Quantifying the impacts of electrification and taxation on gasoline demand in Brazil: a state-level panel modeling approach

Abstract

A demanda por gasolina no Brasil é moldada por características estruturais distintas, incluindo a ampla disponibilidade do etanol como substituto direto, possibilitada pela tecnologia flex-fuel; a heterogeneidade substancial entre as 27 unidades federativas em termos de preços, renda e composição da frota; e um processo contínuo de eletrificação de veículos, cujas implicações para a demanda ainda não foram suficientemente quantificadas. Esta tese desenvolve um modelo de demanda por gasolina baseado em dados em painel, em nível estadual, para estimar elasticidades de curto e longo prazo e fornecer uma base para avaliar os impactos da tributação de combustíveis e da eletrificação da frota no consumo futuro. Os parâmetros do modelo são estimados por meio do método iterativo de Mínimos Quadrados Generalizados Factíveis (Feasible Generalized Least Squares), com variâncias heterocedásticas específicas do painel e autocorrelação de primeira ordem, com base em um painel equilibrado de 18 anos que abrange o período de 2006 a 2023. A elasticidade-preço própria estimada no curto prazo é de -0,99, enquanto a estimada no longo prazo é de -1,50, situando os resultados na faixa superior da literatura internacional sobre o Brasil. A elasticidade da demanda por gasolina em relação à motorização de veículos elétricos é de -0,10, indicando que a eletrificação da frota já exerce uma pressão descendente mensurável sobre o consumo de gasolina. Uma análise de agrupamento dos parâmetros estimados da estrutura de erros identifica três regimes de demanda (responsivo, de alta inércia e volátil), o que acentua a relevância da heterogeneidade regional para a elaboração de políticas. Com base no modelo estimado, são desenvolvidos cenários de longo prazo até 2060 para avaliar os efeitos de trajetórias alternativas de tributação e de eletrificação. Uma tributação escalada, por si só, reduz a demanda para 61% do seu nível de 2023, enquanto uma eletrificação rápida a reduz para 17%. Sob uma eletrificação lenta, o consumo não cai abaixo de sua linha de base de 2023 antes de meados do século. Uma abordagem política combinada produz reduções que nenhum dos instrumentos, isoladamente, produz. Os resultados indicam que a descarbonização efetiva do transporte motorizado privado no Brasil requer políticas fiscais e de eletrificação coordenadas, ajustadas à heterogeneidade estrutural dos mercados subnacionais de combustíveis. Esta tese contribui para a literatura ao fornecer estimativas em painel, em nível estadual, da demanda por gasolina no Brasil que incorporam efeitos de eletrificação e repercussões entre estados, e ao vincular a modelagem econométrica a cenários de políticas de longo prazo.

Abstract: Gasoline demand in Brazil is shaped by distinctive structural features, including the widespread availability of ethanol as a direct substitute, the substantial heterogeneity across 27 federal units in prices, income, and fleet composition, and an ongoing process of vehicle electrification whose demand implications remain insufficiently quantified. This thesis develops a state-level panel data model of gasoline demand to estimate short- and long-run elasticities and to provide a basis for evaluating the impacts of fuel taxation and fleet electrification on future consumption. Model parameters are estimated via iterative Feasible Generalized Least Squares with panel-specific heteroskedastic variances and first-order autocorrelation, based on an 18-year balanced panel covering the period from 2006 to 2023. The estimated short-run own-price elasticity is -0.99, while the long-run value is -1.50, placing the results at the upper range of the international literature about Brazil. The elasticity of gasoline demand with respect to electric vehicle motorization is -0.10, indicating that fleet electrification already exerts a measurable downward pressure on gasoline consumption. A cluster analysis of the estimated error-structure parameters identifies three demand regimes (responsive, high-inertia, and volatile), thereby accentuating the relevance of regional heterogeneity for policy design. Building upon the estimated model, long-term scenarios up to 2060 are developed to assess the effects of alternative taxation and electrification pathways. Escalating taxation alone reduces demand to 61% of its 2023 level, while a rapid electrification reduces it to 17%. Under slow electrification, consumption does not fall below its 2023 baseline before mid-century. A combined policy approach yields larger reductions than either instrument alone. The results indicate that effective decarbonization of Brazil's private motorized transport requires coordinated fiscal and electrification policies tailored to the structural heterogeneity of subnational fuel markets. This thesis contributes to the literature by providing state-level panel estimates of gasoline demand in Brazil that incorporate electrification effects and cross-state spillovers, and by linking econometric modeling to long-term policy scenarios.