Modeling spread in European Union allowances market

This thesis focuses on the analysis of the spread in the European Union Allowances futures market, these are contracts created at European level to regulate greenhouse gas emissions from power plants and industrial factories. In particular, one contract allows compliance entities to compensate the emission of one ton of CO2. As observed in different studies, a spread term is applied on the risk-free rate of carbon futures contracts. The proposed study aims to find the main drivers of this spread, since it can cause arbitrage opportunities. To study this process, the time window has been split in two parts, the so-called Phase 2 (2008-2012) and Phase 3 (2013-2020) as the shift from one phase to the other came with important changes in the European Emission Trading System framework. The analysis proposes different regression models applied to the spread values. The variables used as regressors of the model are economic factors, commodities-related variables, and the Z-spread of compliance companies. This analysis is proposed under two lights. On one side all the available observations are considered, while on the other, only the ones with volume over a certain threshold are selected, to focus on the liquid market. Our results show that using filtered datasets instead of complete datasets can lead to different outcomes when applying models. However, we can confirm that the main drivers of the spread, especially in Phase 3, are the short-term rate, the volatility of spot returns, and the Z-spread. The last analysis proposed studies the spread as an autoregressive (AR, hereinafter) phenomenon. We can confirm that it behaves like an AR(1) event, which tends to be negative for the majority of its lifespan and converges to zero as contract maturity approaches.

Questo lavoro di tesi si concentra sull'analisi dello spread rilevato nel mercato dei futures relativi ai contratti European Union Allowances, ovvero contratti creati a livello Europeo per regolare le emissioni di gas serra di centrali elettriche e impianti industriali. In particolare, un contratto consente alle aziende soggette a regolazione di compensare l'emissione di una tonnellata di CO2. Come osservato in diverse ricerche, esiste uno spread applicato al tasso privo di rischio nei contratti carbon futures. L'analisi presentata mira a ricavare i principali fattori che guidano questo spread, dato che quest'ultimo può dare origine ad opportunità di arbitraggio. Per studiare il processo, la finestra temporale è stata divisa in due parti, definite Fase 2 (2008-2012) e Fase 3 (2013-2020) dato che il passaggio da una fase all'altra è stato accompagnato da importanti variazioni nel contesto legislativo dell'European Emission Trading System. L'analisi propone diversi modelli di regressione, applicati sui valori di spread. Le variabili usate come regressori del modello sono fattori economici, variabili legate alle commodities e lo Z-spread delle aziende regolamentate. L'analisi viene proposta sotto due diverse luci. Da una parte tutte le osservazioni disponibili sono considerate, mentre dall'altra, solo quelle che hanno volume sopra a una certa soglia sono considerate, per concentraci sul mercato liquido. I nostri risultati dimostrano che l'uso di dataset filtrati anziché completi può produrre risultati diversi quando si applicano i modelli. Tuttavia, possiamo confermare che i principali fattori che guidano lo spread, soprattutto in Fase 3, sono il tasso a breve termine, la volatilità dei rendimenti spot e lo Z-spread. L'ultima analisi proposta studia lo spread come un fenomeno autoregressivo (AR). Possiamo confermare che esso si comporta come un evento AR(1), il quale tende a rimanere stabilmente negativo per la maggior parte del tempo, per poi convergere a zero quando ci si avvicina alla scadenza del contratto.