3._sitzung___verhandlungsl_sungen_39614071

7/16/2019 3._sitzung___verhandlungsl_sungen_39614071

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Grundlagen und

Verhandlungslösungen

Prof. Dr. Günther G. SchulzeUmweltökonomik

Instrumente I: Grundlagenund Verhandlungslösungen



I. Grundla en

• Was ist die effiziente Umweltverschmutzung?

•

Instrumenten?

• We c e Instrumente gi t es





Effiziente Umweltverschmutzun

z en e mwe versc mu zung: Maximierung der Gesamtwohlfahrt,

d.h. Verteilungsaspekte werden nicht berücksichtigt

Optimalitätsbedingung:=

Umweltverschmutzung

• Stock vs. flow pollution

• Uniformly mixing

vs.

directional

• Transborder vs. national





Klassifikation der

. mwe versc mu zung a s romgr e(flow pollutant) Schaden entsteht nur bei Absonderungder Verschmutzung

D=D(M) M: pollution flowBeispiele: Lärm, Licht, sehr kurzlebige Schadstoffe

2. Umweltverschmutzung als Bestandsgröße ,

positive Lebensdauer

Akkumulation, wenn

Schadstoffausstoß

die

Absorptionsfähigkeit übersteigtD=D(A) A: pollution stock





Effiziente Umweltverschmutzung bei

• tempora e etrac tung

• Nutzen aus Verschmutzung: Gesparte Schadstoff

‐

D B NB

)(')(' 0 M D M Bd

NBd

Grenzschadstoffvermeidungskosten = Grenzschaden der

Hinweis: Nutzen und Kosten sehr unterschiedlich verteilt!





D(M) D(M)

B(M)

Maximised net

benefits

.

Total and marginal damage and benefit

functions, and the

M

pollution emissions.

dM

dD

*: gleichgewichtigerSchattenpreis der

Verschmutzung Source: Perman, Roger;Ma, Yue; McGilvray;

dM

dB

*

Common, Miachael,

Natural Resource and

Environmental

Economics, PearsonEducation Limited, 2003





Das ökonomisch effiziente Niveau der Umweltverschmutzung minimiert die Summeaus Schadstoffvermeidungskosten und Kosten der Umweltverschmutzung

£

Grenzschadstoffvermeidungs‐

Grenschadenosten

C1: Schadstoffvermeidungskosten

C2: Schaden aus Verschmutzung

* C3

Verschmutzung ohne

C1 Source: Perman, Roger;

Instrumenteneinsatz

0M̂

M*MA

2 Ma, Yue; McGilvray;

Common, Miachael,


Environmental

Economics, Pearson



,

Bei M

* :

Summe aus

Umweltschaden

und

Vermeidungskosten

ist

minimal



Pollution Control Targets

Marginal health damage

Figure 6.7 A ‘modified

efficiency’ based health

standard.

tH*

MH*

Emissions, M



8




Marginal health

damage

Figure 6.6

Setting targets according to

an absolute

health

criterion.

t

MC

Source: Perman, Roger;

Ma, Yue; McGilvray;

MH

ommon, ac ae,


Environmental

Economics, PearsonEducation Limited, 2003



9



Figure 8.2 Target setting under perfect information.

*

MC

M* Emissions, M



10



Umweltverschmutzung als Bestandsgröße

Schaden resultiert aus dem Bestand an Schadstoffen, Nutzen ergibt sich ausdem Zustrom neuer Schadstoffe



Die Umweltbehörde kann nur den Zufluß steuern, nicht den Bestand.




3. Intertemporal Analysis of Stock Pollution

Assumption: Pollutant is uniformly mixingfocus on intertemporal dimension

Stock

Pollutants:gross benefits depend on flow of pollutant (abatement costs saved)

gross damages depends on contemporaneous stock

t t

t t

M B B D D

Change in pollutant stockt t

A M A

t

Pollution decay assumed to be linear in stock size:

ma not be realistic

10 t A



12




10 Imperfectly persistent pollutant examples: CO2 emissionsgreen ouse gas

emissions

0 Perfectly persistent pollutant stock increases without boundsexample: heavy metal residuals

certain toxins

Stock of pollutant depends on

entire history

t

0

0t

t t t

Optimization problem is intertemporal in nature

t

rt

t t M

dt e A D M Bt

0

max



13




Assume an optimal steady state exists, then pollution stock and pollution flow remainsconstant over time (in the steady state)

M A 0 0

A

Emission flow equals total decay

the lower the rate of decay, the smaller the steady state stock of pollution for

an iven level of emissions



14




Intertemporal Optimization yields the following condition

r dA

dD

dM

dB 1

Present value benefitof pollution at themargin (current value)

Present value of the damageat the margin

discount factor

1

Implications:1. The higher the decay rate , the smaller and thus the higher M.

‘ ‘

dM

dB

.

2. The higher the consumption discount rate r, the higher the level of pollution (flows).



15




r dBdBdD

r dAdM

r

dM

dB

dM

dB

dA

dD(1)

1

dDdAdDdD

M A

(2) 1

thusandstatesteadyin the

r dBdBdD

inresults(1)in(2)Using

r

dM

dB

dM

dD

dM dM dM

1or



16




r1

dB

dM

dB

dM

dD

*

**

M* MM**

‐

M̂

.

pollutant. Two cases: {r = 0 and > 0} and {r > 0 and > 0}.



17




Various Cases

a) 0 0 r

imperfectly persistent pollutant Optimality (in the steady state) requires

dBdD

b) 0 0 r

dM dM

r dBdD

1

positive discounting



18

steady state eve o emissions goes up wit r




a) 0

perfecty persistent pollutant

=

M = 0 at some date



19



Kriterien zur Beurteilung von Instrumenten





Wir machen (zunächst) folgende vereinfachende

• Nur nationale Verschmutzung, d.h. nur eine

Umweltbehörde, keine grenzüberschreitende

Externalitäten

• Gleichmäßig sich verteilende Verschmutzung, d.h.

keine räumlich differenzierte Regulierung• Vollständi e Information keine as mmetrische

Information, keine strategische Fehlinformationen)

• Keine Marktmacht





Beurteilun skriterien

. z enz

• Kosteneffizienz (inkl. Verwaltungskosten)• Informationsanforderungen

• Langfristige Wirkung

• Dynamische Effizienz (Anreiz für Innovationen)• Zusätzliche Nutzen (double dividend)• Ökologische Treffsicherheit

• W . Unsicherheit:

Flexibilität

Treffsicherheit

Effizienzverluste bei falschen Parameterwerten2. Verteilun s erechti keit





Instruments of Pollution Control

Source: Perman, Roger; Ma, Yue; McGilvray; Common, Miachael, Natural Resource and , ,



23



Kosteneffizienz

Ein bestimmtes

Verschmutzungsniveau

wird

mit

minimalen

Kosten

erreicht (Optimierung über alle Instrumente)

Mehrere Verschmutzungsquellen Least Cost Theorem

Grenzkosten der

Verschmutzung

müssen

für

alle

Emittenten

gleich

hoch sein

Wieso?



24



Ableitung

‐ versc mu zen e rmen = ,...,

‐ Output

and Input

Preise

sind

gegeben

‐ Firm wählt sein Produktionsniveau Q i und

politisch gesetzte

Restriktion

ii M M

‐

gegeben durch die folgende Funktion

2 iiiiii M M C

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Günther

G.

Schulze

UmweltökonomikInstrumente I:

Grundlagen

und Verhandlungslösungen



Targets of Pollution Control

Ci Figure 7.10 The firm’s abatement cost function.

•

2*ii*iiii MδMβαC

i

:private unconstrained i M ˆ

i*i M̂M 0M*

i *iM

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Grundlagen


26




goal politicalaas Given i

i M M

s.t.

governmentt eo pro emon pt m zat

1

N

1

N

ii

ii M M C Min

i M

:Lagrangian

2

i

ii

M M M M

M M C L

N1,...,i (1) 02 ...

iii

i

i

M M

LC OF

(2) 0 i M M L

priceshadowabatement pollutionincreasingof costmarginal2

polluters acrossequalized bemustcosts

iii M

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Schulze


Grundlagen

und Verhandlungslösungen27

constrainttheof




Intuition behind the result

If marginal abatement costs were not equalized accross firms, a

reallocation of abatement activities from the polluters with higher

costs such that M* remains constant would lower total abatement costs.

assume: 2

firms:

A,B

pollution abatement levelemissionnedunconstrai:ˆ withˆ iiii M M M Z

abatement costs: levelemissiondconstraine: i M

3 5.1100 : 2 A A A A Z MC Z C A

40targetPolitical

5 5.2100 :B

!

B A

B B B B

Z Z Z

Z MC Z C

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Grundlagen


40 53:solutioncostLeast B A B A Z Z Z Z




15 25 B A Z Z

cost)total(minimal 1700 B A

B A

C C

costs are unequally distributed!

Equity

concerns?Incentive for innovation?

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Grundlagen





MC

MCB = 5ZB200

MCA = 3ZA

100

75

5

10 15 35 40302520

Pollution abatement

Z

Figure 7.1 Marginal abatement cost functions for the two firms.

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Grundlagen




Instrumente im Überblick

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Schulze


Grundlagen






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Schulze


Grundlagen






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Schulze


Grundlagen






Prof. Dr.

Günther

G.

Schulze


Grundlagen




Instrumente der Umweltre ulierun

1. Verhandlungslösungen Coase Theorem

.

1. Verschmutzungshöhe

2. Tec no ogiean or erungen

3. Marktbasierte Instrumente

1. Steuern

.

4. Umwelthaftungsrecht

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Grundlagen




Verhandlun slösun en

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Grundlagen




Ronald Coase (1960):

The

Problem

of Social

, , : ‐

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Grundlagen




Das Coase Theorem

Situation:

anger s catt e tramp e armer s e s negat ve externa ty

U K U V‘s marginal utility from using G‘s fields

x

K

x G‘s marginal costs from V‘s cattle using his fields

f x

max x

x

Usage of the fields by the cattleSocial optimum

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Günther

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Grundlagen




Efficient solution can be achieved, if property right are well defined, perfectinformation prevails, transaction costs are zero and compensation payments do not

result in wealth effects.

The

efficient solution is obtained independently of the

distribution of the property rights.

Case 1:

Property

right for the usage of the fields rests with VG offers V compensation for the reduction of x (starting from xmax). This

leads to a Pareto improvement until xf is achieved.

Case 2:

Property right rests with G.V offers G compensation for the usage of the fields (i.e., the damage)

= f

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Grundlagen


. .



From an efficiency viewpoint it is thus irrelevant who the property

The distribution of the property rights however influences the income.

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Grundlagen




Coase solution and wealth/income effects

Annahmen:

• Umweltqualität ist

ein

normales

Gut

für

den

Geschädigten

• Umweltqualität ist ein normales Gut für den Schädigenden

• e ompensa onsza ung s gro genug, um as

Einkommen einer

oder

beider

Parteien

signifikant

zu

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Grundlagen




Example: airport (for sporting airplanes)

is located next to a

wellness club.

Negative

externality:

aircraft

noiseK ~

K

x

U

ˆ

x

club)(sportingflyingfromutility:U

per week sorties: x

1 x f x 2 x

xclubwellnessthetocosts:K

x

red: significant effect on wealth, property rights are owned by the aggrieved party (wellness

club)

increase in

income from compensation payments rotates

green: property rights rest with at the damaging party (airport). Compensation to reduce x

solutionefficientis

~

to 1 x x

K

x

K

~

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increase income of the sporting club and shifts2x:solutionefficientnew to

x x





Assumption in the previous figure:

ncome e ec s on y s gn can or e rece v ng par y o ecompensation. If it was significant also to the party paying the

Case: property rights rest with the aggrieved party (wellness club)

xK

~ x

U

1xso ut one c entnew

x

K

x

U

~

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Grundlagen


f x1 x'1



Coase‘s critique of the Pigou tax

starting point: efficient internalization of externality by the Pigou tax tf

x

K

x

U

,

x

f t U

f t

xU

xmax x f x

x

If a Pigou‐tax tf is introduced, then V will use x efficiently (i.e. xf ), provi e argaining is in easi e

If bargaining is feasible, there is an incentive to do so also in this

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Grundlagen


situation: x* is obtained, which is too small.



Why is this so?

Taxation causes a reduction in total utilit ained from x for the

concerned individual (here ranger V). As a consequence, thecompensation demanded by V for reducing x is smaller (because hisnet utility from x has decreased due to the tax).

Externality is limited too heavily.

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Grundlagen


Contract theoretical analysis ot the Coase‐Theorem



Contract theoretical analysis ot the Coase Theorem

Startin oint: Coase redicted that areto‐efficient solutions can beachieved through negotiations, but he does not show that or how thesesolutions are achieved.

Central question: Do utility‐maximizing individuals actuallyac eve a are o‐op mum roug nego a ons

Method: (non‐cooperative) game theory.

Traditional result: bargaining solution depends on:1. Utility level in case of non‐cooperation (i.e.

,

,

2. The bargaining process3. Information allocation

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Grundlagen





A simple

model

with perfect information

‐ ‐

assumptions: ‐ property rights located with Ranger (V)‐

bargaining process:

take‐

it‐

or‐

leave‐

it offer from G.calculus: ‐ Reservation utility for V: U(xmax)

Reservation utility for G: K(xmax)‐ Offer: reduction of x to xa through compensation Z(xa) paid to V

‐ ranger accepts offer if:G has total costs of:

max xU x Z xU aa aa

Determination of xa, Z(xa): in the borderline case: aa xU xU x Z max

roug

compensa on

mus

en oy a eas

e same u y eve

as in the case of non‐cooperation (fall back position), i.e. G‘s total cost amount to

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aa

G xU xU xK K max




Provided x a exists, that satisfies G‘s problem maxmax xK xU xU xK

aa is:

maxmax

max

..

min

xK xU xU xK t s

xU xK xU K

aa

aa

G xa

Socia we are: xK xU W :

asrestated becanroblemsG'Thus

onmaximizatiwelfaretheimpliescalculussG'

min

max

xW xU K

a

G xa

xK

if reached, bewill

maxmaxf xK xU xU

x

f

f

situation.initialin theanreater thiswelfaresocial

optimum-ParetoaisxIf :optimum-Paretotheof definitionthefromfollowswhich

x:resp.

f

x x x

Prof. Dr.

Günther

G.

Schulze


Grundlagen





Distribution effect at this bargaining process (take‐it‐or‐leave‐it): Bargainingmax, .

Evaluation of the Coase‐Theorem

x

‐ existence of an efficient bargaining solution (under certain assumptions)

under certain assumptions the solution is independent of the distribution of , . .

‐ the polluter pays principle is irrelevant

for (static!)

efficiency,

[but

not

for

‐ the importance of transaction costs

‐ ro e o wea t e ects

‐ arrangement of negotiations (feasibility?)

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Günther

G.

Schulze


Grundlagen


Microeconomic Foundations of Environmental Economics



Figure 5.13 The bargaining solution to an externality.

MB

£

a c Source: Perman, Roger; Ma,

b d

,

Miachael, Natural Resource

and Environmental

Economics, Pearson

Education Limited, 2003

0Hours of music

M* M0

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Günther

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Grundlagen


Literaturhinweise



Literaturhinweise

• Hanley et al., Kap. 1,

• .

• Perman et al. 2011, chs. 5+6

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Schulze


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