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Umweltpolitik im internationalen Kontext
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Grundlagen und
Verhandlungslösungen
Prof. Dr. Günther G. SchulzeUmweltökonomik
Instrumente I: Grundlagenund Verhandlungslösungen
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I. Grundla en
• Was ist die effiziente Umweltverschmutzung?
•
Instrumenten?
• We c e Instrumente gi t es
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Instrumente I: Grundlagenund Verhandlungslösungen
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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
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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
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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!
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Instrumente I: Grundlagenund Verhandlungslösungen
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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
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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,
Natural Resource and
Environmental
Economics, Pearson
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,
Bei M
* :
Summe aus
Umweltschaden
und
Vermeidungskosten
ist
minimal
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Pollution Control Targets
Marginal health damage
Figure 6.7 A ‘modified
efficiency’ based health
standard.
tH*
MH*
Emissions, M
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Pollution Control Targets
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,
Natural Resource and
Environmental
Economics, PearsonEducation Limited, 2003
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Figure 8.2 Target setting under perfect information.
*
MC
M* Emissions, M
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Umweltverschmutzung als Bestandsgröße
Schaden resultiert aus dem Bestand an Schadstoffen, Nutzen ergibt sich ausdem Zustrom neuer Schadstoffe
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Die Umweltbehörde kann nur den Zufluß steuern, nicht den Bestand.
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Pollution Control Targets
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
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Pollution Control Targets
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
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Pollution Control Targets
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
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Pollution Control Targets
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).
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Pollution Control Targets
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
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Pollution Control Targets
r1
dB
dM
dB
dM
dD
*
**
M* MM**
‐
M̂
.
pollutant. Two cases: {r = 0 and > 0} and {r > 0 and > 0}.
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Pollution Control Targets
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
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steady state eve o emissions goes up wit r
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Pollution Control Targets
a) 0
perfecty persistent pollutant
=
M = 0 at some date
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Kriterien zur Beurteilung von Instrumenten
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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
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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
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Instruments of Pollution Control
Source: Perman, Roger; Ma, Yue; McGilvray; Common, Miachael, Natural Resource and , ,
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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?
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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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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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Targets of Pollution Control
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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constrainttheof
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Targets of Pollution Control
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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40 53:solutioncostLeast B A B A Z Z Z Z
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Instruments of Pollution Control
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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Instruments of Pollution Control
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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und Verhandlungslösungen30
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Instrumente im Überblick
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Instruments of Pollution Control
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Instruments of Pollution Control
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UmweltökonomikInstrumente I:
Grundlagen
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Instruments of Pollution Control
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Instruments of Pollution Control
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Grundlagen
und Verhandlungslösungen33
Instruments of Pollution Control
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Instruments of Pollution Control
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UmweltökonomikInstrumente I:
Grundlagen
und Verhandlungslösungen34
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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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und Verhandlungslösungen
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Verhandlun slösun en
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UmweltökonomikInstrumente I:
Grundlagen
und Verhandlungslösungen
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Ronald Coase (1960):
The
Problem
of Social
, , : ‐
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UmweltökonomikInstrumente I:
Grundlagen
und Verhandlungslösungen
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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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UmweltökonomikInstrumente I:
Grundlagen
und Verhandlungslösungen38
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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
Prof. Dr.
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Schulze
UmweltökonomikInstrumente I:
Grundlagen
und Verhandlungslösungen39
. .
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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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Günther
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Schulze
UmweltökonomikInstrumente I:
Grundlagen
und Verhandlungslösungen40
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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
Prof. Dr.
Günther
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Schulze
UmweltökonomikInstrumente I:
Grundlagen
und Verhandlungslösungen
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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
~
Prof. Dr.
Günther
G.
Schulze
UmweltökonomikInstrumente I:
Grundlagen
und Verhandlungslösungen42
increase income of the sporting club and shifts2x:solutionefficientnew to
x x
Instruments of Pollution Control
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Instruments of Pollution Control
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
~
Prof. Dr.
Günther
G.
Schulze
UmweltökonomikInstrumente I:
Grundlagen
und Verhandlungslösungen43
f x1 x'1
7/16/2019 3._sitzung___verhandlungsl_sungen_39614071
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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
Prof. Dr.
Günther
G.
Schulze
UmweltökonomikInstrumente I:
Grundlagen
und Verhandlungslösungen44
situation: x* is obtained, which is too small.
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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.
Prof. Dr.
Günther
G.
Schulze
UmweltökonomikInstrumente I:
Grundlagen
und Verhandlungslösungen45
Contract theoretical analysis ot the Coase‐Theorem
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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
Prof. Dr.
Günther
G.
Schulze
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Instruments of Pollution Control
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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
Instruments of Pollution Control
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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
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Instruments of Pollution Control
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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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Microeconomic Foundations of Environmental Economics
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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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Literaturhinweise
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Literaturhinweise
• Hanley et al., Kap. 1,
• .
• Perman et al. 2011, chs. 5+6
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