Ecological EconomicsLecture 14

Tiago DomingosAssistant Professor

Environment and Energy SectionDepartment of Mechanical Engineering

Doctoral Program and Advanced Degree in Sustainable Energy SystemsDoctoral Program in Mechanical Engineering

Doctoral Program in Environmental Engineering

Intrinsic vs. Existence Value

• Choice and knowledge

• Compensation

• Risk vs. Certainty

• Economic vs. Intrinsic value

Problems - Welfare

1. The social decision rule is not complete, unless for any social decision everyone agrees on the best choice.

2. ...

3. It does not make a difference whether it is convex or not.

One person get alls the resource, and it should be the person who obtains the highest utility from having all the resource.

Sustainable DevelopmentDiscussion Question 1

• Sustainability can then only occur if the stock of natural capital is increasing.

Sustainable DevelopmentDiscussion Question 2

• A possible synthesis between strong sustainability and weak sustainability is stating that natural capital items have prices that go to infinity as their quantity reaches a critical value.

Sustainable DevelopmentProblem 1

a) ...

b) GDP increases by 3 M$.– Note that there are no additional effects, since this has to be

simultaneously an increase in added value and final demand.

c) A priori, there is no decrease in bequest value, because the extraction costs will always have to be met.

d) Note that the 2 M$ obtained can be invested in production capital.

Bem-estar e Sustentabilidade Bem-estar e Sustentabilidade em Economias Dinâmicasem Economias Dinâmicas

Contabilidade Verde para Portugal: 1992 – 2004Contabilidade Verde para Portugal: 1992 – 2004

Rui Pedro Matias Gama MotaRui Pedro Matias Gama Mota

Orientador: Manuel Victor Moreira Martins

Co-orientador: Tiago Morais Delgado Domingos

SumárioSumário

1. Enquadramento

2. Objectivos

3. Métodos

4. Resultados

5. Conclusões

1. Enquadramento1. Enquadramento Necessidade de indicador agregado de:

Bem-estar; Sustentabilidade.

Agregados das contas nacionais não incluem: bens e serviços ambientais, lazer, (des)amenidades; depreciação dos recursos naturais (stocks), e.g., solo, água,

pescas; ...

Necessidade de desenvolvimento de indicadores fundamentados na teoria económica.

2. ObjectivosObjectivos

Objectivos gerais: Introduzir em Portugal o debate sobre indicadores

de bem-estar e de sustentabilidade no contexto da contabilidade nacional.

Objectivos específicos: Estimar o Produto Interno Líquido Verde (GNDP) e

a Poupança Genuína (GS) para Portugal.

3. Métodos:3. Métodos: Modelo de Crescimento Óptimo MultisectorialModelo de Crescimento Óptimo Multisectorial

Objectivo:

Dinâmica:

Possibilidades de produção:

3. Métodos:3. Métodos: Relações Obtidas do ModeloRelações Obtidas do Modelo

Medição do bem-estar: Bem-estar:

Sugere que será possível estimar bem-estar (“forward looking”) usando informação sobre o presente.

Valor dos investimentos líquidos: Alterações no bem-estar igualam “valor” dos

investimentos líquidos.

3. Métodos:3. Métodos: Relações em Preços ReaisRelações em Preços Reais

Produto Interno Líquido Verde (GNDP):

Poupança Genuína (GS):

Variações do GNDP são proporcionais a variações de bem-estar. Poupança (investimento) líquida negativa indica decréscimo de

bem-estar. Teste à teoria.

3. Métodos:3. Métodos: Teste em Preços ReaisTeste em Preços Reais

Desenvolvimento que proporcione utilidade não decrescente ao longo do tempo.

Teste de sustentabilidade:

Desenvolvimento não sustentável

3. Métodos:3. Métodos: Modificação do Modelo GeralModificação do Modelo Geral

Utilidade: ; Capital manufacturado:

Capital natural:

4. Resultados:4. Resultados: Alterações à Contabilidade Nacional Alterações à Contabilidade Nacional

Alterações à contabilidade nacional: Efeitos no bem-estar das emissões atmosféricas

de 8 poluentes (fluxo); Depreciação da floresta comercial (Pinhal Bravo

e Eucaliptal). Não contabilizado:

Depreciação de outros recursos (minérios, stock piscícola, solo, água);

Valor do progresso tecnológico; Valor de serviços dos ecossistemas, ...

4. Resultados:4. Resultados: Poluição AtmosféricaPoluição Atmosférica

Custo marginal da poluição por poluente emitido [€2000/ton]:

Fontes: Valorização: ExternE, COWI e BeTa. Emissões: Inventário Nacional de Emissões

4. Resultados:4. Resultados: Custo da Poluição AtmosféricaCusto da Poluição Atmosférica

Custo associado a poluentes com efeito de estufa (CO2, CH4, N2O) é inferior ao custo associado a outros poluentes (SO2, NOx, PM10).

4. Resultados:4. Resultados: Custo da Poluição AtmosféricaCusto da Poluição Atmosférica

Comparação dos conjuntos de preços estimados: estimativas alta, baixa e melhor.

4. Resultados:4. Resultados: Floresta Comercial Floresta Comercial

Inventário Florestal Nacional 2005/06 (DGRF)

Volumes médios:Pinheiro Bravo

Eucalipto

95/98 05/06[m3/ha]

88.5

55 55

82.5

4. Resultados: 4. Resultados: Depreciação por EspécieDepreciação por Espécie

Depreciação da floresta comercial portuguesa a partir de 1999.

4. Resultados: 4. Resultados: GNDP e suas ComponentesGNDP e suas Componentes

GNDP = GDP – CFC – eE + Depreciação da Floresta

Produto Interno Líquido Verde Português é cerca de 6 a 10% inferior ao usualmente definido pelas contas nacionais.

-20000

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

milli

on €

NNP

Pollution

Forest Depl.

gNNP

GDP

4. Resultados:4. Resultados: Poupança GenuínaPoupança Genuína

Tendência decrescente da poupança genuína, sendo negativa no final do período contabilizado.

4. Resultados:4. Resultados: Teste à TeoriaTeste à Teoria

Variação do GNDP é consideravelmente superior ao juro da poupança genuína.

4. Resultados:4. Resultados: Análise de Sensibilidade,Análise de Sensibilidade,

Sensibilidade alta à taxa de juro e a alterações de interpretação entre despesas de consumo ou investimento em capital.

Alteração Média [%] Melhor valor [%]

– 2.91 27

eE baixa 2.42 13

eE alta 6.7 63

R = 6 % 8.74 82

Investimento em Educação

7.4 41

5. Conclusões5. Conclusões Como uma primeira abordagem à contabilidade nacional verde em Portugal

incluíram-se os danos das emissões atmosféricas de poluentes, e a depreciação da floresta comercial para Portugal.

Os termos incluídos contabilizam cerca de 6-10% do PIL português, sendo: Poluição atmosférica: 6 – 8%; Depreciação de florestas de pinheiro bravo e eucalipto: -0.7 a 0.4 %.

Verifica-se uma tendência decrescente da poupança genuína no período 1992-2004 tornado-se negativa no início do século XXI, sugerindo desenvolvimento não sustentável.

Foram estimadas para Portugal variações no PIL Verde e a Poupança Genuína, confirmando um desajuste entre teoria e realidade.

An indicator of GHG responsibility

João Rodrigues

Tiago Domingos

François Schneider

Stefan Giljum

I. Introduction

GHG responsibility

GHG (or greenhouse gas) emissions – Quantity of GHG (measured in ton CO2-equivalent) emitted yearly by an agent (country or region).

Different Indicators of GHG emissions exist: e.g., emissions physically occurring within the boundaries of the country, emissions required to produce consumption within the country.

Here we choose a “fair” indicator – GHG responsibility – as the one that verifies a set of specified properties.

III. Properties

Motivation

1. Normalization – The sum of all responsibilities should equal all direct emissions.2. Monotonicity – A decrease in responsibility and an increase in total emissions should not be allowed.3. Additivity – The responsibility of two countries should be the sum of their individual responsibilities.4. Strict accounting of indirect effects – Direct emissions should not considered.5. Economic causality – Direct emissions should be allocated to economic flows, in proportion to their share of total inputs or outputs.6. Symmetry – Upstream and downstream indirect effects should be equally accounted for.

III. Properties

Formalization

• Additivity: k = k’ + k’’; Uk = Uk’ + Uk’’.

• Normalization: UN = WN

• (STRICT) Accounting indirect effects: Uk = Uk({vij},{v’ij}).

• Economic causality:

• Monotonicity:

• Symmetry: U same if all vij and v’ji are interchanged.

NOTATION: N is world, v (v’) is upstream (downstream) carbon emission of an economic flow; m (m’) is upstream (downstream) carbon intensity of a sector.

j jiij ij vwv

i jiji ij vwv ''

ijiij zmv ijjij zmv ''

0

i

k

w

U

III. Properties

Sketch of the proof

• From accounting of indirect effects and economic causality, {vij}, {v’ij} are uniquely determined – the upstream and and downstream GHG emission of economic flow ij.

• Additivity imposes that Uk is a weighted sum of {vij}, {v’ij} for some set of flows {ij}. • Monotonicity and additivity together impose that intersectorial flows cannot be considered.

Lemma: implies

• Symmetry and normalization determine the coefficients, ensuring...

0

i

k

w

U0

ij

k

v

U0

'

ij

k

v

U

IV. Conclusions

… that GHG responsibility exists and is unique.

for all sectors i that compose country k.

and .

M = (I - A)-1B and M’=BT(I – A’),

where A and A’ are respectively the Leontieff and the Ghosh matrices.

Computation

i ii ik vvU 00 '

2

1

00 iii zmv iii zmv 00 ''

Revised Syllabus I

• Scale (ecology), distribution (ethics), efficiency (economics), constraints (thermodynamics)

• Ecological vs. Environmental and Natural Resource Economics

• Formal analogy– Microeconomics and thermodynamics– Biophysical valuation– Industrial ecology, industrial metabolism

• Substantive integration– Thermodynamics and ecology: DEB– Thermodynamics and economics: Ayres

• Epistemology and sociology of science• Ethics and welfare• Static vs. intertemporal optimisation

– Lagrangian multipliers– Maximum principle

Revised Syllabus II

• Microeconomics– Review of consumer theory

– Review of producer theory

– Review of market structures

– Game theory

– Evolutionary and institutional economics

• Pollution economics; pollution control instruments

Market Equilibria and Externalities

y

MPC

MPB

MSC

Market equilibrium

Social optimum

Revised Syllabus III

• Ecological and economic networks– Life Cycle Analysis

– Input-Output Analysis

– Computable General Equilibrium Models

– Indicators of environmental responsibility

• Economic valuation methods

• Intertemporal choice and uncertainty– Uncertainty

– Discount rate

– Cost-benefit analysis;

Revised Syllabus IV

• Sustainable development– Weak vs. strong sustainability

– Economic growth theory• Neoclassical and endogenous

• Ayres

– Economic theory of sustainable development

– Biophysical and other indicators of sustainable development• Index of Sustainable Economic Welfare

• Ecological Footprint

• Human Appropriation of Net Primary Production

• EcoIndicator95, EcoIndicator99

– Environmental Kuznets hypothesis

Detailed Syllabus I

• Static optimisation problems– Consumer optimisation– Producer optimisation– Interior vs. corner solutions

• Consumer theory– Properties of preference relations– Indifference curves– Utility functions– Demand curves (consumer and consumers)– Elasticities

• Producer theory– Returns to scale– Fixed vs. variable costs; short-run vs. long-run– Supply curves (firm and industry)

Detailed Syllabus II

• Market Equilibria– Essentially applications to pollution economics

• Pollution Economics– Market equilibria vs. social optima– Calculations of changes in surpluses and externalities– Effects of applying taxes or subsidies

• Economic Valuation– Willingness to Pay, Willingness to Accept, Surplus– Components of Total Economic Value– Basic ideas on economic valuation methods

• Discount Rate and Uncertainty– Components of the discount rate– Elasticity of marginal utility– Properties of expected utility– Discount rate vs. inflation– Nominal vs. real prices

Detailed Syllabus III

• Ethics and Welfare– Individual choice vs. social choice and their properties– Kant vs. utilitarianism vs. Rawls vs. libertarianism

• Sustainable Development– Discussion of different definitions of sustainable development– Weak vs. strong sustainability– Natural vs. manufactured capital

• National and Input-Output Accounting– Final demand, intermediate demand, valued added (factor

payments), primary inputs (or factors of production)– Input-output algebra– Direct vs. indirect requirements– National accounting conventions– Limitations of GDP– Nominal/current price GDP vs. real/constant price GDP– Purchasing power parity