Sectoral policies for climate change mitigation : sectorizing the RICE50+ integrated assessment model

Climate change is probably the most significant problem humanity will face in the next century. Its impacts are observed in all the regions of the globe and involve not only the present, but also future generations. In response, governments have made increasingly ambitious commitments on climate change mitigation, and research efforts have focused on the study of emission reduction strategies. To this end, Integrated Assessment Models (IAMs) are a powerful tool, as they combine economic, energy, and climate models under a single framework. In this thesis, I implement a sectoral disaggregation of the RICE50+ Integrated Assessment Model (Gazzotti, 2022), with the aim of assessing the costs of transition in the main CO2 sectors and explore optimal emission pathways across regions and across sectors, to achieve major climate targets. For the sectorization, I develop a novel methodology to capture the temporal evolution of the abatement costs in the short term (2025-2050), in order to project them until the end of the century (2100). In addition, through a cross-regional and cross-sectoral validation, I define a formulation that includes different possible future evolutions of the emission reduction costs. The main results can be resumed in four major points. First, the electricity generation sector is a key lever for the transition, especially in the short term, as its costs of decarbonization are by far the lowest. Second, slow technological development, especially in easy-to-decarbonize sectors, might prevent achieving 1.5°C or 2°C climate targets. Third, innovation in hard-to-abate sectors is crucial to drive down the overall transition costs. Finally, other contextual drivers, such as cooperation, equity, and resource efficiency, can lead to a more cost- efficient transition.

Il cambiamento climatico è probabilmente la più grande sfida che l’umanità dovrà af- frontare nel prossimo secolo. I suoi impatti sono visibili in tutte le regioni del globo e coinvolgono non solo la presente, ma anche le generazioni future. In risposta, i gov- erni hanno assunto impegni sempre più ambiziosi nella mitigazione dei cambiamenti cli- matici e gli sforzi di ricerca si sono concentrati sullo studio di strategie di riduzione delle emissioni. A tal fine, gli Integrated Assessment Models (IAMs) rappresentano uno strumento prezioso, in quanto combinano modelli economici, energetici e climatici in un unico quadro. In questa tesi, implemento una disaggregazione settoriale dell’Integrated Assessment Model RICE50+ (Gazzotti (2022)), con l’obiettivo di valutare i costi della transizione nei principali settori ed esplorare percorsi ottimali di emissione attraverso di- verse regioni e diversi settori, al fine di raggiungere i principali obiettivi climatici. Per la settorizzazione, ho sviluppato una nuova metodologia per cogliere l’evoluzione temporale dei costi di abbattimento a breve termine (2025-2050), così da proiettarli fino alla fine del secolo (2100). Inoltre, attraverso una validazione interregionale e intersettoriale, definisco una formulazione che include diverse possibili evoluzioni future dei costi di riduzione delle emissioni. I risultati più importanti possono essere riassunti in quattro punti principali. In primo luogo, il settore della produzione di elettricità è una leva chiave per la transizione, soprattutto nel breve termine, poiché i suoi costi di decarbonizzazione sono di gran lunga i più bassi. In secondo luogo, un lento sviluppo tecnologico, soprattutto nei settori di facile decarbonizzazione, potrebbe impedire il raggiungimento di obiettivi climatici pari a 1,5 oC o 2 oC. In terzo luogo, l’innovazione è fondamentale nei settori dove l’abbattimento è più complesso, per ridurre i costi complessivi della transizione. Infine, altri fattori di contesto, come la cooperazione, l’equità e l’efficienza nell’uso delle risorse, possono portare a una transizione più efficiente in termini di costi.