Our atmospheric mess

[Note from the author: every post on this blog is available in both English and French. Scroll down for the French version. Note de l’auteur: chaque billet de ce blog est disponible en anglais et en français. Faire défiler la page vers le bas pour la version française.]

In an earlier post, I made the point that emissions of carbon dioxide (CO2) were tightly coupled to economic growth, and that this had to do with our reliance on fossil fuels for producing the goods and services that make up GDP. In this new post, I will provide more detail on where those CO2 emissions come from exactly. And as you will see, some of the results can be surprising.

But first, let us clarify something important: although I’m choosing to focus on CO2 most of the time, it is not the only contributor to climate change. There are other greenhouse gases (GHGs) that also contribute to climate change, namely methane, nitrous oxide, and so-called “fluorinated gases” (or “F-gases”) such as hydrofluorocarbons and sulfur hexafluoride. This is not a scientific blog so I won’t delve into the characteristics of each substance. But they should be mentioned before we turn our focus to CO2.

Methane (CH4) matters a great deal both in terms of volumes emitted and warming effect (the heat-trapping effect of a tonne of methane is 25 times worse than that of a tonne of CO2 over a 100-year period). Most methane comes from cattle (e.g. cows and sheep), urban waste (the decomposition of waste dumped in landfills emits methane), and the energy sector since methane is the main ingredient in natural gas (e.g. methane emissions happen when a gas pipeline or well leaks). Nitrous oxide (N2O) comes chiefly from the use of fertilizers in agriculture (themselves often made using natural gas) and from the burning of motor fuel in cars. Finally, fluorinated gases are often used as refrigerants (your fridge is kept cold thanks to hydrofluorocarbons) and in various industrial applications (e.g. aluminium, semiconductors…).

That said, the reason why most people focus on CO2 or “carbon” is because it remains the dominant GHG, accounting for more than 75% of all man-made GHG emissions (Graph 1).

Graph 1: CO2 remains the dominant GHG, accounting for more than 75% of all man-made GHG emissions in 2014.

Having clarified what GHGs exactly are, let’s look at which activities are responsible for them. Unsurprisingly, most economic activities are to blame (Graph 2). Although the generation of electricity and heat using fossil fuels is the largest contributor to global GHG emissions, it is by no means the only one, especially once the methane emitted by agriculture and urban waste is accounted for. Industrial and transport emissions are logically pretty big too. In the former case, they are largely due to process emissions from cement kilns, steel mills, and aluminium smelters, as well as to the electricity required for producing these and other energy-intensive materials like glass. Some orders of magnitude: Cement production alone represents a staggering 5% to 10% of all man-made CO2 emissions worldwide, depending on how you count them. Smelting one tonne of raw (primary) aluminium can emit as much as 19 tonnes of CO2 equivalent.

Graph 2: Most economic activities are to blame for global GHG emissions. “Other” comprises emissions from waste, fugitive emissions, and other fuel combustion. Emissions from industrial processes are counted under “Industry & construction”.

Note at this stage that most of these CO2- and energy-intensive products I mentioned above are construction materials. This will have its importance later on, trust me. Finally, as far as transportation is concerned, road transport is very clearly the largest emitter in absolute terms, ahead of maritime shipping and air transport (rail is the cleanest, hands down).

Enough said about economic activities. What about countries? Who emits the most? Well, there’s the easy answer and the more complex one. First the easy answer: China is the winner, followed by the United States, the European Union, India, Russia, and Japan (Graph 3). Now for the more complex answer: China again, though this time we need to take a more convoluted path to arrive at that final answer.

Graph 3: China is the largest emitter of CO2 followed by the United States, the European Union, India, Russia, and Japan. I could not locate data on all GHG emissions by country and so only used CO2, but including methane and N2O would not change the results much.

Staring at Graph 3 is very instructive for a number of reasons. One is that several major world events appear to be reflected in how much CO2 countries emit at a certain time. The two oil shocks of the 1970s resulted, for example, in a small, short-lived decrease in CO2 emissions. Likewise, the collapse of the USSR and the Asian financial crisis of 1997-1998 caused emissions to stagnate for a few years. It is, by the way, revealing that global emission reductions could only be achieved at times of great geopolitical or economic trouble, like the subprime crisis of 2008-2009. (See my first post on the correlation between GDP and CO2 emissions.)

But the one truly major break in the trend has to be China’s accession to the WTO in 2001. Why was this such a watershed for CO2 emissions? Because it turned the country into the world’s coal-powered factory for much of what we consume cheaply. Whether it is toys, phones, TVs, sports items, Christmas ornaments, prescription drugs, or deadly opioids like fentanyl, it is now all made in China. The huge increase in global trade that resulted moved manufacturing-related CO2 emissions from rich countries to China. This explains in part the decrease in American and European emissions that can be seen on Graph 3 at around the same time Chinese emissions soar. (There are a great many people working on the estimation of CO2 emissions embedded in trade flows, but the topic itself would deserve another post.)

So let’s say trade and offshoring explain the divergence in CO2 emissions between China and the rich world. Why then is the increase in Chinese emissions vastly superior in absolute value to the decrease in emissions in the West? Shouldn’t the two be of the same magnitude? No, and the reasons for this difference provide our complex answer to the question of who emits the most CO2 in the world.

Reason number one is China’s coal-based energy mix. Because coal is the most CO2-intensive fossil fuel, relying on it for generating two thirds of one’s electricity is bound to increase emissions dramatically. One dollar of production in China is therefore more dirty than one dollar of production in Europe or the US, so that offshoring to China creates additional emissions on a net basis. Your tonne of aluminium is more dirty if it is made using coal in China than if it is made using hydro-power in Norway or Russia.

China is not alone in using large amounts of coal in its power sector. Australia, Germany, India, Indonesia, and Poland are all fairly important economies that rely on coal. Yet their emissions are nowhere near the size of China’s (Graph 3). In fact, China’s GDP is more GHG-intensive relative to these other economies (that is, China has higher GHG emissions per dollar of GDP), confirming that it is not just about economic scale. So there has to be something else behind China’s huge CO2 emissions, and I will argue that this “something else” is China’s peculiar economic system.

Another possible way to see this is to compare countries’ emissions per capita with their GDP per capita (a measure of income level) and see where China fits in that picture. China has gotten a lot richer as measured by GDP per capita, and this happened fast, in the space of barely 40 years. This is certainly an impressive achievement. But as we saw before, rich people consume more energy. Graph 4 indicates nevertheless that China’s emissions per capita are above those of other countries at comparable income levels (e.g. Argentina, Colombia, or Thailand). More surprising, they’re also above the emissions per capita of rich countries like France, Italy, Spain, and Sweden, and this despite China having as many as 1.4 billion people! This provides further proof that there is something about China’s economy that makes it especially CO2-intensive. (See how I’m building suspense? I’m sure you’re yearning to know what this is all about…)

Graph 4: China’s emissions per capita are above those of other countries at comparable income levels (e.g. Argentina, Colombia, or Thailand). More surprising, they’re also above the emissions per capita of rich countries like France, Italy, Spain, and Sweden, and this despite China having as many as 1.4 billion people!

The truth behind all of this is that a very significant portion of CO2 emissions have domestic causes, not just in emerging economies like China, but also in the West. Trade surely plays a part: replacing something made using hydro-power or nuclear energy with something made using coal is bound to increase emissions, not to mention the additional emissions due to shipping over longer distances. But trade is just one factor among many (Shapiro and Walker, 2018; Levinson, 2015).

Another crucial factor behind China’s disproportionate increase in CO2 emissions is that country’s unique development model. Call it “capitalism with Chinese characteristics” or anything else you fancy. But this puts the finger on one of the most fundamental economic issues in the world right now, namely the excesses of China’s state capitalism. The topic is so big that I will need to save it for a more detailed discussion in future posts. But let me just say for now that what lies behind China’s rapid increase in CO2 emissions is the craziest monetary policy of all, which in turn engineered the mother of all real-estate and financial bubbles. Remember earlier in this post when I mentioned that most CO2- and energy-intensive products were construction materials (cement, steel, aluminium, glass…)? Those materials are precisely the things China produced in massive quantities to feed its credit-fueled boom in infrastructure and housing construction, all in support of sustaining economic growth above the level that keeps the people content to live under the yoke of the almighty Chinese Communist Party.

Version française

Dans un billet précédent, j’ai fait remarquer que les émissions de dioxyde de carbone (CO2) étaient étroitement liées à la croissance économique, et que cela avait à voir avec notre dépendance aux combustibles fossiles pour produire les biens et services qui composent le PIB. Dans ce nouveau billet, je vous fournirai plus de détails sur l’origine exacte de ces émissions de CO2. Et comme vous le verrez, certains résultats peuvent être surprenants.

Mais d’abord, clarifions quelque chose d’important : bien que je choisisse de me concentrer sur le CO2 la plupart du temps, ce n’est pas le seul facteur qui contribue au changement climatique. D’autres gaz à effet de serre (GES) contribuent également au changement climatique, à savoir le méthane, le protoxyde d’azote et les gaz dits “fluorés” (ou “gaz F”) comme les hydrofluorocarbones et l’hexafluorure de soufre. Ce site n’est pas un blog scientifique donc je ne vais pas m’attarder sur les caractéristiques de chaque substance. Mais il faut bien les mentionner avant de nous concentrer sur le CO2.

Le méthane (CH4) est très important en termes de volumes émis et d’effet de réchauffement (l’effet de piégeage de la chaleur d’une tonne de méthane est 25 fois pire que celui d’une tonne de CO2 sur une période de 100 ans). La plus grande partie du méthane provient du bétail (par ex. vaches et moutons), des déchets urbains (la décomposition des déchets mis en décharge émet du méthane) et du secteur de l’énergie puisque le méthane est le principal ingrédient du gaz naturel (par exemple, des émissions de méthane surviennent lorsqu’un gazoduc ou un puits d’hydrocarbures fuit). Le protoxyde d’azote (N2O) provient principalement de l’utilisation d’engrais dans l’agriculture (eux-mêmes souvent fabriqués avec du gaz naturel) et de la combustion de carburant dans les voitures. Enfin, les gaz fluorés sont souvent utilisés comme réfrigérants (votre frigo est maintenu froid grâce aux hydrofluorocarbures) et dans diverses applications industrielles (ex : aluminium, semi-conducteurs….).

Cela dit, la raison pour laquelle la plupart des gens se concentrent sur le CO2 ou le “carbone” est qu’il demeure le GES dominant, responsable de plus de 75 % de toutes les émissions de GES d’origine humaine (graphique 1).

Graphique 1: Le CO2 demeure le GES dominant, représentant plus de 75 % de toutes les émissions de GES d’origine humaine en 2014.

Après avoir clarifié ce que sont exactement les GES, voyons quelles activités en sont responsables. Comme on pouvait s’y attendre, la plupart des activités économiques sont à blâmer (graphique 2). Bien que la production d’électricité et de chaleur à partir de combustibles fossiles soit la principale source d’émissions de GES à l’échelle mondiale, elle n’est en aucun cas la seule, surtout lorsque l’on tient compte du méthane émis par l’agriculture et les déchets urbains. Les émissions de l’industrie et des transports sont logiquement assez importantes par ailleurs. Dans le cas de l’industrie, elles sont en grande partie dues aux émissions des fours à ciment, des aciéries et des alumineries, ainsi qu’à l’électricité nécessaire à la production de ces matériaux et d’autres matériaux énergivores comme le verre. Quelques ordres de grandeur : La production de ciment à elle seule représente de 5 à 10 % de toutes les émissions de CO2 anthropiques dans le monde, selon la façon dont on les compte. La fusion d’une tonne d’aluminium brut (primaire) peut émettre jusqu’à 19 tonnes d’équivalent CO2.

Graphique 2: La plupart des activités économiques sont responsables des émissions mondiales de GES. “Autres ” comprend les émissions provenant des déchets, les émissions fugitives et la combustion d’autres combustibles. Les émissions provenant des procédés industriels sont comptabilisées sous la rubrique “Industrie et construction”.

Notez à ce stade que la plupart de ces matériaux à forte intensité de CO2 et d’énergie que j’ai mentionnés ci-dessus sont des matériaux de construction. Cela aura son importance plus tard, croyez-moi. Enfin, en ce qui concerne le secteur des transports, le transport routier est très clairement le plus gros émetteur en montants absolus, devant le transport maritime et aérien (le ferroviaire est le plus propre , de loin).

Nous en avons assez dit sur les activités économiques. Qu’en est-il des pays ? Qui émet le plus ? Eh bien, il y a la réponse facile et la réponse plus complexe. D’abord la réponse facile : la Chine est la grande gagnante, suivie des États-Unis, de l’Union européenne, de l’Inde, de la Russie et du Japon (graphique 3). Passons maintenant à la réponse plus complexe : la Chine, une nouvelle fois, bien que cette fois-ci nous devions prendre un chemin plus alambiqué pour arriver à cette réponse finale.

Graphique 3: La Chine est le premier émetteur de CO2, suivie des États-Unis, de l’Union européenne, de l’Inde, de la Russie et du Japon. Je n’ai pas pu trouver de données sur toutes les émissions de GES par pays et je n’ai donc utilisé que le CO2, mais l’inclusion du méthane et du N2O ne changerait pas beaucoup les résultats.

L’observation du graphique 3 est très instructive pour un certain nombre de raisons. La première est que plusieurs grands événements mondiaux semblent se refléter dans la quantité de CO2 que les pays émettent à un moment donné. Les deux chocs pétroliers des années 1970 ont, par exemple, entraîné une légère baisse, de courte durée, des émissions de CO2. De même, l’effondrement de l’URSS et la crise financière asiatique de 1997-1998 ont fait stagner les émissions pendant quelques années. Il est d’ailleurs révélateur qu’à l’échelle mondiale des réductions d’émissions n’ont pu être réalisées qu’en période de grandes difficultés géopolitiques ou économiques, comme la crise des subprimes de 2008-2009. (Voir mon premier post sur la corrélation entre PIB et émissions de CO2).

Mais la seule véritable rupture majeure dans la tendance observée est l’adhésion de la Chine à l’OMC en 2001. Pourquoi s’agit-il d’un tel tournant dans les émissions de CO2 ? Parce qu’elle a fait du pays l’usine (à charbon) du monde pour une grande partie de ce que nous consommons à bas prix. Qu’il s’agisse de jouets, de téléphones, de téléviseurs, d’articles de sport, de décorations de Noël, de médicaments ou d’opioïdes mortels comme le fentanyl, tout cela est maintenant fabriqué en Chine. L’énorme augmentation du commerce mondial qui en a résulté a déplacé les émissions de CO2 liées à l’industrie des pays riches vers la Chine. Ceci explique en partie la baisse des émissions américaines et européennes que l’on peut observer sur le graphique 3 à peu près au même moment où les émissions chinoises explosent. (Il y a un grand nombre de gens oeuvrant à l’estimation du contenu en émissions de CO2 des échanges internationaux, mais le sujet lui-même mérite un autre article.)

Donc disons que le commerce et les délocalisations expliquent la divergence des émissions de CO2 entre la Chine et les pays riches. Pourquoi alors l’augmentation des émissions chinoises est-elle largement supérieure en valeur absolue à la diminution des émissions en Occident ? Les deux ne devraient-ils pas être de la même ampleur ? Non, et les raisons derrière cette différence fournissent notre réponse complexe à la question de savoir qui émet le plus de CO2 au monde.

La première raison est à chercher dans le bouquet énergétique de la Chine et la place importante que le charbon y occupe. Étant donné que le charbon est le combustible fossile qui produit le plus de CO2, le fait d’en dépendre pour produire les deux tiers de son électricité ne peut qu’augmenter considérablement les émissions. Un dollar de production en Chine est donc plus sale qu’un dollar de production en Europe ou aux États-Unis, de sorte que les délocalisations vers la Chine créent des émissions supplémentaires sur une base nette. Votre tonne d’aluminium est plus sale si elle est fabriquée avec du charbon en Chine que si elle est fabriquée avec de l’énergie hydraulique en Norvège ou en Russie.

La Chine n’est pas la seule à utiliser de grandes quantités de charbon dans son secteur énergétique. L’Australie, l’Allemagne, l’Inde, l’Indonésie et la Pologne sont toutes des économies assez importantes qui dépendent du charbon. Pourtant, leurs émissions sont loin d’atteindre la taille de celles de la Chine (graphique 3). En fait, le PIB de la Chine est plus à forte intensité de GES que celui de ces autres économies (c’est-à-dire que ses émissions de GES sont plus élevées par dollar de PIB), ce qui confirme qu’il ne s’agit pas seulement d’un “effet taille”. Il doit donc y avoir autre chose derrière les énormes émissions de CO2 de la Chine, et je soutiens que cet “autre chose” est le système économique bien particulier de la Chine.

Une autre façon possible de parvenir à cette conclusion est de comparer les émissions par habitant des pays avec leur PIB par habitant (une mesure de leur niveau de revenu) et de voir où se situe la Chine dans ce tableau. La Chine s’est beaucoup enrichie en termes de PIB par habitant, et cela s’est produit rapidement, en l’espace d’à peine 40 ans. C’est certainement une réalisation impressionnante. Mais comme nous l’avons vu auparavant, les riches consomment plus d’énergie. Le graphique 4 indique néanmoins que les émissions par habitant de la Chine sont supérieures à celles d’autres pays aux niveaux de revenus comparables (par exemple, l’Argentine, la Colombie ou la Thaïlande). Plus surprenant, elles sont également supérieures aux émissions par habitant de pays riches comme la France, l’Italie, l’Espagne et la Suède, et ce malgré que la Chine compte jusqu’à 1,4 milliard d’habitants ! Cela prouve une fois de plus que l’économie chinoise a quelque chose qui la rend particulièrement gourmande en CO2. (Vous voyez comme je construis le suspense ? Je suis sûre que vous mourrez d’envie de savoir de quoi il s’agit…)

Graphique 4: Les émissions par habitant de la Chine sont supérieures à celles d’autres pays ayant des niveaux de revenu comparables (par exemple, l’Argentine, la Colombie ou la Thaïlande). Plus surprenant, elles sont également supérieures aux émissions par habitant de pays riches comme la France, l’Italie, l’Espagne et la Suède, et ce malgré que la Chine compte jusqu’à 1,4 milliard d’habitants !

La vérité derrière tout cela, c’est qu’une part très importante des émissions de CO2 a des causes intérieures (propres aux pays), non seulement dans les économies émergentes comme la Chine, mais aussi en Occident. Le commerce international joue certainement un rôle : le remplacement d’un produit fabriqué à partir de l’énergie hydraulique ou nucléaire par un produit fabriqué à partir du charbon ne peut qu’augmenter les émissions, sans parler des émissions supplémentaires dues au transport sur de longues distances. Mais le commerce n’est qu’un facteur parmi tant d’autres (Shapiro et Walker, 2018 ; Levinson, 2015).

Un autre facteur crucial à l’origine de l’augmentation disproportionnée des émissions de CO2 de la Chine est le modèle de développement unique de ce pays. Appelez-le “capitalisme avec des caractéristiques chinoises” ou n’importe quoi d’autre. Mais cela met le doigt sur l’un des problèmes économiques les plus fondamentaux du monde à l’heure actuelle, à savoir les excès du capitalisme d’État de la Chine. Le sujet est si vaste que je me dois de le garder pour une discussion plus détaillée dans de prochains billets. Je dirai seulement pour l’instant que ce qui explique l’augmentation rapide des émissions de CO2 en Chine, c’est la plus folle des politiques monétaires, qui à son tour a engendré la mère de toutes les bulles immobilières et financières. Rappelez-vous tout à l’heure dans ce billet quand j’ai mentionné que la plupart des matériaux à forte intensité de CO2 et d’énergie étaient des matériaux de construction (ciment, acier, aluminium, verre…). Ces matériaux sont précisément ce que la Chine a produit en quantités massives pour alimenter son boom d’infrastructures et de construction de logements financés par de la dette, tout cela afin de maintenir la croissance économique au-dessus du niveau qui permet à la population d’accepter de vivre sous le joug du parti communiste chinois tout-puissant.


Levinson A (2015), “A Direct Estimate of the Technique Effect: Changes in the Pollution Intensity of US Manufacturing, 1990–2008”, Journal of the Association of Environmental and Resource Economists, 2:1, 43-56.

Shapiro JS and R Walker (2018), “Why Is Pollution from US Manufacturing Declining? The Roles of Environmental Regulation, Productivity, and Trade”, The American Economic Review, 108:12, 3814-54.

Published by Sister Maurice

I am an artificial intelligence created by Nim Chimpsky. Twitter: @MauriceBernade3

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