The link between economy and environmental resources: determinant factors of energy-related CO2 emissions: case studies from developed and developing economies

Abstract

The crucial relationship between economy and natural resources is a matter of concern to the scientific community over time. Studying the identifying factors recommended by the already existing literature and adding further logical approaches, we attempt to identify a macroeconomic relationship between energy consumption (energy-related CO2 emissions) and its determinants, differentiated between developing and developed countries. Important considerations in this approach are the improvement of technology, the energy mix with the ongoing shift of the economy towards services and several crucial social factors. In this effort, the population factor will be of particular importance; we will address various social issues that arise, such as poverty and overpopulation, with the proposal of such measures - policies as a solution.We organize our research (Empirical Part) in two major case studies: Case Study A with the USA and Germany economies as major developed economies and policy setters and Case Study B with the economies of Brazil, India and China as the developing economies and being three BRICS countries with vital economic and demographic dynamics. A set of decoupling indexes are employed in order to explore the linkage between the energy-related CO2 emissions and economic growth. Also, we are applying robust LMDI techniques in order to rank and quantify the driving forces leading CO2 emissions. A sectoral decomposition analysis is also applied in order to contribute in more specific policy recommendations. The period under investigation is from 2000 to 2017 for Case Study A and 2000 to 2018 for Case Study B, according to the data availability during the implementation of the research. The last section of the Empirical Part (World-Wide Comparative Analysis) contains a variety of economies on world-wide approach describing crucial socio-economic indexes and environmental variables depicted as graphs and tables. The objective of this data selection is to make a comparative global-scale portray of the current state of the economy in relation to the environment and energy. The innovation element of our study lies in the holistic approach of various factors and economies that co-determine the amount of energy-related CO2 emissions, which is being attempted for the first time. Our indexes are based also on the population variable, which is not approached by the traditional style of international reports. The population is the crucial variable in our social determinant factors which differentiated them from the traditional approaches. However, the traditional approach will not be ignored, and it will be researched so that a comparative study can be carried out. We have to mention that Case Studies are published by Springer Journals and Springer Nature as follows: Koilakou E., Hatzigeorgiou E. & Bithas K. Carbon and energy intensity of the USA and Germany. A LMDI decomposition approach and decoupling analysis. Environ Science and Pollution Research 30, 12412-12427 (2023). https://doi.org/10.1007/s11356-022-22978-x , Koilakou, E., Hatzigeorgiou, E. & Bithas, K. Social and economic driving forces of recent CO2 emissions in three major BRICS economies. Scientific Reports 14, 8047 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-58827-9. Furthermore, the concluding section of the empirical investigation, which examines selected European economies, has been published in Environment Systems & Decisions by Springer where I contributed as a co-author: Hatzigeorgiou, E., Koilakou, E. Decomposition analysis of energy-related CO2 emissions: an empirical study for selected EU economies. Environ Syst Decis 45, 53 (2025). https://doi.org/10.1007/s10669-025-10044-z. Also, approaches on the Theoretical Part of the research for re-estimating energy intensity and evidences from developed and developing economies are published by Wiley Online Library, in which I participated as co-author: Bithas K, Kalimeris P, Koilakou E. Re-estimating the energy intensity of growth with implications for sustainable development. The myth of the decoupling effect. Sustainable Development. 29: 441–452 (2021). https://doi.org/10.1002/sd.2158

Η κρίσιμη σχέση μεταξύ οικονομίας και φυσικών πόρων αποτελεί διαχρονικά αντικείμενο προβληματισμού της επιστημονικής κοινότητας. Μελετώντας τους προσδιοριστικούς παράγοντες που αναδεικνύονται από τη διεθνή βιβλιογραφία και ενσωματώνοντας περαιτέρω λογικές και θεωρητικές προσεγγίσεις, επιχειρούμε να διερευνήσουμε τη μακροοικονομική σχέση μεταξύ της κατανάλωσης ενέργειας (εκπομπές CO2 που σχετίζονται με την ενέργεια) και των παραγόντων που την επηρεάζουν, μεταξύ αναπτυσσόμενων και ανεπτυγμένων χωρών. Σημαντικές παράμετροι της προσέγγισης αυτής αποτελούν η τεχνολογική πρόοδος, το ενεργειακό μείγμα, η συνεχιζόμενη μετατόπιση της οικονομίας προς τον τομέα των υπηρεσιών, καθώς και μια σειρά κρίσιμων κοινωνικών παραγόντων. Στο πλαίσιο αυτό, ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στον πληθυσμιακό παράγοντα, ενώ εξετάζονται κοινωνικά ζητήματα όπως η φτώχεια και ο υπερπληθυσμός, με την πρόταση κατάλληλων μέτρων και πολιτικών ως πιθανών λύσεων. Η εμπειρική έρευνα οργανώνεται σε δύο κύριες μελέτες περίπτωσης. Η Μελέτη Περίπτωσης Α περιλαμβάνει τις οικονομίες των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής και της Γερμανίας, ως χαρακτηριστικές ανεπτυγμένες οικονομίες με καθοριστικό ρόλο στη διαμόρφωση πολιτικών. Η Μελέτη Περίπτωσης Β εξετάζει τις οικονομίες της Βραζιλίας, της Ινδίας και της Κίνας, οι οποίες αντιπροσωπεύουν αναπτυσσόμενες οικονομίες και συγχρόνως τρεις χώρες των BRICS με ιδιαίτερα σημαντική οικονομική και δημογραφική δυναμική. Για τη διερεύνηση της σχέσης μεταξύ των εκπομπών CO2 που σχετίζονται με την ενέργεια και της οικονομικής ανάπτυξης χρησιμοποιείται ένα σύνολο δεικτών αποσύζευξης (decoupling indexes). Παράλληλα, εφαρμόζονται ισχυρές τεχνικές αποσύνθεσης LMDI (Logarithmic Mean Divisia Index), με σκοπό την κατάταξη και ποσοτικοποίηση των παραγόντων που επηρεάζουν τις εκπομπές CO2. Επιπλέον, πραγματοποιείται τομεακή ανάλυση αποσύνθεσης, προκειμένου να διαμορφωθούν πιο εξειδικευμένες και στοχευμένες προτάσεις πολιτικής. Η περίοδος μελέτης εκτείνεται από το 2000 έως το 2017 για τη Μελέτη Περίπτωσης Α και από το 2000 έως το 2018 για τη Μελέτη Περίπτωσης Β, σύμφωνα με τη διαθεσιμότητα των δεδομένων κατά την υλοποίηση της έρευνας. Η τελευταία ενότητα του εμπειρικού μέρους (Παγκόσμια Συγκριτική Ανάλυση) περιλαμβάνει ένα ευρύ φάσμα οικονομιών σε παγκόσμιο επίπεδο και παρουσιάζει κρίσιμους κοινωνικοοικονομικούς δείκτες και περιβαλλοντικές μεταβλητές μέσω γραφημάτων και πινάκων. Στόχος της συγκεκριμένης επιλογής δεδομένων είναι η διαμόρφωση μιας συγκριτικής απεικόνισης της παγκόσμιας οικονομικής πραγματικότητας σε συνάρτηση με το περιβάλλον και την ενέργεια. Το καινοτόμο στοιχείο της παρούσας μελέτης έγκειται στην ολιστική προσέγγιση των διαφορετικών παραγόντων και οικονομιών που συνδιαμορφώνουν το επίπεδο των εκπομπών CO2 που σχετίζονται με την ενέργεια, μια προσέγγιση που επιχειρείται πρώτη φορά με αυτόν τον τρόπο. Οι δείκτες που αναπτύσσονται στηρίζονται επίσης στην πληθυσμιακή μεταβλητή, η οποία συνήθως δεν ενσωματώνεται στις παραδοσιακές προσεγγίσεις των διεθνών εκθέσεων. Ο πληθυσμός αποτελεί τον κεντρικό παράγοντα των κοινωνικών προσδιοριστικών μεταβλητών που εξετάζονται στην παρούσα έρευνα και διαφοροποιεί ουσιαστικά την προσέγγισή μας από τις συμβατικές μεθοδολογίες. Ωστόσο, οι παραδοσιακές προσεγγίσεις δεν παραλείπονται, αλλά εξετάζονται παράλληλα, ώστε να καταστεί δυνατή η διεξαγωγή συγκριτικής ανάλυσης. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι δύο κύριες μελέτες περίπτωσης έχουν δημοσιευθεί σε επιστημονικά περιοδικά των εκδόσεων Springer Journals και Springer Nature ως εξής: Koilakou E., Hatzigeorgiou E. & Bithas K. Carbon and energy intensity of the USA and Germany. A LMDI decomposition approach and decoupling analysis. Environ Science and Pollution Research 30, 12412-12427 (2023). https://doi.org/10.1007/s11356-022-22978-x , Koilakou, E., Hatzigeorgiou, E. & Bithas, K. Social and economic driving forces of recent CO2 emissions in three major BRICS economies. Scientific Reports 14, 8047 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-58827-9. Επιπλέον, η καταληκτική ενότητα αυτής της εμπειρικής διερεύνησης, η οποία εξετάζει επιλεγμένες ευρωπαϊκές οικονομίες, έχει δημοσιευθεί στο περιοδικό Environment Systems & Decisions των εκδόσεων Springer, όπου συμμετείχα ως συν-συγγραφέας: Hatzigeorgiou, E., Koilakou, E. Decomposition analysis of energy-related CO2 emissions: an empirical study for selected EU economies. Environ Syst Decis 45, 53 (2025). https://doi.org/10.1007/s10669-025-10044-z. Παράλληλα, προσεγγίσεις του θεωρητικού μέρους της έρευνας που αφορούν την επανεκτίμηση της ενεργειακής έντασης και την παροχή εμπειρικών ενδείξεων από ανεπτυγμένες και αναπτυσσόμενες οικονομίες έχουν δημοσιευθεί μέσω της Wiley Online Library, όπου επίσης συμμετείχα ως συν-συγγραφέας: Bithas K, Kalimeris P, Koilakou E. Re-estimating the energy intensity of growth with implications for sustainable development. The myth of the decoupling effect. Sustainable Development. 29: 441–452 (2021). https://doi.org/10.1002/sd.2158