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논문 기본 정보
- 자료유형
- 연구보고서
- 저자정보
- 발행연도
- 2004.12
- 수록면
- 1 - 132 (132page)
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1. 연구필요성 및 목적
유엔은 에너지소비에 의한 지구온난화를 방지하기 위한 기후변화협약에 이어 이의 구체적인 이행을 위한 교토의정서를 체결하게 되었다. 최근 러시아가 교토의정서를 정식으로 비준함으로써 교토의정서는 2005년 2월 16일에 정식 발효될 예정이며 주요 선진국(부속서 Ⅰ국가)은 제1차 의무공약기간(2008-2012년)에 온실가스 배출을 1990년 배출량 대비 평균 5.2% 감축시켜야 한다.
비록 우리나라는 제1차 공약기간에 대한 온실가스 감축의무는 부여받지 않았지만 선발 개도국으로서 세계적인 온실가스 감축노력에 조만간 동참해야 할 것으로 예상된다. 2012년부터 시작되는 제2차 의무공약기간에 우리나라도 온실가스 감축의무를 할당받아야 한다는 국제적인 압력이 지속적으로 제기되고 있다. 우리나라는 온실가스 배출량이나 에너지 소비량, 그리고 일인당 GDP 규모 등 온실가스 배출관련 각종 지표에서 개도국의 지위를 벗어나 선진국의 대열에 들어서고 있다.
특히 2005년도 연말부터는 제2차 의무부담에 관한 협상이 시작될 예정이어서 의무부담 협상에 대비한 전략개발이 시급한 과제이다. 온실가스 저감노력이 경제에 미칠 영향을 예측하는 것은 의무부담 협상 대비 전략뿐만 아니라 효율적인 온실가스 저감정책 개발에도 유용한 정보로 활용될 수 있을 것이다.
온실가스 저감노력은 새로운 자원의 투입이나 산출물의 감소를 동반하게 될 것이다. 온실가스를 감축시키기 위해서는 감축기술을 도입하거나 청정연료로 전환해야 하며 이러한 저감노력은 제조업의 생산 효율성뿐만 아니라 나아가 경제성장에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 생산 효율성에 미치는 영향을 비교분석하여 이를 바탕으로 온실가스 저감정책을 수립한다면 온실가스 감축과 경제성장을 동시에 달성할 수 있는 지속가능개발이 가능할 것으로 기대된다.
본 연구의 목적은 온실가스 저감 정책수단 및 전략이 제조업의 생산효율성에 미칠 영향을 예측하는 것이다. 온실가스 저감 정책수단 및 전략은 자료 및 정보제약으로 연료전환, 탄소세 도입 및 배출권 구매에 한정되었다. 기준년도인 2000년에 제조업 배출량의 10%를 감축한다는 가상적인 목표를 달성하기 위해 이들 수단 및 전략이 도입된다는 상황을 설정했다. 이러한 정책수단 및 전략이 제조업의 생산 효율성에 미칠 영향 뿐만 아니라 감축목표 할당방식 변경, 배출권 유상배분, 산업구조 변화시의 시나리오 설정에 따른 영향도 예측했다.
제조업은 중분류를 기준으로 7개 업종으로 구분했으며 기타제조업은 자료제약으로 인해 분석에서 제외되었다. 산출물은 사회에 유익한 산출물(good outputs)인 부가가치와 사회에 해로운 산출물(bad outputs)인 온실가스로 구분되었으며 투입요소는 에너지, 노동, 자본, 원료로 구분되었다. 생산 효율성을 측정하기 위해 DEA(Data Envelopment Analysis) 방법론을 사용했으며 특히 산출물 중에서 온실가스와 같이 사회적으로 유해한 산출물이 존재할 경우의 분석에 적절한 방향성 생산 거리함수(Directional Technology Distance Function)를 사용했다. 방향성 생산 거리함수는 온실가스와 같이 사회적으로 유해한 산출물을 감소시키면 생산 효율성이 향상될 수 있도록 설계된 모형이며 투입요소와 산출물의 동시적인 조정 여지를 추정할 수 있는 모형이다.
방향성 생산 거리함수는 우선 7개의 제조업 업종이 형성하는 생산함수 프론티어를 선형모형에 의해 추정한다. 생산함수 프론티어를 추정한 이후에 각 업종의 투입물과 산출물 결합을 방향성 벡터(2000년의 투입물 및 산출물)에 입각해서 생산함수 프론티어와의 거리를 측정하게 된다. 제조업 각 업종의 생산 효율성은 이와 같이 방법으로 측정된 거리의 개념에 입각해서 정의된다. 생산함수 프론티어에 위치한 업종은 생산 효율성이 가장 양호하고 프론티어와의 거리가 멀수록 생산 효율성이 낮아지게 된다.
2. 내용 요약
제조업의 2000년 온실가스 배출량을 10% 감축하기 위한 연료전환 정책은 연료를 온실가스 배출계수가 높은 중유, 유연탄 및 무연탄에서 청정연료인 도시가스로 전환하는 세 가지의 방법이 적용되었다. 배출계수 적용 어려움 등으로 인해 전력은 제외되었으며 연료전환비용에는 자본비용은 반영되지 않고 연료비용만 고려되었다.
세 가지 대안 중에서 중유에서 도시가스로 전환하는 경우가 가장 비용(84,270원/CO₂톤)이 가장 낮고 다음으로는 무연탄에서 도시가스로의 전환(160,140원/CO₂톤)이며 유연탄에서 도시가스로의 전환비용(197,530원/CO₂톤)이 가장 높은 것으로 분석되었다.
전환비용과 연료별 구성비를 고려할 경우 음식료품, 섬유의복, 나무.제 지, 석유화학, 금속.기계산업은 중유에서 도시가스로의 연료전환을 선택할 것으로 예측된다. 요업은 중유에서 도시가스로의 연료전환이 온실가스 배출량의 3.8%에 불과하기 때문에 나머지 6.2%는 유연탄에서 도시가 스로의 전환을 추진할 것으로 예상된다. 1차금속은 중유에서 도시가스로의 전환과 무연탄에서 도시가스로의 전환이 감축 목표량(10%)을 절반씩 담당할 것으로 예측된다.
온실가스 배출량의 10%를 감축하기 위한 탄소세 수준은 CO₂ 톤당 $2.75(3,464원/CO₂톤)에 이를 것으로 분석되었다. 탄소세 도입으로 인해 도시가스는 2.91%의 가격인상 효과(8,095원/TOE)가 발생할 것이며 중유는 3.74%(11,109원/TOE), 무연탄은 14.13%(13,978원/TOE), 유연탄은 가장 높은 20.67%의 가격인상 효과(13,457원/TOE)가 나타날 것으로 전망된다. 따라서 탄소세는 유연탄, 무연탄, 중유, 도시가스 순으로 높은 가격인상 효과를 유발시킬 것으로 예상된다.
제조업의 온실가스 배출량을 10% 감축하면서 탄소세 도입시 소요되는 총 저감비용과 동일한 수준으로 저감비용을 일치시킬 경우 배출권의 시장가격은 이산화탄소 톤당 약 $20(25,303원/CO₂톤)에 이를 것으로 예상된다. 분석에 인용된 가격은 2000년 가격이다.
온실가스 저감정책 수단 및 전략이 제조업의 생산 효율성에 미치는 영향을 예측한 결과는 다음과 같다. 첫째, 사회에 유해한 산출물인 온실가스 배출량을 생산 효율성 측정에 포함시키지 않을 경우 생산 효율성 측정과 저감정책 수립을 왜곡시킬 가능성이 높다. 연료전환의 경우 온실가스 감축이 포함되지 않을 경우 연료전환에 따른 부가가치 감소만 반영되기 때문 제조업의 생산 효율성은 하락할 것으로 예측된다. 그러나 온실가스 감소가 포함될 경우 사회에 유해한 산출물 감소가 반영되기 때문에 생산 효율성은 향상될 수 있는 것으로 분석되었다. 동일한 규모의 투입요소를 사용하여 사회에 유익한 동일한 규모의 산출물(부가가치)을 생산한 경우 사회에 유해한 산출물(온실가스)을 적게 배출한 산업에 높은 생산 효율성을 부여하는 것이 지속가능한 생산 효율성 측정방식으로 평가되어야 할 것이다. 따라서 사회적으로 유해한 산출물을 효율성 측정에 포함시키지 않으면 효율성 측정이 왜곡되고 이는 정부의 정책수단 선택을 왜곡시킬 가능성으로 연결될 것이다.
둘째, 기준년도인 2000년의 7개 업종의 생산 효율성 측정 결과 나무.제지산업이 유일하게 생산 비효율성(0.01137)을 나타낸 반면 나머지 업종은 생산 효율성이 양호한 것으로 나타났다. 즉, 나무ㆍ제지업은 현재의 생산기술을 이용하여 부가가치를 1.137% 증대시킬 수 있는 반면 온실가스와 투입요소(에너지, 노동, 자산, 원료)는 1.137% 감소시킬 수 있는 잠재력을 지니고 있다고 평가된다. 생산 비효율성을 순수한 기술 효율성(technical efficiency)와 규모 효율성(scale efficiency)로 분해할 경우 나무ㆍ제지업의 생산 비효율성은 규모 효율성에서 기인하고 있으며 따라서 나무ㆍ제지산업은 생산규모를 증대시킴으로써 생산 효율성을 증대시킬 수 있을 것으로 분석된다.
셋째, 생산 효율성 측정결과 연료전환은 제조업의 평균 생산 효율성을 향상(1.068% 포인트)시킬 수 있으며 탄소세 도입도 생산 효율성을 향상(0.691% 포인트)시킬 수 있을 것으로 예측되었다. 이들 정책이나 전략은 부가가치 감소나 투입요소(에너지 소비량)의 감소에 비해 온실가스 배출량을 더 큰 폭으로 감소시킬 수 있기 때문이다. 반면 배출권 구매는 생산 효율성을 소폭 하락(0.146% 포인트)시킬 것으로 예측되었으나 분석에서 설정한 임의적인 가정으로 인해 연료전환이나 탄소세 도입과의 직접적인 비교에는 한계가 있다. 따라서 생산 효율성 측면에서 연료전환이 탄소세 도입보다 우선적인 지속가능개발 정책수단으로 평가된다.
넷째, 에너지 다소비 업종인 요업과 1차금속은 온실가스 저감정책 수단 및 전략 도입시 생산 효율성 측면에서 상대적으로 불리한 반면 금속.기계산업은 상대적인 우위를 차지할 것으로 전망된다. 제조업 전체의 생산 효율성이 향상되는 연료전환의 경우 유일하게 요업과 1차금속의 생산 효율성은 하락하는 반면 금속ㆍ기계의 생산 효율성은 가장 큰 폭으로 향상될 것으로 예측된다. 생산 효율성이 하락하는 배출권 구매의 경우에도 이들 에너지 다소비 업종은 가장 큰 폭의 생산 효율성 하락을 겪지만 금속.기계는 가장 낮은 폭의 생산 효율성 하락을 겪을 것으로 예측된다. 그러나 생산 효율성이 향상되는 탄소세 구매의 경우에는 이들 두 업종이 가장 큰 폭으로, 금속ㆍ기계가 다음으로 높은 폭으로 생산 효율성이 향상될 것으로 전망된다.
다섯째, 온실가스 저감 정책수단 및 전략이 요업과 1차금속 및 금속ㆍ기계산업의 생산 효율성에 상이한 영향을 미치는 것은 연료소비 구조와 온실가스 및 에너지 원단위의 차이에서 기인하고 있다. 요업과 1차금속은 석탄의 연료소비 비중이 다른 산업에 비해 높을 뿐만 아니라 부가가치 대비 온실가스 및 에너지 원단위도 다른 산업에 비해 높은 구조적인 문제점을 갖고 있는 반면 금속ㆍ기계산업은 청정연료의 비중이 높고 이들 원단위도 낮은 특정을 지니고 있다. 1차금속과 요업의 온설가스(천TC)/부가가치(10억원) 원단위(각각 1.1059, 0.5772)는 금속ㆍ기계산업 원단위(0.0163)의 35-68배에 이르고 있으며 에너지(천TOE)/부가가치(10억원) 원단위(각각 1.2572, 0.6789) 역시 금속ㆍ기계산업 원단위(0.0464)의 15-27배에 이르고 있다. 이는 이들 에너지 다소비업종이 동일한 부가가치를 창출하기 위해 많은 에너지를 사용하고 온실가스를 많이 배출하고 있다는 문제점을 말해주고 있다.
여섯째, 제조업 각 업종이 자신의 온실가스 배출량의 10%를 감축하는 방법보다는 제조업 평균 온실가스 배출량의 10%를 각 업종이 동일하게 감축하는 방안이 생산 효율성 측면에서 유리한 것으로 예측되었다. 온실 가스 배출권을 유상으로 배분할 경우 비용부담으로 인해 제조업의 생산 효율성은 악화될 것이며 이는 제조업의 경쟁력에도 상당한 영향을 미칠 것으로 예상된다. 제조업의 산업구조가 고부가가치 산업인 금속ㆍ기계산업의 부가가치 비중이 증대되는 구조로 전환될 경우 제조업의 생산 효율성은 전반적으로 향상될 것으로 예상된다.
본 연구의 한계점으로는 비용 효과성에 입각한 정책수단 평가, 온실가스 저감 및 에너지 절약 기술도입에 대한 평가가 이루어지지 못했다는 점이다. 저감 및 절약 기술이 생산 효율성 측정에 포함되면 분석결과는 향후 온실가스 감축기술 개발의 지침으로 사용될 수 있을 것으로 예상된다. 또한 업종별 온실가스의 한계저감비용(MAC)에 관한 정보가 이용가능하면 명령 및 통제(Command and Control) 방식과의 비교분석을 통해 배출권 거래제의 사회적 이익을 추정할 수 있을 것으로 기대된다. 교차 가격탄성치에 관한 정보가 이용 가능하면 탄소세 도입시 에너지원간 연료전환 영향도 분석이 가능할 것이다.
3. 연구결과 및 정책제언
제조업의 생산 효율성 측정에는 사회에 유해한 산출물이 포함되어야 정책수단 결정의 왜곡을 방지할 수 있을 것으로 기대된다. 연료전환은 생산 효율성 측면에서 가장 우수한 전략임에도 불구하고 막대한 비용이 소요되며 특히 에너지 다소비업종인 요업과 1차금속은 비용부담과 생산 효율성 측면에서 가장 큰 영향을 받을 것으로 예측된다. 반면 금속ㆍ기계산업의 부가가치 비중이 높아가는 고부가가치화가 진전되면 생산 효율성이 향상될 가능성이 높다. 따라서 이들 에너지 다소비 업종에 대한 청정연료로의 전환 추진과 에너지 절약대책의 추진 및 강화뿐만 아니라 제조업의 고부가가치화도 중점적으로 추진될 필요가 있다.
1. Research Purpose
The Unite Nations Framework on Climate Change(UNFCC) was established to prevent global warming in 1992, and Koyto Protocol was made to prepare specific guidelines to attain the reduction target of greenhouse gases emissions. Since Kotyo Protocol is going to operate in early 2005 due to Russia's ratification, Annex I countries have to reduce the emission of greenhouse gases by 5.2% compared to the 1990's emissions in the first commitment period(2008-2012).
Even though Korea does not have a commitment to reduce greenhouse gas emissions in the first commitment period, Korea have to join the global effort to mitigate the adverse impact of climate change in near future. The developed countries are asking Korea to join the UNFCC to reduce greenhouse gases since Korea is an advanced developing country. Korea is ranked high in the index of per capita GDP, emission level of greenhouse gases, per capita energy consumption.
Korean government has to prepare strategy for the reduction target since the bargaining for second commitment will start in late 2005. Forecasting the effect on which the policy and measures affect the economy will help the government choose the policy and measures to reduce emissions.
The effort to reduce emissions needs resources. For example, a firm has to introduce more expensive technology or to switch it's fuel more expensive clean fuel to reduce greenhouse gases. As a result, the effort will affect the productive efficiency of manufacturing industry as well as the economy. The government has to develop the sustainable policy and measures to attain economic growth and emission reduction. The information on which policy and measures will affect the productive efficiency can help the government to choose the sustainable policy and measures.
The main purpose of this study is to estimate the impact on which that possible mitigation policies and measures will affect the productive efficiency of manufacturing industry. Because of information availability, only three kinds of mitigation policies to reduce greenhouse gases are introduced in this study, that is, fuel switch from dirty fuels to clean fuel like natural gas, imposition of carbon tax on fuel consumption, buying the permissions in the market. Environmental target is that each industry sector reduces its own emissions by 10% in 2000. Policy scenarios as change of reduction target, non-free allocation of permissions, structural change of manufacturing industry are included in this study.
Manufacturing industry is divided into seven sectors excluding other manufacturing industry because it is a outlier. Among outputs, value added is good output, and greenhouse gases emisson is a bad output. Inputs are energy consumption, labor, capital and cost of raw material. Directional technology distance function is used to estimate productive efficiency measurement because it is the proper model when there are some bad outputs among outputs. Directional technology distance function can measure the increase in efficiency in case of reduction of bad outputs.
The model estimates the production frontier which the seven sectors can not increase the outputs and can not decrease bad outputs and inputs any more, then measures the distance between each sector and the production frontier based on the directional vector(inputs and outputs in 2000). The productive efficiency is defined as the distance between the frontier and each sector.
2. Summary
Fuel switch strategy is the way for the sector to change their fuels from dirty fuel to clean fuel like natural gas. Specifically, fuel switch in this study is to change the fuel oil, bituminous coal, anthracite coal to city gas. Because of the difficulty in the calculation of emission factors, electricity is excluded in fuel switch strategy. Capital cost is excluded for simplification, so the cost of fuel switch includes only fuel cost.
The cost switching from fuel oil to natural gas is the lowest (84,270won/CO₂ ton), the next lowest alternative is switching from anthracite to natural gas(160,140won/CO₂ ton), and the highest way is switching from bituminous to city gas(197,530won/CO₂ ton).
According to the analysis of fuel switching potentials, switching strategy from fuel oil to natural gas will be the used in the sectors of food, textile, wood and paper, petrochemical, fabricat metal. Pottery will reduce 3.8% of emissions switching from fuel oil to city gas, and reduce the remaining 6.2% switching from bituminous coal to natural gas. The sector of basic metal will reduce the half of the target switching from fuel oil to natural gas, and reduce the half switching from anthracite coal to city gas.
Carbon tax of $2.75/CO₂ ton(3,464won/CO₂ ton) is calculated as optimum level to reduce the emissions of greenhouse gases by 10%. The price of city gas will increase by the lowest level as 3.74% (11,109won/TOE) due to imposition of carbon tax, anthracite coal will increase in the price by 14.13%(13,978won/TOE), the bituminous coal will experience the highest increase in price as 20.67%(13,457won/TOE).
The market price of permissions IS estimated as $20/CO₂ ton(25,3030won/CO₂ ton) under the same amount of tax revenue that the manufacturing industry will pay in case of carbon tax. All prices are 2000 constant prices.
Followings are the estimation results that the policy and measures will affect the productive efficiency of manufacturing industry. First, the exclusion of bad outputs in efficiency measurement will distort the true measurement of productive efficiency and the choice of policy and measures. In case of exclusion of bad output, fuel switch and permission purchasing strategy will decrease the efficiency, but carbon tax can improve the efficiency. However, in case of inclusion of bad output fuel switch can increase the efficiency comparing with the decrease of efficiency under the exclusion of bad output. The measurement of productive efficiency in terms of sustainable development should give higher efficiency score to the economic agents with less bad outputs with same amount of inputs and good outputs. As a result, the bad outputs should be included in the efficiency measurement to prevent the distortion of policy choice.
Second, all industry are productive efficient except for wood and paper in 2000. The inefficiency of wood and paper is 0.01137, which means that wood and paper can increase good output(valu added) by 1.137% and decrease inputs and bad output(emissions of greenhouse gases) by 1.137% comparing with the current inputs and outputs. The productive inefficiency of wood and paper industry comes from scale inefficiency when the inefficiency is decomposed into scale inefficiency and pure technical inefficiency. So the wood and paper industry has to increase the production scale to improve the productive efficiency.
Third, fuel switch and carbon tax can increase the productive efficiency, but permission purchasing may decrease the productive efficiency. The magnitude of efficiency improvement of fuel switch is greater than that of the carbon tax. Fuel switch can increase efficiency of manufacturing industry by 1.068% point on average, and carbon tax can improve efficiency by 0.691% point. Since the reduction of greenhouse gases is greater than the reduction of input(energy consumption) and good output, these two measures can increase the efficiency. But permission purchasing strategy may decrease efficiency by 0.146% point. Permission purchasing strategy can not be compared with other two measures because of assumptions. As a result, the fuel switch is better than carbon tax in terms of sustainable development policies.
Fourth, energy intensive industry, especially pottery and basic metal will suffer high degree of decrease of productive efficiency, but fabricat metal industry will have relative advantage in efficiency. Only pottery and basic metal industry will suffer the decrease of efficiency, but the efficiency of metal industry can improve by the highest degree under fuel switch, which can increase the efficiency of all industries. The efficiency of pottery and basic metal industry will decrease the highest, but the efficiency of fabricat metal will decrease the lowest under permission purchasing strategy, which decrease the efficiency of all industries.
Fifth, the different pattern that emission reduction policy and measures will affect industries' efficiency comes from the structure of energy consumption and the energy intensities. Pottery and basic metal industry have high proportion of coal in energy consumption, and high intensity of greenhouse gases and energy consumption per value added. However, fabricat metal industry has high proportion of clean energy in energy consumption and low intensities of greenhouse gases and energy per value added.
Sixth, the scenario that each sector reduces 10% of industry average emissions instead of its own emissions has relative advantage in terms of efficiency. Non-free allocation of permissions will increase the abatement cost, and decrease the efficiency and competitiveness comparing with the case of grandfathering. Under the higher-value added structure of manufacturing industry will increase efficiency.
The fact that this study does not evaluate the cost effectiveness of policy and measures is one of weak points. Energy efficient technologies and other technologies emitting less greenhouse gases are not included in this analysis. The information of marginal abatement cost for all industry sectors can identify the social benefit of emission trading systems comparing with regulation of command and control. The effect of substitution among fuels in case of carbon tax is not included in this study because of the restriction of information on cross-price elasticity.
3. Research Results & Policy Suggestions
Bad output should be included in the measurement of productive efficiency for the choice of sustainable development policy and measures. Fuel switch strategy will increase the efficiency of manufacturing industry, but it will need huge amount of money. The energy intensive industries like pottery and basic metal will suffer adverse impact in case of introduction of policy and measures. As a result, government has to switch fuels to cleaner fuels, and has to adopt stronger energy conservation measures to reduce greenhouse gases emissions.
유엔은 에너지소비에 의한 지구온난화를 방지하기 위한 기후변화협약에 이어 이의 구체적인 이행을 위한 교토의정서를 체결하게 되었다. 최근 러시아가 교토의정서를 정식으로 비준함으로써 교토의정서는 2005년 2월 16일에 정식 발효될 예정이며 주요 선진국(부속서 Ⅰ국가)은 제1차 의무공약기간(2008-2012년)에 온실가스 배출을 1990년 배출량 대비 평균 5.2% 감축시켜야 한다.
비록 우리나라는 제1차 공약기간에 대한 온실가스 감축의무는 부여받지 않았지만 선발 개도국으로서 세계적인 온실가스 감축노력에 조만간 동참해야 할 것으로 예상된다. 2012년부터 시작되는 제2차 의무공약기간에 우리나라도 온실가스 감축의무를 할당받아야 한다는 국제적인 압력이 지속적으로 제기되고 있다. 우리나라는 온실가스 배출량이나 에너지 소비량, 그리고 일인당 GDP 규모 등 온실가스 배출관련 각종 지표에서 개도국의 지위를 벗어나 선진국의 대열에 들어서고 있다.
특히 2005년도 연말부터는 제2차 의무부담에 관한 협상이 시작될 예정이어서 의무부담 협상에 대비한 전략개발이 시급한 과제이다. 온실가스 저감노력이 경제에 미칠 영향을 예측하는 것은 의무부담 협상 대비 전략뿐만 아니라 효율적인 온실가스 저감정책 개발에도 유용한 정보로 활용될 수 있을 것이다.
온실가스 저감노력은 새로운 자원의 투입이나 산출물의 감소를 동반하게 될 것이다. 온실가스를 감축시키기 위해서는 감축기술을 도입하거나 청정연료로 전환해야 하며 이러한 저감노력은 제조업의 생산 효율성뿐만 아니라 나아가 경제성장에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 생산 효율성에 미치는 영향을 비교분석하여 이를 바탕으로 온실가스 저감정책을 수립한다면 온실가스 감축과 경제성장을 동시에 달성할 수 있는 지속가능개발이 가능할 것으로 기대된다.
본 연구의 목적은 온실가스 저감 정책수단 및 전략이 제조업의 생산효율성에 미칠 영향을 예측하는 것이다. 온실가스 저감 정책수단 및 전략은 자료 및 정보제약으로 연료전환, 탄소세 도입 및 배출권 구매에 한정되었다. 기준년도인 2000년에 제조업 배출량의 10%를 감축한다는 가상적인 목표를 달성하기 위해 이들 수단 및 전략이 도입된다는 상황을 설정했다. 이러한 정책수단 및 전략이 제조업의 생산 효율성에 미칠 영향 뿐만 아니라 감축목표 할당방식 변경, 배출권 유상배분, 산업구조 변화시의 시나리오 설정에 따른 영향도 예측했다.
제조업은 중분류를 기준으로 7개 업종으로 구분했으며 기타제조업은 자료제약으로 인해 분석에서 제외되었다. 산출물은 사회에 유익한 산출물(good outputs)인 부가가치와 사회에 해로운 산출물(bad outputs)인 온실가스로 구분되었으며 투입요소는 에너지, 노동, 자본, 원료로 구분되었다. 생산 효율성을 측정하기 위해 DEA(Data Envelopment Analysis) 방법론을 사용했으며 특히 산출물 중에서 온실가스와 같이 사회적으로 유해한 산출물이 존재할 경우의 분석에 적절한 방향성 생산 거리함수(Directional Technology Distance Function)를 사용했다. 방향성 생산 거리함수는 온실가스와 같이 사회적으로 유해한 산출물을 감소시키면 생산 효율성이 향상될 수 있도록 설계된 모형이며 투입요소와 산출물의 동시적인 조정 여지를 추정할 수 있는 모형이다.
방향성 생산 거리함수는 우선 7개의 제조업 업종이 형성하는 생산함수 프론티어를 선형모형에 의해 추정한다. 생산함수 프론티어를 추정한 이후에 각 업종의 투입물과 산출물 결합을 방향성 벡터(2000년의 투입물 및 산출물)에 입각해서 생산함수 프론티어와의 거리를 측정하게 된다. 제조업 각 업종의 생산 효율성은 이와 같이 방법으로 측정된 거리의 개념에 입각해서 정의된다. 생산함수 프론티어에 위치한 업종은 생산 효율성이 가장 양호하고 프론티어와의 거리가 멀수록 생산 효율성이 낮아지게 된다.
2. 내용 요약
제조업의 2000년 온실가스 배출량을 10% 감축하기 위한 연료전환 정책은 연료를 온실가스 배출계수가 높은 중유, 유연탄 및 무연탄에서 청정연료인 도시가스로 전환하는 세 가지의 방법이 적용되었다. 배출계수 적용 어려움 등으로 인해 전력은 제외되었으며 연료전환비용에는 자본비용은 반영되지 않고 연료비용만 고려되었다.
세 가지 대안 중에서 중유에서 도시가스로 전환하는 경우가 가장 비용(84,270원/CO₂톤)이 가장 낮고 다음으로는 무연탄에서 도시가스로의 전환(160,140원/CO₂톤)이며 유연탄에서 도시가스로의 전환비용(197,530원/CO₂톤)이 가장 높은 것으로 분석되었다.
전환비용과 연료별 구성비를 고려할 경우 음식료품, 섬유의복, 나무.제 지, 석유화학, 금속.기계산업은 중유에서 도시가스로의 연료전환을 선택할 것으로 예측된다. 요업은 중유에서 도시가스로의 연료전환이 온실가스 배출량의 3.8%에 불과하기 때문에 나머지 6.2%는 유연탄에서 도시가 스로의 전환을 추진할 것으로 예상된다. 1차금속은 중유에서 도시가스로의 전환과 무연탄에서 도시가스로의 전환이 감축 목표량(10%)을 절반씩 담당할 것으로 예측된다.
온실가스 배출량의 10%를 감축하기 위한 탄소세 수준은 CO₂ 톤당 $2.75(3,464원/CO₂톤)에 이를 것으로 분석되었다. 탄소세 도입으로 인해 도시가스는 2.91%의 가격인상 효과(8,095원/TOE)가 발생할 것이며 중유는 3.74%(11,109원/TOE), 무연탄은 14.13%(13,978원/TOE), 유연탄은 가장 높은 20.67%의 가격인상 효과(13,457원/TOE)가 나타날 것으로 전망된다. 따라서 탄소세는 유연탄, 무연탄, 중유, 도시가스 순으로 높은 가격인상 효과를 유발시킬 것으로 예상된다.
제조업의 온실가스 배출량을 10% 감축하면서 탄소세 도입시 소요되는 총 저감비용과 동일한 수준으로 저감비용을 일치시킬 경우 배출권의 시장가격은 이산화탄소 톤당 약 $20(25,303원/CO₂톤)에 이를 것으로 예상된다. 분석에 인용된 가격은 2000년 가격이다.
온실가스 저감정책 수단 및 전략이 제조업의 생산 효율성에 미치는 영향을 예측한 결과는 다음과 같다. 첫째, 사회에 유해한 산출물인 온실가스 배출량을 생산 효율성 측정에 포함시키지 않을 경우 생산 효율성 측정과 저감정책 수립을 왜곡시킬 가능성이 높다. 연료전환의 경우 온실가스 감축이 포함되지 않을 경우 연료전환에 따른 부가가치 감소만 반영되기 때문 제조업의 생산 효율성은 하락할 것으로 예측된다. 그러나 온실가스 감소가 포함될 경우 사회에 유해한 산출물 감소가 반영되기 때문에 생산 효율성은 향상될 수 있는 것으로 분석되었다. 동일한 규모의 투입요소를 사용하여 사회에 유익한 동일한 규모의 산출물(부가가치)을 생산한 경우 사회에 유해한 산출물(온실가스)을 적게 배출한 산업에 높은 생산 효율성을 부여하는 것이 지속가능한 생산 효율성 측정방식으로 평가되어야 할 것이다. 따라서 사회적으로 유해한 산출물을 효율성 측정에 포함시키지 않으면 효율성 측정이 왜곡되고 이는 정부의 정책수단 선택을 왜곡시킬 가능성으로 연결될 것이다.
둘째, 기준년도인 2000년의 7개 업종의 생산 효율성 측정 결과 나무.제지산업이 유일하게 생산 비효율성(0.01137)을 나타낸 반면 나머지 업종은 생산 효율성이 양호한 것으로 나타났다. 즉, 나무ㆍ제지업은 현재의 생산기술을 이용하여 부가가치를 1.137% 증대시킬 수 있는 반면 온실가스와 투입요소(에너지, 노동, 자산, 원료)는 1.137% 감소시킬 수 있는 잠재력을 지니고 있다고 평가된다. 생산 비효율성을 순수한 기술 효율성(technical efficiency)와 규모 효율성(scale efficiency)로 분해할 경우 나무ㆍ제지업의 생산 비효율성은 규모 효율성에서 기인하고 있으며 따라서 나무ㆍ제지산업은 생산규모를 증대시킴으로써 생산 효율성을 증대시킬 수 있을 것으로 분석된다.
셋째, 생산 효율성 측정결과 연료전환은 제조업의 평균 생산 효율성을 향상(1.068% 포인트)시킬 수 있으며 탄소세 도입도 생산 효율성을 향상(0.691% 포인트)시킬 수 있을 것으로 예측되었다. 이들 정책이나 전략은 부가가치 감소나 투입요소(에너지 소비량)의 감소에 비해 온실가스 배출량을 더 큰 폭으로 감소시킬 수 있기 때문이다. 반면 배출권 구매는 생산 효율성을 소폭 하락(0.146% 포인트)시킬 것으로 예측되었으나 분석에서 설정한 임의적인 가정으로 인해 연료전환이나 탄소세 도입과의 직접적인 비교에는 한계가 있다. 따라서 생산 효율성 측면에서 연료전환이 탄소세 도입보다 우선적인 지속가능개발 정책수단으로 평가된다.
넷째, 에너지 다소비 업종인 요업과 1차금속은 온실가스 저감정책 수단 및 전략 도입시 생산 효율성 측면에서 상대적으로 불리한 반면 금속.기계산업은 상대적인 우위를 차지할 것으로 전망된다. 제조업 전체의 생산 효율성이 향상되는 연료전환의 경우 유일하게 요업과 1차금속의 생산 효율성은 하락하는 반면 금속ㆍ기계의 생산 효율성은 가장 큰 폭으로 향상될 것으로 예측된다. 생산 효율성이 하락하는 배출권 구매의 경우에도 이들 에너지 다소비 업종은 가장 큰 폭의 생산 효율성 하락을 겪지만 금속.기계는 가장 낮은 폭의 생산 효율성 하락을 겪을 것으로 예측된다. 그러나 생산 효율성이 향상되는 탄소세 구매의 경우에는 이들 두 업종이 가장 큰 폭으로, 금속ㆍ기계가 다음으로 높은 폭으로 생산 효율성이 향상될 것으로 전망된다.
다섯째, 온실가스 저감 정책수단 및 전략이 요업과 1차금속 및 금속ㆍ기계산업의 생산 효율성에 상이한 영향을 미치는 것은 연료소비 구조와 온실가스 및 에너지 원단위의 차이에서 기인하고 있다. 요업과 1차금속은 석탄의 연료소비 비중이 다른 산업에 비해 높을 뿐만 아니라 부가가치 대비 온실가스 및 에너지 원단위도 다른 산업에 비해 높은 구조적인 문제점을 갖고 있는 반면 금속ㆍ기계산업은 청정연료의 비중이 높고 이들 원단위도 낮은 특정을 지니고 있다. 1차금속과 요업의 온설가스(천TC)/부가가치(10억원) 원단위(각각 1.1059, 0.5772)는 금속ㆍ기계산업 원단위(0.0163)의 35-68배에 이르고 있으며 에너지(천TOE)/부가가치(10억원) 원단위(각각 1.2572, 0.6789) 역시 금속ㆍ기계산업 원단위(0.0464)의 15-27배에 이르고 있다. 이는 이들 에너지 다소비업종이 동일한 부가가치를 창출하기 위해 많은 에너지를 사용하고 온실가스를 많이 배출하고 있다는 문제점을 말해주고 있다.
여섯째, 제조업 각 업종이 자신의 온실가스 배출량의 10%를 감축하는 방법보다는 제조업 평균 온실가스 배출량의 10%를 각 업종이 동일하게 감축하는 방안이 생산 효율성 측면에서 유리한 것으로 예측되었다. 온실 가스 배출권을 유상으로 배분할 경우 비용부담으로 인해 제조업의 생산 효율성은 악화될 것이며 이는 제조업의 경쟁력에도 상당한 영향을 미칠 것으로 예상된다. 제조업의 산업구조가 고부가가치 산업인 금속ㆍ기계산업의 부가가치 비중이 증대되는 구조로 전환될 경우 제조업의 생산 효율성은 전반적으로 향상될 것으로 예상된다.
본 연구의 한계점으로는 비용 효과성에 입각한 정책수단 평가, 온실가스 저감 및 에너지 절약 기술도입에 대한 평가가 이루어지지 못했다는 점이다. 저감 및 절약 기술이 생산 효율성 측정에 포함되면 분석결과는 향후 온실가스 감축기술 개발의 지침으로 사용될 수 있을 것으로 예상된다. 또한 업종별 온실가스의 한계저감비용(MAC)에 관한 정보가 이용가능하면 명령 및 통제(Command and Control) 방식과의 비교분석을 통해 배출권 거래제의 사회적 이익을 추정할 수 있을 것으로 기대된다. 교차 가격탄성치에 관한 정보가 이용 가능하면 탄소세 도입시 에너지원간 연료전환 영향도 분석이 가능할 것이다.
3. 연구결과 및 정책제언
제조업의 생산 효율성 측정에는 사회에 유해한 산출물이 포함되어야 정책수단 결정의 왜곡을 방지할 수 있을 것으로 기대된다. 연료전환은 생산 효율성 측면에서 가장 우수한 전략임에도 불구하고 막대한 비용이 소요되며 특히 에너지 다소비업종인 요업과 1차금속은 비용부담과 생산 효율성 측면에서 가장 큰 영향을 받을 것으로 예측된다. 반면 금속ㆍ기계산업의 부가가치 비중이 높아가는 고부가가치화가 진전되면 생산 효율성이 향상될 가능성이 높다. 따라서 이들 에너지 다소비 업종에 대한 청정연료로의 전환 추진과 에너지 절약대책의 추진 및 강화뿐만 아니라 제조업의 고부가가치화도 중점적으로 추진될 필요가 있다.
1. Research Purpose
The Unite Nations Framework on Climate Change(UNFCC) was established to prevent global warming in 1992, and Koyto Protocol was made to prepare specific guidelines to attain the reduction target of greenhouse gases emissions. Since Kotyo Protocol is going to operate in early 2005 due to Russia's ratification, Annex I countries have to reduce the emission of greenhouse gases by 5.2% compared to the 1990's emissions in the first commitment period(2008-2012).
Even though Korea does not have a commitment to reduce greenhouse gas emissions in the first commitment period, Korea have to join the global effort to mitigate the adverse impact of climate change in near future. The developed countries are asking Korea to join the UNFCC to reduce greenhouse gases since Korea is an advanced developing country. Korea is ranked high in the index of per capita GDP, emission level of greenhouse gases, per capita energy consumption.
Korean government has to prepare strategy for the reduction target since the bargaining for second commitment will start in late 2005. Forecasting the effect on which the policy and measures affect the economy will help the government choose the policy and measures to reduce emissions.
The effort to reduce emissions needs resources. For example, a firm has to introduce more expensive technology or to switch it's fuel more expensive clean fuel to reduce greenhouse gases. As a result, the effort will affect the productive efficiency of manufacturing industry as well as the economy. The government has to develop the sustainable policy and measures to attain economic growth and emission reduction. The information on which policy and measures will affect the productive efficiency can help the government to choose the sustainable policy and measures.
The main purpose of this study is to estimate the impact on which that possible mitigation policies and measures will affect the productive efficiency of manufacturing industry. Because of information availability, only three kinds of mitigation policies to reduce greenhouse gases are introduced in this study, that is, fuel switch from dirty fuels to clean fuel like natural gas, imposition of carbon tax on fuel consumption, buying the permissions in the market. Environmental target is that each industry sector reduces its own emissions by 10% in 2000. Policy scenarios as change of reduction target, non-free allocation of permissions, structural change of manufacturing industry are included in this study.
Manufacturing industry is divided into seven sectors excluding other manufacturing industry because it is a outlier. Among outputs, value added is good output, and greenhouse gases emisson is a bad output. Inputs are energy consumption, labor, capital and cost of raw material. Directional technology distance function is used to estimate productive efficiency measurement because it is the proper model when there are some bad outputs among outputs. Directional technology distance function can measure the increase in efficiency in case of reduction of bad outputs.
The model estimates the production frontier which the seven sectors can not increase the outputs and can not decrease bad outputs and inputs any more, then measures the distance between each sector and the production frontier based on the directional vector(inputs and outputs in 2000). The productive efficiency is defined as the distance between the frontier and each sector.
2. Summary
Fuel switch strategy is the way for the sector to change their fuels from dirty fuel to clean fuel like natural gas. Specifically, fuel switch in this study is to change the fuel oil, bituminous coal, anthracite coal to city gas. Because of the difficulty in the calculation of emission factors, electricity is excluded in fuel switch strategy. Capital cost is excluded for simplification, so the cost of fuel switch includes only fuel cost.
The cost switching from fuel oil to natural gas is the lowest (84,270won/CO₂ ton), the next lowest alternative is switching from anthracite to natural gas(160,140won/CO₂ ton), and the highest way is switching from bituminous to city gas(197,530won/CO₂ ton).
According to the analysis of fuel switching potentials, switching strategy from fuel oil to natural gas will be the used in the sectors of food, textile, wood and paper, petrochemical, fabricat metal. Pottery will reduce 3.8% of emissions switching from fuel oil to city gas, and reduce the remaining 6.2% switching from bituminous coal to natural gas. The sector of basic metal will reduce the half of the target switching from fuel oil to natural gas, and reduce the half switching from anthracite coal to city gas.
Carbon tax of $2.75/CO₂ ton(3,464won/CO₂ ton) is calculated as optimum level to reduce the emissions of greenhouse gases by 10%. The price of city gas will increase by the lowest level as 3.74% (11,109won/TOE) due to imposition of carbon tax, anthracite coal will increase in the price by 14.13%(13,978won/TOE), the bituminous coal will experience the highest increase in price as 20.67%(13,457won/TOE).
The market price of permissions IS estimated as $20/CO₂ ton(25,3030won/CO₂ ton) under the same amount of tax revenue that the manufacturing industry will pay in case of carbon tax. All prices are 2000 constant prices.
Followings are the estimation results that the policy and measures will affect the productive efficiency of manufacturing industry. First, the exclusion of bad outputs in efficiency measurement will distort the true measurement of productive efficiency and the choice of policy and measures. In case of exclusion of bad output, fuel switch and permission purchasing strategy will decrease the efficiency, but carbon tax can improve the efficiency. However, in case of inclusion of bad output fuel switch can increase the efficiency comparing with the decrease of efficiency under the exclusion of bad output. The measurement of productive efficiency in terms of sustainable development should give higher efficiency score to the economic agents with less bad outputs with same amount of inputs and good outputs. As a result, the bad outputs should be included in the efficiency measurement to prevent the distortion of policy choice.
Second, all industry are productive efficient except for wood and paper in 2000. The inefficiency of wood and paper is 0.01137, which means that wood and paper can increase good output(valu added) by 1.137% and decrease inputs and bad output(emissions of greenhouse gases) by 1.137% comparing with the current inputs and outputs. The productive inefficiency of wood and paper industry comes from scale inefficiency when the inefficiency is decomposed into scale inefficiency and pure technical inefficiency. So the wood and paper industry has to increase the production scale to improve the productive efficiency.
Third, fuel switch and carbon tax can increase the productive efficiency, but permission purchasing may decrease the productive efficiency. The magnitude of efficiency improvement of fuel switch is greater than that of the carbon tax. Fuel switch can increase efficiency of manufacturing industry by 1.068% point on average, and carbon tax can improve efficiency by 0.691% point. Since the reduction of greenhouse gases is greater than the reduction of input(energy consumption) and good output, these two measures can increase the efficiency. But permission purchasing strategy may decrease efficiency by 0.146% point. Permission purchasing strategy can not be compared with other two measures because of assumptions. As a result, the fuel switch is better than carbon tax in terms of sustainable development policies.
Fourth, energy intensive industry, especially pottery and basic metal will suffer high degree of decrease of productive efficiency, but fabricat metal industry will have relative advantage in efficiency. Only pottery and basic metal industry will suffer the decrease of efficiency, but the efficiency of metal industry can improve by the highest degree under fuel switch, which can increase the efficiency of all industries. The efficiency of pottery and basic metal industry will decrease the highest, but the efficiency of fabricat metal will decrease the lowest under permission purchasing strategy, which decrease the efficiency of all industries.
Fifth, the different pattern that emission reduction policy and measures will affect industries' efficiency comes from the structure of energy consumption and the energy intensities. Pottery and basic metal industry have high proportion of coal in energy consumption, and high intensity of greenhouse gases and energy consumption per value added. However, fabricat metal industry has high proportion of clean energy in energy consumption and low intensities of greenhouse gases and energy per value added.
Sixth, the scenario that each sector reduces 10% of industry average emissions instead of its own emissions has relative advantage in terms of efficiency. Non-free allocation of permissions will increase the abatement cost, and decrease the efficiency and competitiveness comparing with the case of grandfathering. Under the higher-value added structure of manufacturing industry will increase efficiency.
The fact that this study does not evaluate the cost effectiveness of policy and measures is one of weak points. Energy efficient technologies and other technologies emitting less greenhouse gases are not included in this analysis. The information of marginal abatement cost for all industry sectors can identify the social benefit of emission trading systems comparing with regulation of command and control. The effect of substitution among fuels in case of carbon tax is not included in this study because of the restriction of information on cross-price elasticity.
3. Research Results & Policy Suggestions
Bad output should be included in the measurement of productive efficiency for the choice of sustainable development policy and measures. Fuel switch strategy will increase the efficiency of manufacturing industry, but it will need huge amount of money. The energy intensive industries like pottery and basic metal will suffer adverse impact in case of introduction of policy and measures. As a result, government has to switch fuels to cleaner fuels, and has to adopt stronger energy conservation measures to reduce greenhouse gases emissions.
목차
Ⅰ. 서론
Ⅱ. 생산성 측정 방법론
Ⅲ. 온실가스 배출저감 정책수단 및 전략
Ⅳ. 추정모형 및 자료
Ⅴ. 저감정책 수단 및 전략의 생산 효율성 영향 추정 결과
Ⅵ. 결론
참고문헌
요약
ABSTRACT
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