stort logo

CEEH Scientific Report No. 3

Assessment of Health-Cost Externalities of Air Pollution at the National Level  using the EVA Model System

NB! En ufærdig version af rapporten har ved en fejl ligget tilgængelig på vores websted mandag morgen d. 28 marts 2011.  Den ufærdige rapport indeholder ikke de endelige data. Desværre er flere kommet til at downloade denne version, frem for den endelige version. Vi beklager meget og vil gerne opfordre til at man i stedet downloader den endelige version.

Download the report -->


ceeh chain

Summary (Danish)

- see English summary below)

Baggrund

Luftforurening har signifikante negative effekter på menneskers helbred og velbefindende og dette har væsentlige samfundsøkonomiske konsekvenser. Vi har udviklet et integreret modelsystem, EVA (Economic Valuation of Air pollution), baseret på den såkaldte ”impact-pathway” metode, med det formål at kunne opgøre de helbredsrelaterede omkostninger fra luftforureningen fordelt på de forskellige kilder og emissionssektorer. Den essentielle ide bag EVA-systemet er at bruge state-of-the-art videnskabelige metoder i alle leddene af ”impact-pathway” kæden for at kunne understøtte politiske beslutninger med henblik på regulering af emissioner, baseret på den bedst tilgængelige viden.
 
”Impact-pathway” kæden dækker alle leddene fra udslip af kemiske stoffer fra specifikke kilder, over spredning og kemisk omdannelse i atmosfæren, eksponering af befolkningen, beregning af helbredseffekter, til den økonomiske værdisætning af disse helbredseffekter. Den økonomiske værdisætning af effekter kaldes også for indirekte omkostninger eller eksternaliteter. Fx er der direkte omkostninger forbundet med produktionen af elektricitet i form af opførelse af kraftværker og forbrug af kul. De helbredsrelaterede omkostninger fra luftforureningen fra et kulkraftværk er ikke en direkte omkostning relateret til produktion og forbrug, og de betegnes derfor som indirekte omkostninger.  De kemiske stoffer, som er medtaget EVA-systemet mht. helbredseffekter er: de primært emitterede partikler, PM2,5, de sekundært dannede partikler: SO42-, NO3- og NH4+, samt gasserne SO2, CO og O3. Det er kun helbredseffekter der for nuværende er medtaget i EVA-systemet. Miljøeffekter og effekter på klimaet vil blive medtaget på et senere tidspunkt.
 

Formål

Vi præsenterer i denne rapport for første gang estimater for de helbredsrelaterede indirekte omkostninger på nationalt niveau for hver af de overordnede emissionssektorer i Danmark, baseret på EVA systemet. Hovedformålet er at identificere de menneskeskabte aktiviteter og kilder i og omkring Danmark, som giver de største bidrag til helbredseffekterne. Vi har derfor foretaget en generel screening af de overordnede emissionssektorer i Danmark, som bidrager til luftforureningen og beregnet de tilhørende helbredseffekter, samt de totale helbredsrelaterede eksterne omkostninger for år 2000 (både hver sektor for sig og alle sektorerne samlet). År 2000 er valgt som basisår for beregningerne i CEEH, da der i forvejen findes andre sammenlignelige studier for dette år. Emissionssektorerne er repræsenteret ved de 10 overordnede SNAP emissionssektorer (SNAP er en international nomenklatur for kildetyper til luftforurening – Selected Nomenclature for Air Pollution).
 
Vi har desuden beregnet de eksterne omkostninger fra den internationale skibstrafik særskilt, da denne sektor bidrager væsentligt til luftforurening i Danmark. Vi har beregnet resultater for bidraget fra den samlede skibstrafik på den nordlige halvkugle. Speciel opmærksomhed er givet til den internationale skibstrafik i Østersøen og Nordsøen, dels på grund af beliggenheden af disse farvande omkring Danmark, dels fordi der i disse områder er indført tiltag for at regulere svovlemissioner fra skibe (det såkaldte SECA-område – Sulphur Emission Control Area).
 
Derudover har vi vurderet helbredseffekter og tilhørende eksternaliteter fra alle emissioner fra den nordlige halvkugle (inkl. de naturlige emissioner) for at estimere de totale helbredsrelaterede eksterne omkostninger fra de totale luftforureningsniveauer både i Danmark og i Europa. Disse resultater er sammenlignet med tilsvarende resultater opnået i Clean Air For Europe (CAFE) projektet. Både for den internationale skibstrafik og for de totale luftforureningsniveauer er der beregnet resultater for årene 2000, 2007, 2011 og 2020. Emissionsopgørelserne for 2000, 2007 og 2011 er baseret på data fra EMEP (European Monitoring and Evaluation Programme). Emissionerne for år 2011 er baseret på opgørelsen for år 2007, med den forskel at svovlemissionerne fra den internationale skibstrafik i Nordsøen og Østersøen i dette år bliver yderligere reguleret. For 2020 er beregningerne baseret på implementering af NEC-II (National Emission Ceilings) direktivet for Europa.
 
Vi konkluderer at luftforurening udgør et seriøst problem mht. helbredseffekter og at de relaterede eksterne omkostninger er betragtelige. De eksterne omkostninger kan benyttes til en direkte sammenligning af bidragene fra de forskellige emissionssektorer mht. effekter på helbred og kan derved bruges som direkte beslutningsstøtte for regulering af emissioner. I rapporten er de relative bidrag fra de forskellige overordnede emissionssektorer beregnet for år 2000. De større og umiddelbart synlige kilder til luftforurening (fx kraftværker og vejtrafik) udgør ikke nødvendigvis de mest signifikante problemer relateret til helbredseffekter. Andre og mindre åbenbare kilder kan give signifikante effekter på natur og mennesker. Derfor har vi i rapporten screenet alle de overordnede emissionssektorer og vurderet deres indbyrdes bidrag. Vi giver derved et bud på hvilke overordnede sektorer der er væsentlige mht. helbredseffekter fra luftforurening, og hvilke der er mindre væsentlige.
 

Resultater og konklusioner i hovedtræk

De overordnede resultater og konklusioner i rapporten mht. helbredsrelaterede eksterne omkostninger i Danmark og Europa for år 2000 som følge af emissioner fra danske landbaserede kilder er:

  • De helbredsrelaterede eksterne omkostninger i Europa fra danske kilder udgør 4,9 mia. Euro/år (37 mia. DKK/år). De eksterne omkostninger indenfor Danmark fra danske kilder udgør 0,8 mia. Euro/år (6 mia. DKK/år).
  • Den relative fordeling af de overordnede emissionssektorer i Danmark, som bidrager til helbredsrelaterede eksterne omkostninger fra luftforurening er givet i tabellen herunder. Fordelingen afspejler sektorernes kildestyrke, kildernes geografisk fordeling i forhold til befolkningen og påvirkning af luftforureningsstoffernes levetider som afhænger af ikke-lineære kemiske og fysiske processer i atmosfæren. Første kolonne giver de helbredsrelaterede eksterne omkostninger i hele Europa fra danske emissionssektorer, mens den anden kolonne giver fordelingen hvis man kun medtager effekter inden for Danmark fra de danske kilder.

Emissionssektor Bidrag i % til de totale helbredsrelaterede eksterne omkostninger
fra danske emissioner

Bidrag til hele
Europa
Bidrag indenfor Danmark
Store centrale kraftværker 10,3 % 5,7 %
Boligopvarmning, inkl. brændeovne 9,3 % 16,3 %
Decentrale kraftværker i forbindelse med industriproduktion 5,3 % 4,3 %
Produktionsprocesser, såsom cement, papir, metal 1,9 % 3,1 %
Ekstraktion og distribution af fossile brændstoffer 1,7 % 2,3 %
Brug af opløsningsmidler fx i maling 2,6 % 2,5 %
Vejtrafik 17,6 % 19,3 %
Andre mobile kilder (traktorer, plæneklippere, mv.) 7,9 % 7,2 %
Affaldshåndtering og forbrænding 0,6 % 0,1 %
Landbrug 42,8 % 39,4 %
Sum 100,0 % 100,0 %


Helbredseffekterne skyldes udslip af de kemiske stoffer kulmonooxid (CO), svovldioxid (SO2), kvælstofoxider (NOx), flygtige organiske forbindelser (VOC) og primære partikler (PM2,5) fra fx forbrændingsprocesser. Disse stoffer har enten direkte helbredseffekter (fx CO, SO2 og PM2,5) eller bliver kemisk omdannet til andre stoffer i atmosfæren såsom ozon (O3) eller sulfat- og nitratpartikler. Bidraget fra landbruget skyldes emissioner af ammoniak (NH3) som omdannes til partikler i atmosfæren (ammoniumsulfat og ammoniumnitrat).
 
De overordnede resultater og konklusioner mht. helbredsrelaterede effekter fra den internationale skibstrafik er:
  • Emissionerne fra den internationale skibstrafik (hele den nordlige halvkugle) er ansvarlig for helbredsrelaterede eksterne omkostninger i Europa på 58 mia. Euro/år (435 mia. DKK/år), hvilket svarer til 7 % af de totale helbredsrelaterede eksterne omkostninger i år 2000. I år 2020 er omkostningerne steget til 64 mia. Euro/år (480 mia. DKK/år), svarende til 12 % af de totale helbredsrelaterede eksterne omkostninger.
  • Antallet af for tidlige dødsfald i Europa pga. den internationale skibstrafik er ca. 49500 tilfælde i år 2000 og ca. 53200 tilfælde i år 2020.
  • Bidraget til de helbredsrelaterede eksterne omkostninger i Danmark fra den internationale skibstrafik udgør 18 % af de totale helbredsrelaterede omkostninger i Danmark for år 2000 og 19 % for år 2020, selvom de totale helbredsrelaterede eksterne omkostninger i Danmark fra den internationale skibstrafik falder fra 800 mio. Euro/år (6 mia. DKK/år) i år 2000 til 480 mio. Euro/år (3,6 mia. DKK/år) i 2020.
  • Bidraget til de totale helbredsrelaterede eksterne omkostninger i Danmark fra den internationale skibstrafik i Østersøen og Nordsøen udgør 14 % i både år 2000 og i år 2020. Den procentvise andel af de eksterne omkostninger fra skibene ændrer sig ikke på trods af indførelsen af regulering på svovlemissionerne fra skibene, da de overordnede luftforureningsniveauer falder tilsvarende.
 
De overordnede resultater og konklusioner mht. helbredsrelaterede effekter fra de totale luftforureningsniveauer er:
  • De totale helbredsrelaterede eksterne omkostninger i Danmark fra de totale luftforureningsniveauer udgør 4,5 mia. Euro/år (34 mia. DKK/år) for år 2000, svarende til knap 2 % af det danske BNP. Dette tal falder til 3,8 mia. Euro/år (29 mia. DKK/år) for år 2007 og til 2,5 mia. Euro/år (19 mia. DKK/år) i år 2020 (2020 baseret på NEC-II emissionsscenariet).
  • Antallet af for tidlige dødsfald i Danmark pga. luftforurening er estimeret til ca. 4000 tilfælde for år 2000, faldende til ca. 3400 tilfælde i år 2007 og ca. 2200 tilfælde i år 2020.
§  Den totale helbredsrelaterede eksterne omkostning for hele Europa pga. luftforurening er estimeret til 803 mia. Euro/år (6000 mia. DKK/år) for år 2000, svarende til ~5 % af det samlede BNP indenfor EU (det tilsvarende tal i CAFE-beregningerne er 790 mia. Euro/år). De totale eksterne omkostninger i år 2007 er estimeret til 682 mia. Euro/år (5100 mia. DKK/år) faldende til 537 Euro/år (4000 mia. DKK/år) i år 2020.
§  Vi estimerer det totale antal af for tidlige dødsfald i hele Europa pga. luftforurening til 680000 tilfælde i år 2000, faldende til 450000 tilfælde i år 2020.
 

Perspektivering i forhold til CEEH

Arbejdet som præsenteres i denne rapport indgår som et vigtigt grundelement i Center for Energi, Miljø og Helbred (www.ceeh.dk), og arbejdet er delvist finansieret gennem dette center. Den grundlæggende ide i CEEH er at opstille omkostningseffektive scenarier for fremtidens danske energisystemer. Arbejdet i CEEH adskiller sig fra andre lignende aktiviteter ved, at vi i CEEH ikke kun medtager de direkte omkostninger i forbindelse med energisystemerne, men også de indirekte omkostninger (eksternaliteter). Da disse indirekte omkostninger er ganske betydelige – som det vil fremgå af denne rapport – har det stor betydning for hvilke fremtidige energi-systemer, der rent økonomisk er mest effektive. Som et eksempel bliver omkostningseffektiviteten for vindenergi væsentlig forøget relativt til fx fossile brændsler og bio-brændsler, når man medtager de indirekte omkostninger. Disse resultater vil blive præsenteret i andre CEEH rapporter.

 

Summary

Air pollution has significant negative impacts on human health and well-being, which entail substantial economic consequences. We have developed an integrated model system, EVA (Economic Valuation of Air pollution), based on the impact-pathway chain, to assess the health-related economic externalities of air pollution resulting from specific emission sources or sectors. The EVA system was initially developed to assess externalities from power production, but in this study it is extended to evaluate external costs at the national level from all major emission sectors. The essential idea behind the EVA system is that state-of-the-art scientific methods are used in all the individual parts of the impact-pathway chain and to make the best scientific basis for sound political decisions with respect to emission control.
 
The main objective of this work is to find the anthropogenic activities and emission sources in and around Denmark that give the largest contribution to human health impacts. In order to meet this objective we have made an overall screening of all significant emission sectors in Denmark that contribute to impacts on human health. In this report, we estimate the impacts and total health-related external costs from the main emission sectors in Denmark, represented by the 10 major SNAP (Selected Nomenclature for Sources of Air Pollution; see Appendix C for details) categories as well as all emission sectors simultaneously. Besides these major categories, we assess the external costs from international ship traffic, since this sector is an important contributor to air pollution in Denmark. Special attention has been on the international ship traffic from the Baltic Sea and the North Sea, since these waters are close to Denmark and special regulatory actions on sulphur emissions have been introduced in these areas. Furthermore, we assess the impacts and externalities of all emissions from the Northern Hemisphere simultaneously (including natural emissions) to estimate the total health-related external costs from the total air pollution levels in Europe, and these results are compared to similar results obtained in the Clean Air For Europe (CAFE) project. Both for international ship traffic and for the total air pollution levels, results are presented for present and future conditions, represented by the years 2000, 2007, 2011 and 2020.
 
We conclude that air pollution still constitutes a serious problem to human health and that the related external costs are considerable. The related external costs found in this work can be used directly to compare the contributions from the different emission sectors, potentially as a basis for decision making on regulation and emission reduction. The major immediate and visible emission sources (e.g. power plants and road traffic) do not always constitute the most significant problems related to human health. Other less obvious sources can cause significant impacts on nature and human health.
 
The major results and conclusions concerning external costs within Denmark can be summarised as follows:
  • The main emission sectors in Denmark contributing to health-related external costs in Denmark are: agriculture (39%), road traffic (19%), domestic heating (wood stoves; 16%), other mobile sources (7%), and power plants (6%).
  • Taking into account the health-related external costs in Europe, the sectors are: agriculture (43%), road traffic (18%), major power plants (10%), domestic heating (wood stows; 9%) and other mobile sources (8%).
  • Emissions in Denmark cause health-related external costs in Europe of 4.9 billion (bn) Euros/year. Out of this, the effects in Denmark from Danish sources correspond to 0.8 bn Euros/year.
  • The total external cost in Denmark from all air pollution sources in Europe is 4.5 bn Euros/year for the year 2000, corresponding to ~2% of the Danish GDP. This figure is decreasing to 3.8 bn Euros/year for the year 2007 and projected to 2.5 bn Euros/year for the year 2020 based on the NEC-II emission scenario.
  • The number of premature deaths in Denmark due to air pollution is ~4000 for the year 2000, decreasing to ~3400 in the year 2007 and ~2200 in the year 2020.
 
The major results and conclusions concerning effects from international ship traffic are:
  • Emissions from international ship traffic are responsible for external costs related to impacts on human health of 58 bn Euros/year corresponding to 7% of the total health costs in Europe in 2000 increasing to 64 Euros/year in the year 2020 corresponding to 12% of the total health costs.
  • The number of premature deaths in Europe due to international ship traffic is ~49500 and ~53200 for the year 2000 and 2020, respectively.
  • The contribution to health-related external costs from international ship traffic to Denmark is 18% of the total external cost in Denmark in the year 2000 and 19% in the year 2020, even though the total external cost from international ship traffic is decreasing from ~800 million (mio) Euros/year to ~480 mio Euros/year.
  • The contribution to the external cost of health effects in Denmark from international ship traffic in the Baltic Sea and North Sea is 14% in both years 2000 and 2020.
 
The major results and conclusions concerning effects from the total air pollution levels are:
  • The total health-related external cost for the whole of Europe is 803 bn Euro/year for the year 2000. The total external cost in 2007 is 682 bn Euro/year. For the year 2020 the total external cost is decreasing to 537 bn Euro/year. 
  • We estimate the total number of premature deaths in the whole of Europe in the year 2000 due to air pollution to ~680000/year, decreasing to ~450000 in the year 2020.
 
The work presented in this report is an important element of the Centre for Energy, Environment and Health (www.ceeh.dk), and the work has been financed partly via CEEH. The basic idea in CEEH is to identify cost effective scenarios for future energy systems in Denmark. The approach in CEEH is different from other similar activities, which generally only considers the direct costs associated with the energy systems. In CEEH we also include the indirect costs or externalities. Since these indirect costs are quite large – as can be seen from the present report – they influence the choice of economically effective energy systems significantly. As an example the cost efficiency of wind energy relative to e.g. fossil fuels and bio-fuels is increased when indirect cost are considered. These results will be published in other CEEH reports.


Colophon


Serial title:
Centre for Energy, Environment and Health Report Series

Title:
 Assessment of Health-Cost Externalities of Air Pollution at the National Level using the EVA Model System.

Short title:
CEEH Scientific Report No. 3

Authors:
Jørgen Brandt1, Jeremy D. Silver1, Jesper H. Christensen1, Mikael S. Andersen2, Jacob Bønløkke3, Torben Sigsgaard3, Camilla Geels1, Allan Gross1, Ayoe B. Hansen1, Kaj M. Hansen1, Gitte B. Hedegaard1, Eigil Kaas4 and Lise M. Frohn1,

1
Aarhus University, National Environmental Research Institute, Department of Atmospheric Envi-ronment, Frederiksborgvej 399, 4000 Roskilde, Denmark. 2Aarhus University, National Environmental Research Institute, Department of Policy Analysis, Frederiksborgvej 399, 4000 Roskilde, Denmark. 3Aarhus University, Department of Environmental and Occupational Medicine, Vennelyst Boule-vard 6, Building 1260, 8000 Århus C, Denmark. 4University of Copenhagen, Earth and Planetary Science, Niels Bohr Institute, Juliane Maries Vej 30, 2100 København Ø, Denmark

Responsible institution:
Aarhus University, National Environmental Research Institute, Department of Atmospheric Environment

Language:
English

Keywords:
Health cost externalities, air pollution, EVA model.

Url:
http://www.ceeh.dk/CEEH_Reports/Report_3/CEEH_Scientific_Report3.pdf

Digital ISBN:

ISSN:
1904-7495

Version:
Final

Website:
www.ceeh.dk

Copyright:
Any use of the content of this report should be cited as: J. Brandt et al., 2011: Assessment of Health-Cost Externalities of Air Pollution at the National Level using the EVA Model System, CEEH Scientific Report No 3, Centre for Energy, Environment and Health Report series, March 2011, pp. 98. http://www.ceeh.dk/CEEH_Reports/Report_3/CEEH_Scientific_Report3.pdf

The CEEH Scientific Reports

The Centre for Energy, Environment and Health report series constitutes documentation, validation and scientific results from CEEH. The report series consists of following reports:

CEEH report (working) titles and release dates

No. CEEH Scientific Report (Working title) Release Date
  first version
1
Description of the CEEH integrated ‘Energy-Environment-Health-Cost’ modelling framework system Jan 2011
2
( Document comparing the importance of different emissions scenarios (EDGAR, IPCC, and EMEP) )
Oct 2012
3
Assessment of Health-Cost Externalities of Air Pollution at the National Level  using the EVA Model System
Mar 2011
4
( Demonstration of full CEEH chain – the EVA line )
Oct 2012
5
Description of the HIA line in the CEEH integrated modelling chain
Sep 2012
6
( Demonstration of full CEEH chain – the HIA line ) Combined with CEEH report no 5

7a
Description of the CEEH health effects model - selection of concentration-response functions
Nov 2011
7b
Laboratory tests of toxicity of combustion particles
Oct 2012
8
( Final report containing all results )
Oct 2012
9
Extended abstracts from International conference on Energy, Environment and Health – Held by CEEH, REBECa and CEESA
July 2011
10
CEEH's beregninger af helbredsomkostninger fra luftforurening i Klimakommissionens scenarier (in danish)
Nov 2011




Dato: 20-Sep-2012