Bioenergy for sustainable development in developing countries

Abstract

The main objectives of this thesis are to evaluate the policies to promote bioenergy in developing countries and to assess the related impacts within the realms of sustainable development. The growing interest in bioenergy and the heavy dependency on agriculture in most developing countries may provide room for economic growth. Large natural resource endowments and low labor costs create comparative advantages in the bioenergy sector and opportunities to alleviate poverty. Bioenergy in the form of first-generation liquid biofuels is one option to exploit, as the technologies are already available and mature. This can generate job opportunities for farmers and those outside the agricultural sector. Moreover, displacing imported petroleum products with locally produced biofuels not only lowers greenhouse gas emissions but can also cut trade deficits. It reduces the heavy economic burden caused by a huge import bill of petroleum and other high-cost imports amid meager foreign exchange earnings from the cheap raw agricultural exports. However, biofuels may lead to unintended negative impacts if not well managed. For example, production expansion alongside a faster-growing population in developing countries may increase the pressure on the available resources, causing high food prices, food insecurity, increased greenhouse gas (GHG) emissions, excessive water use, and biodiversity loss. Therefore, with benefits on the one hand and imminent tradeoffs across multiple sustainability spheres, the promotion of biofuels should aim at maximizing the benefits while controlling the risks across the social, economic, and environmental dimensions. This thesis adds to existing research on the deployment of biofuels for sustainable development by focusing on ethanol production in Uganda. The overall findings contribute to an evidence-based choice of feedstocks and sustainable biofuel production. Equally essential is the adjustment of Uganda's social accounting matrix (SAM) to a version with an ethanol sector, which is a significant step in moving forward the biofuel discourse in Uganda and similar countries. I address the overall objectives of this thesis in four independent but related research papers. Paper one examines the economic impacts of ethanol production and mandatory consumption. The paper reports positive impacts on household income and real GDP, and the significant reduction in gasoline imports suggest a possible improvement in the trade balance if exports are sustained. Paper two evaluates the possible policy tools to promote ethanol. Results reveal a combination of a feedstock and ethanol subsidy as the most suitable instrument. However, the presence of sector-specific capital in agriculture impairs the effect of the subsidies, raising taxpayers' costs. In paper three, I evaluate the land, water, energy, and carbon footprints. I find that even with land-use change, ethanol would still reduce fuel-related and national emissions. However, this only occurs with grassland conversion but not forestland. Finally, paper four examines the final impacts of ethanol on poverty and income distribution. There is potential for enhanced household income but no significant impact on the distribution. However, the increase in commodity prices surpasses the growth in income, resulting in rising poverty. These negative effects are nevertheless dampened with improved crop yields. Based on the performance criteria of economic gains, environmental benefits, and net energy gains, I find ethanol viable and potentially pro-poor for developing countries. However, improved crop productivity is urgently needed as low crop yields significantly influence the outcomes in most of the analyses. Sugarcane emerged as the most suitable feedstock across all criteria. Nevertheless, using both sugarcane and cassava could avoid escalating prices and redistribute growth across regions. From a policy perspective, a combination of an ethanol subsidy with support for feedstock production will likely cause more robust economic growth. Ethanol has great potential to contribute to climate change mitigation, as exhibited by a decline in national GHG emissions. Nonetheless, forestland should be avoided in feedstock production. Additionally, low-carbon energy should be encouraged in the production processes.

Hovedmålsetningene med denne avhandlingen er å evaluere virkemidler for å fremme bioenergi i utviklingsland, og vurdere de påfølgende virkningene i forhold til bærekraftig utvikling. Økende interesse for bioenergi og den høye avhengigheten av landbruk i de fleste utviklingsland kan gi rom for økt økonomisk utvikling. Betydelige mengder naturressurser og lave lønninger kan gi komparative fordeler i bioenergi, og dermed også bidra til redusert fattigdom. Bioenergi kan realiseres raskt gjennom første generasjons flytende biodrivstoff etter som det er en tilgjengelig og moden teknologi. Dette kan skape sysselsetting for bønder og folk utenfor landbrukssektoren. Videre vil det å erstatte importerte petroleumsprodukter med lokalprodusert biodrivstoff ikke bare redusere drivhusgassutslippet, men også kutte handelsunderskuddet. Det reduserer den tunge økonomiske byrden skapt av høye regninger fra import av petroleumsprodukter og andre dyre importvarer og magre valutainntekter fra billig råvareeksport fra jordbruket. Imidlertid kan biodrivstoff føre til utilsiktede negative effekter om ressursene ikke forvaltes riktig. For eksempel kan ekspansjon av produksjonen samtidig med rask befolkningsvekst i utviklingsland medføre et stort press på tilgjengelig ressurser og medføre høye matpriser, redusert matvaresikkerhet, økte drivhusgassutslipp, overforbruk av vann og tap av biodiversitet. Samfunnsøkonomisk nytte av produksjonen av biodrivstoff må derfor avveies mot andre aspekter av bærekraft, ved å maksimere nytten samtidig som en kontrollerer for sosiale, økonomiske og miljømessige effekter. Denne avhandlingen bidrar til den eksisterende forskningen på hvordan biodrivstoff kan bidra til bærekraftig utvikling gjennom å analysere etanol-produksjon i Uganda. Resultatene bidrar til kunnskapsbaserte valg av råstoff for bærekraftig produksjon av biodrivstoff. Like viktig er det at avhandlingen gjennom å inkludere etanolsektoren i Ugandas nasjonalregnskap tar diskursen omkring biodrivstoff i Uganda og lignende land et signifikant skritt framover. Jeg adresserer hovedformålet med avhandlingen i fire separate, men relaterte artikler. Artikkel en undersøker de samfunnsøkonomiske effektene av etanolproduksjon og obligatorisk forbruk. Resultatene viser positive effekter på husstandsinntekt og brutto nasjonalprodukt (BNP), og den signifikante reduksjonen i bensinimport indikerer en mulig forbedring i handelsbalansen dersom eksporten opprettholdes. Artikkel to evaluerer mulige virkemidler for å promotere etanol. Resultatene viser at en kombinasjon av råstoff -og etanol-subsidier er det mest passende virkemidlet. Imidlertid vil forekomsten av sektorspesifikk kapital innen jordbruket redusere effekten av subsidien og øke kostnadene for skattebetalerne. I artikkel tre vurderer jeg fotavtrykket som etanol har på areal, vann, energi og karbon. Jeg finner at selv om etanolproduksjon medfører endringer i bruken av landområder vil det redusere drivstoffrelaterte og nasjonale utslipp. Dette skjer imidlertid kun når gressletter brukes, og ikke skogområder. Til slutt undersøker artikkel fire effektene av etanolproduksjon på fattigdom og inntektsfordeling. Det er et potensiale for økt husstandsinntekt, men det er ingen signifikant effekt på inntektsfordelingen. Imidlertid til økningen i varepriser overgå økningen i inntekt, og resultere i økt fattigdom. Disse effektene vil dempes noe av økte avlinger. Basert på bærekraftskrieriene økonomisk gevinst, miljø-nytte og netto energigevinst, finner jeg at etanolproduksjon er et levedyktig alternativ som potensielt vil kunne være til fordel for de fattige i utviklingsland. Lave avlinger har signifikant effekt på resultatene i de fleste av analysene. Derfor haster det å øke avlingsproduktiviteten for å realisere disse gevinstene. Sukkerrør framstår som det best egnede råstoffet langs alle bærekraftdimensjonene. Kombinasjonen av sukkerrør og kassava kan imidlertid redusere veksten i matvarepriser. Det kan føre til omfordeling av nettogevinster mellom regionene. Fra et politikkperspektiv vil en etanolsubsidie i kombinasjon med støtte til råvareproduksjon skape en mer robust økonomisk vekst. Etanol har et stort potensial for å bidra til å bremse klimaendringene gjennom å redusere nasjonale drivhusgassutslipp. Imidlertid bør en unngå å bruke skogområder til råvareproduksjon til biodrivstoff. I tillegg bør det oppmuntres til bruk av lav-karbon energi i produksjonsprosessene.