막으로 효율성과 형평성 측면에서의 환경정책의 순위는 Ⅳ 장에 수록하였다.
[그림 1] 차선의 세계에서 환경비용
한계 저감비용
세간 상호작용 효과
세수환원효과
세수환원효과 부재 정책
세수환원효과 정책
최선의 세계
저감량 자료: Goulder (1995)
연료 대체효과, 최종 생산 연료 대체효과, 기술유인효과와 같은 일차적 환경비용 뿐만 아니라 세간 상호작용효과, 세수입 환원효과 등 이차적 환경비용을 고려하 여 환경정책을 효율성 측면과 형평성 측면에서 실증적으로 평가한다. 이를 위해 산업, 에너지 그리고 소득계층이 세분화된 연산가능일반균형 모형을 구축하였다.
본 연구에서 구축된 연산가능일반균형 모형의 구조는 유승직 (2004)에 자세히 설 명되어 있어 여기서 자세한 설명은 생략하기로 한다. 기존의 연구 조경엽(2000), 김영덕 ․ 조경엽(2003) 등과 달리 본 모형은 NOx 오염물질은 소득계층의 효용을 감소시킨다고 가정하였다. 더욱이 본 연구에서는 환경정책에 따른 기술도입을 명 시적으로 모형에 반영하고 있다. 따라서 본 장에서는 본 모형의 주요한 특징에 국한하여 설명하기로 한다.
2.1. 소득계층별 효용함수
본 모형의 소득계층은 5분위로 구성된다. 소득계층별 소비자는 주어진 가처분 소득이라는 시점 간(inter-temporal) 예산제약조건 하에서 시점 간 효용을 극대화 한다. 계층별 효용함수는 다음과 같이 시간에 대해 분리 가능한 CES 함수로 가정 하였다. Carbone et al. (2004)와 같이 계층별 효용은 환경오염 물질 배출량과 비 례하여 감소하다고 가정하였다.
Max
C,H− L Uw, t(Zw, t) =
Σ
t = 0∞
tZw, t1−θ
1−θ − φw(NOxt ), (1)
s.t.
Zw, t = [ α (KCw, t)ρ + (1− α )(Lw, t)ρ 1/ρ] , (2) φw (NOxt ) = υw, 0 Γηw , tNOxt. (3)여기서 는 시간에 대한 할인율을 의미하며, 1/θ 는 시점 간 대체탄력성을 나
에 따라 배출량이 달라진다. 따라서 NOx 배출에 환경세가 부과되면 기업은 신기술을 도입함으로써 환경세 부담을 줄이려는 행위를 취하기 때문에 국지적 오염물질을 분석 대상으로 하는 연구는 신기술 도입효과를 명시적으로 모형에 반영하는 것이 중요하다.
타낸다. 하첨자 w는 소득계층을 대변한다. Lw, t는 소득계층별 여가시간을 의미한 다. 따라서 총 할당된 시간을 Hw, t이라고 가정할 때 소득계층별 노동시간은 Hw, t−Lw, t된다. 계층별 복합소비재화(Zw, t)는 자본과 소비재의 복합재화 K Cw, t 와 여가의 CES 함수로 구성된다는 것을 의미한다. K Cw, t의 복합단계와 소득계 층별 예산제약조건에 대한 설명은 생략하기로 한다.5)
계층별 효용은 환경오염물질량에 따른 비효용과 분리 가능하다고 가정하였다.
이는 복합소비재화 Zw, t의 변화가 환경오염 물질의 변화와 직접적으로 관련되지 않는다는 의미를 내포하고 있다. νw, 0는 기준 연도에 한 단위 감축에 대한 한계가 치(marginal value of abatement)를 의미하며, Γw, t는 t연도의 계층별 소득을, η는 환경오염물질 저감에 대한 소득탄력성을 의미한다. NOxt는 총 NOx 배출량을 의 미한다. 따라서 NOx로 인한 비효용은 소득수준에 의해 영향을 받는다. 본 연구에
서 η 1 라고 가정하였다. 따라서 소득이 증가할수록 한 단위 오염물질 감축에
대한 한계가치가 감소한다. 그러나 기준연도의 한 단위 감축에 대한 한계가치 νw, 0는 저소득층이 상대적으로 낮지만 시간이 지날수록 점차 고소득층의 한계가 치에 수렴하게 된다.
2.2. NOx 오염물질 배출과 신기술 도입
NOx 배출량은 에너지 종류와 용도에 따라 다르다. 따라서
j
를 산업용, 수송용, 발전용, 난방용을 대변한다고 가정할 때, 가계와 생산부문에서 소비되는 각 에너 지와 NOx 배출과의 관계를 수식으로 표현하면 다음과 같다.Efe, j, t = Ef e, j, t + NO xfe, j, t . (4)
여기서 하첨자 fe는 석탄, 천연가스, 휘발유, 경유, 등유, 중유, LPG 등 NOx를
5) 유승직(2004) 참조.
배출하는 화석연료를 대변한다. Efe, j, t는 j 용도로 사용된 fe화석연료로서 NOx 가 배출되기 전의 에너지를 의미한다. 따라서 Efe, j, t는 j용도의 fe 화석연료와
NOxfe , j, t와의 복합재화로 간주할 수 있다. 위와 같이 환경오염물질과 에너지의
복합단계를 레온티에프 함수로 정의하는 이유는 NOx 배출은 에너지와 특정한 배 출계수로 고정되어 있기 때문이다. 그러나 NOx와 같이 국지적인 오염물질은 어 떤 기술을 사용하느냐에 따라 동일한 에너지 량을 소비하더라도 더 적은 오염물 질을 배출할 수 있다. 따라서 에너지원별 NOx 배출은 다음과 같이 정의 된다. 수 식의 반복을 피하기 위해 석탄에 국한하여 설명하기로 한다.
NO xfe , j, t = wf e, jEfe, j , t (1−A NO xf e, j, t) , (5) ANOxfe,j,t = αfe
Afe ,j,t wfe,jEfe,j,t
γ . (6)
여기서
w
fe , j은j
용도로 사용된 연료 fe의 NOx 배출계수를 의미한다.ANO x
fe, j, t는 신기술 도입으로 인해 감소하는 NOx 배출량 비율을 의미한다.식 (6)에서
α
fe 는 신기술의 효율성을 나타내며, γ는 기술함수의 곡선도 (curvature)를 나타내는 모수이다.A
fe , j, t는 신기술에 대한 지출로 정의된다.Goulder et al.(1999)와 같이 신기술에 대한 투자는 단지 노동투입으로 결정된다고 가정하였다.6)
기업의 비용 최소화문제와 소비자의 효용극대화 문제는 에너지에 대한 지출비 용, 오염물질에 대한 비용(예를 들어 배출권 거래가격), 기술도입 비용 등이 고려 되어 결정된다. 여기서 산업의 에너지 수요, NOx 배출량 수준 및 신기술 도입수
6) 신기술의 발전이 자본 집약적으로 발전하고 있기 때문에 노동 보다는 자본의 단위로 결정된다고 가정하는 것이 보다 합리적일 수 있다. 본 연구에서는 환경세수입이 근로 소득세를 인하하는 방향으로 사용된다고 가정하고 있다. 따라서 노동투입으로 결정된 다고 가정하는 경우 세수입 환원효과로 인한 신기술 도입효과가 보다 강하게 나타날 수 있다.
준에 대한 비용 최소화 문제에 국한 하여 설명하면 다음과 같다.
Min Pfe, j, t Efe, j, t + PNOx, j, t NOxfe, j, t + Pl, tAfe, j, t , (7) s.t. NO xfe , j, t = wf e, jEfe, j , t (1− ANO xf e, j, t) , (8) s.t. ANOxfe, j , t = αfe
Af e, j, t wfe, jEfe, j, t
γ . (9)
여기서 결정변수는 Efe , j, t, NOfe , j, t, 그리고 Afe , j, t가 된다. 비용 최소화 문제 의 일차조건은 에너지 소비의 한계비용과 NOx 한 단위 구매비용(저감비용)과 기 술의 한계도입비용이 일치하는 점에서 결정된다. 결국 기술도입의 한계비용이 환 경세와 일치할 때까지 신기술이 도입된다.
마지막으로 각 기업의 NOx 배출량은 환경정책목표에 의해 제약을 받게 된다.
배출량 제약식은 환경정책에 따라 상이한 모습을 보이게 된다. 모든 산업이 톤당 동일한 저감비용을 지불하는 환경세, 배출권 거래제, 연료세 등은 총 배출량에 다 음과 같은 제약이 부과 된다.
NOxt= χ˜tNOxt. (10)
NOxt는 환경규제 후의 총 배출량을 의미하고, χt는 배출 허용비율을 나타내 며, N Ox˜t는 환경규제 전의 배출량을 의미한다. 환경세와 배출권 거래제와 달리 연료세의 경우는 신기술 도입 인센티브가 발생하지 않기 때문에 기술제약 식(9)가 부과되지 않는다. 따라서 제약식 (10)이 만족될 때까지 연료에 대한 세금이 인상 된다.
반면 배출권 거래제가 없는 총량규제와 기술규제 하에서는 산업별 배출량에 제 약이 부과된다. 따라서 각 산업은 개별적으로 저감목표를 달성하는 것과 동일하 다. 이를 수식으로 설명하면 다음과 같다.
NOxi, t= χi, t
Σ
NOx˜i, fe, t. (11)NOxi, fe, t는 환경규제 후의 i부문이 fe연료를 소비함으로써 배출하는 NOx 배
출량을 의미고, NO˜i, fe , t는 환경규제 전의 배출량을 의미한다. 기술규제의 경우 각 산업의 저감량은 신기술도입으로 인한 저감량과 일치한다는 추가적인 제약조 건이 첨부된다.
2.3. 정부부문
정부는 법인세, 근로 소득세, 관세, 수입상품세, 부가가치세를 부과하여 수입을 얻고 이를 정부의 소비지출과 가계 이전으로 사용한다. 환경세가 부과되면 추가 되는 환경세 세수입은 근로 소득세를 인하함으로써 정부의 재정균형이 달성 되도 록 하였다. 총 세수입( Φt)이 총지출( Γt)과 일치되도록 환경 세수입만큼 근로 소 득세 ( τ'l,t)가 내생적으로 결정되도록 하였다.
Φt = Γt . (12)
2.4. 입력자료
본 모형의 입력 데이터는 2000년도를 기준년도로 하여 ｢산업연관표｣, ｢도시가 계연보｣, ｢국세통계연보｣, ｢기업경영분석｣, ｢한국통계연감｣, 기존 연구 등 다양한 자료로부터 수집되었다. 기업경영분석과 도시가계연보는 표본조사에 기초하여 발 간하는 자료이기 때문에 거시 데이터와 일관성을 유지하는 것이 중요하다. 이를 위해 기업경영분석과 도시가계연보의 미시자료로부터 산업별 생산 및 투입, 소득 계층별 소득 및 소비의 비중을 거시 데이터에 적용함으로서 일관성을 유지하도록 하였다. 법인세, 근로 소득세, 및 소비세등도 기업경영과 도시가계연보에서 도출 한 비중을 국세통계연보의 거시 데이터에 적용하여 세분화하였다. 이와 같이 도
출한 입력 데이터는 SAM 테이블로 요약할 수 있다.7)
본 연구에서는 NOx와 관련된 입력자료 만을 수록하기로 한다. <표 1>은 NOx 배출계수와 에너지전환계수 및 배출량을 보여주고 있다. NOx 배출량을 구하기 위해서는 산업연관표의 에너지소비액과 에너지통계연보의 에너지소비량이 일치하 도록 하는 에너지전환계수를 도출해야한다. <표 2>와 같이 에너지소비량이 도출 되면 국립환경연구원에서 발간하는 배출계수를 곱하여 신업별 에너지원별 NOx 배출량을 도출된다. 에너지원별로 살펴보면 수송용 경유가 45.978261 ㎏/TOE로 가장 높은 배출계수를 보이고 있으며, 다음으로 산업용 석탄이 16.515152 ㎏/TOE 로 높은 수준을 보이고 있다. 반면에 휘발유는 사용 용도에 상관없이 NOx를 전 혀 배출하지 않고 있다. 이와 같이 추정된 배출량을 살펴보면 석탄으로부터 약 48만 톤, LNG로부터 3만 9천 톤, 경유로부터 약 42만 톤, 등유로부터 6만 톤, 중 유로부터 약13만 톤이 발생하여 총 배출량은 약 113만 7천 톤에 달한다.8)
<표 1> 에너지원별 ․ 용도별 NOx 배출계수 및 에너지전환계수
(단위: ㎏/TOE) 난 방 산 업 수 송 발 전 배출량 (톤) 에너지전환계수
(천 TOE/백만원) 석 탄 2.888889 16.515152 0.000000 4.075758 480,401 0.0100232636 LNG 2.495238 1.904762 0.000000 1.361905 39,419 0.0016636290 휘발유 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.0008571650 경 유 2.608696 2.608696 45.978261 2.608696 419,834 0.0021177786 등 유 6.275862 6.275862 6.275862 6.275862 60,684 0.0018654610 B-C 유 6.696970 6.666667 6.767677 5.929293 129,500 0.0028759356 LPG 1.847458 1.949153 0.000000 1.440678 6,969 0.0022982906
합 계 1,136,807
7) SAM 테이블을 구성하는 자세한 데이터는 유승직(2004)의 자료와 동일하다.
8) 산업별․연료별 NOx 배출량은 유승직(2004)와 동일하여 여기서 생략하기로 한다.
<표 2> 용도별 에너지소비량
(단위: 천 TOE)
난 방 산 업 수 송 발 전 합 계
석 탄 459 24,605 4 17,843 42,911
LNG 8,152 8,136 7 2,628 18,924
휘발유 919 915 6,391 7 8,232
경 유 3,927 6,107 8,542 356 18,931
등 유 8,015 1,260 313 82 9,669
B-C 유 1,201 8,155 6,401 3,968 19,724
LPG 1,725 1,859 4,819 242 8,644