I permessi negoziabili di inquinamento

“Meccanismi flessibili di applicazione del
Protocollo di Kyoto: i permessi negoziabili”
Chiara Mocenni
In collaborazione con:
Emiliano Sparacino
Costanza Bellini
Nicola Hazboun
Carmine Lianza
Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 2008-2009
Il modello della
propensione
all’investimento
Il Protocollo di
Kyoto
• I meccanismi flessibili
(L’Emission Trading)
• La funzione di propensione
all’investimento
• Gli indicatori
• Applicazione ai paesi
considerati
Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 2008-2009
Il mercato dei
permessi
negoziabili
• Il modello del mercato dei
permessi
• Il meccanismo d’asta per
l’assegnazione dei permessi
negoziabili
• Risultati delle simulazioni
1
1. Il Protocollo di Kyoto
•
Si propone come un accordo internazionale con l’obiettivo di ridurre le
emissioni globali del diossido di carbonio (CO2) ed altri cinque gas serra. È
stato stipulato nel 1997.
•
È entrato in vigore il 16 febbraio 2005 e prevede una riduzione delle emissioni
del 5,2% rispetto a quelle del 1990, nell’arco temporale 2008-2012.
•
Predispone di strumenti denominati “meccanismi flessibili”: strumenti
economici mirati a ridurre il costo complessivo d’abbattimento delle emissioni
di gas serra.
Il meccanismo flessibile “Emission Trading” costituisce parte centrale del
Protocollo di Kyoto
Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 2008-2009
2
1. Il Protocollo di Kyoto
1.1 Emission Trading
• Prevede l’istituzione di un mercato di “permessi negoziabili di
emissione”, in virtù del quale gli stati possono acquistare
“permessi” di emissioni da altri stati che riescano a ridurre le
proprie emissioni di un quantitativo maggiore di quello richiesto
loro dal Protocollo.
• È lo strumento prescelto dalla Comunità Europea.
Inizialmente i permessi sono
distribuiti attraverso il
criterio “Granfathering” e/o
il meccanismo d’asta.
Viene fissato un tetto massimo alle
emissioni dei paesi facenti parte
dell’Unione Europea.
Modello del mercato dei permessi e l’assegnazione iniziale dei permessi per valutare gli effetti del
Protocollo di Kyoto nel caso in cui esso fosse stato attivato, nell’Unione Europea, nell’arco
temporale
1996-2003.
I paesi europei presi in considerazione sono:
Austria, Belgio, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Grecia, Italia, Irlanda, Lussemburgo,
Olanda, Regno Unito, Spagna e Svezia.
Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 2008-2009
3
Propensione all’investimento
•Ha come obiettivo la caratterizzazione di ciascun paese in termini delle politiche di investimento
in tecnologie alternative.
Numero degli indicatori = 12
I
La funzione di propensione
all’investimento del paese p al
tempo t.
Y   i  I
t
p
i 1
t
p ,i
valore normalizzato dell’
indicatore i-esimo del paese p al
tempo t
peso associato
all’indicatore i-esimo
• Rappresenta il comportamento dei singoli paesi nei confronti delle politiche di riduzione delle
emissioni di CO2.
Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 2008-2009
4
Indicatori
• Si basano su dati reali reperiti dai siti ufficiali dell’ONU, Unione Europea e EuroStat e fanno
riferimento all’arco temporale 1996-2003.
• Per ogni indicatore è stato fissato un obiettivo (massimizzazione o minimizzazione) e sono stati
normalizzati.
1. Emissioni totali di gas serra (tonnellate); (min)
2. Andamento del PIL (%); (max)
3. Consumo energetico finale per il settore dell’industria (3.1), trasporto (3.2), uso domestico
(3.3), servizi (3.4) e agricoltura (3.5) (1000 tonnellate di olio equivalente); (min)
4. Percentuale di elettricità generata dalle energie rinnovabili (%); (max)
5. Calore combinato con la generazione di potenza (% della generazione lorda dell’elettricità);
(max)
6. L’intensità di CO2 nel consumo energetico (% rispetto al 1995); (min)
7. L’intensità energetica nell’industria (% rispetto al 1995); (min)
8. L’intensità energetica dell’economia (Kgoe per 1000 €); (min)
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5
Belgio
Schema di analisi degli indicatori
Gli indicatori
Emissioni totali di gas serra
Andamento del PIL
Consumo energetico finale per
l’industria
Consumo energetico finale per
il trasporto
Consumo energetico finale per
l’uso domestico
Consumo energetico finale per
l’agricoltura
Consumo energetico finale per
il settore dei servizi
Percentuale di elettricità
generata dalle energie rinnovabili
Calore combinato con la
generazione di potenza
Intensità di CO2 nel consumo
energetico
Intensità energetica nell’industria
Intensità energetica dell’economia
min/max Trend
↓
min
↑
max
↑
min
Andamento della funzione di propensione
all’investimento
Performance
-0,27%
+8,24%
+3,88%
√ 0,15
√ 0,15
0,035
min
↑
+8,08%
0,035
min
↑
+8,10%
0,035
min
↓
-4,18%
√ 0,035
min
↑
+9,97%
0,035
max
↑
+5,98%
√ 0,15
max
↑
+28,23%
√ 0,15
min
↓
-0,27%
√ 0,15
min
↓
+8,24%
+3,88%
√ 0,035
√ 0,035
min
↓
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6
Spagna
Schema di analisi degli indicatori
Gli indicatori
Emissioni totali di gas serra
Andamento del PIL
Consumo energetico finale per
l’industria
Consumo energetico finale per
il trasporto
Consumo energetico finale per
l’uso domestico
Consumo energetico finale per
l’agricoltura
Consumo energetico finale per
il settore dei servizi
Percentuale di elettricità
generata dalle energie rinnovabili
Calore combinato con la
generazione di potenza
Intensità di CO2 nel consumo
energetico
Intensità energetica nell’industria
Intensità energetica dell’economia
min/max
min
max
min
Trend
↑
Andamento della funzione di propensione
all’investimento
Performance
0,15
↑
+12,21%
+13,68%
+12,94%
min
↑
+15,33%
0,035
min
↑
+8,13%
0,035
min
↑
+5,85%
0,035
min
↑
+30,41%
0,035
max
↑
+25,23%
√ 0,15
max
↑
+63,01%
√ 0,15
min
↓
-0,88%
√ 0,15
min
↑
min
↑
+0,43%
+0,64%
↑
√ 0,15
0,035
0,035
0,035
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7
Il mercato dei permessi negoziabili
Il mercato dei permessi negoziabili è vantaggioso sia per i paesi con alti costi di abbattimento sia per
quelli con bassi costi:
• I paesi con alti costi di abbattimento trovano conveniente acquistare permessi;
• I paesi con bassi costi di abbattimento trovano conveniente cedere i permessi;
La formazione di un mercato concorrenziale dei permessi porta ad un equilibrio in cui si ha una
distribuzione efficiente dei permessi tra i paesi.
I sistemi di scambio di permessi tendono ad essere dinamicamente efficienti in quanto
stimolano l’innovazione tecnologica e determinano una riduzione delle emissioni di CO2.
Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 2008-2009
8
Il modello
Questo modello simula l’emission trading scheme, ovvero il mercato delle emissioni europeo
regolato dalla direttiva 2003/87/CE le cui negoziazioni hanno avuto inizio il 1° gennaio 2005. Il
modello calcola annualmente il prezzo dei permessi di inquinamento fino al 2012 sulla base di:
•
Differenza di inquinamento di ciascun paese rispetto agli obiettivi prestabiliti da Kyoto.
•
Variazione di propensione all’investimento.
•
Valore di efficienza ovvero la quantità di CO2 ridotta da un paese per ogni variazione unitaria
della propensione all’investimento:


Y
 Y
2003
t
vpi 
t 1997
i
i

int_ oss
 q    q   
2003
t 1
t
vqi 
( t 1)
t 1997
i
 vqi
ei  
 vpi



i
int_ oss
Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 2008-2009
9
Dati in ingresso:
- riferimenti storici di emissione del 2004 ( anno prima dell’inizio delle negoziazioni).
- obiettivi per paese prestabiliti dal protocollo.
Calcolo degli obiettivi iniziali di debito o esubero annuali di ogni paese:
npi
q

 qi2004
int_ tem
2012
i

dove: npi è il numero di permessi in debito o in esubero del paese i-esimo
qi2004inquinamento del paese i-esimo al 2004, qi2012 inquinamento del paese i-esimo al
2012, int_tem intervallo temporale

Aggiornamento del numero di permessi in debito o in esubero, traducendo la rispettiva
variazione di propensione annuale in una quantità di inquinamento tramite il temine di
efficienza:
t
t 1
t 
 
npai  npi  ei  Yi
 Yi

t
dove: npai numero definitivo di permessi in dedito o esubero, ei valore di efficienza del
paese i-esimo Yi t 1 valore di propensione al tempo t-1.
Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 2008-2009
10
•
Calcolo dei permessi richiesti e disponibili al tempo t:
I
n _ rich   npa
t
t i


t
i
I
n _ disp   npait
npa  0
t
t
i
npait  0
t i
Calcolo della variazione percentuale v_r(%) applicata al prezzo al tempo t-1, in base alla domanda
e all’offerta.
Aggiornamento del nuovo prezzo di mercato al tempo t:


p _ z t  p _ z t 1  p _ z t 1  v _ r %
A tale prezzo verranno venduti ai paesi richiedenti i permessi necessari fino al loro
esaurimento per coprire il debito annuale ed evitare di andare incontro alle
sanzioni previste dal protocollo.
Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 2008-2009
11
Trend dei prezzi implementato dal modello dal 2005 al 2012
Negli anni si assiste ad una oscillazione del prezzo, indice del fatto che il mercato dei
permessi si è attivato correttamente. Ciò conferma in via preliminare la correttezza delle
ipotesi di gestione contenute nel Protocollo di Kyoto.
Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 2008-2009
12
Danimarca: andamento temporale del numero di permessi prima della negoziazione (curva
rossa) e dopo la negoziazione (curva verde).
10000
8000
6000
4000
2000
0
-2000
-4000
-6000
-8000
-10000
2005
2006
2007
2008
prim a de lla ne goziazione
2009
2 0 10
2 0 11
2 0 12
dopo la negoziazione
La Danimarca ha un obiettivo di riduzione del 21%. Dai grafici si osserva una
continua oscillazione della domanda e offerta dei permessi dovute alle esigenze del
paese. Sebbene la negoziazione soddisfi tale necessità, si nota comunque che negli anni
2005, 2007 e 2012 andrà incontro a sanzioni.
Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 2008-2009
13
Spagna
30000
20000
10000
0
-10000
-20000
-30000
-40000
-50000
-60000
-70000
2005
2006
2007
2008
prim a de lla ne goziazione
2009
2 0 10
2 0 11
2 0 12
dopo la negoziazione
La Spagna ha un obiettivo del 15%. Dai grafici si nota che la Spagna non riesce in tutto
l’intervallo temporale a coprire la totalità della riduzione di inquinamento richiesto. Di
conseguenza dopo la negoziazione in tutto l’intervallo temporale ad eccezione del periodo
2005-2006 andrà incontro a sanzioni (curva verde).
Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 2008-2009
14
L’Italia
15000
10000
5000
0
-5000
-10000
-15000
-20000
-25000
-30000
-35000
2005
2006
2007
2008
prim a de lla ne goziazione
2009
2 0 10
2 0 11
2 0 12
dopo la negoziazione
L’Italia ha un obiettivo di riduzione al 2012 del 6,5%. Dai grafici si nota che non riesce in
tutto l’intervallo temporale, ad eccezione degli anni 2007 e 2011, a coprire la totalità della
riduzione di inquinamento richiesta (valori negativi del numero di permessi). Dopo la
negoziazione andrà comunque incontro a sanzioni nel 2005, 2006, 2012.
Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 2008-2009
15
Oscillazioni del prezzo negli anni di interesse
Queste oscillazioni possono essere dovute anche a fattori tra i quali:
•
variazioni dell’indice di propensione.
•
la politica dell’UE e quella degli Stati a cui sono stati stabiliti i limiti delle emissioni.
•
I fondamentali di mercato (come ad esempio l’andamento meteorologico, i prezzi dei
combustibili, la crescita economica e la diffusione di nuove tecnologie).
•
La psicologia degli operatori.
L’evoluzione generale dei prezzi del mercato attivatosi nel 2005 ha mostrato un’elevata
volatilità. Dai 10 euro dei primi mesi, il prezzo si è stabilizzato sui 20-25 euro per il resto
dell’anno fino a toccare un picco di 30 euro nei primi mesi 2006, per poi crollare di
nuovo fino ad minimo di 10 euro.
Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 2008-2009
.
16
Il meccanismo d’asta
Gli elementi che definiscono il meccanismo d’asta sono:
Elementi d’asta
Nel nostro caso
• L’oggetto dello scambio;
I permessi negoziabili di emissione di CO2.
• Il numero e l’identità dei partecipanti all’asta;
14 paesi dell’Unione Europea.
• Il metodo di trasmissione delle offerte;
In busta chiusa.
• La regola di aggiudicazione;
Al maggior offerente.
• La regola di pagamento;
A prezzo uniforme equivalente al prezzo
più basso tra i paesi ammessi all’asta.
Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 2008-2009
17
Modello d’asta
Fase 1. inizializzazione:
All’inizio di ogni asta ciascun paese presenta la propria offerta in busta chiusa
• Determinazione del prezzo
dove:
:
: prezzo base di mercato.
: percentuale di inquinamento da ridurre.
: variazione percentuale della propensione all’investimento.
: percentuale di permessi richiesti.
: percentuale di permessi disponibili.
,
e
sono pesi che assumono valori appartenenti all’intervallo [0,1] tali che
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=1
18
• Determinazione del numero di permessi
dove:
:
: numero massimo di permessi che ogni paese può acquistare.
: il bisogno in termini di permessi negoziabili che ogni paese ha
al tempo t.
• Il tasso di sconto
è stato fissato al 2%
Fase 2. Simulazione d’asta:
•Vi siano
unità di permessi negoziabili da porre all’asta.
• Ciascuno dei 14 partecipanti può chiedere al massimo permessi.
• Ciascun partecipante presenta la propria offerta
.
• Le 14 offerte vengono ordinate in senso decrescente rispetto al prezzo
(
).
• L’allocazione finale dei permessi avviene attraverso il seguente criterio:
Il paese che ha proposto è il vincitore dell’asta e riceverà l’intera
quantità
se
altrimenti riceverà una quantità pari a .
Modellistica e Gestione dei Sistemi
Ambientali 2008-2009
19
• La quantità di permessi ottenuta effettivamente
da ciascuno dei
rimanenti paesi partecipanti all’asta è calcolata come segue:
• Il prezzo che viene effettivamente pagato
è pari al prezzo minimo
offerto (
) dai paesi che si vedono assegnare almeno un permesso.
• Alcuni partecipanti potrebbero non ricevere tutta la quantità dei
permessi negoziabili richiesti, in tal caso il prezzo che viene pagato è
calcolato considerando il tasso di sconto :
Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 2008-2009
20
Simulazioni
1997
Il numero dei permessi negoziabili all’asta è 10,000,000 e il numero massimo che ciascun partecipante può
chiedere è di 5,000,000 permessi.
5,000,000.00
20
4,000,000.00
15
3,000,000.00
Permessi
2,000,000.00
Prezzo (€) 10
5
Quantità richiesta
Francia
Belgio
Germania
Italia
Austria
Regno Unito
Francia
Belgio
Germania
Italia
Austria
Regno Unito
Danimarca
Finlandia
Danimarca
Quantità assegnata
0.00
Prezzo offerto
0
Finlandia
1,000,000.00
Prezzo pagato
Paesi
Paesi
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21
Belgio
1000000
900000
800000
700000
600000
Permessi 500000
400000
300000
200000
100000
0
Quantità richiesta
Quantità assegnata
1997
1998
1999
2000
2001
2002
Anni
2002
Anni
Lo scostamento
dall'obiettivo
2001
2002
Permessi richiesti all'asta
con l'obiettivo di
partecipare ad un mercato
secondario
Anni
1999
2001
1997
0.00
100.00
200.00
300.00
Numero di permessi (1000)
400.00
0.00
Modellistica e Gestione dei Sistemi
Ambientali 2008-2009
500.00
1,000.00
Permessi (1000)
22
Spagna
9000000
8000000
7000000
6000000
Permessi
5000000
Quantità richiesta
4000000
Quantità assegnata
3000000
2000000
1000000
0
1997
1998
1999
2000
2001
2002
Anni
obiettivo
2002
2001
Anni
2000
1999
1998
1997
Lo scostamento
dall'obiettivo
0
5000
10000 15000 20000
Numero di permessi (1000)
Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 2008-2009
23
Dalle simulazioni si osserva che l’Italia rientra fra quei paesi maggiormente in difficoltà nel raggiungimento
del proprio obiettivo di riduzione delle emissioni di CO2
Lo scostamento dall'obiettivo
9000000
obiettivo
8000000
2002
7000000
2001
6000000
Permessi
Anni
5000000
4000000
3000000
2000000
2000
Quantità richiesta
1999
Quantità assegnata
1998
1997
1000000
0.00
2,000.00 4,000.00 6,000.00 8,000.00 10,000.00 12,000.00
0
1997 1998 1999 2000 2001 2002
Numero di permessi (1000)
Anni
Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 2008-2009
24
35
30
P
r 25
e
z 20
z 15
o
10
€
5
0
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
Anni
Secondo la Commissione Europea, cinque anni dopo l’attivazione
del mercato dei permessi negoziabili, il costo di un permesso di
inquinamento dovrebbe collocarsi entro una forcella compresa tra
20 e 33 Euro.
Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 2008-2009
25