Modeling the New Economic Geography – R&D, Vertical Linkages, Policy Implications - Kranich, Jan (Medien- und Informationszentrum, Leuphana Universität Lüneburg, 2009)
The present work introduces four theoretical papers, which primarily focus on R&D, interindustrial linkages, and their policy implications. All in all, three issues basically motivated conception and realization: At first, previous NEG models do not incorporate endogenous R&D activities of firms. Existing models include R&D only in a growth context, which increases the formal complexity and departs from the simple core-periphery formulation. Second, vertical linkages are extensively considered in the class of international models. In face of its formal simplicity, the majority of publications refer to the standard model of Krugman and Venables (1995) utilizing intra-industry trade in which the manufacturing sector produces its own intermediates. However, the results are similar to the core-periphery model, but the implications of vertical linkages, especially in terms of specialization, cannot be reproduced. In contrast, the more challenging version of Venables (1996), which considers an inter-industry framework of an explicit upstream and downstream sector, is often cited (143 citations according to IDEAS/RePEc), but only few papers were directly built on it: Puga and Venables (1996), Amiti (2005), Alonso-Villar (2005). The third issue concerns the calibration of real economies. Although, hundreds of numerical simulations have been done in order to display the modeling outcomes, an application to particular industries in terms of their spatial formation and evolution is still a neglected field of research. Against this background, the present work aims to make a contribution to these topics. For a summary, all four papers are briefly to be summarized at this point. The first paper, entitled 'Too Much R&D? – Vertical Differentiation and Monopolistic Competition,' discusses whether product R&D in developed economies tends to be too high compared with the socially desired level. In this context, a model of vertical and horizontal product differentiation within the Dixit-Stiglitz (1977) framework of monopolistic competition is set up where firms compete in horizontal attributes of their products, and also in quality that can be controlled by R&D investments. The paper reveals that in monopolistic-competitive industries, R&D intensity is positively correlated with market concentration. Furthermore, welfare and policy analysis demonstrate an overinvestment in R&D with the result that vertical differentiation is too high and horizontal differentiation is too low. The only effective policy instrument in order to contain welfare losses turns out to be a price control of R&D services. The main contribution of this closed economy model in the course of the present work is a modeling framework, which can easily be adapted to the New Economic Geography. This has been approached in the second paper: ‘R&D and the Agglomeration of Industries' in which the seminal core-periphery model of Krugman (1991) is extended by endogenous research activities. Beyond the common ‘anonymous' consideration of R&D expenditures within fixed costs, this model introduces vertical product differentiation, which requires services provided by an additional R&D sector. In the context of international factor mobility, the destabilizing effects of a mobile scientific workforce are analyzed. In combination with a welfare analysis and a consideration of R&D promoting policy instruments and their spatial implications, this paper also makes a contribution to the brain-drain debate. In contrast to this migration based approach, the third paper 'Agglomeration, Vertical Specialization, and the Strength of Industrial Linkages' focuses on vertical linkages in their capacity as an additional agglomeration force. The paper picks up the seminal model of Venables (1996) and provides a quantifying concept for the sectoral coherence in vertical-linkage models of the New Economic Geography. Based upon an alternative approach to solve the model and to determine critical trade cost values, this paper focuses on the interdependencies between agglomeration, specialization and the strength of vertical linkages. A central concern is the idea of an 'industrial base,' which is attracting linked industries but is persistent to relocation. As a main finding, the intermediate cost share and substitution elasticity basically determine the strength of linkages. Thus, these parameters affect how strong the industrial base responds to changes in trade costs, relative wages and market size. The fourth paper 'The Spatial Dynamics of the European Biotech Industry' presents a simulation study of the R&D intensive biotech industry using the standard Venables model. Thus, it connects all three preceding papers and puts them into the real economic context of the European integration. The paper reviews the potential development of the European biotech industry with respect to its spatial structure. On the first stage, the present industrial situation as object of investigation is described and evaluated with respect to a further model implementation. In this context, the article introduces the findings of an online survey concerning international trade, conducted with German biotech firms in 2006. On the second stage, the results are completed by the outcomes of a numerical simulation within the New Economic Geography (NEG), considering vertical linkages between the biotech and pharmaceutical industries as an agglomerative force. The analysis reveals only a slight relocation tendency to the European periphery, constrained by market size, infrastructure and factor supply. In the final conclusions, central results of all four papers are summarized with respect to economic policy. Against the background of general legitimization and the impact of political intervention, Chapter 6 draws the main conclusions for location and innovation policies. In this regard, the industrial-base concept as well as the mobility of R&D play a central role during this discussion.

Die vorliegende Arbeit beinhaltet vier formal-theoretische Papiere der New Economic Geography (NEG) mit dem Fokus auf Forschung und Entwicklung (FuE), inter-industriellen Handel und deren Politikimplikationen. Insgesamt motivieren drei Aspekte die Umsetzung der Arbeiten: 1) Bisherige NEG-Modelle berücksichtigen keine endogenen FuE-Aktivitäten von Firmen, vielmehr diskutieren diese Forschung lediglich in einem Wachstumskontext, was die formale Komplexität der Modelle erhöht und von der einfachen Kern-Peripherie Modellierung abweicht. 2) Vertikale Verknüpfungen wurden umfangreich in der Klasse der sogenannten „International Trade“ Modelle untersucht. Angesichts der formal-einfachen Struktur bezieht sich die Mehrzahl der Publikationen auf das Standardmodell von Krugman und Venables (1995) mit intra-industriellem Handel, bei dem der produzierende Sektor ein Teil seines Outputs wiederum als Input verwendet. Die Ergebnisse sind ähnlich zum Prototyp des Kern-Peripherie-Modells von Krugman (1991), jedoch können wesentliche Implikationen vertikaler Verknüpfungen besonders in Hinblick auf Spezialisierung nicht reproduziert werden. Demgegenüber analysiert das anspruchsvollere Modell von Venables (1996) inter-industriellen Handel mit expliziten Upstream und Downstream-Sektoren. Diese Arbeit wurde oft zitiert (143 Zitationen gemäß IDEAS/RePEc), jedoch greifen nur wenige Papiere den Ansatz auf: Puga und Venables (1996), Amiti (2005), Alonso-Villar (2005). 3) Schließlich betrifft der letzte Aspekt die Kalibrierung realer Volkswirtschaften. Obwohl zahllose numerische Simulationen durchgeführt wurden, um die Modellergebnisse zu veranschaulichen, ist die Anwendung auf bestimmte Industrien und deren räumlichen Konstellationen bislang ein vernachlässigtes Forschungsfeld. Vor diesem Hintergrund zielt die vorliegende Arbeit darauf ab, einen Beitrag zu diesem Punkten zu liefern. Im Folgenden sollen an dieser Stelle alle vier Papiere kurz zusammengefasst werden. Das erste Papier mit dem Titel „'Too Much R&D? – Vertical Differentiation and Monopolistic Competition” diskutiert, ob Produkt-FuE in entwickelten Volkswirtschaften zu hoch im Vergleich zum sozialen Optimum ausfällt. In diesem Zusammenhang wird ein Standardmodell monopolistischer Konkurrenz (Dixit und Stiglitz (1977)) um vertikale Differenzierung erweitert, so dass Firmen nicht nur durch horizontale Produkteigenschaften konkurrieren, sondern auch über die Qualität ihrer Produkte, die durch FuE-Investitionen erhöht werden kann. Das Papier zeigt, dass die FuE-Intensität in monopolistisch-kompetitiven Industrien positiv mit der Marktkonzentration korreliert. Zudem führt eine Wohlfahrts- und Politikanalyse zu dem Ergebnis, dass Überinvestitionen in FuE in einer zu hohen vertikalen und zu niedrigen horizontalen Produktdifferenzierung resultieren. Es stellt sich heraus, dass lediglich eine Preiskontrolle für FuE-Dienstleistungen das einzige wirksame Politikinstrument zur Begrenzung der Wohlfahrtsverluste ist. Der wesentliche Beitrag dieses Modells im Gesamtzusammenhang der Dissertation liefert ein Modellierungsrahmen der ohne Weiteres in die NEG integriert werden kann. Dies ist Gegenstand des zweiten Papiers: „R&D and the Agglomeration of Industries”, in dem das grundlegende Kern-Peripherie-Modell von Krugman (1991) um endogene Forschungsaktivitäten erweitert wird. In der bestehenden Literatur werden FuE-Aufwendungen lediglich „anonym“ unter Fixkosten subsumiert. Die vorliegende Arbeit erweitert das Modell um vertikale Produktdifferenzierung, die wiederum Dienstleistungen eines zusätzlichen FuE-Sektors impliziert. Im Kontext internationaler Faktormobilität werden die destabilisierenden Effekte eines mobilen wissenschaftlichen Arbeitskräftepotentials analysiert. In Kombination mit einer Wohlfahrtsanalyse und einer Betrachtung von Forschungsförderungsinstrumenten sowie ihrer räumlichen Implikationen leistet das Papier einen Beitrag zur sogenannten „Brain-Drain“-Debatte. Im Gegensatz zu diesem migrationsbasierten Ansatz konzentriert sich das dritte Papier „Agglomeration, Vertical Specialization, and the Strength of Industrial Linkages“ auf vertikale Verknüpfungen in ihrer Eigenschaft als zusätzliche Agglomerationskraft. Das Papier greift das Standardmodell von Venables (1996) auf und entwickelt auf dieser Basis ein Messkonzept zur Quantifizierung des sektoralen Zusammenhalts in NEG-Modellen. Auf Grundlage eines alternativen Lösungsansatzes, der zur Bestimmung kritischer Schwellenwerte gewählt wurde, fokussiert sich das Papier auf die Zusammenhänge zwischen Agglomeration, räumlicher Spezialisierung und der Stärke vertikaler Verknüpfungen. Ein zentraler Anknüpfungspunkt ist die Idee der sogenannten „Industrial Base“, welche verknüpfte Industrien an einen bestimmten Standort attrahiert, jedoch weitgehend unabhängig von Verlagerungstendenzen ist. Hierbei wird gezeigt, dass der Kostenanteil der Downstream-Industrie für Vorprodukte als auch die entsprechende technische Substitutionselastizität wesentliche Determinanten für die Stärke vertikaler Verknüpfungen sind. Damit beeinflussen diese Parameter, wie stark die „Industrial Base“ auf Änderungen in Handelskosten, relativen Löhnen und lokaler Marktgröße reagiert. Das vierte Papier „The Spatial Dynamics of the European Biotech Industry” nutzt das Venables-Modell für eine Simulationsstudie der FuE-intensiven Biotechnologie-Industrie. Damit verknüpft es alle drei vorhergegangenen Papiere und stellt sie in den realökonomischen Kontext der Europäischen Integration. Die Arbeit beurteilt das Entwicklungspotential der Europäischen Biotech-Industries in Hinblick auf ihre räumlichen Strukturen. Im ersten Schritt wird die gegenwärtige Situation als Forschungsgegenstand beschrieben und hinsichtlich einer weiteren Modellimplementierung bewertet. In diesem Kontext stellt der Artikel die Ergebnisse einer Online-Befragung vor, bei der in 2006 deutsche Biotechnologie-Unternehmen zu Außenhandelsaktivitäten befragt wurden. Im zweiten Schritt werden die Ergebnisse mit einer numerischen Simulationsstudie im Rahmen der NEG ergänzt, in der die Wirkungen vertikaler Verknüpfungen zwischen Biotech- und Pharmazeutischer Industrie als zentrale Agglomerationskraft untersucht werden. Die Analyse zeigt eine leichte Verlagerungstendenz zugunsten der Europäischen Peripherie, die jedoch durch die dominante Marktgröße, besserer Infrastruktur und größerem Faktorangebot des Kerns begrenzt wird. In einem abschließenden Fazit werden die zentralen Ergebnisse aller vier Papiere hinsichtlich ihrer Politikimplikationen zusammengefasst und bewertet. Vor dem Hintergrund allgemeiner Legitimation und den Auswirkungen wirtschaftspolitischer Eingriffe, zieht das Kapitel 6 wesentliche Schlussfolgerungen für die Standort- und Forschungspolitik. In dieser Diskussion spielen das „Industrial Base“-Konzept zum einen und die internationale Mobilität von Forschungskapazitäten zum anderen eine zentrale Rolle.
Modellierung der Neuen Ökonomischen Geographie - FuE, Vertikale Verknüpfungen, Politikimplikationen
Keywords: Research and Development; Vertical Linkages; New Economy; Forschung und Entwicklung; Vertikale Bindung; Vertikale Verknüpfungen; 330 Wirtschaft