Analyzing energy commodities and the EU ETS: strategies for managing shocks and hedging in the low-carbon transition

This thesis investigates the dynamic interplay between energy commodities and the European Union Emissions Trading System (EU ETS), offering new insights into how these markets respond to regulatory and economic shocks during the ongoing transition to a low-carbon economy. Through three distinct but interrelated studies, it addresses critical issues such as the propagation of market shocks, investor behavior leading to market anomalies, and the development of effective financial hedging strategies that align with environmental goals. The first study examines the transmission of shocks across a comprehensive system of energy commodities, including fossil fuels, their derivatives, and European Union Allowances (EUAs). By applying advanced econometric techniques, such as spillover analysis in both time and frequency domains, this study provides a detailed view of how shocks originating from upstream (raw materials like oil and natural gas) or downstream (derivatives like gasoline and heating oil) energy markets propagate across the system. The analysis spans normal market conditions and periods of crisis, such as the COVID-19 pandemic and the Russia-Ukraine conflict. Results show that raw materials consistently act as dominant transmitters of shocks, especially during crisis periods, which amplifies market volatility. The study highlights the policy need for greater market oversight and more robust mechanisms to prevent the cascading effects of crises on energy markets, ensuring a more stable and secure energy supply during global disruptions. The second study focuses on herding behavior in the stock prices of firms regulated by the EU ETS. Herding occurs when investors mimic the behavior of others rather than relying on independent judgment, which can lead to inefficient pricing and increased market volatility. The study explores the relationship between herding behavior and spillovers in energy commodity markets, revealing that herding intensifies during periods of high market volatility and connectedness, such as regulatory changes or external shocks. This behavior distorts carbon prices, undermining the core function of the EU ETS, which is to reflect the true marginal cost of reducing greenhouse gas emissions. To address the financial implications of this behavior, the study proposes a novel buy-sell trading strategy that incorporates both market volatility and spillover data to detect periods of heightened herding. The strategy identifies market conditions where herding is most likely and adjusts investment positions accordingly. The results of this strategy demonstrate superior risk-adjusted returns compared to traditional approaches such as equally weighted buy-and-hold portfolios and minimum connectedness portfolios. Specifically, the strategy was found to perform particularly well during periods of high market volatility, offering better protection against downside risks while taking advantage of the clustering effect of investor behavior. The practical application of this strategy suggests that combining market volatility with spillover information can yield profitable outcomes while also reducing the risks associated with irrational investor behavior. This insight is valuable for both asset managers and investors seeking to optimize their returns in volatile carbon markets. The third study proposes the development of a novel equity climate index based on the environmental performance of firms regulated by the EU ETS. Unlike traditional ESG indices or Scope emissions, which often suffer from inconsistent and self-reported data, this index is grounded in verified emissions data, providing a more accurate measure of firms’ carbon footprints. The research shows that this index offers superior hedging properties against a basket of financial assets, including stocks, bonds, commodities, and EUAs, particularly during the stricter regulatory phases of the EU ETS (Phases III and IV). However, the study notes that hedging with the climate index can be more costly compared to traditional financial instruments, although it provides better alignment with environmental objectives. This index offers a valuable tool for investors seeking to balance financial returns with sustainability goals, by investing in companies actively reducing their carbon emissions. In conclusion, this thesis provides a robust empirical analysis of energy commodities and the EU ETS, offering valuable insights for policymakers, investors, and market participants seeking to navigate the challenges of the low-carbon transition. By addressing key issues related to market spillovers, herding behavior, and financial hedging, this research contributes to the development of more effective climate policies and sustainable investment strategies, ultimately supporting the global shift toward a greener economy.

Questa tesi esplora l'interazione dinamica tra le materie prime energetiche e il Sistema Europeo di Scambio delle Emissioni (EU ETS), offrendo nuove prospettive su come questi mercati rispondano agli shock regolatori ed economici durante la transizione verso un'economia a basse emissioni di carbonio. Attraverso tre studi distinti ma interconnessi, affronta questioni cruciali come la propagazione degli shock di mercato, il comportamento degli investitori che genera anomalie di mercato e lo sviluppo di strategie di copertura finanziaria efficaci e coerenti con gli obiettivi ambientali. Il primo studio analizza la trasmissione degli shock in un sistema complesso di materie prime energetiche, inclusi combustibili fossili, i loro derivati e le quote di emissioni dell'Unione Europea (EUAs). Utilizzando tecniche econometriche avanzate, come l'analisi delle interdipendenze nei domini temporali e di frequenza, lo studio offre una visione dettagliata di come gli shock provenienti dai mercati a monte (materie prime come petrolio e gas naturale) o a valle (derivati come benzina e olio combustibile) si propaghino nel sistema. L'analisi copre condizioni di mercato normali e periodi di crisi, come la pandemia di COVID-19 e il conflitto tra Russia e Ucraina. I risultati mostrano che le materie prime agiscono costantemente come principali trasmettitori di shock, specialmente durante i periodi di crisi, amplificando la volatilità del mercato. Lo studio evidenzia la necessità di una maggiore supervisione del mercato e di meccanismi più robusti per prevenire gli effetti a cascata delle crisi sui mercati energetici, garantendo una fornitura energetica più stabile e sicura durante le perturbazioni globali. Il secondo studio si concentra sul comportamento di gregge (herding behavior) nei prezzi delle azioni delle aziende regolamentate dall'EU ETS. L'herding si verifica quando gli investitori imitano il comportamento altrui invece di basarsi su giudizi indipendenti, portando a una valutazione inefficiente e a un aumento della volatilità del mercato. Lo studio indaga la relazione tra l'herding e le interdipendenze nei mercati delle materie prime energetiche, rivelando che l'herding si intensifica durante i periodi di alta volatilità e interconnessione, come i cambiamenti normativi o gli shock esterni. Questo comportamento distorce i prezzi del carbonio, compromettendo la funzione principale dell'EU ETS, ossia riflettere il vero costo marginale della riduzione delle emissioni di gas serra. Per affrontare le implicazioni finanziarie di questo comportamento, lo studio propone una strategia di trading innovativa che integra volatilità di mercato e dati sulle interdipendenze per individuare i periodi di maggiore herding. La strategia adegua le posizioni di investimento in base alle condizioni di mercato, mostrando rendimenti superiori aggiustati per il rischio rispetto agli approcci tradizionali, come i portafogli equally weighted o i portafogli a minima interconnessione. La strategia si dimostra particolarmente efficace durante i periodi di alta volatilità, offrendo una migliore protezione contro i rischi al ribasso e sfruttando l'effetto di clustering del comportamento degli investitori. L'applicazione pratica suggerisce che combinare la volatilità di mercato con le informazioni sulle interdipendenze può produrre risultati redditizi e ridurre i rischi associati al comportamento irrazionale degli investitori. Il terzo studio propone lo sviluppo di un nuovo indice climatico azionario basato sulle prestazioni ambientali delle aziende regolamentate dall'EU ETS. A differenza degli indici ESG tradizionali o delle emissioni Scope, spesso soggetti a dati incoerenti e auto-dichiarati, questo indice si basa su dati verificati sulle emissioni, fornendo una misura più accurata dell'impronta di carbonio delle aziende. La ricerca dimostra che questo indice offre migliori proprietà di copertura rispetto a un paniere di asset finanziari, tra cui azioni, obbligazioni, materie prime ed EUAs, in particolare durante le fasi regolatorie più severe dell'EU ETS (Fasi III e IV). Tuttavia, lo studio osserva che l'uso dell'indice climatico per la copertura può essere più costoso rispetto agli strumenti finanziari tradizionali, pur garantendo un migliore allineamento con gli obiettivi ambientali. Questo indice rappresenta uno strumento prezioso per gli investitori che cercano di bilanciare i rendimenti finanziari con gli obiettivi di sostenibilità, investendo in aziende impegnate nella riduzione delle loro emissioni di carbonio. In conclusione, questa tesi offre un'analisi empirica solida delle materie prime energetiche e dell'EU ETS, fornendo preziose intuizioni per i decisori politici, gli investitori e i partecipanti al mercato che affrontano le sfide della transizione verso un'economia a basse emissioni di carbonio. Affrontando questioni chiave legate alle interdipendenze di mercato, al comportamento di herding e alla copertura finanziaria, questa ricerca contribuisce allo sviluppo di politiche climatiche più efficaci e strategie di investimento sostenibili, sostenendo il passaggio globale verso un'economia più verde.