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Identifying rebound effects in consequential LCA

  • One of the Colombian strategies to diversify and decarbonize the energy sector is encouraging the use of non-conventional renewable resources (NCRR). This thesis measures the environmental rebound effect (ERE) when increasing the shares of wind power into the Colombian power grid in the residential (household) sector. For doing so, a process-based Life Cycle Assessment (P-LCA), an environmental extended input output (EEIO) model and re-spending models (almost ideal demand system AIDS) were applied. Direct rebound effect was measured thought the elasticity price of the electricity demand; furthermore, the environmental savings for increasing the shares of wind power into the grid were calculated via P-LCA. For doing so, a P-LCA for a wind farm in Colombia was performed, whereas the information for other energy resources (Hydro, Coal, Gas, Solar and Thermal) where collected from Ecoinvent 3.4 database. To calculate the environmental indirect rebound effect the monetary savings obtained for the environmental efficiency were calculated. For doing so, an AIDS was applied to obtain the marginal budget shares (MBS). Combining the MBS obtained with the EEIO model the monetary savings were translated into environmental indicators. The ERE is presented for ten impact categories (climate change (CC), acidification (A), ecotoxicity (E), marine eutrophication (MEUT), terrestrial eutrophication (TEUT), carcinogenic effects (CE), non-carcinogenic effects (NCE), ozone layer depletion (OD), photochemical ozone creation (POC), and respiratory effects, inorganics (RES)). Moreover, a sensitive analysis was conducted to measure the variability of the ERE to different values of the direct rebound effect and different percentages of price efficiency. The results show that the inclusion of the environmental rebound effect has generally a non-negligible impact on the overall environmental indicators across all studied years. Such impacts ranging across impact categories from 5% (eutrophication) and 6,109% (photochemical oxidant creation) for the combined model, whereas for the single model the values fall on the ranges of 1% (eutrophication) and 9,277% (photochemical oxidant creation). Further, a sensitivity analysis of the elasticity price of the electricity and the price of the electricity reveals that the ERE varies in different ways, specifically, changes in these parameters could vary the impacts, respectively, by up to about <1% and 38%. Backfire effects are present for 8 of the 10 environmental impacts studied in different magnitudes across the years, depending meanly of the savings available to re-invest.
  • Eine der kolumbianischen Strategien zur Diversifizierung und Dekarbonisierung des Energiesektors ist die Förderung der Nutzung unkonventioneller erneuerbarer Ressourcen (NCRR). In dieser Arbeit wird der Umwelt Rebound-Effekt (ERE) gemessen, wenn der Anteil der Windenergie im kolumbianischen Stromnetz im Haushaltssektor erhöht wird. Zu diesem Zweck wurden eine prozessbasierte Ökobilanz (P-LCA), ein erweitertes Umwelt-Input-Output-Modell (EEIO) und Re-spending-Modelle (nahezu ideales Nachfragesystem AIDS) verwendet. Der direkte Rebound-Effekt wurde anhand der Preiselastizität der Stromnachfrage gemessen; außerdem wurden die Umwelteinsparungen bei einer Erhöhung des Anteils der Windenergie im Netz mittels P-LCA berechnet. Zu diesem Zweck wurde eine P-LCA für einen Windpark in Kolumbien durchgeführt, während die Informationen für andere Energieressourcen (Wasser, Kohle, Gas, Solar und Wärme) aus der Ecoinvent 3.4 Datenbank entnommen wurden. Zur Berechnung des indirekten Umwelt Rebound-Effekts wurden die für die Umwelteffizienz erzielten monetären Einsparungen berechnet. Zu diesem Zweck wurde eine AIDS-Methode angewandt, um die marginalen Budgetanteile (MBS) zu erhalten. Durch Kombination der ermittelten MBS mit dem EEIO-Modell wurden die monetären Einsparungen in Umweltindikatoren umgerechnet. Der ERE wird für zehn Wirkungskategorien dargestellt (Klimawandel (CC), Versauerung (A), Ökotoxizität (E), marine Eutrophierung (MEUT), terrestrische Eutrophierung (TEUT), karzinogene Wirkungen (CE), nicht karzinogene Wirkungen (NCE), Abbau der Ozonschicht (OD), photochemische Ozonbildung (POC) und anorganische Wirkungen auf die Atemwege (RES)). Darüber hinaus wurde eine empfindliche Analyse durchgeführt, um die Variabilität der ERE bei verschiedenen Werten des direkten Rebound-Effekts und verschiedenen Prozentsätzen der Preiseffizienz zu messen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Einbeziehung des Umwelt Rebound-Effekts im Allgemeinen eine nicht vernachlässigbare Auswirkung auf die gesamten Umweltindikatoren in allen untersuchten Jahren hat. Diese Auswirkungen reichen von 5 % (Eutrophierung) bis 6,109 % (Bildung photochemischer Oxidantien) für das kombinierte Modell, während die Werte für das Einzelmodell zwischen 1% (Eutrophierung) und 9,277 % (Bildung photochemischer Oxidantien) liegen. Eine Sensitivitätsanalyse der Preiselastizität des Stroms und des Strompreises zeigt außerdem, dass die ERE auf unterschiedliche Weise variiert, d.h. Änderungen dieser Parameter könnten die Auswirkungen um bis zu <1% bzw. 38% verändern. Backfire-Effekte sind für 8 der 10 untersuchten Umweltauswirkungen in unterschiedlicher Größenordnung über die Jahre hinweg vorhanden, was im Wesentlichen von den für Re-Investitionen verfügbaren Einsparungen abhängt.

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Metadaten
Author:Johan Andrés Vélez HenaoORCiDGND
URN:urn:nbn:de:gbv:luen4-opus4-11756
URL: https://pub-data.leuphana.de/frontdoor/index/index/docId/1175
Referee:Sergio Botero Botero (Prof. Dr.), Ivan Montoya (Prof. Dr.), Natalia Cano (Dr.)
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2021
Date of Publication (online):2021/08/25
Date of first Publication:2021/08/31
Publishing Institution:Leuphana Universität Lüneburg, Universitätsbibliothek der Leuphana Universität Lüneburg
Granting Institution:Leuphana Universität Lüneburg
Date of final exam:0021/07/02
Release Date:2021/08/31
Note:
Binationale Promotion von Universidad Nacional de Colombia, Medellin und Leuphana Universität Lüneburg 2021. Das Rahmenpapier der kumulativen Dissertation enthält fünf Beiträge.
Institutes:Fakultät Nachhaltigkeit
Fakultät Nachhaltigkeit / Institut für Umweltkommunikation (INFU)
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