Assessing pathways for climate change mitigation of the road passenger transportation sector in Rio de Janeiro, Brazil, using a hybrid energy systems general equilibrium economic model approach

Tatiana de Fátima Bruce da Silva

Key information

Authors:

Tatiana de Fátima Bruce da Silva (Tatiana de Fátima Bruce da Silva)

Supervisors:

Luan dos Santos; Carlos Augusto Santos Silva (Carlos Augusto Santos Silva); Patrícia De Carvalho Baptista (Patrícia De Carvalho Baptista)

Published in

November 18, 2022

Abstract

Este trabalho avalia a eficácia da mobilidade compartilhada (carsharing, transporte compartilhado por aplicativo—Uber, veículos autônomos), fontes alternativas de energia (biocombustíveis e eletricidade), autocarros e precificação de carbono na redução das emissões de CO2 no estado do Rio de Janeiro, Brasil. Um modelo híbrido é desenvolvido usando um modelo de sistemas de energia (o OpenSource Energy Modeling System – OSeMOSYS) e um modelo econômico de equilíbrio geral. Este trabalho inova ao incorporar várias tecnologias e serviços de mobilidade e demanda de transporte no OSeMOSYS, e a ligação entre OSeMOSYS e um modelo econômico de equilíbrio geral recémcriado para avaliar bem-estar econômico. A precificação do carbono é uma política eficaz, mas cara, para reduzir as emissões de CO2, impactando as demandas de eletricidade e transporte de maneira diferente ao aumentar o preço marginal da eletricidade porque combustíveis fósseis usados na produção de energia ficam mais caros, reduzindo demanda e bem-estar. No transporte, contudo, a precificação de carbono causa uma mudança para veículos flex-fuel a etanol e veículos elétricos, não afetando demanda e bem-estar. A mobilidade partilhada e autocarros contribuem para a descarbonização ao aumentar a eficiência do lado da procura com mais passageiros por veículo. Quando esses veículos são elétricos, a eficiência também cresce do lado da oferta. Com mais eletricidade renovável e precificação de carbono, há quase total descarbonização, mas a taxa de motorização aumenta porque veículos de alta capacidade fósseis são aposentados. Quando o Uber tem uma vantagem sobre autocarros, a redução de emissões é menor. Quanto ao comportamento do consumidor, mais mobilidade compartilhada e autocarros reduzem o preço marginal do transporte e causam um rebound effect, aumentando o consumo de energia e emissões de CO2. A tributação do transporte reduz esse efeito, mas leva a perda de bemestar. O imposto pode ser devolvido aos consumidores para amenizar esse impacto. This work evaluates the effectiveness of shared mobility (carsharing, ride-hailing, autonomous vehicles), alternative energy sources (biofuels and electricity), public transportation and carbon pricing in reducing CO2 emissions in Rio de Janeiro state, Brazil. For such, a hybrid model is developed using an energy systems model (the Open-Source Energy Modeling System – OSeMOSYS) and a general equilibrium economic model. This work innovates when incorporating several vehicle technologies and services, and transportation demand, into OSeMOSYS, and the link between OSeMOSYS and a newly created general equilibrium economic model to assess welfare implications. The analysis find that carbon pricing is a very effective but costly policy to cut CO2 emissions, impacting electricity and transportation demands differently. It increases the marginal price of electricity because fossil fuels used in power production become more expensive, leading to reduced demand and welfare loss. For transportation, however, carbon pricing triggers a shift to ethanol flex-fuel and electric vehicles, thus not affecting demand and welfare. Shared mobility and public buses contribute to decarbonization by increasing efficiency from the demand side with more passengers per vehicle, leading to less energy consumption and CO2 emissions. When these vehicles are electric, efficiency also grows from the supply side. With more renewable electricity and carbon pricing, the energy system is almost completely decarbonized, but motorization rate increases because high-capacity vehicles that consume fossil fuels are retired. In some scenarios where shared ride-hailing adoption has an advantage over public buses, emissions reduction is lower. Regarding consumer behavior, increased shared mobility and public buses reduce the marginal price of transportation and cause a rebound effect, increasing energy consumption and CO2 emissions. Taxation of transportation curbs this effect at a welfare loss. Tax revenue can be returned to consumers to assuage such impact. Policymakers must then consider all these trade- offs when pursuing the decarbonization of transportation.