German Title: Die Ökonomik von Umweltinnovation, -regulierung und Selbstbindung

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Abstract

The present thesis extends the economic literature by introducing green horizontal innovation. Green horizontal innovation is characterized by new technologies that solve an existing pollution problem but give rise to a new one at the same time. A prominent example are CFCs that once replaced poisonous refrigants but are now phased-out themselves. Even groundbreaking technological advances are often merely shifting instead of solving environmental problems. Another concept introduced in this thesis is technological uncertainty. Ex-ante the properties of the next technology developed are not known. New technologies can be of two types. Either they come as perfectly clean ‘backstop’ technologies or as green horizontal innovations and are labeled ‘boomerangs’. In an infinite horizon model the socially optimal pollution and R&D policies under green horizontal innovation and technological uncertainty are derived. The main results are that in the absence of a backstop all available polluting technologies should be engaged in production. Moreover, under technological uncertainty a finite sequence of innovations is optimal. This informs ongoing policy debates like the one on the future of electricity production where there are trade-offs between two polluting technologies – nuclear power and fossil fuels. Moreover, the present thesis evaluates implementation strategies under green horizontal innovation. In a two-period model the government grants patents and adjusts environmental policy in case innovation occurs. However, the government is assumed to be unable to pre-commit on future environmental policies. The key insight is that tradable permits can fail to implement static efficient allocations. Efficiency is limited by patent holder’s monopoly pricing. The owner of the new technology might choose a license fee that restricts output to levels below the social optimum. Quantity regulation via pollution permits is therefore not effective. In contrast to previous results in the literature this also holds under vertical environmental innovation. The interaction between patents and environmental regulation goes therefore both ways. The choice of the environmental instrument affects incentives to innovation and patents create distortions in output markets. More sophisticated instruments are shown to be able to reduce the distortions caused by patents. A government’s ability to commit is crucial for dynamic efficiency. A prominent concept to solve the time-inconsistency problem is to delegate specific policies to an independent agency, e.g. a central bank. McCallum (1995) criticized this approach by claiming that delegation does not solve the commitment problem but merely relocates it. McCallum’s critique is formalized and partially contradicted. If there is uncertainty over future states of the world, delegation can improve credibility. Commitment is achieved by the costs incurred to pass and later change a law or the constitution. The higher these costs, the more credible are the associated policies. However, if there is uncertainty over the optimal future policy, these costs reduce a government’s flexibility. Hence, there is a trade-off between credibility and flexibility. Delegation is able to relax this trade-off if the bureaucrat responds to shocks in a way that is at least somewhat in line with the government’s preferences. Under uncertainty the government has more incentives to invest into credibility if she delegates. This insight explains the observed commitment effect of delegation and helps to improve the institutional design of environmental regulation and other policy areas.

Translation of abstract (German)

Die vorliegende Arbeit bereichert die ökonomische Literatur um horizontale Umweltinnovationen. Horizontale Umweltinnovation ist charakterisiert durch neue Technologien, die ein existierendes Umweltproblem lösen, dabei aber gleichzeitig ein Neues schaffen. Ein prominentes Beispiel hierfür ist FCKW das entwickelt wurde um giftige Kühlmittel zu ersetzen, inzwischen aber selbst in Verruf geraten ist. Dies verdeutlicht, dass selbst bahnbrechende technologische Entwicklungen häufig mehr zu einer Verlagerung denn zur Lösung eines Umweltproblems geführt haben. Es wird zudem das Konzept der technologischen Unsicherheit eingeführt. Es ist also nicht im Voraus bekannt welche qualitativen Eigenschaften die nächste Errungenschaft mit sich bringen wird. Forschung führt entweder zur Entwicklung einer perfekt sauberen Technologie, welche in der Literatur in der Regel als ‚backstop‘ bezeichnet wird, oder es kommt zu horizontaler Umweltinnovation. Diese Technologietyp wird als ‚boomerang‘ bezeichnet. Die sozial optimale Umwelt- und Innovationspolitik unter horizontaler Umweltinnovation und technologischer Unsicherheit wird im Rahmen eines Models mit unendlichem Zeithorizont hergeleitet. Folgende Kernaussagen können getroffen werde: Wenn kein backstop verfügbar ist, ist es optimal alle verfügbaren, verschmutzenden Technologien gleichzeitig einzusetzen. Ist die Entwicklung eines backstops nicht sicher, wird eine endliche Zahl von Forschungsprojekten durchgeführt. Diese Ergebnisse liefern wichtige Einsichten für aktuelle Debatten wie die um die Zukunft der Stromerzeugung, in der die Vor- und Nachteile zweier verschmutzender Technologien – Kernkraft und fossile Brennstoffe – gegeneinander abgewogen werden müssen. Darüber hinaus befasst sich die vorliegende Arbeit mit der Implementierung optimaler Umwelt- und Innovationspolitik unter horizontaler Umweltinnovation. Dazu wird ein zwei-Perioden-Modell in dem der Staat Patente gewährt und seine Umweltregulierung an die jeweiligen technologischen Gegebenheiten anpassen kann betrachte. Er kann sich jedoch nicht im Voraus festlegen, sondern handelt zu jedem Zeitpunkt wohlfahrtsmaximierend. Zentrales Resultat ist, dass mit handelbaren Zertifikaten statische Effizienz nur unter bestimmten Bedingungen erreichbar ist. Die Effizienz wird durch die monopolistische Preissetzung des patenthaltenden Unternehmens eingeschränkt. Für den Eigentümer der neuen Technologie kann es optimal sein einen Lizenzpreis zu wählen, der den Output der neuen Technologie unter das soziale Optimum drückt. In diesem Falle ist die Mengenbegrenzung durch Zertifikate kein wirksames Regulierungsinstrument. Im Widerspruch zu früheren Ergebnissen in der Literatur gilt dies auch bei vertikaler Umweltinnovation. Die Wechselwirkung zwischen Patenten und Umweltregulierung ist damit zweiseitig. Einerseits hat die Wahl des Umweltinstrumentes Auswirkungen auf Innovationsanreize, andererseits führen Patente zu statischen Verzerrungen. Es werden Instrumente entwickelt um diese Ineffizienzen zu reduzieren. Die Fähigkeit einer Regierung sich selbst zu binden ist ein wesentlicher Faktor für dynamische Effizienz. Ein bekanntes Konzept für die Überwindung von Zeitinkonsistenz ist die Delegation von politischen Entscheidungen an unabhängige Institutionen wie z.B. eine Zentralbank. McCallum (1995) hat diesen Ansatz jedoch kritisiert. Seine These ist, dass Delegation das Problem nicht löst, sondern es lediglich verlagert. McCallums These wird formal dargestellt und teilweise widerlegt. Denn besteht Unsicherheit über den zukünftigen Zustand der Welt, kann Delegation Glaubwürdigkeit erhöhen. Selbstbindung wird durch Kosten erzeugt, die bei der Erstellung und Änderung von Gesetzen anfallen. Je höher diese Kosten, desto glaubwürdiger die Politik. Wenn jedoch Unsicherheit über die in Zukunft optimale Politik besteht, schränken diese Kosten gleichzeitig die Flexibilität der Regierung ein. Es besteht ein Zielkonflikt zwischen Selbstbindung und Flexibilität. Delegation kann diesen Zielkonflikt entschärfen, wenn der Bürokrat auf unvorhergesehene Änderungen zumindest in etwa so reagiert, wie es den Präferenzen der Regierung entspricht. Besteht Unsicherheit über die in Zukunft optimale Politik, hat der Souverän stärkere Anreize in Glaubwürdigkeit zu investieren, wenn er delegiert. Damit kann erklärt werden, warum ein empirischer Zusammenhang zwischen Delegation und Glaubwürdigkeit gefunden wurde. Diese Erkenntnis kann sowohl das institutionelle Design von Umweltregulierung als auch das vieler anderer Politikbereiche verbessern.