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Doctoral Thesis

The generation and diffusion of energy efficient technologies in Switzerland: an empirical study an empirical study Author(s): Ley, Marius C. Publication Date: 2013 Permanent Link: https://doi.org/10.3929/ethz-a-009932355

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ETH Library

Diss. ETH No. 21155

The Generation and Diffusion of Energy Efficient Technologies in Switzerland: An Empirical Study

DISSERTATION submitted to ETH ZURICH

for the degree of DOCTOR OF SCIENCES

by MARIUS CHRISTIAN LEY MSc in Economics, Universitat Pompeu Fabra, Barcelona born on May 3rd , 1981 Citizen of Z¨ urich

accepted on the recommendation of Prof. Dr. Peter Egger, Examiner Prof. Dr. Massimo Filippini, Co-Examiner

2013

Summary This dissertation is a contribution to a better understanding of the processes of technological change at the firm level towards improved energy efficiency. It is composed of three chapters, all of which rely on empirical analyses of survey data representative for the Swiss economy. Chapter 2 is concerned with the adoption outcomes regarding energy efficient technologies (EET) at the firm level. The analysis, which allows for taking into account market and non-market intermediated externalities, shows that there are significant differences between inter- and intra-firm diffusion with respect to certain determinants. Positive epidemic and/or network effects of diffusion are present to a large extent. Inducement effects, particularly those that can be traced back to intrinsic motivations for environmentally friendly technologies, show clearly positive effects on the adoption rates. Additional findings with respect to several explanatory factors are explained and discussed. Heterogeneity of firms emerges as a complicating feature for the formulation of economic policy. On the other hand, we find almost the same pattern of diffusion for four different categories of technology applications. The main contribution of this chapter is the focus on the actual dissemination of energy-efficient technologies among final users, rather than the R&D and innovation stage related to such technologies, which most of the related literature so far has been concerned with. Chapter 3 deals with firms’ decisions whether to conduct R&D for energy efficient technologies or not, and whether innovations related to these technologies have been successfully generated or not. In addition, the determinants of “overall” R&D and innovation (i.e. of innovation activities of any kind, as opposed to EET only) have been analysed on the same sample of firms. Sizable differences of the explaining factors of energy efficiency related innovation as compared to overall innovation appear. In particular, market environment specific variables that turn out to be important for overall innovative activity seem to have little explanatory power for EET related innovation. As opposed to environmental innovation in a broad sense (which has received considerable interest recently in the literature), the focus will again be on energy related technologies; i.e. those that enable enterprises and households to reduce their energy inputs required for given production or consumption choices, thus improving energy efficiency. Rather than providing directly implementable policy recommendations or testing well-defined hypotheses, the main contribution of chapter 3 can be seen as drawing attention to pat5

terns that are specific to energy efficient innovations, and which in turn might deserve further attention by future research. At the core of chapter 4 is the question whether financial support granted to firms for the adoption of EET has been successful in terms of promoting more widespread use of such technologies. Three different outcome variables (the number of different EET applications adopted within a firm; whether they have contributed to reducing CO2 emissions; and the investment share dedicated to EET) have been considered to this end. Even when controlling for non-random assignment, diffusion support from the two institutions taken into consideration has been beneficial in spurring adoption of energy saving technology. While the analysis, due to inherent data limitations, does not bring about any conclusions about the magnitude of success, it provides tangible evidence that no crowding-out effects emerge as a result of these support schemes, i.e. there have been investments in energy efficiency that would not actually have taken place in the absence of any such support. This is an important finding that contributes to justifying ongoing policy efforts to facilitate diffusion of energy efficient technology. As an additional finding, an estimator for average treatment effects based on Hirano, Imbens and Ridder (2003) is revealed to perform better in terms of statistical efficiency than the (more commonly used) nearest neighbour matching estimator. Chapter 4 is the first contribution to apply microeconometric methods in order to assess the effectiveness of diffusion policy directed at a broad class of energy efficient technologies, with existing studies either focusing on the R&D or innovation stage, or being concerned with a narrower set of energy related technologies.

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Zusammenfassung Die vorliegende Dissertation soll einen Beitrag leisten zum besseren Verst¨andnis der Prozesse des technologischen Wandels auf Firmenebene im Hinblick auf eine Verbesserung der Energieeffizienz. Die Dissertation besteht aus drei Kapiteln, welche sich auf empirische Analysen von f¨ ur die Schweiz repr¨asentativen Umfragedaten abst¨ utzen. Kapitel 2 befasst sich mit dem Einsatz von Energieeffizienztechnologien (EET) auf der Ebene der Unternehmung. Die Analyse, welche auch marktliche und nicht-marktliche externe Effekte miteinbezieht, offenbart f¨ ur einige Bestimmungsfaktoren signifikante Unterschiede zwischen deren Einfluss auf die zwischenbetriebliche Diffusion einerseits und auf die innerbetriebliche Diffusion andererseits. Positive epidemische Effekte und/oder Netzeffekte sind in einem betr¨ achtlichen Ausmass pr¨asent. Induzierte Effekte — insbesondere solche, die sich auf intrinsische Motive f¨ ur umweltfreundliche Technologien zur¨ uckf¨ uhren lassen — haben einen ausgepr¨agten positiven Effekt auf Adoptionsraten. Weitere Erkenntnisse im Bezug auf verschiedene erkl¨arende Variablen werden erl¨autert. Aufgrund der Heterogenit¨ at der Firmen f¨allt es schwer, allgemein g¨ ultige Politikempfehlungen zu formulieren. Hingegen finden wir ¨ahnliche Diffusionsmuster f¨ ur vier verschiedene Kategorien von technologischen Anwendungen. Der grundlegende Beitrag dieses Kapitels liegt in der spezifischen Betrachtung der Weiterverbreitung von EET im Kreis der potenziellen Anwender, wohingegen sich der Grossteil der verwandten Literatur den Determinanten von F&E- und Innovationst¨atigkeiten in diesen Technologien widmet. Im Zentrum von Kapitel 3 steht die Frage, welche Firmen Forschung und Entwicklung (F&E) im Hinblick auf EET betreiben, und welche Firmen erfolgreich Innovationen im Zusammenhang mit solchen Technologien eingef¨ uhrt hatten. In Erg¨anzung hierzu werden auch die Bestimmungsfaktoren f¨ ur “allgemeine” F&E und Innovationen (also im Bezug auf s¨ amtliche Technologiesparten, und nicht ausschliesslich EET) auf Grund der selben Stichprobe betrachtet. In den erkl¨arenden Faktoren lassen sich zwischen energieeffizienter und allgemeiner Innovationst¨atigkeit betr¨achtliche Unterschiede ausmachen. Insbesondere f¨ allt auf, dass marktumfeldspezifische Variablen, welche f¨ ur allgemeine Innovationen wichtig sind, im Bezug auf EET-Innovationen kaum Erkl¨arungsgehalt bieten. Wiederum liegt der Fokus dieses Kapitels auf Energieeffizienztechnologien (dies im Gegensatz zu verwandter Literatur, welche ihr Augenmerk vor allem auf Umwelttechnologien in einem weiteren Sinne richtet); also jenen Technologien, deren 7

Einsatz auf Unternehmens- und Haushaltsebene zu einem geringeren Energiebedarf f¨ ur gegebene Produktions- und Konsumbed¨ urfnisse f¨ uhrt und somit die Energieeffizienz verbessert. Der Anspruch von Kapitel 3 liegt nicht darin, unmittelbar umsetzbare Politikempfehlungen zu formulieren, oder konkrete Hypothesen zu u ¨berpr¨ ufen. Vielmehr sollen jene Eigenheiten in den Vordergrund ger¨ uckt werden, welche sich spezifisch im Kontext von EET heraussch¨ alen lassen, und die deshalb f¨ ur k¨ unftige vertiefte Forschungsarbeiten von besonderem Interesse sein d¨ urften. Kapitel 4 dreht sich um die Frage, ob finanzielle Unterst¨ utzungsmassnahmen an Unternehmungen zum Einsatz von EET erfolgreich waren, um die weitere Verbreitung solcher Technologien zu f¨ ordern. Gemessen wurde dies anhand drei verschiedener Erfolgsvariablen (der Anzahl der in einer Firma zum Einsatz kommenden Teiltechnologien; ob diese zu einer Verringerung des CO2 -Ausstosses f¨ uhrten; und des Anteils der f¨ ur EET aufgewendeten Investitionen). Die zwei betrachteten F¨orderinstrumente haben tats¨achlich zu einer gr¨ osseren Verbreitung energiesparender Technologien beigetragen, selbst wenn f¨ ur die nichtzuf¨ allige Zuteilung der F¨ordermittel kontrolliert wird. W¨ahrend die unzureichende Datenlage keine Schl¨ usse zul¨asst bez¨ uglich des Umfangs des F¨ordererfolges, l¨asst sich folgern, dass es nicht lediglich zu Mitnahmeeffekten gekommen ist. Mit anderen Worten: es wurden Investitionen in Energieeffizienz get¨atigt, welche ohne die entsprechenden F¨ ordermittel nicht stattgefunden h¨atten. Dieses wichtige Resultat ist eine Voraussetzung daf¨ ur, um die Aufrechterhaltung von F¨ordermassnahmen dieser Art rechtfertigen zu k¨ onnen. Ein zus¨ atzliches Resultat von Kapitel 4 liegt darin, dass ein auf Hirano, Imbens und Ridder (2003) basierender Sch¨atzer f¨ ur mittlere F¨ordereffekte besser abschneidet im Bezug auf statistische Effizienz als der (weiter verbreitete) “Nearest Neighbour Matching”-Sch¨ atzer. Mit diesem Kapitel gelangen erstmals mikro¨okonometrische Methoden zum Einsatz, um die Wirksamkeit von F¨ordermassnahmen mit dem Ziel einer gr¨osseren Verbreitung eines breiten Spektrums von Energieeffizienztechnologien zu beurteilen; w¨ ahrend existierende Studien entweder die F¨orderung von F&E und/oder Innovationen betrachteten, oder aber sich auf eine bestimmte Untergruppe energierelevanter Technologien konzentrierten.

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