Economia dell’ambiente e dell’energia

A.A. 2012-2013

Modulo IX L’economia dell’ambiente. Introduzione

Cenni storici

• Fino al XVIII secolo: scarsa considerazione dell’impatto dell’uomo sull’ambiente naturale; piuttosto la convinzione che la natura imponesse vincoli ineluttabili all’attività umana

• Con l’Illuminismo inizia a crescere la fiducia che l’uomo possa modificare o allentare questi vincoli.

• Alla nascita dell’economia politica gli autori si occupano delle risorse naturali soprattutto in relazione ai problemi del valore e della distribuzione del reddito (il problema della rendita in Ricardo e Smith)

• Un’ eccezione è costituita da Malthus (1766-1834) che per primo pone il problema della sproporzione tra una popolazione crescente in progressione geometrica e una produzione agricola che cresce in progressione aritmetica (un’anticipazione del tema dei “limiti allo sviluppo”)

• In generale, fino alla II guerra Mondiale è la questione delle risorse esauribili quello che attira l’interesse degli economisti, più che questioni di tutela dell’ambiente come le intendiamo oggi.

• Nella seconda metà del ‘900 sul piano teorico ci si rende conto che la teoria dei fallimenti del mercato (soprattutto la teoria dei beni pubblici e delle esternalità) si applica in modo particolarmente interessante ad alcune delle risorse naturali (si comincia a capire che i problemi ambientali non trovano necessariamente la migliore soluzione nell’ambito del mercato)

• Su un piano più applicato, ci si rende conto di come l’attività economica influisca sull’ambiente non solo perché tende a esaurire le risorse naturali non riproducibili, ma perché è in grado alterare il funzionamento dell’ecosistema

Eventi catastrofici

La consapevolezza dei problemi ambientali cresce nel tempo anche grazie ad alcuni eventi traumatici

• 1967: Torrey Canyon. Primo grande naufragio di una petroliera (80.000 tonnellate di greggio riversate tra Francia ed Inghilterra, quasi il doppio del disastro Exxon Valdez del 1989, ma un decimo dell’incidente del Golfo del Messico del 2010 – stima prudenziale)

• 1963 Disastro del Vajont: un evento simbolo per l’Italia

• 1976 e 1984: Incidenti di Seveso e Bhopal

• 1986 e 2011: Incidenti di Chernobyl e Fukushima

Allarmi dalla ricerca scientifica

• 1973: i due chimici Rowland e Molina studiano prima teoricamente e poi sperimentalmente l’effetto dei CFC sull’ozono atmosferico, scoperta che porterà dodici anni più tardi alla stipula del Protocollo di Montreal

• 1980: il governo USA lancia un progetto di ricerca di lungo termine per la valutazione degli effetti delle piogge acide, note già dal ‘700

• 1896: Arrhenius calcola per primo l’impatto delle attività umane sul riscaldamento dell’atmosfera

The Limits to Growth (rapporto del Club di Roma, 1972)

La tesi di fondo del rapporto è che la nostra società :

• Sovrastima l’entità delle risorse non rirpoducibili

• ha un tasso di sconto troppo alto (non si cura delle generazioni future)

• Di conseguenza ha un tasso di sfruttamento troppo elevato che comporta un tempo di esaurimento delle risorse implicitamente molto limitato

• Abbiamo già discusso in parte le tesi del Club di Roma parlando delle riserve petrolifere. Al di là della validità di quelle previsioni, ciò che rimane ed è diventato senso comune è l’idea che il sistema economico è inserito in un’ecosistema le cui leggi divergono almeno potenzialmente da quelle proprie del sistema economico

Crescita e ambiente Daly, H.E. Steady State Economics: avoiding uneconomic growth, in Handbook of

Environmental and Resource Economics (ed.Van Den Bergh, J.)

La differenza fondamentale fra il sistema economico e l’ecosistema è che il primo può crescere, mentre il secondo si può evolvere, ma le sue dimensioni sono date. Finchè le dimensioni del sistema economico sono ridotte, si può credere che la crescita avvenga “nel vuoto”

Famiglie Imprese

Spesa

Produzione

Servizi

produttivi

Redditi

Le relazioni economia-ecosistema

Sistema economico

Materia

Energia Energia

Materia

Energia Solare

Ecosistema

Benesse

re

Un mondo “pieno”

Sistema economico

Energia Solare

Benesse

re

Una definizione di sostenibilità (Daly)

Un’economia è in crescita sostenibile se il suo consumo complessivo di risorse non supera le possibilità di rigenerazione e l’inquinamento non supera le capacità di assorbimento. L’economia si adatta e migliora le proprie conoscenze, organizzazione e tecnologie, fermandosi ad una scala tale che l’ambiente si possa rinnovare nel tempo. Non è un’economia statica – si rinnova e viene mantenuta in equilibrio dinamico con il proprio ecosistema.

Lo sviluppo sostenibile: la definizione più celebre

“Sustainable development is development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs”.

Our Common Future, rapporto della World Commission on Environment and Development (1987)

(“Commissione Brundtland”)

Quello che viene dopo la definizione

1. The satisfaction of human needs and aspirations in the major objective of development

2. Meeting essential needs depends in part on achieving full growth potential, and sustainable development clearly requires economic growth in places where such needs are not being met. Elsewhere, it can be consistent with economic growth, provided the content of growth reflects the broad principles of sustainability and non-exploitation of others

3. An expansion in numbers can increase the pressure on resources and slow the rise in living standards in areas where deprivation is widespread.

4. Growth has no set limits in terms of population or resource use beyond which lies ecological disaster. Different limits hold for the use of energy, materials, water, and land. Many of these will manifest themselves in the form of rising costs and diminishing returns, rather than in the form of any sudden loss of a resource base. The accumulation of knowledge and the development of technology can enhance the carrying capacity of the resource base. But ultimate limits there are, and sustainability requires that long before these are reached, the world must ensure equitable access to the constrained resource and reorient technological efforts to relieve the presume.

5. In general, renewable resources like forests and fish stocks need not be depleted provided the rate of use is within the limits of regeneration and natural growth. But most renewable resources are part of a complex and interlinked ecosystem, and maximum sustainable yield must be defined after taking into account system-wide effects of exploitation.

6. With minerals and fossil fuels, the rate of depletion and the emphasis on recycling and economy of use should be calibrated to ensure that the resource does not run out before acceptable substitutes are available

7. Development tends to simplify ecosystems and to reduce their diversity of species. And species, once extinct, are not renewable. The loss of plant and animal species can greatly limit the options of future generations; so sustainable development requires the conservation of plant and animal species.

8. Sustainable development requires that the adverse impacts on the quality of air, water, and other natural elements are

minimized so as to sustain the ecosystem's overall integrity.

9. In essence, sustainable development is a process of change in which the exploitation of resources, the direction of investments, the orientation of technological development and institutional change are all in harmony and enhance both current and future potential to meet human needs and aspirations.

Al centro dell’idea di sostenibilità c’è quindi innanzitutto una concezione di equità: inter- e intra-generazionale, al punto che alcuni sostengono che accanto alla sostenibilità ambientale si debba perseguire anche una sostenibilità sociale. Le idee di alcuni filosofi ed economisti sensibili al problema della giustizia (p.e. Rawls e Sen) si trovano alla base di questa impostazione.

La curva di Kuznets ambientale (E se lo sviluppo fosse spontaneamente sostenibile?)

La curva di Kuznets (convenzionale) stabilisce una relazione tra

sviluppo (misurato dal PIL procapite) e diseguaglianza nella distribuzione del reddito (Gini) . La relazione sarebbe a U rovesciata

La curva di Kuznets (ambientale) (CKA) stabilirebbe una relazione a U rovesciata tra livello di sviluppo e un indice di degrado ambientale, che aumenta nelle prime fasi dello sviluppo, poi diminuisce.

Nelle fasi precoci prevale l’effetto dimensionale (+ Pil =+ degrado)

Poi entrano in gioco :

- l’effetto di composizione (+Pil=-industria e + servizi)

- l’effetto del progresso tecnico (tecnologie + “leggere” dal punto di vista ambientale)

L’evidenza empirica

1.Qualità dell’aria: qualcosa di simile a una CKA esiste per gli inquinanti locali, ma non per quelli globali

2. Qualità dell’acqua: CKA molto dubbia

3. In generale: la CKA è più evidente quando l’impatto su una specifica popolazione è più diretto , meno se ci sono forti esternalità

4. In alcuni casi la curva sembra avere una forma a N

Curva di Kuznets a N

PIL procapite

Indice di

degrado

ambientale

Alcuni preliminari tecnici

Al di là di queste grandi “visioni”, occuparsi di economia ambientale significa anche affrontare una serie di problemi tecnici legati al fatto che i beni ambientali sono spesso (e forse per definizione) beni “pubblici” in un senso ben preciso. Il resto di questa lezione è dedicato a un “ripasso” di alcune fondamentali nozioni relative ai beni pubblici e alle esternalità.

Beni pubblici

Un bene pubblico puro è caratterizzato da • Non rivalità: l’uso del bene da parte di un

individuo non riduce la possibilità di utilizzo da parte di un altro, almeno fino ad una data soglia di congestione.

• Non esclusione: non è possibile escludere dall’utilizzo del bene coloro che non pagano per tale utilizzo

Club goods: beni per cui vale la non-rivalità ma che sono escludibili

La quantità ottimale di beni pubblici

• N individui

• 2 beni c e G

• L’utilità dipende dalle quantità di entrambi

• La tecnologia è

• (ovvero, data la produzione complessiva di G, T(G) è la massima quantità di c che può essere prodotta (T’(G)<0)

uici,G i

TG c

• Immaginiamo di voler massimizzare la somma delle utilità complessive, con una ponderazione qualsiasi:

sotto il vincolo:

Otteniamo la seguente condizione

maxi1

N iuici,G i

T i1

NG i

i1

Nci

• Se invece il bene G è non rivale, otteremo

Entrambi i risultati sono indipendenti dalla particolare ponderazione utilizzata. La conseguenza dell’ultima formula è che la quantità ottimale di beni pubblici si

determina nel punto d’incontro tra la somma dei prezzi che gli individui sono disposti a pagare e la funzione di costo marginale dei beni pubblici.

uici,GG

uici,Gc

TG

i1

Nuici,G

G

uici,Gci

TG

Bene privato

P

QA(P) QB(P) QA(P)+QB(P)

Bene pubblico

G

PA(G)

PA(G)+PB(G)

PB(G)

Il trade-off tra efficienza e incentivi

Un prototipo è un bene non-rivale (una volta creato il prototipo chiunque può copiarlo senza impedire ad altri di copiarlo a loro volta).Quindi, limitare il diritto di copia ridurrebbe l'utilità di qualcuno senza aumentare quella di altri: sarebbe Pareto-inefficiente). Ma se non ci fossero limiti al diritto di copia, nessuno impiegherebbe tempo e risorse a inventare prototipi (origine del sistema dei brevetti)

Il free riding

Se un bene non è escludibile, l'individuo lo utilizzerà senza pagare, il che renderà impossibile sostenerne i costi.

La rivelazione delle preferenze

Supponiamo che la decisione di produrre una certa quantità di un bene pubblico dipenda da quanto gli individui dichiarano di essere disposti a pagare - Se ciò che l'individuo pagherà è indipendente da ciò che dichiara di voler pagare, gli individui potrebbero fare dichiarazioni superiori al vero (per assicurarsi che il bene venga prodotto) - Se ciò che l'individuo pagherà è commisurato a ciò che dichiara di voler pagare, gli individui potrebbero fare dichiarazioni inferiori al vero (per pagare il meno possibile, nella speranza che il bene venga prodotto comunque) Tipico problema di informazione asimmetrica: necessità di creare un sistema di incentivazione a rivelare le preferenze

Il processo politico

Spesso le decisioni riguardanti i beni pubblici vengono prese utilizzando sistemi elettorali, in cui gli individui si esprimono a favore o contro determinate alternative, e vince la maggioranza. Questo sistema non è esente da problemi. Per esempio (paradosso di Condorcet) le preferenze così espresse non sono sempre transitive

Il paradosso di Condorcet

I scelta II scelta III scelta

Individuo 1 Caserma Asilo Ponte

Individuo 2 Asilo Ponte Caserma

Individuo 3 Ponte Caserma Asilo

Esternalità

- Si ha un’esternalità (anche: un’economia/diseconomia esterna) quando per un certo bene o servizio non esiste il mercato corrispondente. Questa è la definizione più generale. Una definizione più intuitiva è la seguente:

- Si ha un’esternalità quando le azioni di un agente influiscono sull’utilità/profitto di un altro agente, senza che vi sia remunerazione/penalizzazione per tale azione

I motivi per cui emerge un’esternalità sono di due tipi:

- L’organizzazione del mercato risulta troppo costosa

- I diritti di proprietà degli individui sul bene in questione non sono definiti

Un esempio classico di diseconomia

esterna: inquinamento

• Due imprese, che producono i beni x e y

• L’impresa che produce x produce anche un “bene” (inquinamento) che influisce sui costi dell’impresa y, accrescendoli.

• Problema: determinare la quantità ottimale di inquinamento

La soluzione efficiente

Condizioni del primo ordine

maxy x cy;I tx

I Ix

1 cy y;I 0

1 cIy;IIx t x 0

Il costo marginale del bene x è composto da due elementi:

Il costo privato

Il costo sociale

t x

cIy;IIx t x

Il mercato

• Problemi decisionali delle imprese

• Condizioni del primo ordine

maxx cx

maxy cy;I

1 t x 0

1 cy y;I 0

Px=1

I(x)

t’(x)+𝑐𝜕

𝜕𝐼𝐼′(𝑥)

x

t’(x)

Inquinamento di

equilibrio

Inquinamento ottimale

Un esempio classico di economia esterna: la formazione

• Un’impresa forma i propri dipendenti

• Dopo un periodo c’è una probabilità p che i lavoratori cambino impresa.

• F(T): produttività dei lavoratori dopo un addestramento T (F’(T)>0); F(T0): produttività dei lavoratori non addestrati.

Problema decisionale dell’impresa

Ottimo sociale

maxFT cT pFT 1 pFT0

FT1 p cT 0

maxFT cT FT FT0

2FT cT 0

I(x)

T

c’(T)

Formazione

socialmente

ottimale

Formazione di

equilibrio

F’(T)(1+p)

2F’(T)

Divergenza tra benefici

sociali e privati

• La presenza di esternalità comporta deviazioni dall’ottimo sociale

• In entrambi gli esempi il profitto complessivo è inferiore nell’equilibrio di mercato rispetto a quello che si otterrebbe nella soluzione ottimale

• realizzando l’ottimo sociale sarebbe quindi possibile compensare l’impresa (inquinante, fornitrice di addestramento) dei profitti eventualmente persi con l’ottimo sociale, garantendo anche all’altra un profitto maggiore

Come realizzare l’ottimo sociale in presenza di esternalità

I metodi sono sostanzialmente gli stessi considerati per la politica energetica

1. Command & Control 2. Integrazione 3. Mercato e diritti di proprietà 4. Tasse di Pigou

Su Command & Control non c’è altro da

aggiungere oltre a quello che abbiamo detto nelle lezioni precedenti

2. Integrazione: fondendo le due imprese, le decisioni vengono prese in modo da massimizzare il profitto congiunto, e quindi viene realizzato l’ottimo paretiano.

E’ una soluzione in larga misura teorica: - Se la parte “lesa” è un individuo , come “integrare”

consumatore ed impresa (cooperative)? - Se le altre imprese devono ancora nascere (caso della

formazione), cosa vuol dire integrare ? - Integrazione potrebbe essere inefficiente per motivi diversi

da quelli ambientali - Problemi per la concorrenza (complessa questione

antitrust)

• 3. Mercato e diritti di proprietà (ancora i certificati)

Nell’esempio che abbiamo fatto, l’impresa x dispone di fatto della proprietà del diritto di inquinare, per un massimo tecnicamente possibile pari a I*. Ora immaginiamo di avere istituito un mercato di tali diritti. L’impresa y potrà pertanto contrattare con l’impresa x e comprare una certa quantità di tali diritti, che l’impresa x pertanto non potrà più esercitare. Se il prezzo del diritto di produrre una unità di inquinante è w, avremo:

maxx tx wI Ix

1 t x wIx 0

maxy cy;I wI

1 cy y;I 0

cIy;I w

In equilibrio

cioè la condizione di ottimo sociale. Il fatto singolare è che si ottiene lo stesso risultato se la proprietà dei diritti di inquinare è attribuita all’impresa “lesa”.

Si tratta semplicemente di un’allocazione diversa della “torta” dei profitti socialmente ottimali.

1 cIy;IIx t x 0

maxx tx wIx

maxy cy;I wI

• Vantaggi del sistema: non richiede una conoscenza dettagliata delle singole imprese da parte dell’autorità centrale. Le imprese che hanno meno “bisogno” di inquinare saranno quelle che cederanno più diritti di inquinamento (o ne acquisteranno meno, se non sono proprietarie dei diritti)

• Costi del sistema: funzionamento del mercato dei diritti (certificazioni, controlli, piattaforma per gli scambi), contrattazioni, etc. : costi di transazione.

4. Tasse/sussidi di Pigou

Mentre lo scopo delle tasse in generale è di generare gettito , le tasse e i sussidi di Pigou hanno lo scopo di incentivare/disincentivare determinati comportamenti.

- Nel caso delle esternalità positive, un sussidio r per “unità di addestramento” modifica la condizione del primo ordine nel modo seguente

FT1 p r cT 0

I(x)

T

c’(T)

Formazione

socialmente

ottimale

Formazione di

equilibrio

F’(T)(1+p)

2F’(T)

Divergenza tra benefici

sociali e privati

F’(T)(1+p)+r

Come valutare i beni ambientali ?

• Metodo delle preferenze dichiarate (stated preferences)

• Mtodo delle preferenze rivelate (revealed preferences)

Preferenze dichiarate

Questo metodo consiste nel chiedere direttamente agli individui quanto sarebbero disposti a pagare per… Anche se in casi come quello che abbiamo accennato sopra gli individui possono avere un incentivo a non riferire la verità si possono immaginare situazioni nelle quali questi incentivi non ci sono o non sono importanti.

Preferenze rivelate

• Le preferenze vengono dedotte da comportamenti effettivamente tenuti dall’individuo.

• Con i beni privati questo è relativamente semplice: se il prezzo di un bene è 100 e l’individuo lo acquista, allora il bene vale sicuramente almeno 100, se non lo acquista vale sicuramente meno di 100

Le spese difensive

Consideriamo due alternative A e B, dove la qualità ambientale è inferiore in B rispetto ad A.

Supponiamo che esista un’attività o spesa S (dette “di difesa”) che possono sostituire (più o meno imperfettamente) la qualità ambientale. Nel passare da A a B, l’individuo accresce le proprie spese difensive di una somma ΔS. Ne possiamo dedurre che la qualità ambientale perduta vale almeno ΔS

Per esempio, l’individuo consuma acqua da un pozzo e può investire in un sistema di depurazione più o meno costoso. Se la purezza dell’acqua diminuisce, per ristabilire il livello precedente di purezza spende ΔS per migliorare il proprio impianto di depurazione. Questa spesa rappresenta il valore dell’acqua pura per l’individuo. E’ possibile però che ΔS non sia sufficiente a ricostituire il precedente livello di purezza (in generale, l’individuo cercherà di non sacrificare interamente il consumo di altri beni). Quindi ΔS è un valore soglia minimo.

I costi di viaggio

Le spese difensive sono un sostituto della qualità ambientale. Supponiamo che ci sia invece un bene (x) complementare rispetto alla qualità ambientale (Q), nel senso che

l’utilità marginale di x decresce se la qualità ambientale decresce. Se quindi Q diminuisce, l’individuo sarà disposto a spendere meno nel bene x e questa diminuzione di spesa approssima la perdita di utilità attribuita alla riduzione di Q.

Per esempio, sono disposto a sostenere le spese di viaggio e di un lungo soggiorno per visitare un parco naturale se questo è molto bello. Se invece la qualità del parco diminuisce, sarò disposto a spendere meno. Siccome questa spesa è la condizione per assicurarsi l’utilità della visita al parco, la sua diminuzione approssima il valore monetario dell’utilità perduta.

I prezzi edonici

Supponiamo che gli individui siano interessati a possedere una casa

e al consumo di un bene x. Il benessere che un individuo ricava dalla casa ( e quindi il prezzo che è disposto a pagare) dipende dalle caratteristiche della casa stessa e della località in cui si trova, inclusa la qualità ambientale (z) (purezza dell’aria, etc.) della località in cui la casa si trova. La qualità ambientale come tale non ha un mercato e quindi un prezzo. Dato un reddito y, un individuo massimizza

Sotto il vincolo:

“z” indica una casa situata in una località con qualità ambientale “z”. p(z) è il prezzo di una casa in una località con qualità ambientale “z”

ux,z

y x pz

• Sostituendo il vincolo nella funzione di utilità e derivando, otteniamo:

La variazione dei prezzi delle case tra località con

qualità ambientale diversa misura l’utilità marginale della qualità ambientale in rapporto a quella di altri beni (il prezzo “ombra” della qualità ambientale).Gli individui rivelano implicitamente, perciò, la loro disponibilità a pagare per l’ambiente.

pz u zypz,z

u xypz,z

• Di conseguenza, se tra la città A e la città B, dove la concentrazione di PM10 è doppia rispetto ad A, il prezzo delle case fosse più alto in A di 1000 euro al mq. ,concluderemo che questo è quanto un individuo è disposto a pagare per avere una concentrazione di PM10 dimezzata.

• Pertanto se esistesse un progetto del comune di sostituzione delle caldaie che dimezzerebbe la concentrazione di PM10 per 100.000 abitanti ognuno dei quali in media vive in 20 mq, il valore di questo progetto sarebbe

1000X100.000X20=2 mld di Euro • Problema: bisogna che il confronto sia fatto tra case

assolutamente uguali sotto ogni altro punto di vista

• Oppure, se i prezzi delle case dipendono da tante caratteristiche diverse (c1 c2 ,...,cn,z) bisognerà stimare i coefficienti β dell’equazione

Dove P è il prezzo delle abitazioni. β z rappresenta la variazione di P al variare di z a parità di tutto il resto

P 0 1c1 2c2 . . .ncn zz

Valutare la vita, le malattie ecc.

Supponiamo che la probabilità di malattie polmonari mortali sia pari a p0 per chi lavora con un particolare processo produttivo chimico A e p1 < p0 per chi lavora con il processo B, se osserviamo che il salario minimo dei lavoratori nelle imprese che utilizzano il processo A è maggiore di quello dei lavoratori del processo B (wA -wB ) allora deduciamo che wA -wB è il valore attribuito dai lavoratori al fatto che la probabilità passi da p0 a p1

Incertezza

• Le scelte in fatto di beni ambientali vengono fatte in condizioni di incertezza. Le politiche di mitigazione del clima ne sono un esempio. P è la probabilità di Warming (W), se non si fa niente. P’<p è la probabilità di warming s si effettua un investimento che costa A. Pertanto conviene non fare niente se

puy,W 1 puy,NW puy A,W 1 puy A,NW 0

puy,W uy A,W

1 puy,NW uy A,NW

p puy A,NW uy A,W

L’espressione precedente si può scomporre in tre parti (costo dell’investimento se il riscaldamento globale avviene comunque). (Costo dell’investimento se il riscaldamento non avviene) Riduzione della probabilità di riscaldamento moltiplicata per il vantaggio di non avere riscaldamento. Il principio di precauzione sostiene che il terzo elemento dovrebbe essere sopravvalutato rispetto agli altri.

Il tempo

Supponiamo che i benefici netti di due alternative A e B siano distribuiti diversamente nel tempo. In questo caso dovremmo attualizzare questi flussi in modo da renderli comparabili con il consueto metodo :

VA t0

T BNtA

1rt

VB t0

T BNtB

1rt

Il problema è la scelta del tasso di sconto appropriato.

• Il tasso di sconto di mercato riflette le preferenze intertemporali degli individui, ma queste sono le stesse della collettività?

Equiparando arbitrariamente la collettività allo Stato, il tasso di sconto potrebbe corrispondere al tasso di interesse normalmente pagato dal governo sul proprio debito.

• Secondo la definizione di sostenibilità, sarebbe discutibile addirittura scontare i benefici futuri

L’analisi costi-benefici

Le precedenti tecniche concorrono all’ analisi costi-benefici, il cui scopo è, in generale, di valutare diverse alternative quando, almeno in parte, non sono disponibili prezzi di mercato, il che è normalmente il caso quando si studiano i beni ambientali.