Các hoạt động hợp tác khao học, công nghệ và đổi mới sáng tạo (KHCN&ĐMST) quốc tế cần hướng tới “những thách thức toàn cầu”, được định nghĩa rộng là những vấn đề dai dẳng, phức tạp và quy mô lớn mà nhân loại phải đối mặt. Những thách thức như vậy đòi hỏi các nguồn lực hợp tác, bởi vì không một quốc gia nào có thể tự mình giải quyết. Một đặc điểm chung đã tạo nên phản ứng tập thể đối với COVID-19, thông qua các tổ chức và nền tảng như Liên minh toàn cầu về vắc xin và tiêm chủng (GAVI) và Liên minh Đổi mới sẵn sàng Phòng chống Dịch bệnh (CEPI).
Một số thách thức toàn cầu không chỉ là những thách thức đòi hỏi sự hợp tác quốc tế, như việc cung cấp hàng hóa công toàn cầu (GPG). GPG là một giải pháp tốt khi “nó hợp lý, từ quan điểm của một nhóm các quốc gia nói chung, sản xuất cho nhu cầu tiêu dùng chung, và không hợp lý khi loại trừ một quốc gia khỏi việc tiêu dùng, bất kể quốc gia đó có đóng góp tài chính hay không”. Một định nghĩa khác là GPG là hàng hóa công “không thể hoặc sẽ không được giải quyết thỏa đáng bởi các quốc gia đơn lẻ hành động và được xác định thông qua một sự đồng thuận quốc tế rộng rãi hoặc một quá trình ra quyết định hợp pháp”. GPG chia sẻ các thuộc tính nhất định với hàng hóa công, tức là tính không loại trừ và không cạnh tranh của chúng. Tính không loại trừ có nghĩa là một khi đã được cung cấp, hàng hóa công sẽ có sẵn cho tất cả mọi người để tiêu dùng; không cạnh tranh có nghĩa là việc tiêu thụ hàng hóa công của một bên không làm giảm số lượng sẵn có cho các bên khác. Một ví dụ thực tế của GPG là kiểm soát khí thải nhà kính hoặc vắc-xin chống lại một bệnh truyền nhiễm cao để bảo vệ dân số ở hơn một quốc gia. Tất nhiên, về bản chất không loại trừ vắc xin vì chúng được sản xuất bởi các công ty tư nhân có thể hạn chế khả năng tiếp cận phổ cập thông qua cơ chế giá, nhưng các can thiệp chính sách dưới hình thức mua và phân phối của chính phủ thông qua các hệ thống y tế công cộng, chẳng hạn, có thể khiến chúng ít hơn hoặc không thể loại trừ. Do nguồn lực kinh tế hạn chế, các nước đang phát triển đặc biệt phải đối mặt với những thách thức toàn cầu và việc cung cấp các GPG còn ít và do đó, sự hỗ trợ từ cộng đồng quốc tế là rất cần thiết.
Các thách thức toàn cầu không giống nhau. Một số xuất phát từ các vấn đề hàng hóa công trên quy mô toàn cầu, trong khi những vấn đề khác xuất phát từ các thách thức toàn cầu ở quy mô quốc gia hoặc song phương/khu vực (ví dụ: ô nhiễm được tạo ra và tập trung ở các vùng xuyên biên giới). Mặc dù không phải tất cả các thách thức toàn cầu đều là vấn đề hàng hóa công, nhưng rất ít sự hợp tác đa phương xoay quanh sản xuất hàng hóa công. Ngược lại, các nhà hoạch định chính sách thực hiện sự hợp tác trong đó họ có thể xác định các lợi ích trực tiếp (và tốt nhất là có thể định lượng được), dưới dạng gia tăng đối với GDP, việc làm hoặc xuất khẩu. Thách thức đối với các quốc gia là làm thế nào để cân bằng giữa các ưu tiên và mục tiêu KHCN&ĐMST quốc gia của họ (ví dụ như khả năng cạnh tranh và sự xuất sắc trong nghiên cứu) với nhu cầu hành động tập thể phối hợp ở cấp độ quốc tế để giải quyết các thách thức toàn cầu, bao gồm cả các vấn đề GPG.
Cộng đồng chính sách KHCN&ĐMST quốc tế cần khuyến khích một phương thức hợp tác hơn về KHCN&ĐMST, trong đó các mục tiêu và sứ mệnh được chia sẻ làm cơ sở cho các hành động KHCN&ĐMST của cá nhân và tập thể. Tuy nhiên, việc huy động hợp tác KHCN&ĐMST quốc tế để giải quyết GPG và các thách thức toàn cầu gặp phải một số trở ngại, trong đó đáng chú ý nhất là hành động tập thể để cung cấp hàng hóa gặp phải một vấn đề kinh tế chung đối với việc cung cấp hàng hóa công; tức là cung cấp dưới mức cung cấp của họ theo thị trường. Trong khi hàng hóa công quốc gia có thể được cung cấp bởi các chính phủ thông qua thuế, không có chính phủ toàn cầu nào có thể huy động nguồn thu từ thuế toàn cầu để cung cấp hàng hóa đó một cách trực tiếp hoặc thông qua mua sắm công. Những thách thức bổ sung bao gồm:
• Các trọng tâm nghiên cứu quốc gia khác nhau và sự liên kết hạn chế giữa các ưu tiên của KHCN&ĐMST quốc gia và toàn cầu;
• Sự không sẵn sàng của các quốc gia riêng lẻ để trả các chi phí hành động chung;
• Thiếu kiến thức về các năng lực quốc gia khác nhau, đặc biệt là ở các nước đang phát triển;
• Thiếu sự tin cậy và các chế độ pháp lý, bao gồm cả việc bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ thích hợp, đặc biệt là ở các nền kinh tế kém phát triển;
• Năng lực của chính phủ và doanh nghiệp ở một số quốc gia thấp, bao gồm số lượng nhà nghiên cứu thấp và thiếu cơ sở hạ tầng nghiên cứu cần thiết để cho phép hợp tác quốc tế;
• Các vấn đề lớn để đáp ứng quy mô đầu tư cần thiết và sự không chắc chắn về công nghệ đòi hỏi nhiều con đường tìm kiếm;
• Các thỏa thuận quản trị để phối hợp và quản lý nhiều bên, không chỉ cần thiết để thúc đẩy KHCN&ĐMST cần thiết, mà còn để triển khai các hệ thống cung cấp các giải pháp công nghệ; và
• Các thách thức về thực hiện bao gồm việc thiếu các tổ chức thích hợp như các trung tâm hỗ trợ công nghệ hoặc các tổ chức cộng đồng có thể áp dụng các giải pháp cho bối cảnh địa phương.
Tổng hợp tác động của những rào cản này cho thấy hợp tác quốc tế trong nghiên cứu vẫn bị chi phối bởi sự hợp tác nhằm mục đích trước hết là nâng cao tri thức hoặc chia sẻ chi phí trên cơ sở hạ tầng nghiên cứu quốc tế, và ở mức độ thấp hơn nhiều để phát triển các giải pháp cho các vấn đề xã hội. Hơn nữa, hướng hợp tác nghiên cứu quốc tế chủ yếu được thúc đẩy bởi các ưu tiên “từ dưới lên” của các nhà nghiên cứu cá nhân và các tổ chức thực hiện nghiên cứu, ngay cả khi một số hợp tác về biến đổi khí hậu, sức khỏe toàn cầu, năng lượng tái tạo hoặc nông nghiệp bền vững được khởi xướng thông qua quy trình "từ trên xuống".
Về vấn đề này, mô hình hợp tác quốc tế trong khoa học hiện nay có thể được thấy là tập trung vào: Nâng cao chất lượng của các hệ thống nghiên cứu công quốc gia; Chia sẻ chi phí thông qua hợp tác khoa học về nghiên cứu cơ bản; Thúc đẩy tính di động quốc tế của các nhà nghiên cứu vì lợi ích chung của nhiều đối tác; Quốc tế hóa nghiên cứu công. Mô hình này đã thành công trong việc nâng cao kiến thức giữa các quốc gia có khả năng tham gia hợp tác nghiên cứu, tức là chủ yếu là các nước OECD; Brazil, Nga, Ấn Độ và Trung Quốc; và một số nền kinh tế mới nổi. Với một số ngoại lệ đáng chú ý ở Đông Á, việc giúp các nước đang phát triển huy động KHCN&ĐMST cho sự phát triển của chính họ đã kém thành công hơn. Thay vào đó, các quốc gia này đã dựa vào viện trợ phát triển chính thức (ODA) liên quan đến KHCN&ĐMST và tài chính ngân hàng phát triển đa phương; nhập khẩu công nghệ nước ngoài và đầu tư trực tiếp nước ngoài; và, đối với các nước có thu nhập trung bình, các khoản đầu tư của họ vào giáo dục và khoa học. Chia sẻ chi phí theo mô hình này thường được đặc trưng bởi sự kiểm soát của quốc gia đối với nguồn tài trợ: mỗi quốc gia tài trợ cho phần hợp tác quốc tế của mình thay vì tạo ra một “nồi chung” tài trợ (ngoại trừ các chương trình của Liên minh Châu Âu). Phản ứng tương tự đối với COVID-19 của các nhà tài trợ nghiên cứu chủ yếu tập trung ở cấp quốc gia, mặc dù nó cũng được đặc trưng bởi sự phối hợp giữa các cơ quan tài trợ nghiên cứu quốc gia.
