[Sep 27th 2007] Playing games with the planet

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Economics focus

Playing games with the planet

Sep 27th 2007
From The Economist print edition

JAC

A version of the “prisoner's dilemma” may suggest ways to break through the Kyoto impasse

Get article background

AT ANY given summit on climate change, it is never long before some politician declares how “urgent” or “vital” or “imperative” it is to stop the planet from overheating. And yet few governments are willing to tackle the problem by themselves. In practice, what these impassioned speakers usually mean is that it is urgent—no, vital!—no, imperative!—for all countries but their own to get to grips with climate change.

 

That is natural enough. After all, all countries will enjoy the benefits of a stable climate whether they have helped to bring it about or not. So a government that can persuade others to cut their greenhouse-gas emissions without doing so itself gets the best of both worlds: it avoids all the expense and self-denial involved, and yet still escapes catastrophe. The most obvious free-riders of this sort are America and Australia, the only rich countries that refuse to put a limit on their emissions. But they are far from being the only offenders: most poor countries, too, are keen to palm the responsibility for curbing global warming off on rich ones, and to continue to grow and pollute as much as they like.

 

The problem, of course, is that if everyone is counting on others to act, no one will, and the consequences could be much worse than if everyone had simply done their bit to begin with. Game theorists call a simplified version of this scenario the “prisoner's dilemma”. In it, two prisoners accused of the same crime find themselves in separate cells, unable to communicate. Their jailers try to persuade them to implicate one another. If neither goes along with the guards, they will both receive a sentence of just one year. If one accepts the deal and the other keeps quiet, then the turncoat goes free while the patsy gets ten years. And if they both denounce one another, they both get five years.

 

If the first prisoner is planning to keep quiet, then the second has an incentive to denounce him, and so get off scot-free rather than spend a year in prison. If the first prisoner were planning to betray the second, then the second would still be better off pointing the finger, and so receive a five-year sentence instead of a ten-year one. In other words, a rational, self-interested person would always betray his fellow prisoner. Yet that leaves them both mouldering in jail for five years, when they could have cut their sentences to a year if they had both kept quiet.

 

Pessimistic souls assume that the international response to climate change will go the way of the prisoner's dilemma. Rational leaders will always neglect the problem, on the grounds that others will either solve it, allowing their country to become a free-rider, or let it fester, making it a doomed cause anyway. So the world is condemned to a slow roasting, even though global warming could be averted if everyone co-operated.

Yet in a recent paper, Michael Liebreich, of New Energy Finance, a research firm, draws on game theory to reach the opposite conclusion. The dynamics of the prisoner's dilemma, he points out, change dramatically if participants know that they will be playing the game more than once. In that case, they have an incentive to co-operate, in order to avoid being punished for their misconduct by their opponent in subsequent rounds.

The paper cites a study on the subject by an American academic, Robert Axelrod, which argues that the most successful strategy when the game is repeated has three elements: first, players should start out by co-operating; second, they should deter betrayals by punishing the transgressor in the next round; and third, they should not bear grudges but instead should start co-operating with treacherous players again after meting out the appropriate punishment. The result of this strategy can be sustained co-operation rather than a cycle of recrimination.

 

Mr Liebreich believes that all this holds lessons for the world's climate negotiators. Treaties on climate change, after all, are not one-offs. Indeed, the United Nations is even now trying to get its members to negotiate a successor to its existing treaty, the Kyoto Protocol, which expires in 2012. Many fear that the effort will collapse unless the laggards can be persuaded to join in. But the paper argues that rational countries will not be deterred by free-riders. They will continue to curb their emissions, while devising sanctions for those who do not.

 

Under lock and Kyoto

The Kyoto Protocol already embodies some of these elements. Countries that do not meet their commitments, for example, are supposed to be punished with a requirement to cut their emissions more sharply the next time around. But Mr Liebreich argues that there should also be sanctions for rich countries that refuse to participate, and stronger incentives for poor countries (which are exempted from any mandatory cuts) to join in. Rather than trying to craft an agreement that is agreeable to all, the more enthusiastic countries should simply press on with a system to which recalcitrant ones could later accede.

 

The global regime on climate change, Mr Liebreich believes, should also be revised more frequently, to allow the game to play itself out more quickly. So instead of stipulating big reductions in emissions, to be implemented over five years, as in Kyoto, negotiators might consider adopting annual targets. That way, co-operative governments know that they cannot be taken advantage of for long, whereas free-riders can be punished and penitents brought back into the fold more quickly.

 

There are flaws in the analogy, of course. In the real world, governments can communicate and form alliances, which makes the dynamics of the game much more complicated. And governments may not act consistently or rationally. Most observers, for example, assume that America's policy on global warming will change in 2008, along with its president. And most countries' willingness to act is presumably linked to the severity of global warming's ill effects. If things get bad enough, then with any luck everyone will play the game.

게임으로 풀어본 환경문제

게임으로 풀어본 환경 문제

Sep 27th 2007

JAC

기후변화 관련 정상회담에서 정치인들은 과열로부터 지구를 구하는 것이 얼마나 긴급하고 중요하며 필수적인가를 다급하게 선언해 왔다. 그러나 스스로 이 문제를 해결하려고 하는 정부는 거의 없다. 실제로 이들 열정적인 발언자들의 의미하는 것은 다른 모든 나라들이 기후 변화 문제에 맞서는 것이 긴급하고 , 아니 중요하며, 반드시 필요하지만, 자기 나라는 아니라는 것이다.

당연한 일이다. 결국 모든 나라는 자신의 기여 여부에 상관없이 안정적인 기후의 혜택을 누린다. 따라서 자신은 아무런 조치를 취하지 않고 다른 나라들이 온실 가스 방출을 감축시키도록 설득할 수 있는 정부가 가장 큰 이득을 본다. 모든 비용을 회피하지만 여전히 파국을 피할 수 있다. 가장 명백한 무임승차자는 미국과 호주인데 이산화탄소 배출에 제한을 두는 것을 거부한 유일한 선진국이 그들이다. 그러나 이들만이 위반자들은 아니다. 대부분의 빈국들 역시 선진국이 지구 온난화 책임을 지도록 하는데는 예민하지만 그들이 원하는 만큼 계속 성장하고 오염시키려고 하고 있다.

물론 만일 모든 사람들이 다른 이가 행동하기만 원한다면 아무도 행동하지 않을 것이며 모든 이가 조금씩 노력하는 것보다 그 결과는 더 나빠질 수 있다. 게임 이론가들은 이러한 시나리오의 단순한 형태를 죄수의 딜레마라고 부른다. 동일한 범죄로 기소된 두 죄수가 서로 의사소통이 차단된 채 분리된 감옥에 수감되어 있다. 둘 다 간수에 협조한다면 1년 형기만 살면 된다. 만일 한사람이 협조하기로 거래를 하고 다른 한 사람은 입을 다문다면 배반자는 방면되지만 침묵을 지킨자는 10년을 받는다. 서로 고발한다면 그들은 5년 형기를 받게 된다.

만일 첫번째 죄수가 입을 다물기로 했다면 두번째 죄소는 그를 고발할 유인을 갖게 되며 감옥에서 1년을 보내기 보다는 자유를 맛볼 수 있게 된다. 만일 첫번째 죄수가 고백하기로 했다면 두번째 죄수는 여전히 배반하는 것이 이득인데, 10년형을 받기보다 5년형을 받을 수 있기 때문이다. 즉 합리적이며 사익을 추구하는 사람이라면 항상 동료를 배반하게 될 것이다. 그러나 그 결과로 둘 다 5년형을 받게 되는 데, 동시에 입을 다물었을 때 받을 1년형보다 못한 결과가 나오게 된다.

비관적 정신을 갖고 있는 사람들은 기후변화에 대한 국제적 대응 역시 죄수의 딜레마를 따라 갈것이라고 가정한다. 합리적 지도자들은 항상 문제를 무시하는데 다른 국가가 이를 해결하여 무임승차를 하거나 상처가 곪아서 운명의 길을 따라가게 될 것이다. 오든 국가가 협조한다면 지구 온난화를 방지할 수 있음에도 불구하고 지구는 천천히 타버리는 운명에 처하게 된다는 것이다.

그러나 최근 논문에서 뉴에너지 파이넌스의 마이클 리브라이히는 게임이론에 입각하여 반대의 결론을 얻어냈다. 게임이 반본적으로 이루어질 것이라는 것을 참여자들이 안다면 죄수의 딜레마의 동학은 극적으로 달라질 수 있다. 이 경우 참여자들은 자신의 배반행위가 이어진 게임에서 보복당하기 때문에 협력할 유인을 갖게 된다. 이러한 전략의 결과는 배반의 연속이 아닌 지속적 협력을 가능케 한다.

리브라이히는 이 모든 것이 세계 기후 협상가들에게 교훈을 준다고 믿는다. 기후변화 협약은 결국 일회성이 아니다. 확실히 UN은 2012년 만료되는 현 교토의정서협약의 후속판을 협상하도록 유도하고 있다. 많은 이들은 미참여자들이 참가하지 않는다면 그 노력이 붕괴될 것이라 우려한다. 그러나 이 논문은 합리적 국가들이 무임승차국들에 의해 저지되지 않는다고 주장한다. 그들의 배출을 줄이면서 그렇지 않은 나라들에 제재를 가하는 방안을 찾아낼 것이다.

교토 의정서는 이미 이러한 요소들을 포함하고 있다. 약속을 이행하지 않는 국가들은 다음 협상에 더 많은 감축을 요구받게 된다. 그러나 참여를 거부하는 선진국에 대한 제재와 참여하는 후진국에 대한 더 큰 보상이  있어야 한다고 리브라이히는 주장한다. 모든 나라가 합의할 수 있는 협정을 만들기 보다는 더 열성있는 국가들은 참여에 열의를 보이지 않는 국가들이 후에 동참할 수 있는 시스템을 추구해야만 한다는 것이다.

기후변화에 대한 세계적 체제는 게임이 더 빨리 진행이 되도록 자주 수정되어야 한다고 리브라이히는 믿고 있다. 교토 의정서처럼 5년 기간동안 배출의 큰 폭 감축 대신 연간 목표를 설정하도록 하는 것이 바람직하다. 협조적인 정부는 자신들이 오래동안 이용당하지 않게 될 것을 알게 되며 무임승차국들도 더 빨리 보복을 당하고 협조에 동참할 수 있게 된다. 물론 이 논리에는 결함이 있다. 현실 세게에서 정부는 의소소통이 가능하며 제휴를 맺을 수 있는데 이 경우 게임의 동학은 복잡해진다. 그리고 정부들은 일관되게 또는 합리적으로 행동하지 않을 수 있다. 예를 들어 대부분의 관측자들은 미국의 지구 온난화 정책이 2008년에 변화될 것이라 가정한다. 또한 대부분의 나라가 행동에 나설 의지는 지국 온난화의 부작용의 심각성에 달려있다. 만일 상황이 충분히 나빠진다면 모든 이가 게임에 동참할 수 있다.