5G 인빌딩 서비스를 위한 28GHz 중계기용 RU 시스템 설계

진덕호 한국공학대학교 융합기술에너지대학원 2024 국내박사

우리나라에서는 2019년 4월에 세계최초로 5G 이동통신을 상용화한 후 커버 리지를 점차 확장하고 있으나 28GHz 대역은 아직 상용화 전이다. 본 논문에서 는 5G에서 28GHz 대역을 활용하여 이동통신 서비스를 제공함에 있어 공간의 전파를 이용하여 언제, 어디서나 자유롭게 이동하면서 통신 서비스를 제공할 수 있는 특징을 기술하였다. 5G NR(5G New Radio: 3GPP가 정의하는 5G 기술 규격)을 기존 이동통신 기술규격 등과 비교했을 때, 다른 점은 초고속 데이터 전송, 초신뢰/초저지연 데이터 전송 그리고 초다수의 IoT 연결 제공 등의 위 세가지 종류 특성을 모두 제공한다는 점이다. 또한, 다양한 Numerology 및 망 구조를 수용하고 있다는 점과 우리나라에서는 28GHz로 알려진 mmWave 주파 수 대역에 관한 기술을 정의하고 있다는 점이다. 28GHz 대역의 시스템 설계 시, 전파손실 측면에서는 자유 공간 경로 손실, 대기 감쇠 및 강우 감쇠, 산림 에 의한 손실, 산란과 회절, 실내외 투과 손실 등 여러 전파손실을 고려해야 한다. mmWave 대역의 이러한 특성을 극복하기 위한 방법 중 가장 중요한 기 술 중 하나가 빔포밍 (Beamfoming) 기술이며, Deployment 측면에서는 짧은 커 버리지 단점을 보완하는 5G 스몰셀 할당 기법이다. 본 논문에서는 28GHz 대 역의 RF 송·수신기 및 도파관 안테나와 28GHz BPF를 일체형으로 조립이 가 능한 구조로 제작하고 측정 결과를 분석하였다. RF 송·수신기 모듈은 일반 FR -4 다층기판으로 제작하여 송신기, 수신기, 주파수 합성기, 그리고 전원부 및 제어부로 구성하였다. 송·수신기는 UP/DOWN 방식을 사용하여 구성하고 중간 주파수를 100MHz를 받아 체배를 통해 주파수 범위는 송신부는 1900~2700MHz로, 수신부는 700 ~ 1500MHz로 변 환된다. 이 신호들은 각각 별도의 LO를 사용하여 최종적으로 출력주파수인 28GHz로 만들어진다. 송신 모드의 이득은 48dB이며, EVM(Error Vector Magnitude)은 3%이다. 수신 모드의 이득은 30dB이며, 잡음 지수(Noise Figure) 는 6dB이다. 안테나는 1*1단일 혼 안테나, 2*4 배열 혼 안테나 구조의 도파관 안테나를 사용하였다. 안테나는 단일 도체로 둘러싸인 중공관인 도파관을 통해 전력을 전송하도록 구성되었으며, 손실을 줄이고 조립을 쉽게 하기 위해 표준 WR28 을 적용하였다. 단일 혼 안테나는 이득이 17dBi이며 빔폭은 Vertical, Horizontal 50°이상 만족하여, 배열 혼 안테나는 이득은 17dBi이며 빔폭은 Vertical, Horizontal 5°이상 결과를 갖는다. 본 논문에서는 Ka-Band 대역 활용 및 구현 주파수 대역을 고려하는데 효과 적인 WR28 도파관을 이용하여 송수신기 RF 모듈과 안테나 사이의 대역통과 필터 연결을 설계하였고, 2dB 삽입 손실 결과를 도출하였다. 송·수신기의 성능을 검증하기 위해 중계시스템 장비에 연결하여 실험하였 다. Signal Generator를 이용하여 주파수를 발생하고 Spectrum Analyzer을 이 용하여 송출하는 신호의 EVM(Error Vector Magnitude), ACLR(Adjacent Channel Leakage Ratio), SEM(Spectrum Emission Mask)을 측정하였다. 본 논문 에서는 송신기 입력은 중간 주파수를 받아 BPF (Band pass filter)를 통해 안테 나 신호가 전달된다. 5G 계측기를 통해 인빌딩용 28GHz RF(Radio Frequency) 송·수신기 일체형 성능을 검증하였다. 향후 연구에서는 28GHz 대역 기지국이 3.5GHz 5G 대역 기지국과 LTE 대 역 기지국이 모두 협력하여 신호 특성이 좋지 않은 28GHz 대역의 문제점을 보완할 수 있는 기술을 개발할 예정이다.

유럽의 에너지전환 사례분석을 통한 한국의 2050 탄소중립에 관한 연구 : 독일과 영국 중심으로

김승겸 한국공학대학교 융합기술에너지대학원 2024 국내석사

1990년대 이후 지구온난화 현상과 이에 따른 기후변화 가속화가 인간의 화석연료 과다한 사용에 따른 결과라는 주장이 과학적 연구조사로 확인되 었다.(IPCC, 2014) 이에, 석유와 석탄과 같은 화석연료의 사용을 줄이고, 온실가스 발생이 없는 에너지공급시스템의 구축이 인류 공동체의 과제가 되었다. 우리나라 또한 이러한 세계적 도전 과제에 다소 뒤늦은 감이 있지 만 2017년부터 본격적인 에너지전환 정책을 시도하였다. 그러나, 에너지 관련 이해관계의 조정과 소비자의 인식 제고에 일정 부분 실패함으로써, 2022년 급격한 정책적 위축을 맞이하게 되었다. 본 논문에서는 탄소중립이 국제 경제시스템의 새로운 프레임이 되고 있는 상황에서 에너지전환은 더 이상 늦출 수 없는 국가과제라는 인식 아래, 우리에 앞서 에너지전환 을 추진 중인 독일과 영국의 사례를 검토하고, 이를 바탕으로 우리나라의 에너지전환 정책의 성공적인 방향을 고찰해 보고자 한다. 제1장에서는 본 연구의 배경과 목적을 서술하고, 독일과 영국의 에너지전환에 관한 국내 연구논문의 주요 내용을 정리하였다. 제2장에서는 역사적 관점에서 에너지전환의 의미를 살펴보고, 에너지전환의 원인이 된 기후변화에 관한 내용 및 국제사회의 대응 노력과 재생에너지 중심의 에너지전 환이 제4차 산업혁명과 같은 새로운 기술 패권 시대에서 어떠한 의미를 갖는지를 기술하였다. 제3장에서는 독일의 에너지전환 사례를 기술하였다. 1990년부터 본격화한 독일의 에너지전환은 2050년까지의 장기계획을 목표로 하고 있으며, 초기에는 정치적 논란이 상당하였으나, 2011년 후쿠시마 원전 사고를 거치면 서 폭넓은 국민적 지지를 받고 있다. 독일의 에너지전환은 뚜렷한 4가지 의 목적을 가지고 추진되고 있는데, 첫째 기후변화 대응하기 위한 방안이 며, 둘째 원자력 사용에 따른 위험의 회피, 셋째 에너지안보의 확보, 넷째 산업경쟁력과 경제성장을 위함이다.(Agora Energiewende, 2015) 제4장에 서는 영국의 에너지전환 사례를 정리하였다. 본 고에서 독일과 함께 다루 는 영국은 북해에 풍부한 에너지자원을 보유하고 있고, 세계 최초의 원자력발전소를 상업 운전한 경험을 가진 국가로서 영국의 에너지정책은 원자 력에너지 사용 위험 문제보다 기후변화 대응을 비롯한 에너지안보에 초점 을 맞추어 에너지 트릴레마 해결을 위해 추진되고 있다. 제5장에서는 우리나라의 에너지전환 추진 목적과 현황을 살펴보았다. 우 리나라는 94%(‘15 기준)가 넘는 높은 에너지 해외 의존도로 인해, 에너지의 안정적인 수급이 가장 중요한 국가과제가 되면서, 기후변화 대응을 위한 적극적인 재생에너지 개발과 원자력에너지 사용의 위험에 대해서 사 회적 합의가 도출되지 못하고 갈등이 증폭되는 상황이 오랫동안 노정되었 다. 2017년 대통령 선거를 계기로 우리나라는 기후변화 대응과 후쿠시마 원전 사고 및 경주지진 여파 등으로 에너지전환 정책을 적극 추진하게 되 었다. 본 논문은 우리에 앞서 에너지전환 정책을 추진한 영국과 독일의 사례를 분석·연구하여, 이 나라들의 에너지정책이 상이한 경로를 채택하 면서도 어떻게 정책적 목표를 달성해 나가는지 살펴보고, 우리나라가 앞 으로 탄소중립을 달성하기 위해서 어떠한 노력을 해나가야 하는지 제6장 결론에서 제언한다.

철강기업의 탄소중립과 경제적 성과를 위한 에너지 전환과 디지털 전환 사례연구

강기찬 한국공학대학교 융합기술에너지대학원 2024 국내박사

기후 전환과 탄소중립은 환경보전을 위한 인류의 과제인 동시에, 지속가능 발전을 위한 기회요, 새로운 성장동력이다. 유럽연합(EU)과 미국 등 주요 선진국은 환경규제를 내세워 무역장벽을 높이고 있으며, 기업을 둘러싼 핵심 이해 관계자들은 ESG 등 비재무적 지표를 강조한다. 급변하는 비즈니스 환경은 기업에게 탄소중립을 향한 혁신으로 경쟁력을 갖출 것을 요구한다. 이러한 시대적 흐름을 배경으로 본 연구는 기업이 지속가능 발전을 위해 왜 탄소중립에 힘써야 하는지, 그리고 이를 실현하기 위한 전략으로 에너지 전환과 디지털 전환을 어떻게 실행할 수 있는지에 대해 제시하고 있다. 이를 통해 기업인과 정책 실무자, 연구자에게 실무적, 정책적 시사점을 제공하는 것이 본 논문의 목적이다. 이러한 연구 목적을 달성하기 위해 두 가지 연구 문제를 제기하였다. 첫째 질문은 ‘기후전환 시대에 지속가능한 발전을 위해 기업은 왜 경제적 성과 뿐 아니라 탄소중립에 힘써야 하는가?’이며, 둘째 질문은 ‘기업의 에너지 전환과 디지털 전환은 지속가능 발전을 향한 탄소중립과 경제적 성과에 어떻게 기여 하는가?’이다. 그리고 현실에서 일어나는 주요국의 정책 동향, ESG, RE100 등 글로벌 아젠다와 이론적 고찰을 통해 두 가설을 도출하였다. 첫 번째 가설 은 ‘기후전환 시대에 기업이 지속가능 발전을 이루기 위해서는 경제적 성과 뿐 아니라 탄소중립에 힘써야 할 것이다’이며, 두 번째 가설은 ‘기업은 에너지 전환과 디지털 전환을 통해 지속가능 발전을 위한 탄소중립을 실현하면서 경제적 성과를 창출할 수 있을 것이다’ 이다. 이를 기반으로 기업의 에너지 전환 과 디지털 전환이, 탄소중립과 경제적 성과에 영향을 미치며, 이는 기업의 지속가능 발전을 실현한다는 연구모형을 설계하였다. 이를 사례연구로 실증하기 위해 글로벌 철강기업을 선택하였다. 철강은 자동차, 조선, 전자, 건설 등 주력 산업에 기반이 될 뿐 아니라 대표적인 탄소 집약적 산업으로, 이산화탄소 배출량이 전 세계 배출량의 7%, 산업 부분의 25%, 그리고 중공업 중에서 1위를 차지한다. 따라서 철강산업의 탄소감축이 없이는 글로벌 탄소중립은 불가능하다. 이에 따라 글로벌 철강기업은 일찍부터 녹색무역장벽과 이해관계자의 요구에 선제적으로 대응하여 2050년 전후로 탄소중립을 선언하고 있으며, 그 수단으로 에너지 전환과 디지털 전환을 활용하고 있다. 이는 타 산업 분야의 기업에게 모범사례가 될 수 있다. 구체적인 사례기업 선정은 글로벌 철강기업 중 생산 규모 및 업력과 함께 기업의 본사가 위치하고 있는 본국의 디지털 환경과 기후변화 대응 정책을 중심으로 대표성을 확보할 수 있는 기업을 선택하고자 하였고, 최종적으로 포스 코(POSCO), 아르셀로미탈(ArcelorMittal), 중국바오우강철집단유한공사(China Baowu Group)를 선정하였다. 그리고 선행연구에 기반하여 지속가능 발전, 에 너지 전환, 디지털 전환, 탄소중립, 경제적 성과 등 각 변수에 대한 조작적 정의와 측정방법을 설정하고 전문가의 검증을 통해 연구설계에 대한 타당성을 확보한 후, 다중사례연구를 수행하였다. 사례연구는 1차적 기록물인 문서정보 를 폭넓게 활용하였고, 사례기업의 임직원과 전문가의 심층 인터뷰를 실시하여 연구결과의 타당성과 신뢰성, 그리고 객관성을 확보하고자 노력하였다. 연구 결과, 세 글로벌 철강기업들은 모두 기후변화의 심각성과, 파리협정 목표에 따른 탄소중립의 필요성, 그리고 투자자 및 고객 등 핵심 이해관계자의 요구에 따라, 지속가능 발전을 위해 2050 탄소중립을 선포하며, 온실가스 감축 전략을 수립하였다. 이로써 첫 번째 가설을 검증하였다. 그러나 두 번째 가설은 부분적으로만 검증할 수 있었다. 즉, 철강기업의 디지털 전환은 탄소중립과 경제적 성과에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 에너지 전환이 탄소중립에 미치는 영향도 긍정적으로 나타났다. 그러나 에너지 전환이 경제적 성과에 미치는 긍정적 영향은 검증하지 못하였다. 철강기업의 에너지 전환에는 막대한 비용과 시간이 필요할 뿐 아니라 경제적 성과와 연결되기 위한 시차가 있어, 사례연구를 통한 인과관계 규명에 한계가 있었다. 이러한 연구 결과를 통해, 다음의 시사점을 도출하였다. 첫째, 철강기업을 포함한 제조기업이 탄소중립을 실현하기 위해서는 에너지 전환을 실행해야 하지만, 이는 굉장한 비용과 시간을 필요로 하기 때문에 기업의 노력 뿐 아니라 정부의 지원이 필요하다는 것이다. 설령 에너지 전환을 통해 탄소중립을 달성 한다 해도, 수소를 포함한 신재생에너지 비용과, 고객이 부담할 수 있는 한계 비용에 따라 경제적 성과는 달라질 수 있다. 이는 산업의 탄소중립 촉진을 위해 정부의 정책적, 금융적 지원 확대가 필요함을 보여준다. 둘째, 기후전환을 위한 탄소중립 관련 규제 및 이해관계자의 요구들은 기업의 비즈니스에 중대한 영향을 미칠 것이다. 따라서 기업은 탄소중립을 포함한 지속가능 발전을 위한 비전과 전략을 수립하고 임직원의 공감대를 형성하여 이를 실행해야 한다. 정부는 기업이 환경 변화를 충분히 인지할 수 있도록 녹색무역장벽, 국제 환경규제 등에 대한 교육 및 컨설팅을 지원할 필요가 있다. 셋째, 기업은 지속가능 발전을 위한 탄소중립을 이루기 위해, 에너지 전환과 디지털 전환을 적극 활용하여야 한다. 기업은 생산활동을 위한 에너지 사용에 있어서 화석연료의 의존도를 낮추고, 수소를 포함한 신재생에너지의 활용을 확대해야 한다. 또한 탄소저감을 위한 공정개선과 R&D 투자 등의 에너지 전환 노력을 해야 한다. 정부는 재생에너지 공급 확대 및 가격 현실화, 관련 제도의 정비 등을 수행하고, 기업 제조공정의 탄소 저감을 위한 현장 진단, 컨설팅, R&D, 설비교체 등을 지원할 수 있다. 또한 기업은 디지털 전환을 통해 스마트 공장을 구축할 뿐 아니라, 탄소규제 대응과 새로운 비즈니스 기회를 붙잡기 위해, 제품의 탄소배출 정보를 포함한 제조데이터를 생성하고 고객사와 공유할 수 있을 정도로 디지털 제조 역량을 고도화해야 한다. 정부는 디지털 전환 촉진을 위해 공급기업의 역량을 강화할 뿐 아니라, 제조기업이 부담해야 하는 설비와 디지털 솔루션 도입 비용의 일부를 지원할 수 있을 것이다. 넷째, 산‧학‧연‧관 간 협력을 강화하여 혁신을 창출해야 한다. 에너지 전환과 디지털 전환, 그리고 탄소중립은 결코 쉬운 길이 아니며, 어느 한 기업이나 정부가 독자적으로 해낼 수 없다. 따라서 기업은 타 분야의 전문기업, 대학, 연 구기관 등 혁신 주체들과 연대하고 협력하기 위해 항상 열려있어야 하며, 정부는 이들이 서로 만나서 협력할 수 있는 장을 확대해야 한다. 본 연구는 그동안 선행연구에서 부분적으로 다루었던 기업의 지속가능 발전, 에너지 전환, 디지털 전환과 관련한 주제의 연구들을 통합‧확장한 점과, 글로벌 철강기업이 경험한 현실의 사건들을 기반으로 다중사례연구를 수행하여 연구 결과를 일반화하고자 노력한 측면에서 학문적 의의가 있다. 또한 연구 과정에서의 전문가 심층 인터뷰 결과들은 본 연구의 타당성과 객관성을 제고 할 뿐 아니라, 향후 확장된 연구 주제의 탐색과 방향 설정에 도움을 줄 수 있 다. 향후 연구에서는 수출기업들 및 글로벌 공급망에 있는 기업들을 대상으로 탄소중립 이슈를 중심으로 한 체계적인 서베이 연구 등을 통해 구체적이고 실효적인 정책을 발굴할 수 있을 것이다. 기업이 탄소중립을 위한 에너지 전환과 디지털 전환을 통해 글로벌 경쟁력을 갖추도록, 산‧학‧연‧관의 모든 주체들이 협력하여 혁신할 수 있기를 기대한다. Climate transition and carbon neutrality are not only human duty for environmental conservation, but also opportunities for sustainable development, and new growth engines. Major developed countries, such as the European Union (EU) and the United States, are raising trade barriers by promoting environmental regulations, and key stakeholders surrounding companies emphasize non-financial indicators such as ESG. The rapidly changing business environment requires companies to become competitive through innovation toward carbon neutrality. Against the backdrop of this trend of the times, this study presents why manufacturing companies should strive for carbon neutrality for sustainable development and how they can implement energy transition and digital transformation as strategies to realize it. Through this, the purpose of this paper is to provide practical, policy, and academic implications to entrepreneurs, policy practitioners, and researchers. Two research questions were raised to achieve these research objectives. The first question is, "Why should manufacturing companies strive for carbon neutrality as well as economic performance for sustainable development in the era of climate transition?" and the second question is, "How does manufacturing companies' energy transition and digital transformation contribute to carbon neutrality and economic performance toward sustainable development?" And the two hypotheses were drawn through real-world policy trends in major countries, global agendas, such as ESG and RE100, and theoretical considerations. The first hypothesis is, "In the era of climate transition, companies should strive for carbon neutrality as well as economic performance for sustainable development," and the second is, "Companies can create economic performance while realizing carbon neutrality for sustainable development through energy transition and digital transformation." A research model was designed based on this, in which manufacturing companies' energy transition and digital transformation affect carbon neutrality and economic performance, which realizes sustainable development. A global steel company was selected to demonstrate this as a case study. Steel is not only based on major industries such as automobiles, shipbuilding, electronics, and construction, but is also a representative carbon-intensive industry. Steel industry’s carbon dioxide emissions account for 7% of global emissions, 25% of the industrial sector, and top among heavy industries. Therefore, global carbon neutrality is impossible without carbon reduction in the steel industry. Global steel companies are declaring carbon neutrality around 2050 in response to green trade barriers and stakeholder demands early on, and are using energy transition and digital transformation as means. This can be an exemplary case study for manufacturing companies in other industries. POSCO, ArcelorMittal, and China Baowu Group were selected to secure representation based on the digital environment of the home country where the company's headquarters is located and the policies to respond to climate change. Based upon previous studies, operational definitions and measurement methods for each variable, such as sustainable development, energy transition, digital transformation, carbon neutrality, and economic performance, and after securing the validity of the research design through expert verification, a multi-case study was conducted. The case study widely utilized document information, which is the primary record, and in-depth interviews with executives of case companies and experts were conducted to secure the validity, reliability, and objectivity of the research results. As a result of the study, all three global steel companies declared 2050 carbon neutrality for sustainable development and established greenhouse gas reduction strategies in accordance with the seriousness of climate change, the need for carbon neutrality in accordance with the goals of the Paris Agreement, and the needs of key stakeholders such as investors and customers. This verified the first hypothesis. However, the second hypothesis could only be partially verified. In other words, the digital transformation of steel companies was found to have a positive effect on carbon neutrality and economic performance, and the effect of energy conversion on carbon neutrality was also found to be positive. However, the positive impact of energy conversion on economic performance has not been verified. Energy conversion of steel companies requires enormous cost and time, and there is a time difference to connect to economic performance, so there is a limit to identifying a causal relationship through case studies. Through these findings, the following implications were drawn. First, manufacturing companies, including steel companies, must implement energy transition in order to realize carbon neutrality, but this requires great cost and time, so not only corporate efforts but also government supports are needed. Even if carbon neutrality is achieved through energy transition, economic performance may vary depending on the cost of new and renewable energy including hydrogen and the marginal cost that customers can bear. This demonstrates the need to expand government policy and financial support to promote carbon neutrality in the industry. Second, carbon neutrality-related regulations for climate change and the requirements of stakeholders will have a significant impact on a company's business. Therefore, businesses must establish a vision and strategy for sustainable development, including carbon neutrality, and build up a consensus among their executives and employees to implement them. Additionally, the government needs to support education and consulting on green trade barriers and international environmental regulations so that businesses are fully aware of these controls. Third, companies must actively utilize energy transition and digital transformation to achieve carbon neutrality for sustainable development. Companies should reduce their dependence on fossil fuels in energy use for production activities and expand the use of new and renewable energy, including hydrogen. Efforts should also be made to convert energy, such as process improvement and R&D investment, to reduce carbon. The government can expand the supply of renewable energy, realize prices, and reorganize related systems, and support on-site diagnosis, consulting, R&D, and facility replacement to reduce carbon in corporate manufacturing processes. In addition, companies should not only build smart factories through digital transformation, but also advance their digital manufacturing capabilities enough to generate manufacturing data, including carbon emission information, and share it with customers in order to respond to carbon regulations and seize new business opportunities. The government will not only strengthen the capabilities of suppliers to promote digital transformation, but will also be able to support some of the cost of introducing facilities and digital solutions that manufacturers must bear. Fourth, cooperation between industry, academia, research and government should be strengthened. Energy transition, digital transformation, and carbon neutrality are by no means easy paths. Therefore no single company or government can do it on its own. Businesses must always be open to collaborate and cooperate with experts in other fields, such as specialized businesses, universities, and research institutes, and the government must expand the opportunity for them to meet and cooperate with each other. This study is of academic significance in that it integrates and expands research on topics related to corporate sustainable development, energy transition, and digital transformation, which have been partially covered in previous studies, and attempts to generalize the research results by conducting multi-case studies based on real-world events experienced by global steel companies. In addition, the results of in-depth interviews with experts in the process of case studies can help to explore and set directions for expanded academic research topics in the future. Future research will be able to expand this study to discover specific and effective policies through systematic survey studies targeting exporters and companies in global supply chains. It is hoped that all innovation actors in industry, academia, research, and government would cooperate together to promote company’s global competitiveness through energy transition and digital transformation for carbon neutrality.

NCM/Graphite 완전지의 과충전 시 용량퇴화 거동 및 전기화학적 특성

임창훈 한국공학대학교 융합기술에너지대학원 2025 국내석사

NCM/Graphite 완전지의 과충전 시 용량퇴화 거동 및 전기화학적 특성 임창훈 전자화공 전공 한국공학대학교 융합기술에너지대학원 CO2 배출량 감소를 목표로 전기차 시장이 급속도로 성장하며 이에 따라 리튬 이온 이차전지에 대한 수요도 급격히 증가하고 있다. 전기차에 있는 이차전지 는 배터리 관리 시스템의 오류나 셀 간 전압 불균형으로 인해 과충전될 위험성 을 가지고 있다. 과충전은 전지에서 양극의 구조 붕괴, 음극의 리튬 플레이팅과 같은 문제들을 유발하여 용량퇴하를 가속화시킬 수 있다. 전지를 효율적이고 안전하게 사용하기 위해서 전지의 퇴화 메커니즘에 대한 이해를 기반으로 한 SOH 추정, 잔존 수명을 예측하는 기술이 중요하다. 그러나, 현재까지는 과충전 전압에 따른 전지의 퇴화 메커니즘 변화에 대한 정량적인 이해가 부족하다. 따 라서 본 연구에서는 상용화 되어 가장 널리 쓰이는 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622) 양극과 흑연(graphite) 음극을 조합한 완전지의 과충전 전압에 따른 용량퇴화 거동과 전기화학적 특성을 분석하였다. 과충전 전압에 따른 퇴화 거동을 분석하기 위해서 NCM622/graphite 완전지의 상한전압을 4.2 V /4.35 V /4.5 V/ 4.65 V로 설정하고, 초기 용량 대비 20 % 퇴 화 될 때까지 정전류 충방전을 진행하였다. 또한, 양극과 음극 반쪽전지를 제조 하여서 완전지의 상한 전압에 맞춰 정전류 충방전 실험을 진행하였다. 과충전 전압에 따른 전지의 퇴화 메커니즘을 분석하기 위해 초기 용량 대비 20 % 퇴 화 시점 기준 그리고 55 사이클 기준, 총 두 가지 기준으로 분석을 진행하였다. 퇴화 메커니즘을 분석하기 위해 3가지 모델이 사용되었다. (i) 활성리튬 손실 모델, (ii) 활물질 손실 모델, 그리고 (iii) 분극 증가 모델 총 3가지이다. 먼저, 초 기 용량 대비 20 % 퇴화 시점에서 퇴화 메커니즘을 분석하기 위해 용량이 20 % 퇴화된 완전지를 분해하여 양극과 음극을 각각 반쪽 전지로 재조립하였다. 퇴화 메커니즘을 분석한 결과, 충전 상한전압이 높을수록 활물질 손실 모델의 기여도가 커지는 것을 확인하였다. 특히, 4.65 V까지 충전된 완전지는 활물질 손실 모델의 기여도가 매우 큰 것을 확인할 수 있었다. 이를 비파괴적이고 간 편하게 분석하기 위해 전기화학 데이터와 퇴화 모델을 이용하여 분석하였다. 머저, 반쪽 전지들의 전압 곡선을 이용, 비가역 용량 모델을 적용하여 완전지의 초기 거동을 계산하였다. 이를 통해 완전지의 초기 거동과 유사한 계산된 완전 지 결과를 얻었다. 그 이후, 양극과 음극 반쪽 전지 데이터에 퇴화 모델을 적 용, 실제 전지의 데이터와 비교를 통해 퇴화 메커니즘을 분석하였다. 그 결과, 반쪽 전지 재조립 실험과 유사한 결과를 얻어 본 분석 방법의 신뢰성을 입증하 였다. 두 번째로, 같은 사이클 수를 기준으로 퇴화 메커니즘을 분석하기 위해 각각의 다른 상한전압으로 55번째 충방전이 완료된 완전지들의 퇴화 메커니즘을 양극 과 음극 반쪽 전지에 퇴화 모델을 적용하여 분석하였다. 그 결과, 활성리튬 손 실로 인해 퇴화된 용량이 증가하는 경향성을 확인하였다. 그러나 4.65 V 까지 충전된 완전지는 활성리튬 손실로 인해 퇴화된 용량이 오히려 감소하는 것을 볼 수 있었는데 이는 고전압에서 양극의 큰 비가역 용량으로 인한 보상효과 때 문인 것을 확인할 수 있었다. 전지의 과충전시 나타날 수 있는 문제 중 하나인 리튬 플레이팅의 발생 유무에 따라서 퇴화 메커니즘이 어떻게 변화하는지를 분석하였다. 이를 위해 전지의 미분 전압 곡선(dV/dQ)을 이용하여 리튬 플레이팅을 감지하는 방법을 인용하여 4.65 V로 과충전된 전지의 리튬 플레이팅 종료 지점을 알아내었다. N/P를 1.4로 설계하여 리튬 플레이팅이 일어나지 않도록 설계한 전지와 함께 리튬 플레이팅 종료 전후에 퇴화 메커니즘의 변화를 분석하였다. 그 결과, 리튬 플레이팅 종료 지점까지 N/P 1.1 전지가 N/P 1.4 전지보다 리튬 플레이팅의 발생으로 인하여 활성리튬 손실로 인한 용량퇴화가 약 5배 많은 것을 확인하였다. 그러나 이후 에는 N/P 1.4 전지의 높은 음극 로딩으로 인한 넓은 표면적을 가지고 있어 부 반응의 양이 많아져 활성리튬 손실의 양이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 다양한 과충전 전압에 따른 퇴화 메커니즘을 확인하였고, 추가 적으로 리튬 플레이팅이 용량퇴화 메커니즘에 미치는 영향을 규명하였다. 이러 한 결과들은 과충전 상황에서 전지의 건강상태 및 잔존수명을 예측하는데 기초 적인 이해를 제공할 것이다.

상반전법을 통한 리튬이온 이차전지용 고로딩 전극 제조기술 연구

주희진 한국공학대학교 융합기술에너지대학원 2024 국내석사

주행거리가 긴 전기차에 대한 수요가 증가함에 따라 에너지 밀도를 향상시키기 위한 고로딩 후막전극 연구가 활발히 진행되고 있다. 후막전극은 활물질의 로딩이 증가해 비활성 물질의 사용이 감소하여 에너지 밀도를 증가시킬 수 있지만, 전극 두께의 증가로 인해 이온 전달 경로가 길어져 리튬이온 수송이 느려지므로 전기화학적인 성능이 저하된다. 현재 전극 제조 방식으로는 후막전극의 제조도 어렵지만, 성능 저하가 발생하기 때문에, 새로운 전극 제조기술이 필요하다. 본 연구에서는 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM622)을 활물질로 사용한 리튬이온 이차전지용 고로딩 전극에 상반전법을 적용해 전극에 다공성 구조를 형성하여 이온전도도를 향상시켜 전지의 성능을 향상시키고자 하였다. 상반전 공정은 집전체 위에 코팅된 슬러리를 건조하지 않고 비용매에 침지하는 방법으로 기존의 직접 건조방식과 다르게 다공성 구조의 전극이 형성된다. 상반전을 위하여 비용매로는 에탄올을 사용하였으며, 상반전 공정에서 침지 시간과 침지 온도를 변수로 하여 전극의 다공성 구조의 발달 정도를 확인하였다. 고로딩 전극은 전극의 두께가 두꺼워지면서 상반전의 진행 속도가 느려 상온의 비용매에서는 10분 정도로 침지 시간을 늘려서 상반전을 진행하여야 다공성 구조의 전극을 제조할 수 있었다. 그러나 침지 시간의 증가는 전극 제조 공정에 있어 불리한 측면이므로, 침지 온도를 50℃ 또는 70℃의 고온으로 증가시켜 상반전을 빠르게 진행시키자 침지 시간을 1분으로 단축해도 전극 내의 다공성 구조를 매우 잘 형성할 수 있었다. 또한 상반전 공정을 적용한 전극의 경우에는 다공성 구조가 형성되므로, 기존의 직접건조 공정으로 제조한 전극보다 두께가 증가한다. 상반전 후 전극을 건조한 상태에서 측정된 두께가 전극 내 다공성 구조의 형성된 정도에 대한 지표가 됨을 확인하였다. 그리고, 상반전 공정으로 제조된 전극은 다공성 구조의 형성으로 전해액에 대한 함침능력이 향상된다. 침지 온도를 높여서 상반전을 진행한 전극은 짧은 시간 내에 다공성 구조가 빠르게 형성되어 상반전 후의 두께값이 증가하였고 전해액에 대한 함침시간도 짧아졌으며, 성능평가 시의 전기화학적 특성도 우수하였다. 상반전 공정에서는 전극 제조 중에 슬러리 내에 포함되어 있는 용매 성분 외에도 비용매인 에탄올이 추가되며, 이로 인하여 건조 전에 전극 내 포함된 액체성분이 증가하여 오히려 기존 직접건조 전극보다 건조해야 하는 액체의 양이 증가할 수 있어 공정상 불리할 수 있다. 이에 습식압연(wet press)라는 새로운 공정을 도입하여 건조공정에서 제거해야 할 액체성분을 최소화하였다. 상반전이 완료된 후 건조되지 않은 전극을 롤 프레스 장비에서 바로 습식압연하여 전극 내의 액체성분을 먼저 기계적으로 충분히 제거한 후에 고온건조를 진행하여 건조시간 및 에너지 사용을 줄일 수 있다. 상반전된 전극에 대하여 습식압연을 적용한 전극의 형상을 관찰한 결과로 습식압연을 적용하지 않은 전극과 특별한 차이점은 나타나지 않았다. 또한, 습식압연이 적용된 공정으로 제조한 전극에서도 형성된 다공성 구조가 잘 유지되었고, 습식압연을 적용하지 않은 상반전 전극과 동등한 수준으로 젖음성의 향상 및 속도특성의 개선이 확인되었다. 다만, 70℃의 높은 온도에서 상반전을 진행한 경우에는 습식압연 후에 속도특성의 소폭 감소도 발생하기 때문에 습식압연에 대한 공정조건을 최적화할 필요가 있다. 이에 상반전 공정을 통한 고로딩 전극을 효율적으로 제조하기 위하여 침지온도를 높이고, 습식압연을 적용함으로써 전극의 성능개선 및 공정비용의 절감이 가능하였다. 향후 이차전지용 전극제조에 유용한 기술로 사용될 수 있을 것이다.

한국방문 몽골 관광객 상품구매의도 영향요인: 제품관여도 및 관광지 이미지의 조절효과

벌러르토야 한국공학대학교 융합기술에너지대학원 2023 국내박사

Visits to Korea by foreigners, which have been hindered by COVID-19, are increasing. According to the World Tourism Organization (UNWTO) World Tourism Index, the number of foreign tourists visiting Korea from January to July 2022 increased by 172% (approximately three times) compared to the same period in 2021. This indicates that the country has recovered nearly 60% of its pre-pandemic COVID-19 tourism levels. The steady rise in tourist numbers can be attributed to the relaxation of travel restrictions in various countries and the lifting of COVID-19-related restrictions in 86 countries as of September 2022. Aside from engaging in tourism activities, tourists visiting Korea also contribute significantly to the country's income through product purchases. Therefore, it is necessary to systematically analyze the various factors that influence the purchasing behavior of foreign tourists in Korea. In general consumer behavior, it is known that product involvement influences purchase intention, especially in terms of product quality and preference. This study aims to empirically analyze the relationship between product characteristics, product preference, and purchase intention among Mongolian tourists visiting Korea. Particularly, the study seeks to examine the moderating effects of involvement and tourist destination image on the relationship between product preference and purchase intention. The survey data were analyzed using the SPSS 24.0 statistical program. To ensure the validity and reliability of the concepts used in the study, factor analysis and reliability analysis were conducted, respectively. Hypotheses were tested through regression analysis. Based on the empirical analysis, the study's hypotheses were confirmed, and the results were summarized to derive recommendations. The study's findings revealed several key points. Firstly, it was found that product characteristics positively influenced both product preference and purchase intention among Mongolian tourists in Korea. A favorable perception of product characteristics led to an increased preference for the product, which, in turn, positively influenced purchase intention. Therefore, enhancing product characteristics requires attention to factors such as product quality, design, price, and fashion, as well as the provision of reliable services to consumers. Marketing strategies, such as promoting reliable and popular products, implementing various discount policies, and providing publicity and information, are crucial for shaping product characteristics, increasing product preference, and enhancing purchase intention. Furthermore, the study revealed that product involvement moderated the relationship between product preference and purchase intention for Mongolian tourists in Korea. Notably, the low involvement group exhibited a stronger positive effect on purchase intention as product preference increased compared to the high involvement group. Specifically, the low involvement group had lower purchase intention than the high involvement group at low levels of product preference. However, as product preference increased, the purchase intention of the low involvement group surpassed that of the high involvement group. Consequently, it is necessary for professionals in the Korean tourism industry to analyze the factors that determine the level of involvement and develop various programs and systems to enhance favorability among groups with low involvement. Thirdly, the study identified that the image of the tourist destination also moderated the relationship between product preference and purchase intention for Mongolian tourists in Korea. Particularly, the group with a lower image of the tourist destination exhibited a stronger positive effect on purchase intention as product preference increased compared to the group with a higher image. Therefore, it is imperative for professionals in the Korean tourism industry to analyze the factors influencing the image of tourist destinations and implement various services, programs, and systems that enhance the favorability of the group with a less favorable perception of the tourist destination. However, it is worth noting that this study focused solely on Mongolian tourists visiting Korea, and consumption behaviors may vary across different countries. Consequently, it would be valuable to conduct a comparative study that classifies and compares tourists visiting Korea based on their country of origin. Additionally, this study did not differentiate between the types of products purchased by Mongolian tourists visiting Korea but examined general product quality factors such as price, function, brand, and design elements. These attributes are likely to vary depending on the type of product, such as clothing, home appliances, food and beverages, pharmaceuticals, and specialty products. Hence, future research should include a comparative study on the relationship between quality attributes, preference, and purchase intention based on the type of product purchased by tourists. Furthermore, while this study identified that product involvement and tourist destination image moderated the relationship between product preference and purchase intention, it did not investigate the factors that determine involvement or tourist destination image. It is anticipated that the factors influencing product involvement in tourist destinations differ from those associated with general product purchase involvement. Therefore, additional research is needed to explore this aspect. Analyzing the characteristics of groups that exhibit differences in product involvement and tourist destination image is essential, and these topics should be considered for future research. 코로나 19로 주춤했던 외국인의 한국방문이 증가하고 있다. 세계관광기구(UNWTO)의 세계 관광지표에 따르면 2022년 1월~7월까지 한국을 방문하는 외국 관광객은 2021년 같은 기간대비 172%(약 3배) 증가한 것으로 나타났다. 이는 세계적 팬데믹인 COVID-19 발생 이전 수준의 거의 60% 정도 회복되었다는 것을 의미한다. 관광객의 꾸준한 증가는 각 국가의 여행 제한 완화와 2022년 9월 현재 86개 국가에서 COVID-19 관련된 제한사항을 해제한 현상이라 할 수 있다. 한국을 방문하는 관광객들은 관광 오면 관광뿐만 아니라 다양한 물품을 구매하며, 상품판매는 한국의 관광 수입에 중요한 요소를 차지하고 있다. 그러므로 한국방문 외국 관광객의 상품 구매에 영향을 미치는 다양한 요인들에 대한 체계적인 분석이 필요하다. 일반적인 소비자 행동에서 제품 품질이나 호감도가 구매 의도에 미치는 영향에서, 제품관여도가 영향을 미치는 것으로 알려져 있으나 외국인 관광객에 있어서 제품 품질과 구매 의도와의 관계에서 관여도의 영향에 관한 연구는 미미한 실정이다. 본 연구는 한국을 방문하는 몽골 관광객을 위해 제품 특성, 제품 호감도와의 구매 의도 관계를 실증 분석하고자 한다. 특히, 제품 호감도와 구매 의도와의 관계에서 관여도와 관광지 이미지의 조절 효과를 검증하고자 한다. 설문 조사 자료는 SPSS 24.0 통계프로그램을 활용하여 분석하였다. 연구에 활용된 개념의 타당성 신뢰성을 위해 각각 요인 분석과 신뢰도 분석을 시행하였다. 가설검증을 위해 회귀분석을 시행하였다. 실증 분석을 바탕으로 연구의 가설을 검증하고 결과를 정리하여 제안사항을 도출하였다. 연구 결과 첫째, 한국을 방문한 몽골 관광객들에 있어서도 제품 특성은 제품에 대한 호감도와 구매 의도의 정(+)의 효과가 있는 것으로 나타났다. 제품 특성이 좋으면 제품 호감도가 높아지고 제품에 대한 호감도 높아지면 구매 의도가 따라서 높아진다. 따라서 제품 특성을 높이기 위해 제품의 품질, 디자인, 가격, 유행 등 요소를 형상시키고 소비자에게 신뢰 되는 서비스를 제공해야 한다. 제품 특성을 형상시키고, 제품 호감도를 높이고, 구매 의도를 높이기 위해 믿음직한 상품, 유행하는 상품 및 다양한 할인 정책, 홍보, 정보 제공 등과 같은 마케팅을 통해 소비자들의 인식 전환 시킬 필요성이 있다. 돌째, 한국을 방문하는 몽골 관광객에 있어서도 제품에 대한 호감도와 구매 의도와의 관계에서 제품관여도가 조절 효과가 있는 것으로 나타났다. 특히 관여도가 낮은 집단이 높은 집단보다, 호감도가 높아질수록 구매 의도에 더 큰 정(+)의 영향을 미치는 것으로 나타났다. 관여도가 낮은 집단이 높은 집단에 비해, 호감도가 높아질수록 구매 의도에 더 큰 정(+)의 영향을 미치는 것으로 나타났다. 특히 관여도가 낮은 집단의 경우, 호감도가 낮으면 구매 의도가 관여도가 높은 집단에 비해 낮지만, 호감도가 높아질수록 구매 의도는 관여도가 높은 집단보다 구매 의도가 더 커짐을 보이고 있다. 따라서 한국의 관광업 종사자는 어떤 요인이 관여도를 결정하는지 분석하여, 한국 관광에 대한 관여도가 낮은 집단에 대해 호감도를 높일 수 있는 다양한 프로그램과 제도를 마련하여 실행할 필요가 있다. 셋째, 한국 방문하는 몽골 관광객에 있어서도 관광지 이미지도 호감도와 구매 의도와의 관계에서 조절 효과가 있는 것으로 나타났다. 특히 관광지 이미지가 낮은 집단이 높은 집단에 비해, 호감도가 높을수록 구매 의도에 더 큰 정(+)의 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 한국의 관광업 종사자는 어떤 요인이 관광지 이미지를 결정하는지 분석하여, 한국 관광에 대한 관광지 이미지가 낮은 집단에 대해 호감도를 높일 수 있는 다양한 서비스 및 프로그램과 제도를 마련하여 실행할 필요가 있다. 한편, 본 연구는 한국을 방문한 몽골인 관광객을 대상으로 분석하였으나, 관광객의 소비 행동은 나라마다 다를 것으로 예상된다. 따라서 한국을 방문하는 관광객을 나라별로 구분하여 비교하는 것도 의미 있는 연구가 될 것이다. 그리고 본 연구는 한국을 방문하는 몽골 관광객이 구매하는 상품의 유형을 구분하지 않고, 일반적인 상품의 품질 요인인 가격, 기능, 브랜드, 디자인 요소 등을 속성으로 연구하였다. 이러한 속성들은 상품의 유형 즉, 의류, 가전, 식음료, 약품, 특산물 등 상품의 유형에 따라 달라질 것으로 보인다. 따라서 향후에는 관광객이 구매하는 상품의 유형에 따라 품질속성과, 호감도, 구매 의도와의 관계를 비교 연구하는 것이 필요하다. 한편, 제품관여도와 관광지 이미지가 호감도와 구매 의도 간의 관계를 조절한다는 결과를 발견하였으나, 어떠한 요인이 관여도나 관광지 이미지를 결정하는지는 연구하지 않았다. 특히 관광지의 제품관여도는 일반적으로 상품 구매 시의 관여도와는 다른 요인들이 결정할 그것으로 예상하며 이에 관한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다. 제품관여도와 관광지 이미지의 차이를 보이는 집단의 특성에 대해 분석도 필요할 것으로 판단되며, 이러한 주제들은 추후 연구과제로 남기고자 한다.

다단계 DEA Model을 이용한 국내 지자체의 폐기물 소각장 운영 효율성 분석에 관한 연구

박덕순 한국공학대학교 융합기술에너지대학원 2023 국내박사

The rapid growth of domestic industries and urbanization in South Korea has led to a significant increase in industrial waste and urban waste, posing serious social issues as environmental concerns. Until recently, the domestic response to such waste has primarily relied on landfilling. However, difficulties in securing landfill sites, coupled with the contamination of soil and groundwater due to the leaching of hazardous components from landfill waste, have caused severe environmental pollution and secondary environmental problems. Moving away from landfill-centered waste management methods, incineration has now emerged as an essential method for handling municipal solid waste. In the metropolitan area, direct landfilling of municipal waste will be prohibited starting from 2026, while in other regions, it will be prohibited from 2030. As a result, various types of waste can be broadly categorized into recycling and incineration as the methods of choice for disposal. The 21st century has seen the emergence of environmental and energy challenges as global issues, with climate change, global warming, and carbon emissions reduction becoming essential for sustainable growth, future preservation of the global environment, and human survival, and energy policy has shifted to address these challenges. The European Union’s Circular Economy Action Plan, one of the components of the European Green Deal strategy, is a new agenda for achieving the sustainable economic growth that the EU seeks. The EU’s energy policy, which is being promoted as a way to achieve sustainable economic growth, is an energy transition policy that dramatically reduces greenhouse gas emissions along with climate policy to reach climate and carbon neutrality in 2050. In other words, energy independence is achieved by minimizing energy import dependence, which provides many implications for Korea’s energy policy, which is characterized by high energy import dependence. In addition, Goal 13 of the United Nations Sustainable Development Goals (UN-SDGs) calls for urgent action to combat climate change and its impacts, with the goal of strengthening adaptive capacity to climate-related hazards and natural disasters in all countries, and integrating climate change responses into national policies, strategies, and plans. The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) unanimously approved the IPCC Sixth Assessment Report (AR6) Comprehensive Report at its 58th Session (March 13 (Mon) to March 19 (Sun), Interlaken, Switzerland), emphasizing the urgency of integrated short-term climate action. The sections of long-term climate change, risks and responses in the report presents an assessment of climate change by 2100 under the phases of future socio-economic development, while the short-term response section highlights the importance of a climate resilient development pathway that integrates adaptation and mitigation actions towards sustainable development and provides options for assessing and scaling up adaptation and mitigation actions in the short term (by 2040). Policy changes in domestic resource management have also shifted to policies that are in line with the international goals of ‘sustainable consumption and production’ set forth by the UN-SDGs, and analyzing the operational efficiency of incineration facilities operated nationwide under the national policy framework that aims to achieve zero direct landfill of recyclable waste can be used as a basis for resource circulation policies. In addition, as for overseas DEA-related studies, output factors in terms of the energy consumption and productivity of incineration facilities from the perspective of resource circulation are mainly used, and it is important to analyze the efficiency of the operation characteristics of municipal incinerators in Korea as various cases of local governments have shown that the extra heat energy of incinerators generates economic added value from the perspective of resource circulation. This study conducted a three-step analysis of 67 incinerators in local governments, and summarizes the results as follows. First, in Step 1 Environmental Performance Analysis, the average efficiency level of overall efficiency was 0.877, which indicates that the level of incinerator operation is high, but there are 47 inefficiently operated incinerators with a ratio of 70.1%, which indicates that there are many incinerators that need to improve environmental performance and efficiency. The average efficiency level of 0.657 for overall efficiency in Step 2 Energy Utilization Analysis indicates a low level of incinerator operation, and the number of inefficiently operated incinerators is 57, which is about 85.1%, indicating that there are many incinerators that need to increase energy utilization in incinerator operation. Third, in Step 3 Total Efficiency, the total efficiency is the product of environmental performance efficiency and energy utilization efficiency, and the overall efficiency average of about 0.584 indicates somewhat low incinerator operation efficiency. The number of inefficient incinerators is about 94.0%, which indicates that there are many incinerators that need to increase the total efficiency of incinerator operation, and overall, there is a lot of room for improvement in the operation of municipal incinerators. The following summarizes the results of the Incinerator Management Matrix analysis. In Steps 1, 2, and 3 of the Incinerator Management Matrix, there are 36 to 37 incinerators in Quadrant 1 with high overall efficiency and high technical efficiency, representing a ratio of approximately 53.7 to 55.2%. Those in Quadrants 2 through 4 are 30 - 31 ones with high or low overall efficiency levels and high or low technical efficiency levels, representing a ratio of 44.8 to 46.3%. The proportion of incinerators with high overall efficiency and high technical efficiency in the Incinerator Management Matrix is 9 to 10% higher than the proportion of incinerators with low efficiency. The analysis of the Incinerator Management Matrix between the metropolitan area and the provinces shows that the number of incinerators with high overall efficiency and technical efficiency is 13.5% to 20.9% higher in the metropolitan area than in the provinces, which means that there are more inefficiently operated incinerators in the provinces than in the metropolitan area. The following would present the implications of this study. This study can be considered as a differentiated study in that it analyzes the efficiency of local government incinerator operation using a multi-stage DEA model, unlike the efficiency analysis of a single-stage DEA model with a simple input-output structure. In addition, as a differentiated research result in efficiency analysis, in the first step, the efficiency level of each incinerator is presented in terms of environmental performance of incinerator operation at a time when waste is increasing due to the rapid increase in waste due to the sophistication of domestic industry, and environmental problems caused by waste are becoming a serious social problem. In Step 2 Efficiency Analysis, in Korea as an energy-intensive country that relies mostly on imports for energy, energy resources are very important for national development, and the result of this study is differentiated in that it presented the efficiency level of energy utilization considering such energy utilization and aspects. In Step 3, this study presented the total efficiency level for each local government’s individual incinerator operation and could also identify the level of improvement for each incinerator at a glance by presenting the slack for input and output factors compared to the target. It is significant in that it suggests measures for efficiency improvement based on this. Therefore, in the 21st century, as environmental and energy issues have emerged as global issues, global warming due to climate change and carbon emission reduction are essential issues for sustainable growth, future global environmental preservation, and human survival. At a time when energy policies such as establishing a carbon-neutral economic system and a circular economy system are changed, the results of the operational efficiency analysis of local government incineration facilities operating nationwide can be used as the basis for resource circulation policies. Moreover, it can be highly significant in providing essential data for the efficient operation of local incineration facilities, considering the practical characteristics of enhancing environmental efficiency levels and energy utilization efficiency levels in the operation of these facilities. This efficiency analysis result can be extremely useful for the operation of local incineration facilities, as it offers fundamental information that can be utilized effectively. 국내 산업의 고도성장 및 도시화는 산업 폐기물, 도시 폐기물의 급속한 양적 증대를 가져와 환경 위해 요소로서 심각한 사회문제로 대두되고 있으며, 이러한 폐기물들에 대한 국내의 대응 방안은 최근까지 주로 매립에 의존했으나 매립지의 확보 상의 어려움과 더불어 매립 쓰레기의 유해 성분의 침출로 인한 토양 및 지하수의 오염으로 심각한 환경 오염을 일으키고 이로 인한 2차 환경 문제를 야기하고 있다. 이러한 매립 중심의 생활폐기물 처리 방법에서 벗어나 이제는 소각 방법이 필수적인 생활폐기물 처리 방법으로 대두되고 있으며 수도권의 경우는 2026년부터 생활폐기물 직매립이 금지되며 그 외 지역은 2030년부터 직매립이 금지됨에 따라 다양한 폐기물을 처리하는 방법은 재활용과 소각 방법으로 크게 구분할 수 있다. 21세기는 환경 및 에너지문제가 글로벌 이슈로 부각 되면서 기후변화로 인한 지구온난화현상, 탄소 배출감축 등은 지속 가능한 성장과 미래의 지구 환경보존, 인류의 생존을 위해서 필수적인 해결과제로 등장하였으며, 이러한 문제를 해결하기 위해 에너지 정책이 전환되었다. 유럽연합의 순환 경제 행동 계획은 유럽 그리 딜 전략을 추진하는 구성요소 중 하나로 유럽연합이 추구하는 지속 가능한 경제성장을 달성하는 데 필요한 새로운 의제이다. 지속 가능한 경제성장을 달성 하기 위한 방안으로 추진하고 있는 유럽연합의 에너지 정책은 기후정책과 함께 온실가스 배출을 획기적으로 감축하여 2050년 기후 및 탄소중립에 도달하는 에너지전환 정책이다. 즉, 에너지 수입의존도를 최소화하여 에너지자립을 달성하는 것으로 이는 에너지 수입의존도가 높은 특징을 가지고 있는 우리나라의 에너지 정책에 많은 시사점을 제공해 주고 있다. 또한 UN-SDGs(지속가능발전목표) 중에서 13번은 기후변화와 그로 인한 영향에 맞서기 위한 긴급 대응을 목표로 모든 국가에서 기후 관련 위험과 자연재해에 대한 적응 역량을 강화하고, 국가 정책, 전략, 계획과 기후변화 대응 방안 통합 등을 목표로 제시하고 있다. 기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)는 제58차 총회(3.13.(월)~3.19.(일)/스위스 인터라켄)에서 통합적인 단기 기후 행동의 시급성을 강조한 ‘IPCC 제6차 평가보고서(AR6) 종합보고서’를 만장일치로 승인했다. 이 보고서에서 장기 기후변화, 리스크 및 대응은 미래 사회경제 발전상에 따른 2100년까지의 기후변화에 대한 평가 결과를 제시했고, 단기 대응은 지속가능발전을 향한 적응 행동과 완화 행동을 통합한 기후 탄력적 개발(climate resilient development)경로의 중요성을 적시하고, 단기(2040년까지)에 적응과 완화 행동 옵션들을 평가하고 이를 확대 할 수 있는 방안을 제시하고 있다. 국내 자원관리에 대한 정책적 변화 또한 UN-SDGs(지속가능발전목표)에서 제시하는 ‘지속 가능한 소비·생산’이라는 국제적 목표에 부합하는 정책으로 전환되었으며, 재활용폐기물의 직매립률 제로화 달성을 목표로 삼고 있는 국가적 정책 기조에 따라 전국적으로 운영되고 있는 소각시설의 운영 효율성을 분석하는 것은 자원 순환 정책의 기초자료로 활용할 수 있다. 또한 해외 DEA 관련 연구의 경우 소각시설에 대한 자원 순환 관점의 에너지 소비나 생산성 측면의 산출 요인을 활용한 연구들이 주로 나타나고 있으며, 소각장의 여열 에너지가 자원 순환 관점에서 경제적 부가가치를 산출한다는 것이 다양한 지자체의 사례들이 발표되고 있는 상황에서 국내 지자체 소각장의 운영 특성에 관한 효율성을 분석하는 것은 중요한 의미가 있다. 본 논문은 지자체 67개 소각장에 대하여 3단계 분석을 하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째 1단계 환경성과 분석 결과 전반적 효율성(overall efficiency)의 평균효율성 수준이 0.877 정도로 나타난 점은 소각장 운영수준은 높은 편이나, 비효율적 운영 소각장이 47개로 70.1%의 비율로 나타난 점은 환경성과 효율성을 높여야 할 소각장이 많다는 것을 나타내고 있다. 2단계 에너지 활용성과 분석 결과 전반적 효율성(overall efficiency)의 평균효율성 수준이 0.657 정도로 나타난 점은 낮은 소각장 운영수준을 나타내고 있으며, 비효율적 운영 소각장이 57개로 약 85.1%의 비율로 나타난 점은 소각장 운영에 있어서 에너지 활용을 높여야 할 소각장이 많은 것을 나타내고 있다. 셋째 3단계 총 효율성은 환경성과 효율성 및 에너지 활용성과 효율성의 곱으로 나타난 분석 결과로 전반적 효율성 평균 0.584 정도로 나타난 점은 낮은 소각장 운영 효율성을 나타내고 있으며, 비효율적 운영 소각장이 63개로 약 94.0%의 비율로 나타난 점은 소각장 운영에 있어서 총 효율성을 높여야 할 소각장이 많은 것을 나타내고 있으며, 전반적으로 지자체 소각장 운영에 있어서 개선의 여지가 많음을 시사하고 있다. 다음은 소각장 관리매트릭스 분석 결과를 요약하면 다음과 같다. 소각장 관리매트릭스는 1, 2, 3단계에서 1사분면 소각장은 전반적 효율성도 높고 기술적 효율성이 높은 소각장으로 36~37개이며 약 53.7~55.2%의 비율을 나타내고 있다. 2~4사분면 소각장은 전반적 효율성 수준이 높거나 낮고, 기술적 효율성 수준도 높거나 낮은 소각장으로 30~31개이며 44.8~46.3%의 비율을 나타내고 있다. 이는 소각장 관리매트릭스에서 전반적 효율성도 높고 기술적 효율성도 높은 소각장이 그러하지 못한 소각장 비율보다 9~10% 높은 비율을 나타내고 있다. 수도권 대비 지방권 소각장 관리매트릭스 분석 결과 전반적 효율성과 기술적 효율성이 높은 소각장은 수도권이 지방권보다 13.5%~20.9%가 많음을 나타내고 있으며, 이는 지방권이 수도권보다 소각장 운영에 있어서 비효율적으로 운영되는 소각장이 많다는 것을 의미하고 있다. 다음은 본 연구 결과에 대한 의의를 제시하고자 한다. 본 연구 결과는 단순한 투입 대비 산출구조인 단일단계 DEA 모델 효율성 분석과는 달리 다단계 DEA 모델을 이용한 지자체 소각장 운영 효율성 분석이라는 점에서 본 연구는 차별화된 연구라 할 수 있다. 또한 효율성 분석에 있어서 차별화된 연구 결과로 1단계에서는 국내 산업의 고도화로 인한 폐기물의 급속한 증가에 따라 이에 대한 환경 문제는 사회적으로 심각한 문제로 야기되고 있으며, 이러한 시점에서 소각장 운영의 환경성과 측면에서 소각장별 효율성 수준을 제시한 점이다. 2단계 효율성 분석에서 우리나라는 에너지 다소비 국가이며 에너지는 대부분 수입에 의존하고 있는 국가로서 에너지 자원은 국가 발전에 있어서 매우 중요한 자원이며, 이러한 에너지 활용성과 측면을 고려한 에너지 활용 효율성 수준을 제시한 점은 본 연구의 차별화된 결과이다. 3단계 각 지자체 개별 소각장 운영에 대하여 총 효율성 수준을 제시한 점과 더불어 이상량(Target) 대비 투입 요소 및 산출 요소에 대한 과부족(slack)을 제시함으로 각 소각장별로 일목요연하게 개선 수준을 파악할 수 있으며. 이를 근거로 효율성 개선방안을 제시하고 있다는 점에서 상당한 의미가 있다. 따라서 21세기는 환경 및 에너지문제가 글로벌 이슈로 부각 되면서 기후변화로 인한 지구온난화현상, 탄소 배출감축 등은 지속 가능한 성장과 미래의 지구 환경보존, 인류의 생존을 위해서 필수적인 해결과제로서 이러한 문제를 해결하기 위해 탄소중립 경제체제, 순환 경제체제 확립 등 에너지 정책이 전환되는 시점에서 전국적으로 운영되고 있는 지자체 소각시설의 운영 효율성 분석 결과는 자원 순환 정책의 기초자료로 활용할 수 있다. 또한 지자체의 소각장 운영에 있어 환경적인 효율성 수준과 에너지 활용 효율성 수준을 높일 수 있는 현실적인 소각장 운영 특성이 반영된 효율성 분석 결과라는 점에서 지자체 소각장 운영에 있어서 매우 유용하게 활용될 수 있는 기초자료를 제공할 수 있다는 데서 큰 의의가 있다고 볼 수 있다.

알뜰주유소가 국제유가 및 유류세 변동시기에 휘발유 등 국내 유가에 미치는 효과 분석

정종영 한국공학대학교 융합기술에너지대학원 2024 국내박사

국문 요약 전세계 에너지에서 가장 비중이 크고 중요한 석유는 이제 온실가스 배출을 통한 온난화의 주범처럼 인식되고 있으며, 전세계적으로 유엔기후변화협약(UNFCCC)에 따른 NDC(Nationally Determined Contribution) 2030과 Net-Zero 2050 등을 통해 온실가스 규제의 결과로 석유소비를 감소시키는 쪽으로 움직이고 있다. 더불어 EU의 탄소국경조정제도(CBAM; Carbon Border Adjustment Mechanism)와 공급망실사법(CSSD; Corporate Sustainabiliey Due Diligence), 미국의 인플레이션감축법(IRA; Inflation Reduction Act) 등 선진국의 온실가스 감축 정책도 강화되고 있어 중장기적으로 전 세계 석유 수요는 감소할 것으로 예상되고 있다. 한편, IEA 2022 Outlook 등에 따르면 탄소중립을 위한 재생에너지 등 친환경에너지로의 전환 과정에서 상당 기간 석유가 차지하는 에너지원으로서의 중요성과 위상은 여전히 높을 것으로 예상된다. 특히, 현재와 같이 친환경에너지에 대한 투자가 확대되고 석유, 가스 등 화석에너지에 대한 투자가 지속적으로 감소하는 상황에서 전 세계적인 석유 수요가 감소하지 않는다면, 2020년대 이후 석유 수급의 균형이 깨지고 국제 유가의 변동성이 높아질 위험이 크다고 하겠다. 더불어, 최근에는 2018년 미중 갈등, 2020년 코로나 19 및 러시아-우크라이나 전쟁, 2023년 이스라엘-팔레스타인 분쟁 등과 같이 공급과 수요의 변화라는 경제적인 원인 외에도 중동 및 산유국들의 지정학적 위기로 인해 단기적으로 변동성이 높아지는 현상을 보여주고 있다. 국내적인 관점에서 석유는 국내 에너지원별 최종 소비에서 49.1%로 차지하는 가장 중요한 에너지원이다. 따라서, 국제유가 및 이로 인한 국내 석유제품 가격의 변화에 일반 소비자를 비롯하여 언론, 정치권 등의 관심이 높고 가격 변화의 시기와 폭에 대해서 민감한 반응을 보이고 있다. 해외에서 원유를 전량 수입하는 우리나라 정유회사들은 1997년 유가 자유화 이후 2001년 이후부터는 두바이유 가격이 아닌 국제 석유제품 가격인 싱가포르 석유제품 가격을 반영하고 있다. 따라서 국내 석유제품 가격은 기본적으로 국제 원유가격과 같은 방향으로 움직이는 경향이 있지만, 싱가포르 석유제품 가격에 연동하기 때문에 국제 원유가격 상승 및 하락 과정에서 변화의 폭과 속도가 다르게 나타날 가능성이 있다. 특히, 국제 원유 및 석유제품 가격이 상승하는 고유가 시기에는 국내 휘발유와 디젤 가격이 빠르게 상승하고 하락할 때는 천천히 하락한다는 비대칭성(Rockets and Feathers) 논란이 제기되면서, 4대 정유사의 과점 체계인 국내 석유 유통시장에 대한 비판과 함께 구조적인 개선이 필요하다는 주장이 지속하여 제기되어 왔다. 이와 관련하여, 정부는 국제유가가 급격히 상승했던 2011년‘석유 시장 투명성 제고 및 경쟁 촉진 방안’을 수립‧발표하고, 기존 농협, 도로공사, 자영폴 주유소로 구성된 알뜰주유소를 도입하였다. 알뜰주유소 정책은 SK에너지, GS칼텍스와 같은 기존 4대 정유사와 계약하지 않고 자체 상표로 운영하는 자영폴 이외에, 또 하나의 시장참여자를 도입함으로써 과점 체계를 완화하고 가격 경쟁을 활성화하기 위한 것이다. 2011년 말 처음 도입되어 정부의 적극적 지원을 통해 확대되어온 알뜰주유소는 2022년 말 기준 1,305개로 전체 11,144개 주유소 중 11.7%, 누적 판매물량으로는 전체 주유소의 20.9%를 차지하고 있다. 이러한 알뜰주유소가 국내 석유 시장에 경쟁을 강화하고 비대칭성을 해소하는데 실질적으로 기여했는지 다양한 연구들이 있었지만 아직 결론을 내리기에는 이른 감이 있다. 알뜰주유소 확대 이외에도, 대표적인 정부의 고유가 대책 중 하나로 추진되었던 것이 유류세 인하 정책이다. 유류세는 국내 석유제품 가격의 40% 내외를 차치하는데, 고유가 시기에는 정부가 유류세를 인하하여 가격 안정을 유도하곤 하였다. 최근에는 두 차례 유류세를 인하한 바 있는데, 2018년 10월에 유류세를 인하한 뒤 2019년 4월에 인하폭을 축소한 후 2019년 9월 유류세를 원상 복귀시켰으며, 코로나19 이후인 2021년 11월에 유류세를 20% 인하한 후 여러 차례에 연장하였다. 하지만 이와 같은 유류세 인하기간의 알뜰주유소의 역할에 대한 평가는 충분히 이루어지지 않았다. 이와 같은 석유제품 가격의 비대칭성 유무 및 원인에 대해서 해외에서도 1990년대부터 많은 관심과 연구가 이루어졌다. Bacon(1991)이 영국 시장을 대상으로 한‘Rockets and Feathers' 연구를 발표한 이후, 유럽과 미국, 캐나다 등에서 유사한 연구가 다수 수행되었다. 이와 같은 국제 원유 또는 석유제품 가격에 대한 주유소 판매가격의 비대칭성 여부에 대해서는 결과가 일치하지 않았는데, 이는 분석대상과 표본, 연구 방법의 차이 등에서 기인하는 것으로 추정된다. 국내에서도 나인강(2002), 문영석‧김영덕(2004), 오선아‧허은녕(2007) 등 외에도 많은 연구가 이루어졌지만, 비대칭성 존재 여부에 관해서는 해외 연구와 마찬가지로 결과가 일치하지 않고 있다. 국내에서의 연구는 대부분 오차수정모형을 통해 이루어졌다는 것이 특징적이다. 한편, 알뜰주유소 도입 효과에 대해서 정준환(2013), 김남제‧김형건(2023) 등은 알뜰주유소 도입으로 직‧간접적 가격 인하 효과가 있다고 분석한다. 유류세 인하가 주유소 판매가격에 미치는 영향에 대한 연구는 장희선(2021), 최봉석(2023) 등을 통해 최근에 이루어지기 시작하였다. 이와 관련, 김남제‧김형건(2023)은 알뜰주유소 정책과 유류세 인하가 비대칭성을 약화한다는 결론을 제시하였다. 본 연구에서는 과거 대부분의 연구가 가격 비대칭성의 존재 여부에 대해서 중점적으로 이루어진 것과 달리, 고유가 시기에 비대칭성을 완화하기 위하여 추진되었던 알뜰주유소 정책이 비대칭성 완화에 효과가 있는지 여부와 함께 유류세 인하에 따른 가격 안정화에 얼마나 기여하고 있는지 등 알뜰주유소를 중심으로 정책효과를 실증적으로 분석하는 데 중점을 두었다. 이를 위해, 국제유가 변화와 유류세 인하라는 외생적 충격이 석유 시장에 발생했을 경우, 그 이전에 비해 알뜰주유소가 휘발유와 경유 등 국내 석유제품 가격 비대칭성에 미치는 영향이 어떻게 달라지는지를 분석해 보고, 농협, 고속도로, 자영폴 등으로 알뜰주유소의 세부 구성 주체별로 영향을 구분하여 분석하였다. 먼저, 국제유가의 변동성이 국내 주유소의 휘발유와 경유 가격의 비대칭성에 미치는 영향을 분석하면서, 정유사별 주유소에 대한 공급가격과 소비자 판매가격의 비대칭성에 대해서도 함께 분석하였다. 이를 위해, 2008년 1월부터 2023년 6월까지 총 791주의 주간 자료를 사용하여 오차수정모형(Error Correction Model)을 사용하여 분석하였다. 국제유가는 우리나라가 수입하는 대표 유종인 두바유 가격이 아니라 싱가포르 현물시장 가격(MOPS)을 사용하였는데, 이는 2001년 이후 국내 정유사들이 국내 휘발유 및 경유 가격을 싱가포르 현물시장 가격을 기준으로 결정하고 있기 때문이다. 분석 결과, 싱가포르 현물시장 가격 및 정유사 공급가격 변동에 대해서 국내 전체 주유소의 가격을 분석대상으로 할 때 시간적‧양적 비대칭성이 뚜렷이 발견된다고 할 수 없었다. 휘발유의 경우, 싱가포르 제품가격이 상승하거나 하락할 때, 시간적으로 대칭이며 양적으로는 조정 기간의 누적 금액 차이는 있지만 전체적으로 볼 때 대칭적으로 조정된다고 할 수 있다. 다만, 경유에 대해서는 시간적으로는 대칭이지만 양적으로는 대칭적이라 할 수 없는 것으로 분석되었다. 이러한 결과는 장기간을 분석하는 경우 비대칭이 해소된다는 기존 연구와 일치 한다. 다만 경유가 양적 비대칭이 존재하는 이유로는 국내 석유시장의 특징으로 설명할 수 있다. 경유는 일반 승용차보다는 승합차, 트럭 등 상업용 차량에 많이 쓰여 판매물량이 휘발유보다 약 1.5배 많고, 이들 차량에 대한 유가보조가 이루어지고 있으며, 일반 자가용 소비자들과 언론의 관심이 상대적으로 적어 정유사 및 주유소들에서 국제가격 또는 정유사 판매가격과 비대칭적으로 가격을 책정하는 것에서 그 이유를 추정할 수 있다. 특히, 국내시장을 과점하고 있는 4대 정유사들에 대한 개별적 분석 결과를 함께 볼 때, 휘발유의 경우 국제가격과 정유사 공급가격에 대한 전체 주유소의 인상 폭보다 정유사폴 주유소의 인상 폭이 더 큰 것으로 나타났다. 이는, 국내 전체 주유소의 가격에는 정유사폴 주유소의 가격 이외에 알뜰주유소의 가격이 포함된 것으로 알뜰주유소가 가격의 하락 시 더 많이 인하하여 전체적으로 가격 인하 효과가 나타나는 것으로 추정된다. 반면, 경유는 반대의 결과를 나타내는데, 이는 경유의 특성상 자가용 승용차보다는 승합차, 트럭 등 대형 차량이 많아 도로공사 알뜰주유소 등의 알뜰주유소의 구성주체별로 가격 인상여부에 대해 더 자세히 분석해볼 필요가 있음을 시사한다. 둘째, 유류세 변동 시기에 알뜰주유소가 국내 유가에 미치는 효과 분석을 위해, 2018년과 2021년 유류세 인하 기간 동안 알뜰주유소와 정유사폴 주유소의 가격 변화, 그리고 자영, 농협, 고속도로 등 알뜰주유소의 세부 구성 주체별 판매가격 변화를 오차수정모형과 다중회귀분석을 통해 분석하였다. 2018년 유류세 인하 효과 분석을 위해서 2018년 11월부터 2019년 12월까지 총 59주 동안의 주간 가격, 2021년 유류세 인하 기간 분석을 위해서 2021년 11월부터 2023년 6월까지 총 86주간 주간 가격을 대상으로 분석을 진행하였다. 일반 정유사폴 주유소와 알뜰 오차수정모형을 통해 비교 분석한 결과, 2018년과 2021년 유류세 인하 기간 동안 알뜰주유소가 정유사폴 주유소보다 대체로 판매가격을 더 인하하였고, 싱가포르 현물가격 변동을 보다 더 빨리 판매가격에 반영하였다. 한편, 알뜰주유소 구성 주체별로 유류세 인하기간 동안 휘발유, 경유 등 석유제품 판매가격의 변화를 다중회귀모형을 통해 분석한 결과, 유류세 인하 시기에 휘발유, 경유 모두에 대해 자영폴 알뜰주유소는 다른 주유소에 비해 추가로 가격을 더 저렴하게 책정한 반면, 농협과 고속도로 알뜰주유소는 전체적으로 다른 주유소에 비해 저렴하게 판매했지만 특정한 기간에는 알뜰주유소임에도 다른 정유사폴 주유소보다 오히려 가격이 더 높은 경우도 있었다. 이러한 결과의 배경에는 농협 알뜰주유소가 조합형태로 운영되고 고속도로 알뜰주유소가 한국도로공사에서 운영하기 때문에 분산된 자영 알뜰주유소보다 조합원과 기업의 수익을 우선하여 가격을 책정하고, 특히 고속도로 알뜰주유소는 입지의 특성으로 경쟁의 강도가 상대적으로 작기 때문으로 추정된다. 이번 연구를 통해 국내 석유제품 시장의 가격 비대칭성을 해소하기 위한 정책의 일환으로 도입된 알뜰주유소의 효과를 직간접적으로 확인할 수 있었다. 알뜰주유소가 도입된 지 12년이 된 시점에서 확인한 국내 석유제품 가격은 국제 유가의 변화에 대칭적으로 조정되고 있는 것으로 분석되었다. 이러한 분석 결과는 최근 정준환(2013), 김남제‧김형건(2023)의 연구에서 확인된 바와 같이, 알뜰주유소 도입 이후 직‧간접적 가격 인하 효과가 있었으며 국내 석유시장 가격의 비대칭성을 약화시킨다는 결론과 일맥상통하며, 알뜰주유소 정책이 효과가 있다는 것을 나타내주고 있다. 또한, 유류세 인하 효과에 대해서도 장희선(2021)의 연구에서 확인된 바와 같이 알뜰주유소가 일반 주유소에 비해 유류세 인하를 가격에 더 많이 반영한다는 결과와 동일한 분석결과가 나타나는 등 알뜰주유소 정책의 효과성이 확인되었다고 할 수 있다. 다만, 이번 연구에서 추가로 분석한 바와 같이 알뜰주유소 구성 주체별로 유류세 인하 효과가 다른 것을 감안하여, 향후 알뜰주유소 정책의 변화 또는 조정을 추진하는 과정에서 알뜰주유소 구성 주체별로 다른 접근법을 고려해볼 필요가 있을 것으로 생각된다. ABSTRACT Economic analysis of the ‘Al-tteul' gas station's effect on domestic retail price during the period of change in global oil price and fuel tax cut by Jong Yung, Jung Advisor : Prof. Lee, Byung Yoon, Ph.D. Course for Energy(Policy Course) Graduate School of Convergence Technology & Energy Tech University of Korea The most significant and crucial oil in global energy system is now considered as a main source of greenhouse gas emissions and global warming. Consequently, global efforts are under way to reduce petroleum consumption by means of greenhouse gas regulations, such as Nationally Determined Contributions(NDC) for 2030 and Net-Zero 2050, pursued by the United Nations Framework Convention on Climate Change(UNFCCC). Additionally, OECD countries are reinforcing their greenhouse gas reduction policies, including the European Union's Carbon Border Adjustment Mechanism (CBAM) and Corporate Sustainability Due Diligence (CSSD) as well as the United States' Inflation Reduction Ac (IRA). As a result, it is expected that global petroleum demand will decrease in the medium and long term. Meanwhile, according to the IEA 2022 Outlook, during the transition to eco-friendly energy, such as renewable energy, or energy transition for achieving carbon neutrality, petroleum is likely to play a substantial role in the energy mix during the extended period of energy transition towards environmentally friendly energy system. Especially with the ongoing expansion of investments in eco-friendly energy and the decline in investments in fossil fuels like oil and gas industry, if global oil demand doesn't decrease despite these circumstances, there's a significant risk of disrupting the balance in oil supply and consumption and leading to increased volatility in global oil prices. Recent events such as the 2018 US-China trade tensions, the 2020 COVID-19 pandemic, the Russia-Ukraine conflict, and the 2023 Israel-Palestine dispute have shown increased volatility due to geopolitical crises in the Middle East and oil-producing nation in additon to economic factors influencing changes in supply and demand From the domestic perspective, petroleum stands as the most crucial energy source, accounting for 49.1% of final consumption among domestic energy sources. Consequently, there's strong attention from various stake holders such as the general consumers, media, and politicians regarding fluctuations in global oil prices and domestic petroleum product prices. South Korean refining companies, heavily reliant on imported crude oil, are setting the prices based on Singapore petroleum product prices other than Dubai crude oil prices since 2001 following the liberalization of oil prices in 1997. Therefore, domestic petroleum product prices can move to differing rates and speeds of change during fluctuations in global crude oil prices. Particularly during periods of rising global crude and petroleum product prices, there have been disputes about the asymmetry known as "Rockets and Feathers," meaning rapid increases in domestic gasoline and diesel prices during price hikes and slower decreases during price drops. This debate has continuously brought with criticisms regarding the dominance of the four major oil companies in South Korea's petroleum market, advocating for structural improvements in the market system. The Korea Government announced the 'Enhancement of Petroleum Market Transparency and Promotion of Competition' in 2011, during a period of sharp increases in global oil prices. They introduced discount gas stations known as "Al-tteul" stations, which comprised of NH gas stations, Korea Expressway corporation's gas stations, and independently owned gas stations other than existing four major oil companies such as SK Energy and GS Caltex. The policy aimed to mitigate market dominance and stimulate price competition by introducing another player operating under independent price policies and business strategies. Introduced initially at the end of 2011 and subsequently expanded with active government support, Al-tteul gas stations accounted for 1,305 out of a total of 11,144 gas stations, comprising 11.7% of the gas stations and 20.9% of market share in terms of cumulative sales volume as of 2022. While various studies have explored whether these Al-tteul gas stations have indeed intensified competition in the domestic petroleum market and alleviated asymmetry, it's still premature to make definitive conclusions. In addition to Al-tteul gas stations, another important government policy was to reduce fuel taxes accounting for around 40% of domestic petroleum product prices. During periods of high oil prices, the government has often reduced fuel taxes for price stability. There have been two instances of fuel tax adjustments in recent times in October 2018 and in November 2021 post-COVID-19. There hasn't been yet a comprehensive assessment of the role of Al-tteul gas stations during these periods of fuel tax adjustments. There has been considerable interest and research globally regarding the asymmetry and causes of price changes in petroleum products since the 1990s, After Bacon's(1991) study on asymmetry named 'Rockets and Feathers' in the UK market, similar research has been conducted in Europe, United States, Canada, and other countries. Studies examining the asymmetry between global oil prices, petroleum product prices and retail prices do not have same conclusions, likely due to differences in the datas and methodologies employed. In South Korea, besides studies by Naingang (2002), Moon Young-seok and Kim Young-deok (2004), Oh Sun-a and Heo Eun-nyeong (2007), numerous studies have been conducted, but, similar to international research, the existence of asymmetry has yielded inconsistent results. Notably, most domestic studies have utilized Error Correction Models to find asymmetry in the domestic market. Meanwhile, there also has been studies focusing on the effects of introducing Al-tteul gas stations. Researchers like Jung Jun-hwan (2013), Kim Nam-je and Kim Hyeong-geon (2023) analyzed that there were direct and indirect price reduction effects due to the Al-tteul gas stations. Studies examining the impact of fuel tax reduction on gas station prices have been made more recently, such as those by Jang Hee-sun (2021) and Choi Bong-seok (2023). In relation to this, Kim Nam-je and Kim Hyeong-geon (2023) concluded that Al-tteul gas station policy and fuel tax reduction mitigate asymmetry. This study primarily focuses on empirically analyzing the policy effects of Al-tteul gas stations, based on the most of past researches that primarily examined the existence of price asymmetry. Instead, it emphasizes investigating whether Al-tteul gas stations, which was introduced to mitigate asymmetry, indeed contributes to reducing asymmetry. It also examines the extent to which this policy contributes to price stabilization following fuel tax reductions. To achieve this, the study analyzes how the impact of Al-tteul gas stations on the asymmetry of domestic petroleum product prices differs when exogenous shocks like changes in global oil prices and fuel tax reductions affect the petroleum market. It further dissects the influence on discount gas stations based on their specific types, such as NH gas stations, Korea Expressway Corporation's gas stations, and independently owned stations. Firstly, while analyzing the impact of the volatility in global oil prices on the asymmetry of domestic gasoline and diesel prices at gas stations, this study also examined the asymmetry between supply prices of each oil companies to gas stations and consumer retail prices. To do so, it utilized weekly data from January 2008 to June 2023, employing an Error Correction Model (ECM) for analysis. The study used Singapore Mean of Platts Singapore (MOPS), not Dubai crude oil prices, as the measure for global oil prices, reflecting the fact that since 2001, South Korean refinery companies have been setting domestic gasoline and diesel prices on the Singapore spot market prices The analysis shows that when considering the prices in the Singapore spot market and the fluctuations in the supply prices of petroleum products, it couldn't be conclusively stated that there was a clear temporal and quantitative asymmetry when analyzing the prices of all domestic gas stations. Regarding gasoline, when the Singapore product prices either increased or decreased, there appeared to be temporal symmetry, with some cumulative differences in amounts during adjustment periods. However, overall, it could be seen as symmetrically adjusted. However, for diesel, while there was temporal symmetry, it couldn't be considered quantitatively symmetric. This finding aligns with previous research indicating that asymmetry diminishes when analyzing over longer periods. However, the existence of quantitative asymmetry in diesel can be explained by the characteristics of the domestic petroleum market. Diesel is utilized more in commercial vehicles such as vans and trucks than in regular passenger cars, with sales volumes about 1.5 times higher than gasoline. There are fuel subsidies for these vehicles, and there is relatively less attention from both the general consumers and the media, which might lead to the estimation that oil companies and gas stations adjust prices asymmetrically in comparison to international prices or refinery selling prices. In particular, when looking at individual analyses of the four major oil companies dominating the domestic market, it was observed that for gasoline, the increase in prices at the gas stations of these companies exceeded the overall gas station increase based on global and refinery prices. This suggests that the prices at the overall gas stations include not only those of the major oil companies but also those of discount stations, which tend to reduce prices more when there's a decrease, resulting in an overall price reduction effect. Conversely, diesel shows the opposite result, indicating the need for a more detailed analysis of the pricing increases among different categories of Al-tteul gas stations such as Korea Expressway Corporation's gas station catering to large vehicles like buses and trucks compared to private cars, given the nature of diesel being more used in larger vehicles than in private cars." Secondly, this study conducted an analysis of price changes between Al-tteul gas stations and general gas stations as well as price changes among Al-tteul gas stations such as independent privately-owned stations, NG gas stations and Korea Expressway Corportaion's gas station during periods of fuel tax reduction in 2018 and 2021. This analysis was conducted using Error Correction Models and Multiple Regression Analysis. For the analysis of the 2018 fuel tax reduction effect, weekly prices over a total of 59 weeks from November 2018 to December 2019 were considered. For the analysis of the 2021 fuel tax reduction period, weekly prices over a total of 86 weeks from November 2021 to June 2023 were analyzed. Through Error Correction Models, the analysis revealed that Al-tteul gas stations generally decreased their selling prices more than the other gas stations affiliated with 4 major oil refinery companies during the periods of fuel tax reduction in 2018 and 2021. Additionally, Al-tteul gas stations adapted more quickly to fluctuations in Singapore's spot market prices and adjusted their selling prices accordingly. Moreover, an analysis of changes in the selling prices of petroleum products such as gasoline and diesel during the fuel tax reduction period for different entities of Al-tteul gas stations through Mutiple Regression Models revealed that that Independent Al-tteul gas stations set even lower prices compared to other type of Al-tteul gas stations for both gasoline and diesel during the fuel tax reduction period. However, while NH gas stations and Korea Expressway Corportion's gas stations generally sold their products at lower prices than other gas stations, there were specific periods where these stations set prices higher than 4 other oil company-affiliated gas stations. This discrepancy might be attributed to the nature of NH gas stations and Korea Expressway Corportion's gas stations, which prioritize the profits of members and enterprises. Moreover, it is presumed that Korea Expressway Corportion's gas stations, due to the nature of their locations, face relatively lower competition intensity, influencing pricing strategies. In this study, ithe effects of Al-tteul gas stations, which was introduced as part of Government policies to mitigate the price asymmetry in the domestic petroleum product market, was found directly and indirectly. The analysis indicates that domestic petroleum product prices, observed twelve years after the introduction of Al-tteul gas stations, are being adjusted symmetrically in response to changes in globall oil prices. These findings align with previous research by Choi Jun-Hwan (2013) and Kim Nam-Je & Kim Hyeong-Geon (2023), confirming that since the introduction of Al-tteul gas stations, there has been a direct and indirect effect of price reduction. This conclusion is in line with the idea that Al-tteul gas stations have mitigated the asymmetry in domestic petroleum market prices, suggesting the effectiveness of Government policies. Furthermore, the analysis shows similar results to the findings in Jang Hee-Seon's research (2021), indicating that, in the context of fuel tax reductions, Al-tteul gas stations tend to reflect these reductions more significantly in their prices compared to other oil company-affiliated gas stations. This reaffirms the effectiveness of Al-tteul gas station policies. However, considering the differential effects of fuel tax reductions among the various types of Al-tteul gas stations, as identified in this study, it might be necessary to contemplate different approaches for each entity when considering future changes or adjustments in Al-tteul gas station policies.

에너지 절감형 상/고압 스프레이 행크 염색기 및 면 행크 소재를 위한 염색공정 특성에 관한 연구

이기열 한국공학대학교 융합기술에너지대학원 2025 국내박사

국내 염색가공 분야는 선염 단계에서 염색되는 원면(staple fiber), 톱(top), 토 우(tow)와 실(yarn) 형태인 치즈(cheese) 및 행크(hank) 염색이 있으며, 후염 단계 에서 염색되는 원단(fabric) 및 양말/티셔츠와 같은 완제품 형태로 염색이 되는 가먼트(garment) 염색이 진행되고 있지만, 타 산업에 비해, 에너지 소비량 및 폐 수, 폐기물 발생량 해결을 위해 지속적인 노력이 필요한 분야이다. 국내 염색산 업 경쟁력 향상을 위해, 친환경 염색공정 및 사용되는 유틸리티(용수, 전기 및 스팀)의 사용량을 줄일 수 있는 에너지 절감형 염색설비와 염색공정 표준화에 대한 연구개발이 필요하다고 생각된다. 현재 국내 행크 염색기 분야는 천연섬유의 경우는 국내에서 연구 개발된 상압용 행크 염색기가 적용되고 있으며, 폴리에스터 소재가 포함된 합성섬유의 경우는 해외에 서 수입된 행크 염색기를 소재에 따라서 상압용, 고압용 2가지의 형태로 적용이 되고 있다. 그러나 최근 고가의 섬유제품에 적용되는섬유소재 트랜드(trend)는다양한 소재 가 혼합된 형태로, 특히 폴리에스터 소재의 비중이 높아지면서 고압상에서 염색이 되 는 조건들이 요구되고 있다. 따라서 다양한 행크실 염색을 하나의 염색기에서 염색을 진행하고, 에너지 절감형 이면서, 염색변수에 대한 모니터링화가 가능하고, 특히 국내 탄소발자국 정책에 부 합이 되는 스팀, 용수 및 전력 사용량을 체크하고 모니터링 할 수 있는 스프레이 방식의 행크 염색기를 개발하고자 한다. 개발된 행크 염색기를 활용하여, 천연섬 유(면, 울), 합성섬유(폴리에스터, 아크릴)로 구성된 행크 실의 에너지 절감, 품질향 상이 가능한 표준 염색공정을 개발하고자 한다. 본 연구에서는 에너지 절감형 상/고압 스프레이 기능을 보유할 수 있도록 행 크 염색기 부분에서는 기능별 H/W Units 4가지(염색기 본체 및 베이스 프레임 Unit, 도어 개폐 자동(Opening & closing) Unit, 열 공급 및 냉각 열교환 Unit, 염료, 조제/약품 공급/투입 및 혼합 탱크 Unit)와 기능별 S/W Units 3가지(염액 순환/분사 스프레이 Unit, 안전 제어 Unit, 제어 모니터링 통합 Unit)를 연구개발 하고, 또한 신기술 2가지(행크 소재 벌키량 조절 기술, 액비 절감형 튜브 설치 기술)를 추가로 개발해서 벌크 규모의 상/고압 스프레이 행크 염색기를 구축하 였다. 현재 가장 일반적으로 널리 사용되고 있는 천연섬유 2종(면, 울 행크 실) 과 합성섬유 2종(폴리에스터, 아크릴 행크 실)의 표준 생산공정을 구축하였다. 본 연구는 국내에서 최초로 에너지 절감형 상/고압 스프레이 행크 염색기와 와 천연섬유 행크 실과 합성섬유 행크 실의 표준 생산공정에 대한 실증 연구로 서 의미가 매우 크다고 생각된다. 설비와 공정에 대한 2가지 연구를 짧은 기간 동안 동시에 진행이 되어서 더욱더 다양한 섬유소재에 대한 표준 염색공정을 확보하기에는 부족한 부분이 있다고 생각되나, 향후 지속적인 설비의 보완과 더욱더 다양한 섬유소재에 대한 표준 염색공정 데이터 확보를 위한 연구를 활 용하여 국내 행크 염색기와 염색공정의 에너지 절감형 기술과 표준화 기술에 대하여 좋은 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

LDA 알고리즘을 활용한 비정형 빅데이터 기반 기술사업화 토픽 모델링 분석에 관한 연구

송건호 한국공학대학교 융합기술 에너지대학원 2023 국내박사

빅데이터가 여러 산업에서 다양한 기술에 활용되면서 데이터 분석 기술도 빠르게 발전하고 있다. 방대한 비정형 데이터를 기업경영에 활용해야 하는 것을 피해 갈 수 없는 시대가 되었다. 산업의 대변화는 2016년 1월 스위스 다보스 포럼에서 슈바프가 4차 산업혁명을 제시하면서 빅데이터, 인공지능, 사물인터넷(IoT), 블록체인, 3D 프린터, 바이오산업, 로봇 등 새로운 기술에 의한 신산업 창출을 예견하였는데, 모든 산업에서 그 현상이 나타나고 있다. 이처럼 밀려오는 기술의 대변혁에 맞서서 신기술을 선점하고, 사업화하는 것은 국가 산업경쟁력에 있어서 중요한 부분이다. 본 연구의 목적은 비정형 빅데이터를 기술사업화에 활용되기 위해서 기술사업화 연구논문 및 뉴스 데이터를 기반으로 토픽 모델링 분석하였다. LDA 알고리즘을 활용하여 토픽 모델링 분석한 결과를 통해서 기술사업화연구 동향 및 시사점을 찾아내어 기술사업화에 빅데이터를 활용하는 사업화 모델링 및 프로세스 개발 등의 연구에 도움이 되기 위한 목적이 있다. 연구 방법은 2000년부터 2022년까지 23년간 한국학술정보원의 RISSI에 등록된 학술지 및 학위논문에서 기술사업화 관련 논문 768건을 수집하여 701건을 대상으로 분석하였고, 한국언론문화재단에서 운영하는 뉴스 비정형 데이터 시스템인 빅카인즈(BIGKinds)를 이용하여 40,172건을 수집하여 36,022건을 대상으로 분석하였다. 넷마이너(NetMiner) 프로그램을 활용하여 LDA알고리즘 기법의 토픽 모델링 분석을 수행하였다. 시대별로 학위논문 1기 5개 토픽, 2기 6개 토픽, 3기 5개 토픽을 개발하였고, 언론보도 1기 5개 토픽, 2기 5개 토픽, 3기 5개 토픽을 개발하여 총 31개의 토픽 그룹과 주요 키워드가 도출되어 연도별 추세변화를 분석하였다. 토픽 모델링 분석 결과를 바탕으로 관련 토픽과 키워드 양상의 변화에서 다음과 같이 다섯 가지의 시사점을 도출했다. 첫째, 기술사업화 학문연구 동향에서 찾은 시사점으로, 기술사업화 연구는 20년의 짧은 기간 동안 정부의 정책개발, 법과 제도 개선, 기술 가치평가와 기술거래 시장 창출, 국가 R&D 사업화와 기술이전에 대한 활성화, 기술공급 주체자로 공공연구기관과 대학의 역할, 기술창업의 활성화 등에 관한 연구의 성과가 정부 정책의 발굴과 제도 개선에 도움이 되었고, 학문적인 위치를 굳히게 되었다. 둘째, 기술사업화 언론보도 동향에서 찾은 시사점은 기술사업화 관련 법과 제도 개선을 추진한 정부가 공공기술 자원을 보유하고 있는 정부 출연연구원과 대학을 활용하였다는 점이 뚜렷이 나타나는 것을 언론보도 분석에서 정부지원과 대학의 출연 빈도로 가장 높은 것에서 알 수 있다. 대전시와 대덕 과학기술 특구, KIST가 출연 빈도가 높은 것도 이곳이 기술사업화정책 시행의 지역적 기반이 되었음을 시사한다. 또한, 중앙일간지에 비해서 경제지와 지방지에서 기술사업화 보도가 차이 나게 많이 나타난 것은 기술사업화가 지역으로 활성화되었음을 의미하고 있음을 보여준다. 셋째, 학문연구논문과 뉴스 빅데이터를 비교하면 출현 빈도가 높은 핵심 키워드가 유사했다. 도출된 토픽의 주제가 유사한 점과 정책을 시행하는 기관 중심의 언론보도가 많았다. 점차 기업에서 수행하고 있는 기술사업화 관련 보도가 증가하는 추세로 볼 때 기술사업화가 활성화되고 있음을 시사하고 있다. 넷째, ‘기술사업화’를 키워드로 수집한 빅데이터로 토픽 모델링을 분석한 결과는 기술사업화 프로세스 단계별 요소가 핵심 키워드를 이루거나, 세부 요소들이 핵심 키워드로 군집화되고 네트워크를 형성되는 것은 발견되지 못했다. 빅데이터의 활용은 마케팅 등 기업경영에서 도입되고 있으나 공학적인 구현을 위해서는 기술사업화 전주기에 대한 정형화된 데이터와 비정형 데이터의 복합적인 모델링 관한 연구가 필요함을 시사한다. 다섯째, 기술사업화 정책에 대한 시사점으로 정부의 기술사업화정책은 기술개발, 기술공급 주체, 기술이전 및 기술창업 등 기술사업화를 촉진하는 정책이 이루어졌음을 알 수 있었다. 핵심 단어의 출현 빈도 분석에서 기업, 사업, 정부 지원, 자원, 기술, 사업화, 중소기업, 창업 등이 연구논문과 언론보도에서 동일하게 5위 이내의 높은 빈도로 나타났으며, 도출된 토픽 주제가 정부 정책에 크게 벗어나지 않았다는 점에서 정부 정책이 사회로 투영되고 있음을 시사하고 있다. 본 연구의 후속 연구를 위한 제언 사항은 다음과 같다. 첫째, 기술사업화 모델링에 빅데이터가 활용되기 위해서 프로세스 단위별 핵심 요소를 키워드로 하는 세분화가 필요하다. 둘째, 비정형 빅데이터가 기술사업화에 의미 있게 활용되기 위하여 데이터 정제과정의 세밀함이 필요하다. 기술이 상품으로 시장에 진입하여 새로운 수요자를 만나기 위해서는 여러 단계의 프로세스와 세부 요소별 주체들의 관계 속에서 이루어지기 때문이다. 셋째, 기술사업화는 기술의 생존 주기에 따른 여러 네트워크가 형성되어 상시 피드백의 활동을 하고 있다. 프로세스 단계별 피드백, 요소와 요소 간에 일어나는 피드백 등 피드백의 반응이 모두 지식화된 정형, 비정형 데이터로 이루어진 네트워크라는 점에서 기술사업화 지식 네트워크 연구가 요구된다.