《TRANSPORTATION RESEARCH PART D-TRANSPORT AND ENVIRONMENT》：Green investment under route disruptions and the European union emissions trading system
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基于欧盟排放交易系统（EU ETS）扩展至航运业的背景，本研究构建两期博弈模型，分析路线中断事件下航运公司的绿色投资决策机制，发现高概率中断强化了碳配额惩罚效应，导致早期投资与“囚徒困境”并存，同时提升整体碳交易系统有效性。
Jie Wu|Jiaguo Liu|Junjin Wang|Guoqing Zhang
大连海事大学海洋经济与管理学院，中国大连，116026
摘要
随着航运业被纳入欧盟排放交易系统（EU ETS），承运人必须为欧盟相关航次的排放购买EUAs。诸如红海危机、巴拿马运河干旱和禁运等航线中断迫使船只改道，这增加了燃料使用量和EUAs的需求，从而给绿色投资决策带来了不确定性。本文构建了一个两期博弈模型，以研究承运人在这些中断情况下如何调整绿色投资。我们发现，高概率的中断增强了EU ETS的惩罚效应，鼓励了早期投资，但同时也引发了囚徒困境。在某些参数区域内，由于航线延长，中断可能会增加总排放量；然而，它们也通过扩大早期投资成为最优条件的范围，提高了EU ETS的整体有效性。本研究将航线中断与碳监管结合起来，解释了承运人的战略投资行为，并为在不确定性下实现航运脱碳提供了启示。
引言
作为全球贸易的重要动脉，海上运输对于推动全球经济发展和贸易稳定以及供应链的稳定至关重要。值得注意的是，虽然海上运输促进了全球经济和贸易的发展，但它也排放了大量的污染物和温室气体，对环境和人类健康产生了重大影响（Luo等人，2024年）。为了减少航运业的碳排放，作为世界上最大的碳排放交易市场，欧盟排放交易系统（EU ETS）已扩展到航运领域，要求所有总吨位超过5000吨的船只进出欧盟和欧洲经济区（EEA）的港口时收集并报告其二氧化碳排放数据，并要求船舶运营商在其整个航行过程中支付碳排放费用（欧盟委员会，2024年）。这一措施将显著增加前往欧盟港口的远洋承运人的运营成本，尤其是在长途航线上，因为他们需要购买更多的EUAs。这种成本的增加迫使他们重新评估其在欧洲航线的绿色投资策略。
远洋承运人会评估绿色项目的成本和收益，以决定是否进行投资。然而，由地缘政治冲突、自然灾害和安全事件引起的中断可能会迫使船只改变航线。这些绕行改变了在EU ETS下的成本结构，使得承运人更难以判断绿色投资的效益。持续的红海危机就是一个明显的例子。自2023年10月以来，针对商船的反复袭击导致大多数亚欧航线避开了苏伊士运河，改道绕过好望角。这种变化增加了航行距离、燃料使用量和EUAs的需求。类似的情况也发生在其他主要航线上。与厄尔尼诺现象相关的长期干旱限制了巴拿马运河的通行。俄罗斯和乌克兰之间的冲突使得黑海部分地区变得不安全，导致谷物、金属和能源运输被迫改道，采用更长且效率较低的路线。这些案例揭示了一个更广泛的趋势：中断变得越来越频繁且持续时间更长，通常与地缘政治或气候相关风险有关。因此，航线的不稳定性已成为一个持续存在的问题，影响了人们对EU ETS下航行距离、燃料消耗和碳成本的预期。现在，主要承运人在长期投资规划中常规考虑这些风险（Li等人，2024年）。
然而，现有研究尚未探讨航运公司在面临航线中断和EU ETS双重影响时如何做出绿色投资决策。鉴于航运业的绿色投资通常是长期性的、资本密集型的，并且对风险和回报稳定性非常敏感，了解这些日益频繁的短期中断如何影响长期投资策略对于企业和政策决策至关重要。为了解决这一空白，我们提出了以下四个研究问题：（i）在什么条件下，承运人会选择早期投资绿色技术？（ii）承运人在管理航线中断与EU ETS之间的相互作用时，哪些策略最有效？（iii）承运人在应对航线中断与EU ETS相互作用时的战略均衡是什么？（iv）航线中断如何影响经济结果和环境绩效？为了回答这些问题，我们开发了一个创新的博弈论模型，捕捉了破坏性事件与EU ETS之间的相互作用。在这个模型中，远洋承运人根据中断引起的碳成本波动调整其绿色投资策略。该研究有三个主要贡献：
- 首先，本研究首次观察到诸如红海危机之类的中断迫使船只改道前往欧洲港口，从而增加了EUAs的需求，使EU ETS的实施变得更加复杂。这一相互作用被数学化了。这扩展了我们对中断如何影响海运领域EU ETS有效性的现有理解。
- 其次，该研究分析了航运公司在应对中断和EU ETS双重影响时如何调整投资行为，为企业在反复出现的冲击和更严格的环境政策下提供了应对策略的见解。
- 最后，该研究探讨了破坏性事件如何影响政策结果和环境效率，这是以往研究中较少提及和关注的。这为政策制定者提供了改进监管设计和实施的实用建议。
本文的其余部分组织如下：第2节回顾了三个相关的文献流。第3节介绍了我们的博弈模型，概述了事件序列、托运人需求和承运人利润。第4节推导并分析了两种不同类型承运人的最优和均衡策略，考虑了中断对环境和经济绩效的影响。第5节扩展了基础模型并验证了其稳健性。最后，第6节讨论了我们的发现和未来的研究方向。为便于理解，所有证明都放在附录中。
文献综述
本文涉及现有文献的三个主要领域：（i）承运人的绿色投资决策；（ii）不确定的航运环境；（iii）航运领域的EU ETS。然而，它在关键方面与每个领域都有所不同，提供了独特的贡献。
模型
在EU ETS的背景下，我们考虑了两家竞争性的远洋承运人，分别标记为（
最优和均衡策略
在本节中，我们分析了四个方面：早期投资的价值、最优策略、均衡策略以及中断的影响。对于参数区分，我们使用符号“I”表示投资，“N”表示不投资，“*”表示最优结果。上标
扩展和稳健性
在本节中，我们扩展了基础模型，以验证其在多期中断、即时投资和变化航速方面的稳健性，具体内容如下所述。为简洁起见，所有推导都放在附录D中。
主要发现
为了减少航运业的碳排放，欧盟排放交易系统（EU ETS）现已将航运业纳入其中，要求远洋承运人采取更环保的做法。航线中断增加了运输距离，并与EU ETS相互作用。本研究探讨了竞争承运人如何通过绿色投资应对这种相互作用，并评估了航线中断在EU ETS中的经济、环境和政策影响。
首先，我们研究了早期绿色投资的价值。我们发现
CRediT作者贡献声明
Jie Wu：撰写——初稿、验证、方法论、正式分析。Jiaguo Liu：项目管理、资金获取。Junjin Wang：撰写——审阅与编辑、概念化。Guoqing Zhang：可视化、软件。
利益冲突声明
所有作者均未披露任何可能影响本文所述工作的相关关系。作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的工作。
