Agent-based simulation of retail CBDC adoption in the italian payment ecosystem

The potential introduction of a retail Central Bank Digital Currency (CBDC) has raised important questions regarding its adoption, usage, and implications for existing payment ecosystems. This thesis develops an agent-based model (ABM) of the Italian retail payment system to examine how consumers and merchants may respond to the introduction of a CBDC under alternative design and policy configurations. The model is calibrated using the European Central Bank’s SPACE 2024 dataset, enabling the representation of heterogeneous consumer and merchant behavior based on observed payment preferences, transaction patterns, and socio-demographic characteristics. The simulation incorporates interactions across consumer-to-merchant and consumer-to-consumer payment networks and evaluates the effects of several CBDC design features, including balance limits, top-up limits, offline transaction thresholds, and reverse waterfall functionality. In addition, policy interventions such as government transfers and merchant fee waivers are examined to assess their influence on adoption and usage. The results indicate that CBDC adoption is primarily driven by usability, payment opportunities, network effects, and policy incentives rather than by the mere availability of the instrument. The reverse waterfall functionality emerges as one of the most important design elements. Scenarios without this feature consistently exhibit the lowest adoption levels. Government transfers and merchant fee waivers generate the strongest adoption outcomes by expanding the user base and strengthening merchant acceptance. Across all scenarios, CBDC complements rather than replaces existing payment instruments, while deposit-based payments remain the dominant component of the payment system and monetary holdings. The findings suggest that successful CBDC implementation depends on its integration into everyday payment activities, broad merchant acceptance, and accessible liquidity mechanisms. By combining empirical calibration with behavioral simulation, this study contributes a data-driven framework for evaluating CBDC design choices and provides insights into the factors shaping CBDC adoption within a modern retail payment ecosystem.

La potenziale introduzione di una Central Bank Digital Currency (CBDC) al dettaglio ha sollevato importanti interrogativi riguardo alla sua adozione, al suo utilizzo e alle sue implicazioni per gli ecosistemi di pagamento. Questa tesi sviluppa un modello ad agenti (Agent-Based Model, ABM) del sistema dei pagamenti al dettaglio italiano per analizzare le reazioni di consumatori ed esercenti all’introduzione di una CBDC in diverse configurazioni di design e di policy. Il modello, calibrato sul dataset SPACE 2024 della Banca Centrale Europea, rappresenta comportamenti eterogenei sulla base delle preferenze di pagamento, dei modelli transazionali e delle caratteristiche sociodemografiche osservate. La simulazione incorpora le interazioni tra consumatori ed esercenti e valuta gli effetti di diverse caratteristiche della CBDC, tra cui limiti di saldo, limiti di ricarica, soglie per le transazioni offline e la funzionalità di reverse waterfall. Vengono inoltre analizzati interventi di policy quali trasferimenti governativi ed esenzione delle commissioni per gli esercenti. I risultati mostrano che l’adozione della CBDC è guidata principalmente dall’usabilità, dalle opportunità di pagamento, dagli effetti di rete e dagli incentivi di policy. In particolare, la funzionalità di reverse waterfall risulta determinante nel sostenere l’utilizzo della CBDC, mentre la sua assenza genera i livelli di adozione più bassi. I trasferimenti governativi e l’esenzione delle commissioni per gli esercenti producono invece gli effetti più significativi, ampliando la base degli utenti e rafforzando l’accettazione da parte degli esercenti. In tutti gli scenari analizzati, la CBDC integra gli strumenti di pagamento esistenti senza sostituirli, mentre i pagamenti basati sui depositi rimangono predominanti. I risultati suggeriscono che il successo di una CBDC dipende dalla sua integrazione nelle attività di pagamento quotidiane, dall’ampia accettazione da parte degli esercenti e dalla disponibilità di meccanismi di liquidità accessibili. Combinando calibrazione empirica e simulazione comportamentale, questo studio propone un quadro analitico basato sui dati per valutare le diverse scelte di progettazione della CBDC e fornisce indicazioni sui fattori che ne influenzano l’adozione in un moderno ecosistema dei pagamenti al dettaglio.