온실가스 배출저감 정책수단이 제조업의 생산성에 미치는 영향

노동운,강윤영,신정수 에너지경제연구원 2004 에너지경제연구원 연구보고서 Vol.2004 No.-

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 있 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

산업부문 온실가스 감축 및 에너지절약 잠재량 추정(Ⅰ) : 시멘트산업

노동운 에너지경제연구원 2005 연구보고서 Vol.2005 No.12

1. 연구필요성 및 목적 시멘트산업은 철강, 석유화학과 함께 우리나라의 대표적인 에너지 다소비산업으로서 지속적인 에너지 절약 정책 추진 결과 에너지 효율은 세계적으로 높은 수준에 이른 것으로 알려지고 있다. 교토의정서 이후의 온실가스 감축 의무부담 협상에서 우리나라의 지속가능한 의무부담 수준을 결정하기 위해서는 온실가스 감축 잠재량 파악이 선행되어야 할 필요가 있다. 온실가스 감축 의무이행에 대비하여 정부나 산업계 역시 감축목표를 효과적으로 달성할 수 있는 전략을 수립할 필요가 있다. 본 연구의 목적은 상향식 최적화 모형(MARKAL)을 이용하여 우리나라 시멘트 산업의 온실가스 감축 및 에너지 절약 잠재량을 추정하는 것이다. 분석기간은 2001년부터 2041년까지이며 기준안에 대비 신기술 도입, 슬래그 시멘트 생산 및 페타이어 사용 확대, 탄소세 및 에너지세 도입, 연료 가격 상승 등의 시나리오가 가져다 줄 잠재량을 추정하게 된다. 또한 시멘트산업의 온실가스 한계감축비용을 추정하고 시나리오별 온실가스 감축에 소요될 시스템 비용을 추정하며 가상적인 온실가스 감축목표를 비용 효과적으로 달성할 수 있는 전략을 분석하게 된다. 2. 내용 요약 기준안의 경우 시멘트 제조 공정별 기술 경쟁력은 분석기간에 별다른 변화를 보이고 있지 않으나 일부 공정에서 변화되는 경우도 있다. 석회석 조쇄 공정에서는 2020년대 중반까지 impact crusher가, 2026년부터는 cone crusher가 경쟁력을 갖게 되며 냉각 공정에서는 2011년 이후 planetary cooler가 reciprocating grate cooler의 경쟁력을 상회하는 것으로 나타났다. 신기술 도입 시나리오의 경우 예열 및 소성공정에서 advanced burner tip이 2011년부터 NSP킬른의 경쟁력을 상회하며 2036년부터는 태양열 소성방식이 경쟁력을 확보할 전망이다. 시멘트 분쇄공정의 세 종류의 신기술(polycom roller mill, horomill, high performance separator)은 모두 기술 경쟁력을 갖지 못할 것으로 분석되었다. 슬래그 시멘트 확대, 고유가 및 석탄가격 상승 시나리오는 모두 기준안의 기술 경쟁력과 비슷한 결과를 나타내고 있다. 시멘트산업의 에너지 소비는 2001년의 168.3PJ(4,039천TOE)에서 2041년에 205.2PJ(4,925천TOE)에 이르러 연평균 0.5% 증가할 것으로 전망된다. 유연탄 소비는 연평균 0.5%, 전력은 0.2% 증가하며 유연탄 비중은 2001년의 74.2%에서 2041년에는 75.5%로 상승하지만 전력의 비중은 14.5%에서 12.9%로 소폭 낮아질 전망이다. 신기술 도입시 에너지 절약 잠재량은 최고 16.5%에 이르며 유연탄과 전력의 절약이 가장 큰 폭으로 이루어질 전망이다. 슬래그 시멘트 생산확대(20%)시 에너지 절약 잠재량은 최고 6%에 이르며 절약은 모든 에너지원에서 발생될 것으로 전망된다. 탄소세($300/TC)나 에너지세($300/TOE) 도입시 에너지 절약 잠재량은 극히 미미한 수준(0.1%)에 그치며 석유가격과 석탄가격의 상승(100%)은 에너지 절약에 전혀 기여하지 못하는 반면 전력가격 상승(100%)은 미미한 수준(0.1%)이나마 에너지 절약에 기여한 것으로 분석된다. 시멘트산업의 온실가스 배출량은 2001년의 10,490천톤에서 2041년에는 13,030천톤으로 연평균 0.54% 증가할 전망이다. 신기술 도입시 온실가스 배출량은 기준안에 비해 최고 6.7% 감축 잠재량이 발생되는데 이는 예열 및 소성공정의 advanced burner tip과 태양열 소성 킬른(solar lime kiln)의 도입에 의한 효과에서 기인한 것이다. 슬래그 시멘트 비율 확대시 온실가스 배출량은 최고 6.3% 감소하며 폐타이어 사용 비율 확대(유연탄 소비의 30%)시 온실가스 배출량이 1.2% 감축할 것으로 전망된다. 탄소세와 에너지세를 도입하면 온실가스는 최고 0.01%의 감소에 그칠 것으로 전망된다. 석탄가격이나 석유 1. Research Purpose The cement industry is one of energy intensive industries such as petrochemical and steel industry. The energy efficiency of cement industri is high comparing with oversea's cement industries'due to the enforcement of energy conservation policies. Korean government has to analyze the emission reduction potential of energy systems to decide the participation in post-Kyoto commitment. The purpose of this research is to estimate the potential to reduce greenhouse gas emission and to conserve energy consumption in cement industry. The bottom-up optimization model of MARKAL is used to estimate the potential based on several scenarios like introduction of new technologies, substitution of used-tires for bituminous coat enlargement the use of mixed cement(slag-cement), introduction of carbon tax and energy tax, increase of fuel prices. The analysis period is from 2001 until 2041. The marginal abatement cost(MAC) of greenhouse gas in cement industry is estimated. Finally, the several cenarioes are ranked on cost effectiveness to achieve the artificial emission reduction target. 2. Summary The competitiveness of technologies in each process is not changed except for two processes of crushing and cooling process in baseline scenario. The impact crusher has competitiveness over other technologies until 2026, but cone crusher has better advantage over impact crusher after 2026. The plena tory cooler has higher competitiveness than reciprocating grate cooler after 2011 in cooling process In case of new technologies, the advanced burner tip in kiln process has competitiveness over NSP kiln after 2011, but the solar lime kiln has the highest advantage after 2036. All three new technologies(polycom roller mill, horomill, high performance separator) in cement crushing process have no competitiveness over the incumbent technologies. The technology competitiveness in other scenarioes is similar to the competitiveness of baseline case. The energy demand in baseline scenario will increase from 168.3PJ(4,039 thousand TOE)in 2001 to 205.2PJ(4,925 thousand TOE) in 2041. The bituminous coal consumption increases by 0.5% annually, and electricity consumption increases by 0.2% annually. The share of bituminous coal will increase from 74.2% in 2001 to 75.5% in 2041, but the electricity share will decrease to 12.9% in 2041 from 14.5% in 200l. The highest energy consumption reduction potential in new technology scenario is 16.5% compared with the energy consumption in baseline scenario. The potential is estimated 6% for slag cement scenario(substitution of slag cement up to 20% for portland cement) and 0.1% potential for carbon tax($300/TC) and energy tax($300/TOE) scenario. The price increase of oil and coal by 100% does not have any potential to conserve energy consumption, but the electricity price increase by 100% has tiny potential(0.1 %) for energy conservation. The greenhouse gas emisson increases 10,490 thousand tons in 2001 to 13,030 thousand tons in 2041 in baseline scenario. The highest emission reduction potential of new technology scenario is 6.7% due to the introduction of advanced burner tip and solar lime kiln. The potential for slag cement is 6.3% and 1.2% for substitution of used tires scenario(substitution of used tires up to 30% for bituminous coal). The carbon tax and energy tax scenario have tiny potential of 0.01% to reduce GHG emission. The price increase of electricity have small potential of 0.02%, but the price increase of oil and coal do not have any potential. The energy consumption per cement produced(energy/cement intensity) decreases from 0.07(TOE/ton) in 2001 to 0.065(TOE/ton) in 2041. The greenhouse gas intensity per cement also decreases from 0.181(ton/ton) to 0.171(ton/ton) in 2041. The system cost of new technology and used tire scenarios will decrease, but the cost of slag cement scenario will increase slightly compared with baseline scenario. The carbon tax will incr

온실가스 배출저감 정책수단이 제조업의 생산성에 미치는 영향

노동운,강윤영,신정수 에너지경제연구원 2004 연구보고서 Vol.2004 No.12

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 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

저탄소 경제시스템 구축 전략 연구 : 지역별 저탄소 경제시스템 개발

노동운,김수이,안재호,정선영,김은영 에너지경제연구원 2009 연구보고서 Vol.2009 No.12

아시아 시장의 석유산업 전망과 우리의 대응방안-중동지역 포함-(정책연구자료93-05)

노동운 에너지경제연구원 1993 에너지경제연구원 정책연구자료 Vol.1993 No.-

미래 수소경제 실현을 위한 기반구축 연구

노동운,심성희,조상민,정선영,김은영 에너지경제연구원 2009 에너지경제연구원 연구보고서 Vol.2009 No.-

저탄소 경제시스템 구축 전략 연구

노동운,김수이,안재호,정선영,김은영 에너지경제연구원 2009 에너지경제연구원 연구보고서 Vol.2009 No.-

저탄소 경제 시스템 구축 전략 연구

노동운,오인하 에너지경제연구원 2010 에너지경제연구원 연구보고서 Vol.2010 No.-

2016년 기후변화협약(UNFCCC) 다자평가 대응방안 연구

노동운,김길환 에너지경제연구원 2016 에너지경제연구원 수시연구보고서 Vol.- No.-

산업부문 온실가스 감축 및 에너지절약 잠재량 추정(Ⅰ)

노동운 에너지경제연구원 2005 에너지경제연구원 연구보고서 Vol.2005 No.-

1. 연구필요성 및 목적 시멘트산업은 철강, 석유화학과 함께 우리나라의 대표적인 에너지 다소비산업으로서 지속적인 에너지 절약 정책 추진 결과 에너지 효율은 세계적으로 높은 수준에 이른 것으로 알려지고 있다. 교토의정서 이후의 온실가스 감축 의무부담 협상에서 우리나라의 지속가능한 의무부담 수준을 결정하기 위해서는 온실가스 감축 잠재량 파악이 선행되어야 할 필요가 있다. 온실가스 감축 의무이행에 대비하여 정부나 산업계 역시 감축목표를 효과적으로 달성할 수 있는 전략을 수립할 필요가 있다. 본 연구의 목적은 상향식 최적화 모형(MARKAL)을 이용하여 우리나라 시멘트 산업의 온실가스 감축 및 에너지 절약 잠재량을 추정하는 것이다. 분석기간은 2001년부터 2041년까지이며 기준안에 대비 신기술 도입, 슬래그 시멘트 생산 및 페타이어 사용 확대, 탄소세 및 에너지세 도입, 연료 가격 상승 등의 시나리오가 가져다 줄 잠재량을 추정하게 된다. 또한 시멘트산업의 온실가스 한계감축비용을 추정하고 시나리오별 온실가스 감축에 소요될 시스템 비용을 추정하며 가상적인 온실가스 감축목표를 비용 효과적으로 달성할 수 있는 전략을 분석하게 된다. 2. 내용 요약 기준안의 경우 시멘트 제조 공정별 기술 경쟁력은 분석기간에 별다른 변화를 보이고 있지 않으나 일부 공정에서 변화되는 경우도 있다. 석회석 조쇄 공정에서는 2020년대 중반까지 impact crusher가, 2026년부터는 cone crusher가 경쟁력을 갖게 되며 냉각 공정에서는 2011년 이후 planetary cooler가 reciprocating grate cooler의 경쟁력을 상회하는 것으로 나타났다. 신기술 도입 시나리오의 경우 예열 및 소성공정에서 advanced burner tip이 2011년부터 NSP킬른의 경쟁력을 상회하며 2036년부터는 태양열 소성방식이 경쟁력을 확보할 전망이다. 시멘트 분쇄공정의 세 종류의 신기술(polycom roller mill, horomill, high performance separator)은 모두 기술 경쟁력을 갖지 못할 것으로 분석되었다. 슬래그 시멘트 확대, 고유가 및 석탄가격 상승 시나리오는 모두 기준안의 기술 경쟁력과 비슷한 결과를 나타내고 있다. 시멘트산업의 에너지 소비는 2001년의 168.3PJ(4,039천TOE)에서 2041년에 205.2PJ(4,925천TOE)에 이르러 연평균 0.5% 증가할 것으로 전망된다. 유연탄 소비는 연평균 0.5%, 전력은 0.2% 증가하며 유연탄 비중은 2001년의 74.2%에서 2041년에는 75.5%로 상승하지만 전력의 비중은 14.5%에서 12.9%로 소폭 낮아질 전망이다. 신기술 도입시 에너지 절약 잠재량은 최고 16.5%에 이르며 유연탄과 전력의 절약이 가장 큰 폭으로 이루어질 전망이다. 슬래그 시멘트 생산확대(20%)시 에너지 절약 잠재량은 최고 6%에 이르며 절약은 모든 에너지원에서 발생될 것으로 전망된다. 탄소세($300/TC)나 에너지세($300/TOE) 도입시 에너지 절약 잠재량은 극히 미미한 수준(0.1%)에 그치며 석유가격과 석탄가격의 상승(100%)은 에너지 절약에 전혀 기여하지 못하는 반면 전력가격 상승(100%)은 미미한 수준(0.1%)이나마 에너지 절약에 기여한 것으로 분석된다. 시멘트산업의 온실가스 배출량은 2001년의 10,490천톤에서 2041년에는 13,030천톤으로 연평균 0.54% 증가할 전망이다. 신기술 도입시 온실가스 배출량은 기준안에 비해 최고 6.7% 감축 잠재량이 발생되는데 이는 예열 및 소성공정의 advanced burner tip과 태양열 소성 킬른(solar lime kiln)의 도입에 의한 효과에서 기인한 것이다. 슬래그 시멘트 비율 확대시 온실가스 배출량은 최고 6.3% 감소하며 폐타이어 사용 비율 확대(유연탄 소비의 30%)시 온실가스 배출량이 1.2% 감축할 것으로 전망된다. 탄소세와 에너지세를 도입하면 온실가스는 최고 0.01%의 감소에 그칠 것으로 전망된다. 석탄가격이나 석유가격 상승은 온실가스 감축에 전혀 기여하지 못하는 반면 전력가격 상승은 온실가스 감축에 소폭(0.02% 감축) 기여하는 것으로 분석된다. 에너지/시멘트 원단위는 2001년의 0.07(TOE/톤)에서 2041년에는 0.065에 이르러 분석기간에 6.5% 개선되며 온실가스 집약도(온실가스/시멘트) 역시 2001년의 0.181(톤/톤)에서 2041년에는 0.171에 이르러 3.1% 개선될 것으로 전망된다. 폐타이어 사용 확대와 신기술 도입 시나리오의 비용은 기준안의 비용에 비해 대부분의 분석기간에서 감소하며 슬래그 시멘트 확대의 소요비용은 소폭 증가할 것으로 분석된다. 탄소세 부과시 시멘트산업의 비용은 50% 이상 증가하고 에너지세 부과는 탄소세 비용 상승폭의 1/3 수준에 그치고 있다. 신기술 도입은 상당한 수준의 온실가스 감축 및 에너지 절약 잠재량을 갖고 있으면서 기준안에 비해 오히려 비용이 감소하는 시나리오이다. 폐타이어 사용 확대 역시 마이너스 비용으로 온실가스 감축을 실현할 수 있어 신기술 도입과 함께 최선의 정책수단으로 평가된다. 슬래그 시멘트 확대는 소폭의 비용 상승으로 온실가스 감축과 에너지 절약을 달성할 수 있어 온실가스의 비용효과적인 감축수단은 폐타이어 사용 확대와 신기술 도입 및 슬래그 시멘트 확대에 국한될 것으로 예상된다. 탄소세 및 에너지세 부과는 온실가스 감축 및 에너지 절약에 기여하는 수준이 미미한 반면 비용 상승폭은 막대하다는 점에서 도입시 시멘트 산업에 큰 부담으로 작용할 것으로 분석된다. 탄소세 부과수준의 변경과 온실가스 배출량에 대한 상한설정 방법을 통한 한계비용 추정결과 우리나라 시멘트산업의 온실가스 한계감축비용 (MAC)은 약 $200/TC 수준으로 추정된다. 이와 같은 높은 한계비용은 그동안 추진된 에너지 절약대책의 효과에 의한 것으로 풀이된다. 가상적인 온실가스 감축목표(기준안 대비 0.01% 감축)를 달성하는데 가장 비용 효과적인 수단은 폐타이어 사용 확대와 신기술 도입으로 분석된다. 폐타이어 사용 확대와 신기술 도입은 기준안 대비 각각 $1.62백만과 $0.34백만의 비용이 적게 소요(온실가스 한계감축비용은 각각 -$190/TC와 -$40.2/TC)되어 오히려 마이너스 비용으로 온실가스를 감축할 수 있는 대안으로 평가된다. 슬래그 시멘트 확대를 통해 감축목표를 달성할 경우 시스템 비용은 $0.03백만$(한계비용 $3.37/TC)의 소폭 상승에 그치며 전력 가격은 50% 상승해야 하며 이 경우 시스템 비용은 $667 백만 상승(한계비용 $237/TC)할 것으로 분석된다. 에너지세 도입(한계비용 $266/TC)은 $2,380백만의 비용 증가를 발생시키며 탄소세 도입(한계 비용 $300/TC)은 가장 큰 폭의 비용 상승($6,595백만)을 유발시켜 우선 순위가 가장 낮은 수단으로 평가된다. 3. 연구결과 및 정책제언 우리나라 시멘트산업의 온실가스 한계감축비용($200/TC)은 온실가스 감축규모가 소폭 증가해도 급상승하는 특징을 지니고 있다. 따라서 온실가스 감축에는 막대한 비용이 소요될 것으로 예상된다. 폐타이어 사용 확대와 신기술 도입은 기준안에 비해 온실가스 감축을 마이너스 비용으로 달성할 수 있는 최선의 정책수단이다. 시멘트산업계가 온실가스 감축을 경영전략에 포함시키고 비용 최소화원칙에 충실한다면 온실가스 감축과 에너지 절약을 동시에 달성할 수 있는 수단이 시장에 빠르게 도입될 것으로 예상된다. 따라서 정부는 이러한 수단이 도입되는데 장애가 되는 요인을 제거하는 정책을 수립해야 하며 필요할 경우 인센티브나 규제를 도입할 필요가 있다. 슬래그 시멘트 확대도 낮은 비용으로 온실가스 감축과 에너지 절약을 달성할 수 있기 때문에 포틀랜드 시멘트 수요를 슬래그 시멘트로 대체할 수 있는 잠재력을 개발하는 것이 중요한 과제라고 할 수 있다. 탄소세나 에너지세 도입은 온실가스 감축이나 에너지 절약에 기여하는 정도가 극히 낮으며 신기술 도입을 촉진시키는 역할 역시 낮은 것으로 평가된 1. Research Purpose The cement industry is one of energy intensive industries such as petrochemical and steel industry. The energy efficiency of cement industri is high comparing with oversea's cement industries'due to the enforcement of energy conservation policies. Korean government has to analyze the emission reduction potential of energy systems to decide the participation in post-Kyoto commitment. The purpose of this research is to estimate the potential to reduce greenhouse gas emission and to conserve energy consumption in cement industry. The bottom-up optimization model of MARKAL is used to estimate the potential based on several scenarios like introduction of new technologies, substitution of used-tires for bituminous coat enlargement the use of mixed cement(slag-cement), introduction of carbon tax and energy tax, increase of fuel prices. The analysis period is from 2001 until 2041. The marginal abatement cost(MAC) of greenhouse gas in cement industry is estimated. Finally, the several cenarioes are ranked on cost effectiveness to achieve the artificial emission reduction target. 2. Summary The competitiveness of technologies in each process is not changed except for two processes of crushing and cooling process in baseline scenario. The impact crusher has competitiveness over other technologies until 2026, but cone crusher has better advantage over impact crusher after 2026. The plena tory cooler has higher competitiveness than reciprocating grate cooler after 2011 in cooling process In case of new technologies, the advanced burner tip in kiln process has competitiveness over NSP kiln after 2011, but the solar lime kiln has the highest advantage after 2036. All three new technologies(polycom roller mill, horomill, high performance separator) in cement crushing process have no competitiveness over the incumbent technologies. The technology competitiveness in other scenarioes is similar to the competitiveness of baseline case. The energy demand in baseline scenario will increase from 168.3PJ(4,039 thousand TOE)in 2001 to 205.2PJ(4,925 thousand TOE) in 2041. The bituminous coal consumption increases by 0.5% annually, and electricity consumption increases by 0.2% annually. The share of bituminous coal will increase from 74.2% in 2001 to 75.5% in 2041, but the electricity share will decrease to 12.9% in 2041 from 14.5% in 200l. The highest energy consumption reduction potential in new technology scenario is 16.5% compared with the energy consumption in baseline scenario. The potential is estimated 6% for slag cement scenario(substitution of slag cement up to 20% for portland cement) and 0.1% potential for carbon tax($300/TC) and energy tax($300/TOE) scenario. The price increase of oil and coal by 100% does not have any potential to conserve energy consumption, but the electricity price increase by 100% has tiny potential(0.1 %) for energy conservation. The greenhouse gas emisson increases 10,490 thousand tons in 2001 to 13,030 thousand tons in 2041 in baseline scenario. The highest emission reduction potential of new technology scenario is 6.7% due to the introduction of advanced burner tip and solar lime kiln. The potential for slag cement is 6.3% and 1.2% for substitution of used tires scenario(substitution of used tires up to 30% for bituminous coal). The carbon tax and energy tax scenario have tiny potential of 0.01% to reduce GHG emission. The price increase of electricity have small potential of 0.02%, but the price increase of oil and coal do not have any potential. The energy consumption per cement produced(energy/cement intensity) decreases from 0.07(TOE/ton) in 2001 to 0.065(TOE/ton) in 2041. The greenhouse gas intensity per cement also decreases from 0.181(ton/ton) to 0.171(ton/ton) in 2041. The system cost of new technology and used tire scenarios will decrease, but the cost of slag cement scenario will increase slightly compared with baseline scenario. The ca