
zouden moeten warden getroffen om ervoor te zorgen dat de internationaal
afgesproken emissiereductie tegen zo laag mogelijke kosten wordt gerealiseerd.
Het broeikaseffect wordt door politic! in toenemende
mate als een urgente kwestie beschouwd. De Toronto conference van 1988 concludeerde dat, om de atmosferische concentraties van CO2 te stabiliseren,
een uitstootvermindering van meer dan 50% ten opzichte van 1988 noodzakelijk is. Eerder al dat jaar
werd in Montreal overeengekomen om CFK’s, die
eveneens een belangrijke bijdrage aan het broeikaseffect leveren, in gei’ndustrialiseerde landen uit te
bannen. Ook op de UNCED-conferentie in Rio (1992)
is de politieke wil geuit om de klimaatverandering
een halt toe te roepen. Beseft wordt, dat een echt
effectieve aanpak niet mogelijk is, anders dan op
een mondiale schaal.
Het is echter onduidelijk, hoeveel een dergelijk
mondiaal beleid zal gaan kosten en hoeveel de emissies in diverse regie’s gereduceerd dienen te worden.
Omdat de totale investeringen in emissiereducerende
maatregelen van grote omvang zijn, kunnen grote
kostenbesparingen geboekt worden, door veel te investeren in gebieden waar relatief goedkoop gereduceerd kan worden en in technieken die dit relatief
goedkoop bewerkstelligen.
De vraag is nu, hoe de reductienormen zo efficient mogelijk kunnen worden gerealiseerd. Anders
gesteld, wat is de meest kosteneffectieve allocatie
van emissiereductie? Onderstaand wordt de kern van
een model geschetst, dat als raamwerk kan dienen
om deze vraag te beantwoorden. Hiermee wordt
vooralsnog niet beoogd om een ‘harde’ einduitkomst
te presenteren, maar veeleer om een idee te verkrijgen van de richting en de orde van grootte van noodzakelijke beleidsmaatregelen .
Simulatie
Het zoeken naar kosteneffectieve allocaties kan eenvoudig worden vertaald in een lineair programmeringsmodel. Hiermee wordt getracht de totale kosten
voor de wereld als geheel te minimaliseren onder de
randvoorwaarde van een maximale uitstootnorm. De
kosten worden hierbij onderscheiden naar regio en
naar soort maatregel . Ofwel, minimaliseer
ij (qij) onder nevenvoorwaarde
> N waarbij
qij = hoeveelheid gereduceerde emissie in tonnen CO2
Kij = kosten
i = index voor de soort maatregel (in totaal m soorten)
j = index voor de regio (in totaal n regie’s)
N = politick bepaalde emissienorm.
Onderscheiden zijn drie regie’s: de OESO, Oost-Europa en de rest van de wereld (ROW), en vijf soorten
maatregelen: energiebesparing, een ‘fuel switch, bosbeheer , het overschakelen op alternatieve energie en
het substitueren van CFK’s. De reductienorm is ge* De auteur is student aan de economische faculteit van de
Rijksuniversiteit Groningen. Dit artikel vormt een samenvatting van de resultaten van zijn afstudeeropdracht. De auteur
betuigt dank aan C.J. Jepma voor zijn begeleiding.
1. Het probleem ligt met name in het gebrek aan gegevens
over kosten, gespecificeerd per regio en per techniek.
2. Bovendien worden de kosten, hoewel theoretisch vaak
niet-lineair, voor de goede werking van het model benaderd door lineaire, discontinue functies.
3. Onder een fuel switch wordt verstaan de substitute van
kolen en/of olie door aardgas.
4. Bosbeheer omvat maatregelen als bebossing van nieuwe
arealen en het systematisch kappen en duurzaam conserveren van hout, gevolgd door herbebossing. De eerste maatregel vergroot de totale absorptie van CO2 slechts eenmalig
en kan daarom in deze context uitdrukkelijk niet als duurzaam worden beschouwd. Bij de tweede maatregel is het
absorberend vermogen theoretisch vrijwel onbeperkt.
steld op 50% van de emissies van CO2 en CFK’s ten
opzichte van 1985 in CO2-equivalente5 eenheden .
Cruciaal voor de uitkomsten van het model zijn
de bedragen voor de kosten per regio en per techniek KJJ. Deze gelden als exogene invoer voor het
model. In de literatuur bestaan helaas slechts weinig
schattingen met enig onderscheid naar regio en techniek. Bovendien gaan de meeste studies uit van een
bedrag aan gemiddelde kosten per techniek; het is
echter te verwachten dat de marginale kosten toenemen, waardoor de totale kosten meer dan proportioned zullen stijgen. Getracht is daarom, de waarden
van de marginale kosten af te leiden uit een beperkt
aantal meer uitgebreide studies . Het ligt buiten de
opzet om deze bedragen zelf met een afzonderlijk
model te schatten. Onderstaand zijn deze waarden
getabelleerd. Aangezien de resultaten van het model
niet ‘harder’ zijn dan de gebrekkige kwaliteit van de
invoer, dienen zij vooral als een simulatie gelezen te
worden.
De waarden in de label geven per regio weer,
hoeveel miljoenen dollars in een techniek geinvesteerd dienen te worden, om hiermee de uitstoot met
een miljoen ton koolstof te verminderen. Om de efficientie van verschillende instrumenten onderling
vergelijkbaar te maken, is hun bijdrage op gemeenschappelijke eenheden herleid, te weten op CO2equivalente eenheden8.
Duidelijk blijkt, dat de marginale kosten stijgen
naarmate meer wordt gereduceerd. Doorgaans is die
stijging aanvankelijk geleidelijk, maar loopt zij bij verdergaande reductie vrij abrupt op tot extreem hoge
waarden. De reden hiervan is, dat de goedkope mogelijkheden voor het inzetten van een maatregel op
een gegeven moment zijn uitgeput. Om nog meer
CO2 te reduceren, moet dan worden overgestapt op
duurdere tot zeer dure methoden. Wanneer ook deze
ten voile zijn benut, zijn de grenzen van de capaciteit
van het instrument bereikt. Nog meer willen reduceren kan dan alleen maar door het ontwikkelen van
nog niet bestaande technologic, hetgeen uiterst kostbaar is. Met name uit de cijfers voor alternatieve energie blijkt dat de grenzen van de beschikbare capaciteit snel zijn bereikt.
Het verloop van de waarden in de label en hun
onderlinge verhoudingen zijn het resullaal van een
complex van oorzaken. Hier worden slechls enkele
voorname facloren genoemd. De negaiieve waarden
bij energiebesparing duiden crop, dal aanvankelijk
koslenbesparingen geboekl kunnen worden. Het
energiegebruik is zo inefficient, dat de investeringen
aanvankelijk gemakke- lijk lerugverdiend kunnen
worden. De mogelijkheden hiervoor zijn echler hel
grootst in de OESO, omdal hel energiegebruik hier
veel hoger is dan elders. De capaciteil voor emissiereduclie via een goedkope energiebesparingsmelhode
is in de OESO daardoor veel groler dan elders. In andere regie’s worden de grenzen van goedkope energiebesparing veel eejder bereikl.
Oosl-Europa boekl lage cijfers voor een fuel
swilch vanwege zijn aanzienlijke voorraden gas, wal
de iransportkosten beperkt. De cijfers voor de resl
van de wereld worden slerk beinvloed door China,
dal over immense voorraden kolen beschikl, helgeen
ESB 8-9-1993
Tabel 1. Marginale hasten emissiereductie fmln $/JUtC)
Intervallen (in MtC)
Maatregel
regto
0-25
Eneigie
besparing
OESO
-8
O-Eur.
-5
ROW
OESO
O-Eur.
ROW
OESO
O-Eur.
ROW
OESO
O-Eur.
ROW
OESO
O-Eur.
ROW
3
10
5
15
Fuel switch
Herbebossing
Alternatieve
energie
CFK’s
20
12
5
10
30
35
5
20
12
25-50 50-100 100-150 150-250 250-500 500-1000
10
15
20
20
10
30
60
20
10
25
100
90
6
45
45
25
30
70
35
15
80
110
40
20
60
160
140
15
80
90
30
85
100
60
25
100
250
75
30
95
200
220
20
180
140
45
150
190
90
40
180
500
100
45
200
800
700
40
800
220
een fuel swilch duur maakt. Oorzaken voor de lage
kosten van herbebossing in de rest van de wereld
zijn de veel grotere beschikbare arealen, de veel lagere grondprijs en lagere managemenlkosten.
De relatief lage kosien van allernalieve energie in
de OESO kunnen samenhangen met het feil dal daar
reeds relalief veel aan de onlwikkeling ervan is ge-
daan, en dat loepassing ervan goedkoper is dan een
eerste begin elders. Ten slotle scoort de OESO ook
laag bij CFK’s. Ook dil wordl verklaard door hel feit
dat de andere regie’s een kleiner CFK-verbruik hebben, waardoor goedkope substituties reeds eerder de
grens van hun capaciteil bereiken.
Resultaten
In label 2 worden de resullalen van een eersle simulalie, hierna aangeduid als basissimulalie, gepresenleerd. Uil de label blijkt dat, om de beoogde doelstelling van 50% emissiereduclie le halen, mondiaal zo’n
$ 270 miljard in emissiereducerende en/of absorplievergrotende maalregelen zal moelen worden geinvesteerd. Bij deze omvang van de inspanning zijn de
kosten van een extra ion uilsloolreduclie reeds opgelopen lol $ 150. Volgens de label is hel efficient om
de inslrumenten energiebesparing, fuel switch en
substitutie van CFK’s in ongeveer gelijke male in te
zetten en (voorlopig) weinig gebruik te maken van
alternatieve energie. Daarbij heeft de OESO een comparatief kostenvoordeel in energiebesparing en substilulie van CFK’s en Oost-Europa in een fuel swilch9.
5. De CO2-equivalentie van bij voorbeeld 1 ton CFK’s, is die
hoeveelheid COz, die zou leiden tot een even grote opwarming van de globale temperatuur. In het vervolg zijn deze
hoeveelheden uitgedrukt in tonnen koolstof (C).
6. Dit komt neer op ca. 4 GtC (4 mrd ton koolstof) per jaar.
7. W.D. Nordhaus, The cost of slowing climate change: a
survey, The Energy Journal, jg. 12, 1991; W.D. Nordhaus,
To slow or not to slow: the economics of the greenhouse
effect, The Economic Journal, juli 1991, biz. 920-937; en
McKinsey & Co., Protecting the global environment, findings and conclusions, Ministerial conference on atmosferic pollution and climate change, Noordwijk 1989.
8. Zie voor de inhoud van dit begrip noot 6.
150
600
800
180
100
240
1500
300
60
600
1400
1500
60
1200
1500
1000
1500
1800
1000
400
1200
3000
2000
100
1500
3000
3000
500
2000
700
Opvallend is de sterke inzet van bosbeheer, een
maatregel die vooral aantrekkelijk is in de ROW. De
inspanningen in de drie regie’s zijn ongeveer gelijkwaardig in termen van tonnen gereduceerde kool-
le norm van 35% bijna de helft (42%) van de reducties in de OESO plaatsvindt. 24% van de mondiale
reducties geschiedt in Oost-Europa en 34% in de overige landen. Naarmate de norm wordt aangescherpt,
stof, maar niet in termen van geld: in de landen bui-
wisselt deze verdeling, waarbij uiteindelijk bij een
ten de OESO en Oost-Europa moet verreweg het
65%-norm de inspanningen in de ROW het leeuwedeel vormen (40%). De opvallendste veranderingen
in de verdeling tussen maatregelen zijn, dat eerst bosbeheer in belang toeneemt en later een fuel switch.
meest worden ge’investeerd.
Gevoeligheidsanalyse
De resultaten van de basissimulatie tonen de meest
efficiente verdeling van maatregelen over de regie’s,
gegeven de gekozen waarden van de onderliggende
variabelen. De juiste hoogte van de waarden van
deze variabelen is echter allesbehalve zeker. Om het
effect van een verandering in deze waarden te besluderen, is een gevoeligheidsanalyse uitgevoerd. In label 3 worden hiervan de resultaten per regio en per
maatregel samengevat. In het nu volgende worden
per veranderde variabele de belangrijkste consequenties besproken.
Andere hoogte van de norm
Het is denkbaar, dat in de politick emissiereductienormen voor de diverse broeikasgassen worden overeengekomen, die in het model een andere hoogte
voor de gemeenschappelijke norm impliceren dan de
gekozen hoogte van 50%. Ook is het mogelijk, dat de
gekozen 50%-norm wel realistisch is, maar dat hiervan achteraf wordt afgeweken, omdat meer bekend
is geworden over het verband tussen emissies en een
versnelling van het broeikaseffect.
Om deze redenen zijn in de gevoeligheidsanalyse
simulaties uitgevoerd voor normwaarden van 35%,
45%, 55% en 65% emissiereductie. Hieruit blijkt dat
de totale kosten meer dan evenredig stijgen met een
stijging van de emissienorm. De marginale kosten
lopen eveneens snel op van $ 100, $ 100, $ 180 naar
$240 per ton koolstof. Opvallend is dat bij een soepeTabel 2. Resultaten van de basissimulatie
Inzet maatregel (MtC*)
1. energiebesparing
2. fuel switch
3. bosbeheer
4. alternatieve energie
5. CFK’s
OESO
O-Eur.
ROW
350
250
100
150
500
250
500
250
50
100
150
150
1000
100
150
Totaal
750
900
1350
300
750
Verdere ontwikkeling van alternatieve energie
Uit de basissimulatie bleek dat de rol van alternatieve
energie (vooralsnog) beperkt is. Indien echter de
technologische ontwikkeling en toepassing van alternatieve energiebronnen in de komende jaren onverminderd doorgaat, zal het overschakelen op alternatieve energie goedkoper worden dan in de basissimulatie is verondersteld. In de gevoeligheidsanalyse is daarom het effect bekeken van een geringere
stijging van de marginale kosten met een factor 1/2,
1/5, 1/10 en 1/20. Gezien de verregaande invloed
van de technologische vooruitgang op de kosten,
lijken deze getallen niet onrealistisch.
Zoals te verwachten valt dalen de totale kosten,
echter in verhouding tot de daling in de kosten van
alternatieve energie niet in grote mate. Dit komt uiteraard, doordat de kosten van alternatieve energie
slechts een deel uitmaken van de kosten van het totale pakket maatregelen. De interregionale verdeling
verandert slechts weinig, waarbij de inspanning in
met name de ROW afneemt. De stijging in het gebruik van alternatieve energie verloopt precies paral-
lel met de daling in de inzet van bosbeheer. Alternatieve energie kan de veelbelovendste van alle optics
worden, maar in de gevoeligheidsanalyse gebeurt dit
pas wanneer de stijging van de marginale kosten met
een factor 20 vermindert (!).
Goedkopere fuel switch
Technologische vooruitgang kan tevens de substitutie van kolen en olie door aardgas goedkoper doen
verlopen. Bekeken is het effect van een halvering
van de hellingshoeken van de desbetreffende kostencurve.
Uit label 3 blijkt, dat de lolale koslen sneller dalen dan bij hel goedkoper worden van alternatieve
energie. Dit hangt samen mel hel feil dai hel belang
van de fuel switch in de basissimulatie veel groler is
dan dal van alternatieve energie.
De veranderingen in de interregionale verdeling
Totaal
1350
1150
1550
4050
Kosten maatregel (mrd $)
OESO
O-Eur.
ROW
Totaal
22,3
14,5
7,5
8,625
21,025
21
9,075
2. fuel switch
3. bosbeheer
4. alternatieve energie
5. CFK’s
31,375
16,55
3,25
5,625
10,125
72,375
10,125
12,925
52,375
56
96,425
22
39,575
Totaal
73,950
77,8
114,€25
266,375
1. energiebesparing
a. 1 MtC – 106 ton koolstof – 1 miljoen ton koolstof.
NB. Marginale kosten in het optimum: $150 per ton koolstof.
van de inzel van instrumenlen zijn zeer klein, maar
opvallend is dal nu veel minder koslen gemaakl worden in Oosi-Europa, ondanks een vrijwel gelijke re9. Uitspraken aangaande de interregionale verdeling in dit
artikel dienen niet onjuist te worden ge’interpreteerd. De uitkomsten van de simulaties zijn slechts een antwoord op de
vraag, hoeveel van elk instrument in de onderscheiden regio’s moet worden ingezet en hoe groot de kosten daarvan
in deze regio’s zijn, gegeven de doelstelling om een mon-
diale norm zo efficient mogelijk te realiseren. Dit betekent
niet, dat deze gevonden inzet van maatregelen ook daadwerkelijk door deze regio’s bewerkstelligd moet worden, of
dat deze kosten ook volgens deze verdeling door deze regio’s gedragen moeten worden.
ductie-inspanning. Anders gezegd, de regio met de laagste comparatieve kosten
in deze techniek kan haar voornaamste
instrument nu nog goedkoper inzetten.
Bosbeheer
Tabel 3- Gevoeligbeidsanalyse: totale kosten (mrd. $) en totalen van emissiereductie
(MtC)
Onderwerp van simulatie/
gevoeligheidsanalyse
totale
kosten
perregto
OESO Oost- ROW
Europa
permaatregel
energie- fuel
bps- altern. CFK’s
besp. switch beheer energie
Schattingen omtrent de absorptiecapaciBasissimulatie
750
900 1350
300
750
266.375 1350 1150 1550
teit van bos varieren van circa 7 tot 135
960
810
norm 35%
500
600
700
130.375 1200
675
225
ton CO2 per ha per jaar. Bovendien lo550
900 1270
700
norm 45%
211.375 1200
995 1450
225
pen de geschatte kosten per ha bos wijd
750
norm 55%
900 1105 1350
350
333.775 1705 1200 1550
uiteen. Hierdoor bestaat grote onzeker1000 1465 1350
900
norm 65%
502.475 1850 1300 2115
550
900 1350
550
550
700
242.875 1350 1150 1550
heid over de aantrekkelijkheid van maat- Alternatieve energie (x 1/2)
alternatieve energie (x 1/5)
550
900 1350
550
700
221.575 1350 1150 1550
regelen in het vlak van bosbeheer. In de
alternatieve energie (x 1/10)
900 1000
550
900
700
202.975 1450 1250 1350
simulaties is geexperimenteerd met resalternatieve energie (x 1/20)
550
900
700 1200
700
179.175 1450 1300 1300
pectievelijk een verdubbeling, een verfuel switch (x 1/2)
550 1250 1300
700
220.375 1450 1050 1550
250
vijfvoudiging en een vertienvoudiging
bosbeheer (x 2)
345.300 1700 1150 1200
950 1250
700
900
350
van de hellingshoeken van de onderha402.200 1775 1150 1125
1000 1250
350
550
900
bosbeheer (x 5)
vige kostencurve. Een neerwaartse verbosbeheer (x 10)
423.200 1775 1100 1175
1000 1425
550
900
175
schuiving van de kostencurve is niet
OESO voortrekker bij 20%-norm 118.050 1620
0
0
500
370
100
500
150
OESO voortrekker bij 35%-norm 748.950 2835
0
0
250
500
400 1000
685.
beschouwd, omdat blijkens de basisresultaten de in de basissimulatie gebruikDe getallen tussen de haakjes geven aan met welke factor de hellingshoeken van de desbetreffente waarden mogelijk reeds aan de lage
de kostencurven zijn vermenigvuldigd.
kant zijn.
De resultaten tonen een toename in
In de OESO is het efficient te investeren in enerde totale kosten, center in afnemende mate. Dit valt
giebesparing, alternatieve energie en substitute van
te verklaren, doordat nu het duurder geworden bosCFK’s. In Oost-Europa zijn energiebesparing en een
beheer wordt gesubstitueerd door andere techniefuel switch van kolen en/of olie naar gas aantrekkeken. De emissiereductie in de ROW daalt, hetgeen
lijk. In de overige landen moet de ontbossing een
vooral door een vergrote inspanning in de OESO
halt toegeroepen worden en moeten grote arealen
wordt opgevangen. Tegenover een forse stijging in
herbebost worden.
de inzet van een fuel switch staat een daling in de inEnergiebesparing en het substitueren van CFK’s
zet van bosbeheer: de reductie middels bosbeheer
kunnen een voorname en stabiele rol spelen in ieder
daalt van 1350 naar 175 MtC! Deze drastische daling
broeikasbeleid. Een fuel switch is een belangrijk tot
geeft aan dat, met de huidige onzekerheid over de
zeer belangrijk instrument. Bosbeheer kan een exkosten per gereduceerde ton koolstof, geen harde
treem belangrijke optie zijn, maar de potentiele rol erconclusies kunnen worden getrokken omtrent de rol
van wordt omgeven door even grote onzekerheid.
van dit instrument.
Bovendien mag niet worden vergeten, dat deze maatregel niet in alle gevallen werkelijk duurzaam is, en
Voortrekkersrol van de OESO
wellicht vooral moet worden gezien als een mogelijkHet is denkbaar, dat geen overeenstemming wordt
heid om tijd te winnen. Alternatieve energie is voorlobereikt over een mondiale norm, en dat de OESO
pig van beperkte betekenis. Pas als de kosten ervan
een voortrekkersrol wil vervullen door als enige haar
door voortschrijdende technologische ontwikkeling
uitstoot te verminderen10. De vraag is dan, of zij aldrastisch worden teruggebracht, kan het tot de veelleen in staat is de totale mondiale emissies met een
belovendste instrumenten behoren.
normpercentage te verminderen. Uitgegaan wordt
Hoewel geen consensus bestaat over de juiste
van een wat lagere norm van 20% en 35%.
hoogte van een mondiale uitstootnorm, zullen de
Een voortrekkersrol wordt mogelijk bij een verkosten van een broeikasbeleid explosief stijgen, naargrote inspanning in de OESO in alle maatregelen. De
mate de norm wordt aangescherpt in de richting van
totale kosten in de eerste simulatie dalen bijna evende meest verregaande richtlijnen. Voor de OESO lijkt
veel als de norm wordt versoepeld, te weten 60%.
vooral een initierende rol te zijn weggelegd. Bij lageEchter, indien de OESO iets meer van de mondiale
re waarden van de norm kan zij veel bij dragen. Echemissies moet gaan reduceren, stijgen de kosten exter, naarmate de norm serieus wordt aangescherpt, is
plosief van $ 118 naar $ 749 miljard. Dit wijst crop,
een reductie in de overige regie’s onontbeerlijk.
dat de OESO wellicht de capaciteit heeft om een
begin te maken met de reducties, maar zeker niet in
C.W. Lee
staat is om de last van de gehele wereld te dragen.
Conclusies
Uit het voorgaande mag blijken, dat voor het invul-
len van mondiaal beleid een nadere beschouwing
van comparatieve kosten tussen regie’s en technieken de moeite waard is.
ESB 8-9-1993
10. Een dergelijke voortrekkersrol houdt in dat uitsluitend
maatregelen worden getroffen in de OESO, en dat uitsluitend de OESO de lasten hiervan draagt. Anders gezegd, niet
bekeken wordt de mogelijkheid dat maatregelen ook buiten de OESO genomen worden, waarvan uitsluitend de
OESO de lasten draagt.