W tym poście chciałbym podzielić się z Wami wynikami mojej pracy doktorskiej, którą niedawno obroniłem na Norweskim Uniwersytecie Nauk Przyrodniczych (nor. NMBU). Tekst pochodzi ze streszczenia w języku polskim, które zawarłem, tuż obok angielskiego, w dysertacji. Zapraszam!

Wstęp

Unia Europejska (UE) jest na dobrej drodze, aby osiągnąć wyznaczone na 2020 rok cele w zakresie produkcji i zużycia energii odnawialnej. Także ostatnio, nowe ramy klimatyczne i energetyczne zostały zaproponowane na rok 2030. Zakłada się, że sektor leśny ma znacząco przyczynić się do osiągnięcia celów zielonej gospodarki. Ponadto niezwykle istotne jest przeanalizowanie potencjalnych skutków unijnej dyrektywy w sprawie energii odnawialnej (RED 1 i trwająca RED 2) na sektor leśny w Europie i za granicą. Aby zbadać globalne wyzwania dotyczące energii, zmian klimatu, skutków ekologicznych, rozwoju technologii oraz zrównoważonego użytkowania zasobów lądowych i naturalnych w nadchodzącej erze biogospodarki o obiegu zamkniętym (EEA 2018), potrzebne są ulepszone narzędzia analityczne. Wykorzystanie modeli sektora leśnego (odtąd MSL), łączących działalność w zakresie leśnictwa i przemysłu drzewnego, okazało się przydatne do oceny wzajemnych zależności między zasobami leśnymi a rynkami surowca drzewnego, z uwzględnieniem konkurencji i synergii między różnymi zastosowaniami drewna.

Moja praca doktorska dotyczy wpływu zwiększonego wykorzystania bioenergii, opartej na drewnie, na zasoby leśne i rynki surowca drzewnego oraz analizuje mocne i słabe strony MSL. Praca składa się z pięciu artykułów, które teraz po krótce przybliżę. Z przyjemnością mogę zaznaczyć na wstępie, że 4 z 5 artykułów zostały opublikowane w renomowanych czasopismach naukowych (dwa w Scandinavian Journal of Forest Research, jeden w Biomass & Bioenergy oraz jeden w Journal of Energy and Power Engineering – linki do artykułów znajdują się poniższych nagłówkach). Obecnie dalej pracuję nad publikacją piątego artykułu na bazie zbudowanego przeze mnie i moich współpracowników nowego modelu sektora leśnego, którego nazwałem European FORest and Industry Assesment model (EUFORIA).

Artykuł I

Artykuł I analizuje wpływ biopaliw drugiej generacji wytwarzanych na bazie drewna na rynki surowca drzewnego, w tym wpływu na handel i rynki wyrobów z drewna, na podstawie norweskiego studium przypadku. Artykuł koncentruje się na pozyskaniu drewna, imporcie/eksporcie netto wyrobów z drewna oraz produkcji przemysłu drzewnego. Międzyokresowy model równowagi cząstkowej NorFor jest wykorzystany do zbadania, w jaki sposób efekty cenowe dla biomasy leśnej i drzewnych produktów końcowych mogą się różnić w zależności od składu surowców wykorzystywanych w produkcji biopaliw. Wyniki pokazują, że wybór składu surowca w produkcji biopaliw pociąga za sobą istotne konsekwencje gospodarcze. Stwierdzono, że najbardziej ekonomiczny skład, tworzy surowiec zdominowany przez zrębki z drewna iglastego, które w 2030 r stanowią 48% surowca wykorzystywanego do produkcji biopaliwa. Następnie ich udział rośnie do 67% w roku 2055. Drugim co do wielkości komponentem są zrębki drzewne pochodzące z drzew liściastych, które stanowią początkowo 34% całkowitego składu surowców wykorzystywanych do produkcji biopaliwa a następnie zastępowane są z upływem czasu przez zrębki pochodzące z drzew iglastych. Udział odpadów pozrębowych jest stały (18%) w najbardziej ekonomicznym składzie surowców wykorzystywanych do produkcji biopaliwa, a drewno okrągłe nie jest wykorzystywane do jego produkcji w ogóle. Pomimo dodatkowego popytu na zrębki drzewne, jeden średniej wielkości zakład produkujący biopaliwo ma tylko niewielki wpływ na istniejący przemysł drzewny i pozyskanie surowca drzewnego w Norwegii. Krajowe następstwa gospodarcze hamowane są przez zmiany w przepływie handlu zagranicznego, w szczególności zrębek drzewnych.

Artykuł II

W artykule II przeanalizowano skutki importu pelletu drzewnego z południowo-wschodnich Stanów Zjednoczonych (odtąd SE) do Unii Europejskiej pod kątem cen drewna, zasobów drzewnych i sekwestracji dwutlenku węgla. Model SRTS został wykorzystany do przeprowadzenia symulacji rynkowych reakcji na zmiany konsumpcji biomasy drzewnej w
USA i UE w latach 2008-2038. Wyniki wskazują, że cena importowanego pelletu drzewnego w UE jest wrażliwa na przyszłą politykę Stanów Zjednoczonych w zakresie energii odnawialnej. Analiza pokazuje, że przy założonych scenariuszach popytowych dla bioenergii, ceny iglastego drewna okrągłego w Stanach Zjednoczonych wzrosły z 25% do 125% w roku 2038, co było w dużej mierze spowodowane wewnętrzną polityką USA. We wszystkich scenariuszach, zarówno dla SE jako całości, jak i dla części SE z najbardziej aktywnym rynkiem pelletu drzewnego – Równiny Atlantyckiej, magazynowanie dwutlenku węgla wzrasta na skutek zwiększonego sadzenia lasów na gruntach prywatnych, co jest reakcją na wyższe ceny drewna oraz przekształcenie marginalnych gruntów rolnych w lasy. Wzmożony popyt na drewno, poprzez mechanizm cenowy, zachęca prywatnych właścicieli lasów do dalszych inwestycji. Badanie to podkreśla, że przy niskim poziomie popytu na pellet drzewny w UE, konsekwencje wykorzystania biomasy drzewnej z lasów SE, mają względnie niski wpływ na rynki drzewne, a nawet mogą zachęcać do sekwestracji dwutlenku węgla i sadzenia większej ilości lasów.

Więcej na temat artykułu możecie przeczytać tutaj: Czy importując biomasę z USA niszczymy tamtejsze lasy?

Artykuł III

W artykule III zastosowano globalny model rynku leśno-drzewnego EFI-GTM w celu zbadania alokacji biomasy leśnej i drzewnej między produkcją biopaliw a produkcją ciepła i energii w Europejskim Obszarze Gospodarczym (EOG). Wyniki pokazują, że decyzje polityczne mogą mieć silny wpływ na alokację wykorzystania biomasy między produkcją
ciepła i energii, a produkcją biopaliw ciekłych. Niemniej jednak, obierając cel ograniczenia ocieplenia klimatycznego do 2 stopni Celsjusza, wyniki modelowania sugerują, że zwiększona konkurencja o biomasę, pomiędzy przemysłem drzewnym i energetycznym, nie powinna mieć znacznego wpływu na produkcję produktów drzewnych w Europie. Wynika to z faktu, że konkurujące regiony borykają się z podobnymi wyzwaniami związanymi z zapotrzebowaniem na biomasę, a stosunkowo bogate zasoby biomasy leśno-drzewnej w Europie mogą pomóc przemysłowi drzewnemu w EOG utrzymać udział w globalnym rynku. Stwierdzono zatem, że decydenci polityczni muszą mieć bardzo jasne cele dotyczące preferowanych sposobów rozwiązania problemu przejścia z obecnego systemu energetycznego, opartego na paliwach kopalnych na system niskoemisyjny. Ponieważ duże inwestycje, związane z produkcją biopaliw, wymagają czasu, oraz bieżący roczny przyrost lasów przekracza roczne pozyskanie drewna w różnych częściach Europy, w artykule stwierdzono, iż decydenci polityczni mają czas na dostosowanie polityki w celu śledzenia zmian na rynku.

Artykuł IV

W artykule IV przeanalizowano wpływ cen emisji dwutlenku węgla na gospodarkę leśną i krańcowe krzywe kosztów redukcji emisji w Europie za pomocą nowego europejskiego modelu oceny sektora leśnego – EUFORIA (ang. European FORest and Industry Assessment model). Jest to nowy bioekonomiczny model europejskiego sektora leśnego, który łączy w sobie informacje na temat podaży drewna, określone na podstawie alternatywnych planów pozyskania drewna wynikających z możliwości hodowlanych, z danymi dotyczącymi popytu na surowiec drzewny pochodzącymi z przemysłowej produkcji, konsumpcji i handlu produktów drzewnych. Model został opisany w artykule, a następnie zastosowany do analizy wpływu cen emisji dwutlenku węgla na gospodarkę leśną w Europie oraz do oszacowania krańcowych krzywych kosztów redukcji emisji CO2, poprzez zmianę jedynie działań gospodarki leśnej w Europie. Wyniki wskazują, że wraz ze wzrostem cen emisji CO2 zmniejsza się powierzchnia cięć pielęgnacyjnych (trzebieże) w porównaniu z powierzchniami przeznaczonymi do cięć końcowych (zrębu). Średni wiek rębności zwiększa się wraz ze wzrostem cen emisyjnych CO2 o zaledwie 2-3 lata w porównaniu ze scenariuszem bazowym, który zakłada zerową cenę emisyjną dwutlenku węgla. Wyniki pokazują, że jeżeli cena emisyjna równa jest 100 €/tCO2 a stopa dyskontowa utrzymuje się na poziomie 3% rocznie, istnieje możliwość sekwestracji około 20% więcej dwutlenku węgla rocznie niż w scenariuszu bazowym ze względu na zmienioną gospodarkę leśną w całej Europie.

Artykuł V

W artykule V analizowane są możliwości uwzględnienia elementu ryzyka w MSL, poprzez dokonanie przeglądu metod, w których wzięto pod uwagę element ryzyka w modelach sektora leśnego, a także w numerycznych modelach innych sektorów, jak również modelach makroekonomicznych. Następnie określono i omówiono obiecujące koncepcje pozwalające na włączenie elementu ryzyka w MSL. Analiza pokazuje, że istnieje wiele możliwości inkorporacji elementu ryzyka w analizach modelowych, jednakże tylko nieliczne znalazły zastosowanie w pracach dotyczących modelowania sektora leśnego. Niemniej jednak wiele z proponowanych metod jest zbyt wymagających pod względem dostępności danych i komputerowych zdolności obliczeniowych, aby mogły być zastosowane w rozbudowanych numerycznych modelach sektora leśnego. W artykule stwierdza się, że dla uwzględnienia elementu ryzyka w MSL, teoria zbiorów rozmytych i techniki optymalizacji odpornej wydają się obiecującymi nowymi podejściami, obok metod, które są już w użyciu, takich jak symulacja Monte Carlo, a w szczególności analiza scenariuszy i wrażliwości.

Dyskusja i Synteza

W niniejsze pracy doktorskiej stwierdzono, że polityka bioenergetyczna jest, a także prawdopodobnie dalej będzie istotna dla sektora leśnego, co odzwierciedlają przepisy prawne na poziomie krajowym (Norwegia, Stany Zjednoczone) lub międzynarodowym (Unia Europejska). Chociaż polityka jest dostosowana najczęściej do konkretnych obszarów geograficznych i ma na nie bezpośredni wpływ, w niniejszej pracy wykazano, że taka polityka może w niezamierzony sposób oddziaływać na wykorzystanie zasobów leśnych i rynki drzewne w innych regionach. Niemniej jednak artykuły I-IV zawarte w tej pracy, nie wykazały dramatycznych konsekwencji ekonomicznych na istniejących i rozwijających się rynkach leśno-drzewnych. Szoki gospodarcze, implikowane przez zachęty związane z polityką, są hamowane przez “niewidzialną rękę” (Smith 1776), która sprawia, że rynki dostosowują się do zmian politycznych poprzez synergie, konkurencje i handel. Ma to wpływ na wielopoziomową i wzajemną politykę, w której decydenci i osoby odpowiedzialne za kształtowanie programów politycznych powinni mieć bardzo jasno sprecyzowane cele dotyczące preferowanych sposobów rozwiązania problemu przejścia z obecnego systemu energetycznego opartego na paliwach kopalnych na systemy o niższej emisji dwutlenku węgla. Ponadto, powinni wziąć pod uwagę mechanizmy rynkowe w poszczególnych regionach. Ponadto stwierdzono, że MSL mają mocne i słabe strony, jak wszystkie modele, ale są użyteczne w niektórych badaniach i najprawdopodobniej nadal będą głównym instrumentem badawczym w analizach wpływu na sektor leśny.

Jeśli chodzi o obiecujące przyszłe badania w tej dziedzinie, należy wnioskować, że więcej pracy naukowej powinno się skupić na:
1. modelowaniu wpływu zmian klimatycznych na sektor leśny za pomocą MSL;
2. badaniu przyszłego potencjału lasów w zakresie łagodzenia zmiany klimatu, na przykład poprzez uwzględnienie cen emisyjnych dwutlenku węgla i uwzględnienie pełnego cyklu węglowego od wzrostu lasu aż do jego końcowego wykorzystania;
3. identyfikacji przyczyn problemów związanych z danymi i poprawie niepewności parametrów, procedur gromadzenia danych i systemów statystycznych;
4. rozwijaniu nowych i aktualizowaniu istniejących MSL, zapewniając jednocześnie ich integralność, przejrzystość i możliwość powielania ich wyników;
5. badaniach wpływu nowych produktów drewnopochodnych na inne części sektora leśnego; i wreszcie, odkrywaniu metod w MSL, które prowadzą do odpornych rozwiązań optymalizacyjnych.

Zdjęcie tytułowe: Tuż przed samą obroną. Autor zdjęcia: Katarzyna Stefaniak.