Decarbonization with induced technical change: Exploring the niche potential of hydrogen in heavy transportation
Décarbonisation avec changement technique induit : Explorer le potentiel de niche de l'hydrogène dans les transports lourds
Résumé
Fuel cells and electric batteries are competing technologies for the energy transition in heavy transportation. We explore the conditions for the survival of a unique technology in the long term. Learning by doing suggests focusing on a single technology while differentiation and decreasing return to scale (cost convexity) favor diversification. Exogenous technical change also plays a role. The interaction between these factors is analyzed in a general model. It is proved that in absence of convexity and exogenous technical change, only one technology is used for the whole transition. We then apply this framework to analyze the competition between fuel-cell electric buses (FCEBs) and battery electric buses (BEB) in the European bus sector, considering both learning by doing and exogenous technical change. The model is calibrated and solved. It is shown that the existence of a niche for FCEBs critically depends on the speed at which cost reductions are achieved. The speed depends both on the size of the niche and the rate of learning by doing for FCEBs. Public policies to decentralize the socially optimal trajectory in terms of carbon tax and subsidies to learning by doing are derived.
Les piles à combustible et les batteries électriques sont des technologies concurrentes pour la transition énergétique dans le transport lourd. Nous étudions les conditions de survie à long terme d'une technologie unique. L'apprentissage par la pratique suggère de se concentrer sur une seule technologie, tandis que la différenciation et la diminution du rendement d'échelle (convexité des coûts) favorisent la diversification. Le changement technique exogène joue également un rôle. L'interaction entre ces facteurs est analysée dans un modèle général. Il est prouvé qu'en l'absence de convexité et de changement technique exogène, une seule technologie est utilisée pendant toute la durée de la transition. Nous appliquons ensuite ce cadre pour analyser la concurrence entre les autobus électriques à pile à combustible (FCEB) et les autobus électriques à batterie (BEB) dans le secteur européen des autobus, en tenant compte à la fois de l'apprentissage par la pratique et du changement technique exogène. Le modèle est calibré et résolu. Il est démontré que l'existence d'un créneau pour les FCEB dépend essentiellement de la vitesse à laquelle les réductions de coûts sont réalisées. Cette vitesse dépend à la fois de la taille de la niche et du taux d'apprentissage par la pratique pour les FCEB. Les politiques publiques visant à décentraliser la trajectoire socialement optimale en termes de taxe carbone et de subventions à l'apprentissage par la pratique sont dérivées.
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