Optimal emission taxes and climate change in a DSGE framework

Abstract

This thesis investigates the dynamics of optimal carbon emissions taxation under uncertainty in a Dynamic Stochastic General Equilibrium model from the literature, integrated with a climate module to allow for climate economy interactions. In the model, energy use in production raises atmospheric carbon concentrations, increasing global temperature and damaging productivity. dynamic Pigouvian tax on energy, set equal to the present value of future marginal climate damages so as to implement the first best planner allocation. The model is simulated to study the tax’s response to three stochastic shocks, namely productivity, energy prices, and the carbon stock. The results show that the optimal tax is procyclical, rising in good times to control emissions and falling in downturns. This dynamic adjustment acts as a stabilizer, modestly reducing business cycle volatility and insulating the economy from energy price shocks. The long-run steady state under the optimal tax features a significantly lower carbon stock alongside higher consumption, output, and leisure compared to laissez-faire. The analysis concludes that a dynamically adjusted carbon price can simultaneously mitigate climate damage and contribute to macroeconomic stability.Η παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζει τον σχεδιασμό και την δυναμική της άριστης φορολόγησης των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα υπό καθεστώς αβεβαιότητας, στο πλαίσιο ενός Δυναμικού Στοχαστικού Υποδείγματος Γενικής Ισορροπίας με ενσωματωμένο κλιματικό τομέα. Στο υπόδειγμα, οι αμφίδρομες αλληλεπιδράσεις μεταξύ οικονομίας και κλίματος απορρέουν από την χρήση της ενέργειας ως εισροής στην παραγωγή, η οποία αυξάνει τις ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις άνθρακα, οδηγώντας σε άνοδο της παγκόσμιας θερμοκρασίας και σε αρνητικές επιπτώσεις στην παραγωγικότητα. Υπό την ύπαρξη της εν λόγω κλιματικής εξωτερικότητας, ο κεντρικός σχεδιαστής επιβάλλει έναν άριστο, δυναμικό Πιγκουβιανό φόρο στην ενέργεια, ίσο με την παρούσα αξία των μελλοντικών οριακών ζημιών από την κλιματική αλλαγή με στόχο την εφαρμογή της βέλτιστης (first best) κατανομής πόρων. Το υπόδειγμα λύνεται υπολογιστικά με τη μέθοδο της διαμέτρησης και προσομοιώνεται για την ανάλυση της αντίδρασης του φόρου σε στοχαστικές διαταραχές στην παραγωγικότητα, στις τιμές ενέργειας και στο απόθεμα άνθρακα. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης δείχνουν ότι ο άριστος φόρος αυξάνεται σε περιόδους ανάπτυξης και μειώνεται σε περιόδους ύφεσης. Η προσαρμογή λειτουργεί σταθεροποιητικά, περιορίζοντας τη διακύμανση του οικονομικού κύκλου και μετριάζοντας τις επιπτώσεις διαταραχών στις τιμές ενέργειας. Στη μακροχρόνια ισορροπία, η άριστη πολιτική οδηγεί σε σημαντικά χαμηλότερη χρήση του αποθέματος άνθρακα και σε υψηλότερα επίπεδα κατανάλωσης, παραγωγής και ελεύθερου χρόνου σε σύγκριση με το καθεστώς laissez-faire.