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The role of low-carbon technologies in climate mitigation - - PowerPoint PPT Presentation
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The role of low-carbon technologies in climate mitigation Perspectives on feasibility of low climate targets, sector-specific action and mitigation costs based on the EMF27 model inter-comparison project Volker Krey krey@iiasa.ac.at The
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Outline
- Introduction
- Energy Modeling Forum (EMF) 27 Study
- The Influence of Technology Availability
- n critical Characteristics of Mitigation
Strategies – Timing of Mitigation – Contribution of different Sectors – Value of Technology
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The EMF27 Model Comparison
- Topic: Global Technology Strategies for
Greenhouse Gas Mitigation
- 18 energy-economic and integrated
assessment models Special Issue in Climatic Change
- 11 cross cutting papers:
study overview, technology, policy, fossil resources, renewable energy, bioenergy, nuclear, CCS, energy efficiency, land-use, non- Kyoto radiative forcing
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EMF27 Modeling Protocol
Technology dimension
- Energy intensity: High/Low
- CCS: On/Off
- Nuclear: On/Off
- Wind/Solar: Opt/Pess
- Bioenergy: High/Low
Combinations:
- Conventional
- EERE
- Limited Technology
Policy Dimension
- Baseline
- 550 ppm CO2-eq.
- 450 ppm CO2-eq.
Source: ¡IPCC ¡AR4 ¡Synthesis ¡Report, ¡adopted ¡for ¡IPCC ¡SRREN ¡
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Technology Representation
- coverage of different options similar in the
electricity sector
– coverage of biomass w/ CCS, CSP and geothermal varies – ocean energy not represented in most models
- most models have liquid biofuels, but coverage of
CCS is less common than in electricity generation
- coverage of hydrogen production and even more
so gasification vary considerably across models – w/o and w/ CCS
- compared to earlier studies the option of
bioenergy with CCS (BECCS) is much higher
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Timing of Mitigation: Full Portfolio
2010
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Timing of Mitigation: No CCS
2010
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Timing of Mitigation: Limited Biomass
2010
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Direct Sectoral Emissions
2010 level
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Climate Target Feasibility
What does feasibility tell us?
- Models cannot produce scenario within comfort zone of
modelers (e.g., model does not technically solve, carbon price very high)
- Subjective judgment involved
- Many ”real-life factors” not covered by models
FullTech LowEI NoCCS NucOff LimSW LimBio Conv EERE LimTech Baseline 13/13 13/13 11/11 11/11 13/13 13/13 13/13 11/11 550 ppm 13/13 13/13 12/12 11/11 11/11 13/13 13/13 12/12 6/9 450 ppm 10/11 9/10 4/11 9/10 9/10 9/11 8/11 6/11 0/10
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Policy Costs of Climate Mitigation
NPV(5%) as fraction of GDP (2010-2100)
450 ppm CO2e
B G i I m M P R T W BET GCAM IMACLIM IMAGE MERGE MESSAGE POLES REMIND TIAM-WORLD WITCH
Consumption Loss Area under the MAC curve
FullTech LowEI NoCCS NucOff LimSW LimBio Conv EERE LimTech 2 4 6 8 10 Policy Costs [% of GDP]
B B B B B B i i i i i i m m m m m m M M M M M M R R R R R R R R W W W W W W W I I I I G G G G G P P P P P P P P T T T T T T T T
10/119/10 4/11 9/10 9/10 9/11 8/11 6/11 0/10
X
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LowEI NoCCS NucOff LimSW LimBio Conv EERE LimTech 1 2 3 4 Policy Costs Increase (relative to FullTech)
B B B B B i i i i i m m m m m M M M M M R R R R R R R W W W W W W I I I G G G G P P P P P P P T T T T T T T
9/10 4/11 9/10 9/10 9/11 8/11 6/11 0/10
Policy Costs of Climate Mitigation
normalized to the 450 ppm FullTech scenario
450 ppm CO2e
X
B G i I m M P R T W BET GCAM IMACLIM IMAGE MERGE MESSAGE POLES REMIND TIAM-WORLD WITCH
Consumption Loss Area under the MAC curve
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LowEI NoCCS NucOff LimSW LimBio Conv EERE LimTech 1 2 3 4 Policy Costs Increase (relative to FullTech)
B B B B B i i i i i m m m m m M M M M M R R R R R R R W W W W W W I I I G G G G P P P P P P P T T T T T T T
9/10 4/11 9/10 9/10 9/11 8/11 6/11 0/10
LowEI NoCCS NucOff LimSW LimBio Conv EERE LimTech 1 2 3 4
B B B B B B B E E E E E E E E F F F F F g g g i i i i i i i m m m m m m m m M M M M M M M R R R R R R R R W W W W W W W W I I I I I I I G G G G G G G P P P P P P P T T T T T T T T
13/1312/1211/11 11/1113/1313/1312/12 6/9
Policy Costs of Climate Mitigation
normalized to the 450/550 ppm FullTech scenario
450 ppm CO2e
W
Co Ar
550 ppm CO2e
X
to 6
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Conclusions
- All technologies are valuable, but some are more
valuable
- The value and importance of technology
increases with the stringency of the climate target
- The timing of mitigation and the burden that
different sectors will have to carry critically depend
- n future availability of Carbon Dioxide Removal
(CDR) technologies – policy implications
- “Betting on CDR technologies” might be risky –
there is (almost) no way back
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Some Thoughts and Questions
- Many known (and unknown?) unknowns related
to CDR deployment (session on Friday)
- How to address the CDR technology lock-in
from a risk management perspective?
- Does the demand side (e.g. efficiency) have the
silver bullet?
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Thank you!
Reference Krey V., G. Luderer, L. Clarke, and E. Kriegler (In Press). Getting from here to there – energy technology transformation pathways in the EMF27 scenarios. Climatic Change, EMF27 Special Issue, http://dx.doi.org/10.1007/s10584-013-0947-5.
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IPCC AR4 Stabilization Categories
GHG emissions resulting from the provision of energy services contribute significantly to the increase in atmospheric GHG concentrations.
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Source: ¡IPCC ¡AR4 ¡Synthesis ¡Report, ¡adopted ¡for ¡IPCC ¡SRREN ¡
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Modeling Teams in EMF27
- AIM/End-Use (Japan)
- BET (Japan)
- DNE21+ (Japan)
- EC-IAM (Canada)
- ENV-Linkages (OECD)
- FARM (U.S./Germany)
- GCAM (U.S.)
- GCAM-IIM (U.S./India)
- GRAPE (Japan)
- IMACLIM (France)
- IMAGE (Netherlands)
- MERGE (U.S.)
- MESSAGE (Austria)
- Phoenix (U.S.)
- POLES (France)
- REMIND (Germany)
- TIAM-World (Canada)
- WITCH (Italy)
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¡ ¡ Electricity ¡ Liquids ¡ ¡ ¡ Fossil ¡w/o ¡CCS ¡ Fossil ¡w/CCS ¡ Nuclear ¡Power ¡ Bioenergy ¡w/o ¡CCS ¡ Bioenergy ¡w/CCS ¡ Hydro ¡ Wind ¡ Solar ¡PV ¡ Solar ¡CSP ¡ Geothermal ¡ Ocean ¡ Fossil ¡w/o ¡CCS ¡ Fossil ¡w/CCS ¡ Bioliquids ¡w/o ¡CCS ¡ Bioliquids ¡w/CCS ¡ AIM-‑Enduse ¡ ¡ + ¡ + ¡ ¡ + ¡ + ¡ + ¡ ¡ + ¡ + ¡ + ¡
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EC-‑IAM ¡ ¡ + ¡ ¡ + ¡ ¡ + ¡ ¡ + ¡ ¡
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ENV-‑Linkages ¡ ¡ + ¡ ¡ + ¡ ¡ + ¡ ¡ + ¡ ¡
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GCAM ¡ ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡
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IMACLIM ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡
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IMAGE ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ ¡ + ¡ + ¡ + ¡
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MESSAGE ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡
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POLES ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡
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¡ ¡ Gases ¡ Hydrogen ¡ Transport ¡ ¡ ¡ ¡ Fossil ¡w/o ¡CCS ¡ Fossil ¡w/CCS ¡ Bioenergy ¡w/o ¡CCS ¡ ¡ Bioenergy ¡w/CCS ¡ Fossil ¡w/o ¡CCS ¡ Fossil ¡w/CCS ¡ Bioenergy ¡w/o ¡CCS ¡ ¡ Bioenergy ¡w/CCS ¡ Electrolysis ¡ Thermochemical ¡ ¡ Electric ¡Vehicles ¡ Hydrogen ¡Vehicles ¡ AIM-‑Enduse ¡ ¡ + ¡
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DNE21+ ¡ + ¡
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MESSAGE ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡
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Phoenix ¡ ¡ + ¡ ¡
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POLES ¡
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+ ¡ ¡ + ¡ ¡ TIAM-‑WORLD ¡ ¡
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+ ¡ ¡ + ¡ ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡ + ¡
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+ ¡ + ¡ WITCH ¡
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Some Generic Insights about Mitigation in the Energy Sector
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A Generic Mitigation Strategy
- 1. Decarbonize Energy Supply
- 2. Reduce Energy Demand
- 3. Switch to Low-Carbon Fuels
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Energy vs. Carbon Intensity
50 100 20 40 60 80 100 reduction in carbon intensity rel. to 2010 [%] reduction in energy intensity rel. to 2010 [%] A B D L G Im I M Ph P R T W A B D E L F G Gr Im I M Ph PR T W A B D E L F G Gr Im I M Ph P R T W Base FullTech 550 FullTech 450 FullTech
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Energy vs. Carbon Intensity
20 40 60 80 100 120 20 40 60 80 100 reduction in carbon intensity rel. to Baseline [%] reduction in energy intensity rel. to Baseline [%] A B D L G Im I M Ph P R T W A B D E L F G Gr Im I M Ph P R T W 550 FullTech 450 FullTech
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Fuel Switching to Electricity, …
(a) Final Electricity Use (b) Final Electricity Share 2010 level 2010 level