Desparekotasun globala, energiaren kontsumoa eta CO2-emisioak ekonofisikaren ikuspuntutik

43 ekaia ZIENTZIA eta TEKNOLOGIA ALDIZKARIA ISSN 0214-9001 – eISSN 2444-3255 Ekaia, 2024, 46, 43-55 https://doi.org/10.1387/ekaia.24625 * Harremanetan jartzeko / Corresponding author: Josu Martinez-Perdiguero. Fisika Saila, Zientzia eta Teknologia. Fakultatea, Euskal Herriko Unibertsitatea (UPV/EHU), Barrio Sarriena, s/n (48940Leioa).–[email protected]–https://orcid. org/0000-0002-9155-6279 Nola aipatu / How to cite: Saez Murgiondo, Oihane; Manzano, Hegoi; Martinez-Perdiguero, Josu (2024). «Desparekotasun globala, energiaren kontsumoa eta CO2-emisioak ekonofisikaren ikuspuntutik». Ekaia, 46, 2024, 43-55. (https://doi.org/10.1387/ekaia.24625). Jasotze-data:2023, martxoak 27; Onartze-data:2024, otsailak 28. ISSN0214-9001 - eISSN2444-3255 / © UPV/EHU Press Lan hau Creative Commons Aitortu-EzKomertziala-PartekatuBerdin 4.0 Nazioartekoa lizentzia baten mende dago Desparekotasun globala, energiaren kontsumoa eta CO2-emisioak ekonofisikaren ikuspuntutik (Global inequality, energy consumption and CO2 emissions from an econophysics perspective) Oihane Saez Murgiondo, Hegoi Manzano, Josu Martinez-Perdiguero* Fisika Saila, Zientzia eta Teknologia Fakultatea, Euskal Herriko Unibertsitatea (UPV/EHU) LABURPENA: Desparekotasun globalaren, energia-kontsumoaren eta CO2-emisioen arteko harremana aztertu dugu ekonofisikaren ikuspegitik. Herrialde aberatsenek energia gehiago kontsumitzeko eta karbono gehiago isurtzeko joera dute; herrialde txiroenek, berriz, energia eskuratzeko aukera mugatua dute eta klima-aldaketaren ondorio negatiboen zama nagusia jasaten dute. Hori dela eta, energia-kontsumoa eta CO2-emisioak desparekotasunaren adierazle gisa erabil daitezke. Azken 30 urteetako desparekotasun-maila jaisteaz gain, sisteman oreka termodinamikoranzko erlaxazio asintotiko bat ikusten dugu, 0,5eko Gini koefizientearen baliorantz. Prozesu horretaz gain, analisian argi ikusten da COVID-19aren pandemiaren eragina: perturbazio bat ageri baita desparekotasunean. Faktore ekonomiko, sozial, politiko edo teknologikoek bultzatzen dute dinamika, baina, gure ustez, ekonofisikak eskaintzen duen analisiak emaitza onak ematen ditu; ekarpen guztiak batuz, egoera globalaren ikuspegi berri bat sortzen du. HITZ GAKOAK: ekonofisika, Boltzmann-Gibbs distribuzioa, Gini koefizientea, desparekotasuna. ABSTRACT: We examine the relationship between global inequality, energy consumption, and CO2 emissions from an econophysics point of view. Wealthier countries tend to consume more energy and emit more carbon, while poorer countries have limited access to energy and bear a disproportionate burden of the negative impacts of climate change. Both energy consumption and CO2 emissions can be used as indicators of inequality. Apart from the decrease in inequality over the last 30 years, we observe an asymptotic relaxation of the system towards thermodynamic equilibrium with a Gini coefficient of 0.5. Interestingly, the effect of the COVID-19 pandemic is clearly seen in the analysis as a perturbation towards inequality. Economic, social, political, or technological factors are driving the dynamics but, in our opinion, the econophysics analysis is successful in aggregating all the contributions and offering a new point of view of the global situation. KEYWORDS: econo-physics, Boltzmann-Gibbs distribution, Gini coefficient, inequality. 44 Ekaia, 2024, 46, 43-55 Oihane Saez Murgiondo, Hegoi Manzano, Josu Martinez-Perdiguero 1. SARRERA Energiaren kontsumoa eta karbono dioxidoaren (CO2) gehiegizko emisioak munduko arazo larrienen artean daude [1]. Arazo horien jatorria erregai fosilen (hala nola, ikatza, petrolioa eta gasa) erabileratik dator; izan ere, energia lortzeko erretzen direnean, CO2 kantitate handiak askatzen dituzte atmosferara. Munduko biztanleriak eta ekonomiak hazten jarraitzen duten heinean, energia-eskaerak ere hazten jarraitzen du. Horren ondorioz, erregai fosil gehiago kontsumitzen da, eta, ondorioz, CO2 gehiago isurtzen da. Horrek, era berean, klima-aldaketa eta hari lotutako eraginak areagotzen ditu; besteak beste, itsas mailaren igoerari eragiten dio, gertaera meteorologiko larriagoak eta maiztasun handiagoz ager daitezke, eta gizakion osasuna eta ongizatea kaltetzeko arriskua areagotzen du. CO2-emisioak oso lotuta daude desparekotasun globalarekin; izan ere, emisio horiei ekarpen handiena egiten dieten herrialdeak izan ohi dira aberatsenak eta garatuenak, industrializazio handiko herrialdeak baitira. Munduaren zati hau klima-aldaketaren erantzule nagusia da, eta, aldiz, garapen bidean dauden herrialde askok ez diote ekarpen esanguratsurik egiten. Hala eta guztiz ere, horren ondorioei aurre egin behar diete, hala nola lehorteei, uholdeei eta muturreko fenomeno meteorologikoei. Desparekotasun hori areagotu egiten da, garapen bidean dauden herrialde horietako askok ez dituztelako nahikoa baliabide edo azpiegitura herrialde aberatsenen erritmoan energia produzitzeko. Gai global horiei aurre egiteko, beharrezkoa da herrialdeen arteko hitzarmen batera iristea energia-iturri garbiago eta berriztagarriagoetara trantsizioa egiteko eta erregai fosilekiko dugun mendekotasuna murriztu ahal izateko. Gaur egun, politika, teknologia eta gizartealdaketen konbinazioa bultzatzen da. Mundu osoko gobernuak energia-iturri berriztagarriak eta alternatiboak sustatzen ari dira, eta erregai fosilekiko mendekotasuna murrizten saiatzen. Energia berriztagarrien premia larriagotu egin da Errusiaren eta Ukrainaren arteko gerraren ondorioz [2]. COVID-19aren pandemiak ere eragin nabarmena izan du munduko energia-kontsumoan eta CO2-emisioetan. Herrialde askok, konfinamenduaren ondorioz, industriako lanak erabat gelditu behar izan zituzten, eta murrizketak ezarri zituzten bidaiak egiteko garaian. Horrek asko jaitsi zuen erregaien eskaria, eta ondorioz, energia-kontsumoa jaitsi egin zen. Horrek, aldi berean, CO2-emisioak nabarmen gutxitzea ekarri zuen. International Energy Agency-ren (IEA) arabera, munduko CO2-emisioak %6 murriztu ziren 2020an, azken 70 urteotan egon den murrizketarik handiena izan da hori. Gaur egun, munduko herrialdeak pandemiaren aurretik zuten jarduera ekonomikoa berreskuratzen ari dira, eta horren ondorio zuzena da energiaren kontsumoaren eta CO2-emisioen gorakada. Energia-kontsumo globala eta CO2-emisioak aztertzeak disziplina anitzeko ikuspegia eskatzen du, eta ikergai garrantzitsua da arlo askotan: https://doi.org/10.1387/ekaia.24625 45 Desparekotasun globala, energiaren kontsumoa eta CO2-emisioak ekonofisikaren ikuspuntutik ekonomian, ingurumen zientzietan, soziologian, ingeniaritzan eta zientzia politikoetan, besteak beste. Ekonofisika arlo berri samarra da, fisikako eta matematikako metodoak ekonomian eta finantzan aplikatzen dituena [3] [refs]. Ekonofisikak, eredu eta datu enpirikoen bidez, sistema konplexuei buruzko informazioa eman dezake, hala nola energia-kontsumoak eta CO2-emisioek, desparekotasun globalarekin duten harremana aztertuz. Gai horri buruz, bi ikerketa lan baino ezin ditugu aurkitu literaturan: Barnerjee eta lankideen artikuluan ezarri zen oinarria [4] eta, aurrerago, Lawrence eta lankideen artikuluak 1980tik 2010era bitarteko datuak aztertu zituen, non CO2-emisioak ere kontuan hartzen baitzituzten [5]. Lan honetan, mekanika estatistikoko metodoak aplikatzen ditugu energiaren kontsumoa eta CO2-emisioak bizi-mailaren adierazle onak diren ideia aztertzeko. Gure datu-serieak 2022ra arte luzatzen dira. Horrela, desparekotasun globalaren egungo neurketak lortu ahal izan ditugu, eta gai izan gara COVID-19aren pandemiaren ondorioak argi eta garbi behatzeko. 2. METODOAK XIX. mendean, atomoen propietate estatistikoak deskribatzeko metodo matematikoak garatu ziren mekanika estatistikoa sortuz [6]. Hala nola, metodo horiek jarraituz, gas bateko molekulen abiaduraren probabilitate-distribuzioa (Maxwell-Boltzmann distribuzioa) eta energia desberdina duten egoeren probabilitate-distribuzio orokorra (Boltzmann-Gibbs distribuzioa) kalkula zitezkeen. Boltzmann-Gibbs distribuzioak oso garrantzi handia dauka termodinamikan. Distribuzio horrek deskribatzen du sistema fisiko batek energia jakin batekin egoera batean egoteko probabilitatea. Distribuzioa lortzeko entropiaren maximizazioa erabili behar dugu. Horren bidez, hau da lortzen dugun distribuzioa [6]: P r(Er)e E r kBT (1) non Er sistemako energia baita, kB Boltzmannen konstantea eta T tenperatura. Horri deitzen diogu Boltzmann-Gibbs distribuzioa [6]. 2.1. Diruaren banaketa Metodoak azaltzeko, diruaren banaketa erabiliko dugu, energia-kontsumoa eta CO2-emisioak baino sinpleagoa delako, eta, aurrerago, emaitzak orokortuko ditugu kasu horietarako. Sistema ekonomiko itxi batean, dirua kontserbatzen da. Hori ikus dezakegu ikusi berri dugun sistema termodinamikoan energia kontserbatzearen analogiatzat. Diruaren probabilitate- 46 Ekaia, 2024, 46, 43-55 Oihane Saez Murgiondo, Hegoi Manzano, Josu Martinez-Perdiguero distribuzioa lortzeko, entropiaren maximizazioaren printzipioa erabiliko da [4]. Demagun Nk okupazio-zenbakiak direla eta mk diruaren kantitate diskretua. Anizkoiztasunak, Ω, mk bakoitza Nk-tan banatzeko modu guztiak deskribatzen ditu: = N! N1!N2!N3!... (2) Anizkoiztasunaren logaritmoa entropia da: S = ln Ω. Stirling-en hurbilketa erabiliz (ln N ! ≈ N ln N – N ), entropia hau dugu: S=Nln N Nk k ln Nk=Nk k ln N k N ( ) (3) S-ren maximizazioa egin ondoren, Boltzmann-Gibbs distribuzioak diruarentzat honako itxura hau izango du [7]: P(m)=Ce m T (4) non C normalizazio konstantea baita, m dirua eta T tenperatura efektiboa, non bere balioa batez besteko diru kopurua agente ekonomiko bakoitzeko den. Diruaren kontserbazio horrek erakusten digu (ondasun materialak ez bezala) dirua ezin dela sortu ez deuseztatu. Diruarekin egin daitekeen gauza bakarra da agente ekonomikoen artean dirua trukatzea. Nahiz eta suposizio handiak egin eta horiek egiaztatzeko datuak urriak izan, literaturan lan askotan frogatu da hurbilketa ona izan daitekeela, eta gaur egun onartzen da distribuzio horiek bi-klasetako egitura dutela [5, 8, 9, 10]: behe klasea eta goi klasea. 2.2. Lorenz-en kurba Lorenz-en kurba desparekotasuna adierazteko eta neurtzeko erabiltzen den tresna bat da [11]. Bi koordenaturen (x(r) eta y(r)) bidez definitzen da: x(r) = P 0 rr ( ) dr (5) y(r)= r 0 rP r ( ) dr r 0 P r ( ) dr (6) x koordenatuak r-tik beherako diru-sarrera duten biztanleriaren frakzioa adierazten du, eta y koordenatua biztanleriaren diru-sarrera kopuru osoa da, https://doi.org/10.1387/ekaia.24625 47 Desparekotasun globala, energiaren kontsumoa eta CO2-emisioak ekonofisikaren ikuspuntutik sistemaren diru-sarreren frakzio moduan. r, 0 eta ∞ tartean ibiltzen da, eta x eta y, 0 eta 1 balioen artean. Lorenz-en kurba geroz eta urrunago egon ekitate absolutua adierazten duen lerrotik, orduan eta desparekotasun handiagoa izango dugu. Ekitatea adierazten duen lerroa, (0,0) puntutik (1,1) puntura doan lerro zuzena da. Beraz, distribuzio esponentzialaren Lorenzen kurben itxura jakiteko, integralak kalkula ditzakegu. Gure distribuzio esponentziala P(r)=e r T T da. Normalizatuta dago, T batez besteko diru-sarrera kopurua izanik: r 0P r ( ) dr = T . Beraz, gure distribuzioa x eta y adierazpenetan sartzen badugu eta integralak kalkulatuz gero, distribuzio esponentzialari dagokion Lorenz-en kurba teorikoki kalkulatu ahal izango dugu. Honako hau da emaitza: y(x) = x + (1 – x) ln(1 – x) (7) 2.3. Gini koefizientea Diru-sarreren distribuzioaren desparekotasuna Gini koefizientearen G bidez ere neur daiteke [11]. Kasu honetan, G = 0 denean, gizartea erabateko berdintasunean dago: biztanle guztiek diru-sarrera kopuru bera jasotzen dute. Aldiz, G = 1 denean, erabateko desparekotasuna dugu: pertsona bakarrak jasotzen du diru guztia eta gainontzekoek bat ere ez. Gini koefizientearen balioa lortzeko, definitu ditzagun Lorenzen kurbaren eta ekitate absolutua adierazten duen zuzenaren arteko azalera (A deituko dioguna) eta Lorenzen kurbaren azpiko azalera (B deituko dioguna). 1. irudia. Lorenzen kurba: A da ekitatea adierazten duen lerroaren eta Lorenzen kurbaren arteko azalera eta B Lorenzen kurbaren azpian dagoen azalera. 48 Ekaia, 2024, 46, 43-55 Oihane Saez Murgiondo, Hegoi Manzano, Josu Martinez-Perdiguero Horrela, Gini koefizientea definitzen da: G= A A+B (8) Gini koefizientea idazteko beste modu bat honako hau dugu: G=2x y ( ) dx 0 1 (9) 7. ekuazioa 9. ekuazioan ordezkatuz distribuzio esponentzialari dagokion Gini koefizientearen balioa lortuko dugu. Horren emaitza G = 0,5 dela ikus dezakegu; balio hori izango da oreka termodinamikoari dagokiona. 2.4. Distribuzio kumulatiboa Energiaren kontsumoa definitzeko oso erosoa da distribuzio kumulatiboa erabiltzea. Hori definitzeko, lehenengo herrialde guztiak ordenatu behar dira energia-kontsumo per capita txikienetik handienera. Kontsumo per capita txikiena duen herrialdeari n = 1 dagokio eta kontsumo handiena duen herrialdeari n = L, non L herrialde kopuru totala baita. Horrela, distribuzio kumulatiboa honako hau da [5]: Cn ( ) = Nk k=n+1 L Nk k=1 L (10) eta horrek energia-kontsumoa ϵn-tik behera duten munduko biztanleriaren frakzioa adierazten du. Modu horrtan, herrialde bereko biztanle guztiei energia-kontsumo bera esleitzen zaie: ϵn = ϵn/Nn. Datu enpirikoetatik Lorenz-en kurba lortzeko, xenp (ϵ) eta yenp (ϵ) kalkulatu behar dira n herrialde kopuruko datu-zerrenda bat erabiliz, non herrialdeak energia-kontsumo per capita ϵn txikienetik handienera ordenatuta baitaude: xenp n ( ) =1Cenp n ( ) = Nk k=1 n Nk k=1 L (11) https://doi.org/10.1387/ekaia.24625 49 Desparekotasun globala, energiaren kontsumoa eta CO2-emisioak ekonofisikaren ikuspuntutik yenp n ( ) = k k=1 n Nk k k=1 L Nk (12) 3. EMAITZAK ETA EZTABAIDA Goian aipatu den bezala, diru-banaketaren kasuan, datuak lortzea oso zaila izaten da, eta normalean ikerketa zeharkako datuekin egin behar da [8, 9, 10]. Energia-kontsumoa eta CO2-emisioaren kasuan, ordea, zuzeneko datuak eskura daude IEAko datu-basean [12]. Datu horiek eta azaldutako metodologia abiapuntu izanda, honako analisi hau egin dugu. 3.1. Energiaren kontsumoa Lehenik eta behin, urte bakoitzeko datuekin, energia-kontsumo per capita txikitik handira ordenatu dira datuak. 2a irudian 2018 urteko datuak erakusten dira. Bertan ikus dezakegu datu enpirikoek distribuzio esponentzialaren (lerro urdina) antz handia daukatela, eta horrek egindako suposizioa indartzen du. Adostasuna hobeto ikusten da 2b irudiko Lorenz-en kurban. Teorikoki lortutako kurba, 7 ekuaziokoa, eta datu esperimentalak oso gertu doaz tarte osoan. Horrek erakusten digu 2018ko urtean, termodinamikako oreka-egoerara iritsi ez bada, gutxi falta zaiola. Gini koefizientearen bidez ere gauza bera ikusten dugu: 2018an 0.529ko balioa lortu zen, eta distribuzio esponentzialari dagokiona, aldiz, 0,5 da. (a) (b) 2. irudia. (a) Munduko biztanleriaren frakzioa energia-kontsumo per capitaren menpe 2018 urterako. Lerro morea EIAko datuak eta lerro urdina doikuntza esponentziala. (b) Lorenzen kurba munduko energia-kontsumorako 2018 urtean. Lerro morea EIAko datuei dagokio, eta lerro gorria funtzio esponentzialari. 50 Ekaia, 2024, 46, 43-55 Oihane Saez Murgiondo, Hegoi Manzano, Josu Martinez-Perdiguero Desparekotasunaren eboluzioa aztertzeko, Gini koefizientea oso egokia da, parametro bakar batean banaketaren informazio hori islatzen delako. 3. irudian erakusten den bezala, eboluzioa oso nabarmena da 1980. urtetik hona. Urteetan zehar geroz eta desparekotasun txikiagoa dagoela erakusten digute datuek. Jaitsiera horren arrazoia hainbat faktorek eragin dezakete, hala nola Txinako eta Indiako hazkunde ekonomiko azkarrak [13], munduko osasuneta hezkuntza-mailako hobekuntzek eta garapenerako nazioarteko laguntzak. Gainera, globalizazioak merkataritza eta inbertsiorako aukera berriak sortu ditu, milioika pertsona pobreziatik ateratzen lagunduz. 3. irudia. Gini koefizientearen eboluzioa 1980-2021 tartean, munduko energiaren kontsumoarentzat. Lerro horia 0.5eko balioari dagokio, Boltzmann-Gibbs distribuzioari dagokion balioa. Lerro urdina 2000-2010 tarteko balioekin egindako lerro zuzena da, eta lerro berdea Sigmoid funtzioaren doikuntza. Desparekotasunak beherakada nabermena izan zuen 2000-2010 tartean. Hori dela eta, joera horren jarraipena (begiratu lerro zuzena 3. irudian), urte horietan 0,5-eko balio teorikora 2017an iritsiko zela pentsa zitekeen. Aldiz, entropia maximoko printzipioak esaten digunez, energia-kontsumoaren desparekotasuna moteldu eta saturatu egingo da G = 0,5 balio teorikoaren inguruan. Beraz, 2013-ko [5]. erreferentzian aurreikuspen hau egiten dute: Gini koefizienteak Sigmoid doikuntza jarraituko duela eta, beraz G = 0,5 baliorantz asintotikoki hurbilduko dela, baina ez dela inoiz balio horretatik behera joango. Azken hamarkadako datuekin argi ikusten da Giniren koefizientearen joera hori izan dela, eta aurreikuspena betez eta ekonofisikaren teoria suspertu egin dela. https://doi.org/10.1387/ekaia.24625 51 Desparekotasun globala, energiaren kontsumoa eta CO2-emisioak ekonofisikaren ikuspuntutik Aztertu diren azken bi urteetan (2020 eta 2021) gorakada txiki bat nabaritzen da. Gorakada hori, zalantzarik gabe, COVID-19aren pandemiak eragin zuen. COVID-19aren pandemiak desparekotasun globala areagotzea ekarri duela, pandemiaren inpaktu ekonomikoek neurriz kanpo eragin baitiete populazio ahulenei. Errenta baxuko herrialdeetako jende askok lana galdu du edo diru-sarreren murrizketak ikusi ditu, eta aberatsenek aurre egin ahal izan diote ekaitzari nola edo hala. Gainera, pandemiak agerian utzi ditu osasun-zerbitzuak eta teknologia eskuratzeko dauden desberdintasunak, desparekotasuna areagotuz [14, 15]. Beheranzko joera orokorra alde batera utzita, efektu hori azter daikete lan honetan ikertutako banaketetan ere. 4a. eta 4b. irudietan 2021. urteko banaketa kumulatiboak eta Lorenz kurba ikus daitezke. Kalkulatutako Giniren koefizienteak nabarmen egin du gora 2019ko minimo historikoarekiko, 2021ean 10 puntu basikoko igoera izan baitu. (a) (b) 4. irudia. (a) Munduko biztanleriaren frakzioa energia-kontsumo per capitaren menpe 2021 urterako. Lerro morea EIAko datuak eta lerro urdina doikuntza esponentziala. (b) Lorenzen kurba munduko energia-kontsumorako 2021 urtean. Lerro morea EIAko datuei dagokio eta lerro urdina funtzio esponentzialari. 3.2. CO2-emisioak Aurreko atalean egindako analisia CO2-emisioen datuetarako izan da. Espero bezala, emaitzak oso antzekoak dira, eta bat datoz argitaratutako datuekin [16]. 5a irudiak 2019. urteko probabilitate metatuaren banaketa erakusten du, eta 5b irudiak dagokion Lorenz-en kurba. Ikus daitekeenez, datuak esponentzialetatik oso hurbil daude, banaketa benetan BoltzmannGibbs motakoa dela adieraziz. Lorenz-en kurbak G = 0,508 ematen du, oreka termodinamikotik oso hurbil.