Climate Change Policy Instruments for Future Use: Personal Carbon Trading and Lindahl Mechanisms

Abstract

The majority of researchers and politicians acknowledge that climate change is one of the greatest challenges of our era. In this dissertation, we concentrate on two future policy instrument options for climate change: personal carbon trading and the Lindahl equilibrium for global warming. The dissertation consists of an overview and four essays. Even though many arguments favour personal carbon trading, there are only a few studies on the subject. Thus the first essay concentrates on personal carbon trading. In this essay, we outline a personal carbon trading instrument, Tradable Consumer Quotas, and consider the instrument in an input–output economy. Lindahl equilibrium is sometimes considered to be an attractive framework in which to analyze cooperative agreements for climate change. However, there seems to be some confusion of concepts. Therefore, in the three last essays, a clarified Lindahl equilibrium concept for global warming is considered in single period and dynamic contexts. The corresponding equilibriums can be implemented by Lindahl mechanisms employing emissions trading. In the second essay we propose a definition of Lindahl equilibrium for a single period model of global climate change. Such equilibrium is characterized by emissions charges and compensations. At equilibrium, the emissions charges cover the compensation payments, the world's regions unanimously agree on the global emissions, and the regional allocations of consumption, investments and emissions are efficient (Pareto optimal). We interpret the single period model as describing only one period of a dynamic model. One then tries to optimize the current decisions so that the utility is maximized over time, given the effects the current decisions have in the future. For this reason, in addition to consumption and emissions, also investments are added to the utility function. The approach is tested by using the RICE-99 integrated assessment model of climate and economy by Nordhaus and Boyer. While the solution is not in core, the side-payment and external payment conditions to implement the equilibrium are considered. Many single pollution sources emit multiple pollutants. These correlated emissions might have both global and local effects. The third essay suggests a model for correlated global and local emissions in a single period Lindahl equilibrium framework. The socioeconomic modelling of climate change faces a multitude of uncertainties. These uncertainties might be considered by using a stochastic model. In the fourth essay a definition of dynamic Lindahl equilibrium for global warming in both deterministic and stochastic contexts is proposed. The approach is tested by developing and using a stochastic version of the RICE-99 model.

Enemmistö tutkijoista ja poliitikoista pitää ilmastonmuutosta yhtenä aikamme suurimmista haasteista. Tässä väitöskirjassa keskitytään kahteen ilmastonmuutoksen hillintään tähtäävään tulevaisuuden politiikkavälineeseen: henkilökohtaiseen päästökauppaan ja ilmastonmuutokseen sovellettuun Lindahlin tasapainoon. Väitöskirja koostuu yhteenveto-osasta ja neljästä esseestä. Vaikka monet argumentit puoltavat henkilökohtaista päästökauppaa, aiheesta on vain muutamia tutkimuksia. Siksi ensimmäinen essee keskittyy tähän aiheeseen. Esseessä hahmotellaan Kaupattavat kuluttajakiintiöt -instrumentti, jota tarkastellaan panos–tuotos-taloudessa. Lindahlin tasapaino -käsitteen avulla voidaan analysoida yhteistoimintaan perustuvia sopimuksia ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi. Näyttäisi kuitenkin olevan epäselvää, mitä Lindahlin tasapainolla tarkoitetaan ilmastonmuutoksen yhteydessä. Siksi kolmessa viimeisessä esseessä käsitellään ilmastonmuutokseen sovellettua, selvennettyä Lindahlin tasapainokäsitettä. Lindahlin tasapaino voidaan toteuttaa päästökauppaa hyödyntävällä Lindahlin mekanismilla. Toisessa esseessä esitellään määritelmä ilmastonmuutokseen sovelletusta Lindahlin tasapainosta yhden jakson tapauksessa. Tällaiselle tasapainolle tunnusomaisia tekijöitä ovat päästömaksut ja kompensaatiot. Tasapainossa päästömaksut kattavat kompensaatiomaksut, kaikki alueet ovat yksimielisiä globaalien päästöjen määrästä ja kulutuksen, investointien ja päästöjen alueellinen jakautuminen on tehokasta (Pareto-optimaalista). Tulkintamme mukaan yhden jakson malli kuvaa dynaamisen mallin ensimmäistä jaksoa, jolloin nykyiset päätökset pyritään tekemään siten, että hyvinvointi maksimoituu ajan kuluessa. Tästä syystä kulutuksen ja päästöjen lisäksi myös investoinnit ovat mukana hyötyfunktiossa. Menettelytapaa testataan Nordhausin ja Boyerin kehittämän integroidun ilmasto–talous-mallin RICE-99 avulla. Koska ratkaisu ei kuulu ytimeen (engl. core), tarkastellaan myös sitä, voitaisiinko tasapainoratkaisu toteuttaa maiden välisten lisämaksujen tai ulkopuolelta tulevien maksujen avulla. Monissa tilanteissa samasta päästölähteestä tulee useita erityyppisiä saasteita. Näillä korreloituneilla päästöillä saattaa olla sekä globaaleja että paikallisia vaikutuksia. Kolmannessa esseessä esitetään yhden jakson Lindahlin tasapainomalli korreloituneille globaaleille ja paikallisille päästöille. Ilmastomuutoksen ja talouden mallintamiseen liittyy monia epävarmuuksia. Niiden vaikutusta voidaan kuvata stokastisen mallin avulla. Neljännessä esseessä esitetään määritelmä ilmastonmuutokseen sovelletulle dynaamiselle Lindahlin tasapainolle deterministisissä ja stokastisissa tapauksissa. Menettelytapaa testataan kehittämällä ja käyttämällä stokastista versiota RICE-99-mallista.