Prices vs. Quantities and the Intertemporal Dynamics of the Climate Rent

This paper provides a formal survey of price and quantity instruments for mitigating global warming. We explicitly consider policies’ impact on the incentives of resource owners who maximize their profits intertemporally. We focus on the informational and commitment requirements of the regulator. Furthermore, we study the interplay between (private) resource extraction rent and (public) climate rent and ask how property and management of the climate rent can be assigned between regulator and resource sector. There are only two instruments that unburden the regulator from the complex intertemporal management of the climate rent and associated commitment problems: in the cost-benefit world, we derive a stock-dependent tax rule; in the cost-effective (carbon budget) world, only an emissions trading scheme with free banking and borrowing can shift intertemporal timing decisions completely to the market.resource extraction, climate rent, intertemporal policy instruments, prices vs. quantities, Hotelling

Renewable Energy Subsidies: Second-Best Policy or Fatal Aberration for Mitigation?

This paper evaluates the consequences of renewable energy policies on welfare, resource rents and energy costs in a world where carbon pricing is imperfect and the regulator seeks to limit emissions to a (cumulative) target. We use a global general equilibrium model with an intertemporal fossil resource sector. We calculate the optimal second-best renewable energy subsidy and compare the resulting welfare level with an efficient first-best carbon pricing policy. If carbon pricing is permanently missing, mitigation costs increase by a multiple (compared to the optimal carbon pricing policy) for a wide range of parameters describing extraction costs, renewable energy costs, substitution possibilities and normative attitudes. Furthermore, we show that small deviations from the second-best subsidy can lead to strong increases in emissions and consumption losses. This confirms the rising concerns about the occurrence of unintended side effects of climate policy { a new version of the green paradox. We extend our second-best analysis by considering two further types of policy instruments: (1) temporary subsidies that are displaced by carbon pricing in the long run and (2) revenue-neutral instruments like a carbon trust and a feed-in-tariff scheme. Although these instruments cause small welfare losses, they have the potential to ease distributional conflicts as they lead to lower energy prices and higher fossil resource rents than the optimal carbon pricing policy.Feed-in-Tariff, Carbon Trust, Carbon Pricing, Supply-Side Dynamics, Green Paradox, Climate Policy

Learning or Lock-in: Optimal Technology Policies to Support Mitigation

We investigate conditions that aggravate market failures in energy innovations, and suggest optimal policy instruments to address them. Using an intertemporal general equilibrium model we show that “small” market imperfections may trigger a several decades lasting dominance of an incumbent energy technology over a dynamically more efficient competitor, given that the technologies are very good substitutes. Such a “lock-in” into an inferior technology causes significantly higher welfare losses than market failure alone, notably under ambitious mitigation targets. More than other innovative industries, energy markets are prone to these lock-ins because electricity from different technologies is an almost perfect substitute. To guide government intervention, we compare welfare-maximizing technology policies in addition to carbon pricing with regard to their efficiency, effectivity, and robustness. Technology quotas and feed-in-tariffs turn out to be only insignificantly less efficient than first-best subsidies and seem to be more robust against small perturbations.renewable energy subsidy, renewable portfolio standard, feed-in-tariffs, carbon pricing

The impact of climate conditions on economic production. Evidence from a global panel of regions

We present a novel data set of subnational economic output, Gross Regional Product (GRP), for more than 1500 regions in 77 countries that allows us to empirically estimate historic climate impacts at different time scales. Employing annual panel models, long-difference regressions and cross-sectional regressions, we identify effects on productivity levels and productivity growth. We do not find evidence for permanent growth rate impacts but we find robust evidence that temperature affects productivity levels considerably. An increase in global mean surface temperature by about 3.5°C until the end of the century would reduce global output by 7–14% in 2100, with even higher damages in tropical and poor regions. Updating the DICE damage function with our estimates suggests that the social cost of carbon from temperature-induced productivity losses is on the order of 73–142$/tCO2 in 2020, rising to 92–181$/tCO2 in 2030. These numbers exclude non-market damages and damages from extreme weather events or sea-level rise. © 2020 The Author

The Carbon Rent Economics of Climate Policy

By reducing the demand for fossil fuels, climate policy can reduce scarcity rents for fossil resource owners. As mitigation policies ultimately aim to limit emissions, a new scarcity for “space” in the atmosphere to deposit emissions is created. The associated scarcity rent, or climate rent (that is, for example, directly visible in permit prices under an emission trading scheme) can be higher or lower than the original fossil resource rent. In this paper, we analyze analytically and numerically the impact of mitigation targets, resource availability, backstop costs, discount rates and demand parameters on fossil resource rents and the climate rent. We assess whether and how owners of oil, gas and coal can be compensated by a carbon permit grandfathering rule. One important finding is that reducing (cumulative) fossil resource use could actually increase scarcity rents and benefit fossil resource owners under a permit grandfathering rule. For our standard parameter setting overall scarcity rents under climate policy increase slightly. While low discount rates of resource owners imply higher rent losses due to climate policies, new developments of reserves or energy efficiency improvements could more than double scarcity rents under climate policy. Another important implication is that agents receiving the climate rent (regulating institutions or owners of grandfathered permits) could influence the climate target such that rents are maximized, rather than to limit global warming to a socially desirable level. For our basic parameter setting, rents would be maximized at approximately 650 GtC emissions (50% of business-as-usual emissions) implying a virtual certainty of exceeding a 2 °C target and a likelihood of 4 °C warming

International Cooperation for the Conservation and Sustainable and Fair Use of Biodiversity

This thesis contributes to the modelling of intergovernmental cooperation for global biodiversity conservation and analyses multilateral cooperation on the genetic resource market. The inter- and transdisciplinary research consists of game theoretic modelling, economic analyses, the study of political and legal documents, as well as the conduct of expert interviews. The game theoretic biodiversity conservation model developed in this thesis considers countries that are heterogeneous in ecosystems and wealth. The ecosystems are characterised by imperfect ecosystem substitutability as well as an ecosystem resilience threshold and provide local as well as global benefits. One of the main findings of the numerical appraisal is that cooperation improves upon the conservation share in the Nash equilibrium and optimal transfers facilitate a large stable coalition. Moreover, it is evinced that established ‘per-member partition functions’ are currently not applicable to the biodiversity conservation game. Based on expert interview results and technical feasibility and political economy considerations, an alternative benefit-sharing rule is derived. It is shown how this rule can be incorporated into the standard game-theoretic framework once countries have gained sufficient information to form expectations about biodiversity benefits. The main finding on multilateral cooperation on the market for physical genetic resources is that eco-regional cooperation and, even more so, a comprehensive global mechanism have the potential to significantly reduce transaction costs for both supplying countries and customers. They can thereby decrease prices for customers and increase demand, conservation levels and providers’ benefits. A case study of the Andean Community’s joint access legislation shows that the member countries realise few of their potential cooperation advantages. Collusion on the physical genetic resource market will not lead to high benefits as market power is limited by substitutes in form of ex-situ resources and freely available genetic information. The economically preferable instrument of a comprehensive global mechanism, in turn, is politically not feasible any time soon due to path dependencies and an arguably narrow understanding of national sovereignty.Diese Dissertation erweitert bestehende Ansätze zur Modellierung von zwischenstaatlicher Kooperation für den globalen Biodiversitätsschutz und analysiert multilaterale Kooperation auf dem Markt für genetische Ressourcen. Die inter- und transdisziplinäre Forschung beruht auf spieltheoretischen Methoden, ökonomischen Analysen, der Auswertung politischer und juristischer Dokumente sowie der Durchführung von Experteninterviews. Das in dieser Dissertation entwickelte spieltheoretische Biodiversitätsschutz-Modell berücksichtigt Länder, die heterogen in Ökosystemen und Wohlstand sind. Die Ökosysteme sind durch imperfekte Substituierbarkeit sowie Resilienzschwellen charakterisiert und stiften lokalen wie auch globalen Nutzen. Eines der zentralen Ergebnisse der numerischen Abschätzung ist, dass Kooperation zu einer Verbesserung des Schutzniveaus im Vergleich zum Nash-Gleichgewicht führt und optimale Transferzahlungen eine große stabile Koalition begünstigen. Außerdem zeigt sich, dass etablierte `per-member partition functions' (spieltheoretisch begründete Ausgleichszahlungen) zurzeit nicht auf das Biodiversitätsschutz- Spiel anwendbar sind. Basierend auf den Ergebnissen der Experteninterviews und unter Berücksichtigung der technischen Realisierbarkeit sowie polit-ökonomischer Erwägungen wird ein alternativer Bestimmungsfaktor für den Vorteilsausgleich entwickelt. Dabei wird herausgearbeitet, wie diese Verteilungsregel in den spieltheoretischen Standardmodellrahmen integriert werden kann, sobald die Länder ausreichende Kenntnisse erworben haben, um den Nutzen der Biodiversität zu bewerten. Das Hauptergebnis zu multilateraler Kooperation auf dem Markt für physische genetische Ressourcen ist, dass ökoregionale Kooperation und vor allem ein umfassender globaler Mechanismus das Potential haben, die Transaktionskosten sowohl für Anbieterländer als auch Nutzer signifikant zu verringern. Dadurch können sich die Preise für die Nutzer reduzieren und die Nachfrage, das Schutzniveau und die Gewinne der Anbieterländer erhöhen. In einer Fallstudie zur Andengemeinschaft wird aufgezeigt, dass die Mitgliedsländer wenige ihrer potenziellen Kooperationsvorteile realisieren. Kollusion auf dem Markt für physische genetische Ressourcen wird keine hohen Gewinne erzielen, da die Marktmacht durch Substitute in Form von Exsitu Ressourcen und frei erhältlicher genetischer Information limitiert ist. Das aus ökonomischer Sicht vorzuziehende Instrument eines umfassenden globalen Mechanismus wiederum ist politisch in absehbarer Zeit aufgrund von Pfadabhängigkeiten und einem wohl engen Verständnis nationaler Souveränität nicht durchsetzbar

Modulare Simulation komplexer SAR-Szenarien: Signalgenerierung, Positionsschätzung und Missionsplanung

Die vorliegende Arbeit entstand an der Universität Siegen im Rahmen des von der DFG unter dem Förderkennzeichen WI1705/9-1 geförderten Gemeinschaftsprojekts Bistatic Exploration, das in Zusammenarbeit des ZESS (Zentrum für Sensorsysteme), FOMAAS (Forschungszentrum für Multidisziplinäre Analysen und Angewandte Systemoptimierung) und der FGAN-FHR Wachtberg (Forschungsgesellschaft für Angewandte Naturwissenschaften - Forschungsinstitut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik) durchgeführt wird. Dieses Projekt hat zum Ziel, neue grundlegende Verfahren und Methoden für die Radarfernerkundung mit bistatischen SAR-Techniken (Synthetic Aperture Radar - Radar mit synthetischer Apertur) zu entwickeln. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Entwicklung eines modularen, universell einsetzbaren SAR-Simulators zur Unterstützung der am Projekt beteiligten Forschergruppen, die sich u.a. mit der Entwicklung von neuen Algorithmen und Ansätzen zur Prozessierung bi- und multistatischer Rohdaten befassen. Dabei soll der Simulator synthetisch generierte SAR- und Sensordaten von komplexen mono-, bi- und multistatischen SAR-Konstellationen zum Test der neu entwickelten Ansätze und Algorithmen liefern sowie die für die Beurteilung dieser Konstellationen benötigten Daten bereitstellen. Im Vergleich zu bisher verfügbaren SAR-Simulatoren, bei denen oft nur ebene Geometrien und lineare Flugpfade berücksichtigt werden, soll er SAR-Konstellationen unter realitätsnahen Bedingungen simulieren, wobei reale, gekrümmte Bewegungstrajektorien sowie ein digitales Höhenmodell der Erde als Reflektionsoberfläche verwendet werden. Das Grundkonzept des Simulators besteht in der Bereitstellung eines möglichst frei konfigurierbaren Werkzeugs, das dem Anwender größtmögliche Flexibilität zur Umsetzung und Simulation von komplexen SAR-Konstellationen bietet. Dazu wurde zunächst ein modulares Baukastenkonzept entwickelt, das die Basiselemente typischer SAR-Missionen bereitstellt. Durch entsprechende Kombination dieser Baukastenelemente kann eine Vielzahl von unterschiedlichen Konstellationen erzeugt werden. Um den Simulator flexibel verwenden zu können, wurde ein Frameworkkonzept entwickelt, das modular aus verschiedenen Programmkomponenten aufgebaut ist und alle zur SAR-Simulation benötigten Funktionalitäten bereitstellt. Dabei sind die einzelnen Komponenten autark und können in unterschiedlichen Kombinationen für unterschiedliche Aufgaben genutzt werden. Das Framework selbst besitzt bewusst keine eigene Logik zur Steuerung der Simulation. Diese Aufgabe übernimmt ein eigenständiges Steuerwerk, das die einzelnen Funktionalitäten für unterschiedliche Aufgabenstellungen in logischer Weise verwendet. Neben der Nutzung exemplarisch implementierter Anwendungen hat der Benutzer die Möglichkeit, das Steuerwerk durch eigene Implementierungen um speziell benötigte Funktionalitäten selber zu erweitern. Im Rahmen dieser Arbeit wurden ein Modell zur Berechnung von hochgenauen Satellitentrajektorien sowie ein Positionsschätzer auf Basis eines Kalman-Filters zur Fusion von simulierten und gemessenen Positionsdaten im Rechen- und Steuerwerk implementiert. Zusätzlich konnte ein grundlegendes Modul zur Missionsplanung und -optimierung zum Design neuer SAR-Missionen entwickelt und umgesetzt werden. Die Signalübertragung wird mittels eines phänomenologischen Modellierungsansatzes umgesetzt, bei dem sie als mechanisch-geometrisches System abgebildet wird. Hierdurch kann die Verwendung eines sehr komplexen mathematischen und physikalischen Modells zur Abbildung von elektromagnetischen Wellen vermieden werden. Der geometrische Ansatz eignet sich ebenfalls für die Modellierung aller weiteren benötigten Sensoren zur Bereitstellung der erforderlichen Sensordaten. Aufgrund sehr langer Simulationszeiten wurde die sehr rechenzeitintensive Rohdatengenerierung auf einem Rechencluster parallelisiert. Dazu sind unterschiedliche Ansätze zur parallelen Generierung von Rohdaten entwickelt und implementiert worden, mit denen ein großer Speedup in der Simulation erreicht werden konnte. Der neu entwickelte Simulator bildet die Basis für weiterführende Entwicklungen im Bereich der SAR-Simulation und bietet Potential für zusätzliche wissenschaftliche Untersuchungen

Keeping up with the Patels: Conspicuous consumption drives the adoption of cars and appliances in India

End-users base their consumption decisions not only on available budget and direct use value, but also on their social environment. The underlying social dynamics are particularly important in the case of consumer goods that implicate high future energy demand and are, hence, also key for climate mitigation. This paper investigates the impact of social factors, with a focus on ‘status perceptions’, on car and appliance ownerships by urban India households. Using two rounds of the household-level data from the India Human Development Survey (IHDS, 2005 and 2012), we test for the impact of social factors in addition to economic, demographic, locational, and housing on ownership levels. Starting with factor analysis to categorise appliances by their latent characteristics, we then apply the bivariate ordered probit model to identify drivers of consumption among the urban households. We find that while income and household demographics are predominant drivers of car and appliance uptake, the household’s perception of status, instrumented by a variable measuring expenditure on conspicuous consumption, emerges as a key social dimension influencing the uptake. The results indicate how households identify themselves in society influences their corresponding car and appliance consumption. A deeper understanding of status-based consumption is, therefore, essential to designing better demand-side solutions to low-carbon consumption

Drivers and triggers of international food price spikes and volatility

AbstractThe objective of this study is to explore empirical evidence on the quantitative importance of supply, demand, and market shocks for price changes in international food commodity markets. To this end, it distinguishes between root, conditional, and internal drivers of price changes using three empirical models: (1) a price spike model where monthly food price returns (spikes) are estimated against oil prices, supply and demand shocks, and excessive speculative activity; (2) a volatility model where annualized monthly variability of food prices is estimated against the same set of variables plus a financial crises index; and (3) a trigger model that estimates extreme values of price spikes and volatility using quantile regressions. The results point to the increasing linkages among food, energy, and financial markets, which explain much of the observed food price spikes and volatility. While financial speculation amplifies short-term price spikes, oil price volatility intensifies medium-term price volatility