Study on the Greenhouse Gas Reduction Potential of the Iron and Steel Industry: MARKAL Model

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(1)한국지구시스템공학회지. Vol. 47, No. 3 (2010) pp. 312-323 연구논문. MARKAL 모형을 통한 철강산업의 온실가스 감축잠재량 분석 안윤기1) · 허재용2)* · 진윤정3). Study on the Greenhouse Gas Reduction Potential of the Iron and Steel Industry: MARKAL Model Yoon-Gih Ahn, Jae-Yong Heo* and Yoon-Jung Chin Abstract : With the interest of climate change increased recently, it has become an immediate business strategy in the industry to estimate the greenhouse gas (GHG) reduction potential, and select or develop the most efficient reduction method compared to reduction cost. Therefore, it is now an important and foremost task for the government to establish a target to reduce GHG during mid-term (2020) to long-term (2050) by estimating the GHG reduction potential and allocate the amounts impartially. Korean government announced that it will reduce 30% of GHG by 2020 at the 15th UN COP (Committee of Parties) in Copenhagen. This paper attempts to apply the MARKAL (MARKet ALlocation) model to estimate the GHG reduction potential of the Korean steel industry which is one of the largest GHG emitters. The results of this study show that the reduction potential rate until 2020 is 0.445% and the marginal abatement cost (MAC) is KRW 121,640, and the reduction potential rate until 2050 is 2.271% and MAC is KRW 31,590. Key words : MARKAL model, Steel industry, Greenhouse gas, Reduction potential 요 약 : 최근 기후변화에 대한 국내외 관심의 증대로 산업계에서는 온실가스 감축잠재량을 추정하고, 감축비용 대비 가장 효과적인 감축수단을 선정 혹은 발굴하는 것이 시급한 경영전략이 되었다. 정부는 2009년 12월 코펜 하겐에서 열린 15차 유엔당사국총회에서는 2020년까지 온실가스 배출량의 30%를 자발적으로 줄이겠다는 선언 을 했다. 이에 본 연구에서는 우리나라의 실질적인 온실가스 감축을 앞두고, 대표적인 온실가스 다배출산업인 철강산업의 온실가스 감축잠재량을 MARKAL(MARKet ALlocation) 모형을 통해 분석하였다. 신기술 도입 및 공정개선을 통해 온실가스를 감축하는 것을 전제로 하여, 현재의 기술수준에서 적용가능한 기술을 선정, 각 기술 별로 온실가스 한계감축비용(MAC, Marginal Abatement Cost)과 감축 잠재량을 각각 추정하였다. 2020년까 지의 최대 감축잠재량은 0.445%, 한계감축비용은 121,640원으로 나타났으며, 2050년까지의 최대 감축잠재량은 2.271%, 한계감축비용은 31,590원으로 나타나 새로운 기술개술 및 공정개선을 통한 꾸준한 기술투자가 결실을 맺는 기간이 오래 소요되나 그 효과는 매우 큰 것으로 나타났다. 주요어 : MARKAL 모형, 철강산업, 온실가스, 감축잠재량. 서. 론. 국제에너지기구(International Energy Agency(IEA), 2008) 보고서에 따르면 2005년 기준 우리나라의 온실가 2010년 1월 19일 접수, 2010년 5월 10일 채택 1) 포스코경영연구소 녹색성장연구실 수석연구위원 2) 포스코경영연구소 녹색성장연구실 책임연구원 3) 포스코경영연구소 녹색성장연구실 책임연구원 *Corresponding Author(허재용) E-mail; [email protected] Address; Center for Green Growth Study, POSCO Research Institute POSRI Bldg., 147, Samsung-dong, Gangnamgu, Seoul, 135-878, Korea. 312. 스 배출량은 5억 3,800만톤으로 세계 10위에 해당하며 이는 세계 총량 대비 1.2% 수준이다. 그리고 OECD 총 량에 비해서는 3.2% 수준이지만, 1990년～2005년 사이 연간 온실가스 배출 증가율은 4.3%로 높은 증가율을 보 였다. 교토의정서가 명시한 제1차 공약기간(2008～2012 년) 동안 의무감축 대상국(Annex I)은 아니나 우리나라 는 자발적인 감축노력을 경주해왔고, 2007년 채택된 발 리로드맵에 근간하여 포스트-교토 체제(2012년 이후)를 대비, 적극적인 온실가스 감축노력을 전개하고자 한다. 최근 개최된 G20 정상회담에서 정부는 세계적인 온실가 스 감축노력에 적극적으로 동참하겠다는 의지를 천명한 바 있다..

(2) MARKAL 모형을 통한 철강산업의 온실가스 감축잠재량 분석. 정부는 지난 2008년 8･15 경축사에서 새로운 성장패 러다임으로 저탄소 녹색성장을 발표하였다. 이는 과거 경제성장이 달성될수록 환경오염물질의 양도 동반상승 하는 고탄소 경제체제에서 양자가 탈동조화(decoupling) 하는 저탄소 경제체제를 구축함과 동시에 지속가능한 성 장을 달성하겠다는 의지의 표현이다. 아울러 2009년 12월 코펜하겐에서 열린 15차 유엔 당사국총회(Committee of parties, COP)에서는 2020년까지 배출전망치(Business as usausl, BAU) 대비 온실가스 배출을 자발적으로 30% 줄이겠다는 선언을 했다. BAU 대비 30% 감축안은 교토 체제에 참여한 Annex I 국가들이 의무감축부담이 없는 국가들(non-Annex I)에게 요청한 최대 감축치 수준이다. 국제사회와의 약속을 지키기 위해서는 본격적인 온실 가스 감축노력이 수반되어야 할 시점에 있다. 무엇보다 BAU 30% 감축목표를 달성하기 위해서는 국가전체의 온실가스 배출규모를 정확하게 산정하고 발전, 산업, 수 송, 상업, 가정 등 각 부문별로 온실가스 감축잠재량을 추정하는 것이 필요하다. 또한 온실가스 감축이 주요과 제이기는 하나 온실감축에 초점을 두어 자칫 기업이 감 산을 강요당하게 될 경우 이는 지속가능한 성장에 역행 하는 것이기에 감축잠재량 산정에는 각 부문별 특성을 충분히 고려할 필요가 있다. 이에 본 연구는 산업부문 중에서 한국의 대표적인 주 력산업이자 온실가스 다배출산업인 철강산업의 온실가 스 감축잠재량과 한계감축비용을 추정하되, 철강산업의 특징과 조기행동의 결과를 반영하고자 한다. 이로써 BAU 30% 감축목표를 달성하기 위해 철강산업이 실질적으로 기여할 수 있는 수준이 어느 정도인지 파악하고, 기술개 발투자의 효과가 장기적으로 가장 효율적인 투자이며 산 업경쟁력 확보에 도움이 됨을 확인하고자 한다. 본 연구에서 감축잠재량 분석을 위해 사용한 상향식 최적화 모형(bottom-up optimization model)인 MARKAL (MARKet ALlocation)은 최소비용으로 최고효율을 달 성할 수 있는 에너지시스템을 도출하는 선형계획 모형이 다. 최적기술의 조합을 도출함에 있어 기술평가를 근본 으로 하기 때문에 보통 기술평가모형으로도 불리운다 (IEA, 2004). MARKAL 모형은 IEA에 의해 개발된 이 래 에너지 효율달성을 위한 다양한 연구에 사용되었으 며, 최근에는 온실가스 감축, 탄소세 등의 환경규제나 신 재생에너지 시장의 성립과 관련한 다양한 연구가 수행되 었다. Chen et al.(2009)는 중국의 석탄을 이용한 발전량이 2007년 대비 향후 20년간 두 배로 증가할 것이라고 예 상하고 석탄발전소에 탄소포집저장(carbon capture and storage, CCS) 설비를 추가하는 것에 대한 실행가능성. 313. 조사의 하나로, China MARKAL 모델을 이용한 에너지 시스템 분석을 시도하였다. 분석결과 2050년까지 약 22 억톤의 CO2를 감축하고, kW당 CCS 비용 또한 1,000달 러 수준으로 하락할 것으로 전망하였다. 한편, MARKAL 모형을 이용해 특정산업의 에너지 효 율개선 및 온실가스 감축에 관한 연구도 국내외에서 다 양하게 찾아볼 수 있다. Gielen and Moriguchi(2002)는 일본의 철강산업에 탄소세 부과 및 기술수준 변화 등이 시장에 어떤 영향을 미치는지 MARKAL 모형을 개선한 STEAP(STeel Environment Assessment Program) 모형 을 개발해 분석을 시도하였다. 저자들은 탄소세의 부과 가 전세계에 일률적으로 이루어지지 않고, 만약 일본과 유럽에만 도입된다면, 일본의 철강생산은 급격히 줄어들 고, 탄소 누출은 50%를 넘어설 것으로 전망했다. 한편 CO2 톤당 2,500엔의 탄소세를 부과하고 수입되는 철강 톤당 2,500-5,000엔의 관세가 부과된다면 탄소 누출은 예방해 2020년까지 철강산업에 의한 온실가스 배출의 41%를 줄일 것으로 전망했다. 노동운 등(2005, 2006)은 MARKAL 모형을 통해 국 내 시멘트산업과 정유산업의 온실가스 감축잠재량을 추 정한 바 있다. 두 연구 모두 탄소세와 에너지세 도입을 통한 에너지 절약 잠재량은 0.1%에 머물 만큼 극히 미미 하지만, 신기술 도입을 통한 공정개선으로는 시멘트 산 업의 경우 최대 16.5%, 정유산업의 경우 최대 13.2%의 에너지 절약을 달성할 수 있다는 결과를 얻었다. Oda et al.(2009)는 일본지구환경산업기술연구소(Research Institute of Innovative Technology for the Earth, RITE)에서 자체적으로 개발한 MARKAL과 유사한 선 형계획모형인 DNE21+를 통해 세계 철강산업의 에너지 효율을 비교분석하였다. 분석결과, 일본과 한국의 에너 지효율이 가장 우수하며 2000～2005년 기간동안 중국 과 인도의 에너지효율 상승이 가장 높았으며 러시아가 가장 저조하였음을 확인하였다. 중국의 경우 소규모 설 비의 과다로 인한 국가적 비효율이 크지만 최근 국가차 원의 지원을 통한 철강신규설비의 대형화로 에너지효율 개선은 크게 개선될 전망이다. 본 연구에서는 MARKAL 모형을 국내 철강산업에 적 용해 온실가스 감축잠재량과 감축비용을 추정하고자 하 며, 다음 두가지 측면에서 기존연구와 차별성을 가진다. 첫째, 현재 한국의 철강공정에 도입가능한 기술만을 선 택해 호환성의 문제를 원천적으로 배제하였다. 철강산업 의 감축잠재량을 다룬 기존 연구(신승복 등, 2007)에서 는, 국제적으로 알려진 최고효율 기술만을 모아서 감축 잠재량을 산정한 경우가 많다. 그런데 이론상으로는 가 장 효율적인 설비조합이 가능하나 실제로는 설비가 호환. 제47권 제3호.

(3) 314. 안윤기 · 허재용 · 진윤정. 이 되지 않아 운전이 불가능한 경우가 많았다. 이에 철강 업계에서 온실가스 감축을 위한 조기행동의 일환으로 이 미 적용중인 온실가스 감축기술은 제외하고, 추가적으로 도입이 가능한 기술 중 에너지사용량, 설비도입비용 등 의 자료가 확보된 기술만을 연구대상으로 삼았다. 둘째, 철강공정을 주요 단계별로 세분화하고 각 공정을 대체하 는 기술에 대한 세부자료를 확보해 보다 실질적인 감축 잠재량을 추정하였다. 기존 연구(이상엽 등, 2009; 김정 인, 2005)에서는 특정기술이 대체된다고 할 때 일정기간 동안 대체율이 일정하게 증가하거나 국제에너지기구 등 에서 제시한 자료를 인용하는 방식으로 계산되었으나, 본 연구에서는 신기술 개발을 위해 축적된 타당성조사 자료를 통해 가장 실제에 가까운 감축잠재량을 추정할 수 있었다. 다만 CCS와 같이 도입이 예상되나 정확한 자료확보가 어려운 기술을 배제함으로써 감축잠재량을 충분히 산정하지 못하는 한계도 있었다. 그동안 한국경제는 제조업을 기반으로 경제성장을 달 성해 온실가스 배출량의 상승폭이 컸으나 지속적인 공정 개선과 친환경설비 도입으로 세계적 수준의 에너지 효율 성에 근접해왔다. 그러나 그 노력의 정도에 대한 정확한 연구가 부족해 조기행동에 대한 통계적 뒷받침이 아쉬운 상황이다. 이에 정확하고 신뢰성 있는 온실가스 배출량 산출을 위한 통계적 기반구축이 필요한 지금 본 연구의 결과는 국가 전체적인 온실가스 감축목표 산정에 유용한 정보로 사용될 것으로 생각된다. 본 논문의 제II장에서는 우선 한국 철강산업 및 철강공정 에 대해 소개하고, 제III장에서는 연구방법론인 MARKAL 모형에 대해 서술한다. 제IV장에서는 MARKAL 모형을. 통한 CO2 감축잠재량 및 한계감축비용에 대한 추정결과 를 살펴본 후 마지막 장은 결론으로 할애한다.. 한국철강산업 및 철강공정에 대한 고찰 한국철강산업에 대한 고찰 1970년 철강재의 수입의존도를 낮추고 중화학공업의 후방지원을 위해 정부는 철강공업육성법을 제정, 조강연 산 100만톤 이상의 일관제철 사업자에게 다양한 지원과 혜택을 부여했다. 이로써 1973년 연산 103만톤 규모의 포항제철소가 준공되었고, 현재 우리나라는 포스코, 현 대제철, 동국제강 등의 대형철강사와 철강다소비산업의 발전에 힘입어 세계 5위 철강생산국으로 성장했다. 70년 대 한국의 조강생산량은 50만톤에 불과했으나, 1973년 포항제철소의 가동을 시발점으로 비약적인 발전을 거듭 했으며, 철강다소비 산업인 중화학공업을 축으로 한 정 부의 국가경제발전 계획과 맞물려 1990년에는 세계 7위 의 철강 생산국이 되었다. 2006년에는 세계 5위에 오르 기도 했으나, 최근 중국과 인도의 철강산업의 팽창으로 인해 2008년에는 중국, 일본, 미국, 러시아, 인도에 이어 세계 6위 생산국의 위치를 점하고 있다(Table 1). 한편 한국 최대의 철강사인 포스코는 연간 3,400만톤 이상의 철강을 생산하는 세계적인 철강사로 성장해 생산 규모 측면에서 세계 4위가 되었으며, 국가 철강생산량으 로 보았을 때 세계 9위인 브라질과 유사한 수준을 보이 고 있다. 과거 1973년 고로 1기가 완공되었을 당시 포스 코(당시 포항제철)의 세계 순위는 70위권 밖이었나, 현 수준의 설비가 완공된 1992년에는 세계 3위 철강사로. Table 1. Major steel-producing countries, 1980-2008 (Unit: million ton) 1980. 1990. 2000. 2006. 세계 순위. 국가명. 생산량. 국가명. 생산량. 국가명. 생산량. 국가명. 생산량. 1. USSR. 149.1. USSR. 154.4. 중국. 127.2. 중국. 500.5. 2. 일본. 111.4. 일본. 110.3. 일본. 106.4. 일본. 118.7. 3. 미국. 101.7. 미국. 88.9. 미국. 101.5. 미국. 91.4. 4. 서독. 43.8. 중국. 67.2. 러시아. 59.1. 러시아. 68.5. 5. 중국. 37.0. 서독. 38.4. 서독. 46.4. 인도. 55.2. 6. 이탈리아. 26.5. 이탈리아. 25.5. 한국. 43.1. 한국. 53.6. 7. 프랑스. 23.2. 한국. 23.1. 우크라이나. 31.4. 독일. 45.8. 8. 폴란드. 20.0. 브라질. 20.6. 브라질. 27.9. 우크라이나. 37.1. 9. 캐나다. 15.9. 프랑스. 19.0. 인도. 26.9. 브라질. 33.7. 10. 브라질. 15.3. 영국. 17.8. 이탈리아. 26.7. 이탈리아. 30.6. 자료: World Steel Association (2009). 한국지구시스템공학회지.

(4) 315. MARKAL 모형을 통한 철강산업의 온실가스 감축잠재량 분석. 도약, 1993년부터는 신일본제철에 이어 세계 2위 기업 으로 성장했으며, 1998～1999년에는 세계 1위 기업으로 등극하기도 했다. 2000년 이후 세계 철강업계내 대형 M&A에 의한 초대형 철강사(A-Mittal, JFE)가 등장하면 서 순위가 밀렸으나, 여전히 4위 수준의 조강생산량을 유지하고 있다(Table 2). 포스코는 생산규모만이 아니라 경쟁력 측면에서도 세 계적 수준에 있다. World Steel Dynamics(2009)에 의하 면 종합경쟁력 측면에서 러시아의 Severstal에 이어서 세계 2위 기록, A-Mittal, NSC 등 세계 유수의 철강사보 다 높은 경쟁력을 가지고 있다고 평가받았다. Fig. 1에서 와 같이 시장지배력, 가격 설정권, 숙련근로자, 재무구조,. 기술개발 측면에서 경쟁사 대비 우월한 반면, 원료 구매 비용, 철강원료 광산확보, 원가절감, 철강능력 확장 측면 에서 경쟁사 대비 열위인 것으로 평가되었다. 철강공정에 대한 고찰과 온실가스 감축을 위한 조기행동 철을 생산하기 위해서는 산화철(Fe2O3, Fe3O4)에 탄소 (C, 코크스)를 주입하여 산소를 제거하는 환원과정을 거 쳐 강철을 생산하게 된다. 이러한 제조공정의 특성으로 다량의 석탄이 환원제로 사용되고 다량의 CO2가 자연스 럽게 발생할 수밖에 없는 구조를 띠고 있다. 철강 생산공 정은 크게 쇳물을 만드는 제선공정, 쇳물의 불순물을 제 거하는 제강공정, 그리고 쇳물을 틀에 붓고 코일을 만드. Table 2. Top steel-producing companies, 1980-2008 (Unit: million ton) 1980. 1990. 2000. 2008. 세계 순위. 회사명. 생산량. 회사명. 생산량. 회사명. 생산량. 회사명. 생산량. 1. NSC. 32.9. NSC. 28.8. NSC. 27.8. A-Mittal. 103.3. 2. USX. 21.1. Usinor. 23.3. POSCO. 23.4. NSC. 37.5. 3. NKK. 14.0. POSCO. 16.2. British S.. 15.7. Bao. 35.4. 4. Finsiter. 13.7. British S.. 13.8. Usinor. 15.5. POSCO. 34.7. 5. Bethlehem. 13.6. USX. 12.4. Riva. 14.4. Hebei. 33.3. 6. Sumitomo. 12.7. NKK. 12.1. USX. 12.1. JFE. 33.0. 7. Kawasaki. 12.7. ILVA. 11.5. NKK. 12.0. Wuhan. 27.7. 8. Thyssen. 12.4. Thyssen. 11.1. Arbed. 11.5. Tata. 24.4. 9. Usinor. 9.2. Sumitomo. 11.1. Kawasaki. 11.1. Jiangsu. 23.3. 10. Jones. 8.8. Kawasaki. 11.1. Sumitomo. 10.7. US Steel. 23.2. 자료: World Steel Association (2009). 2009년 11월 경쟁력 순위 1 Severstal (러시아) 2 POSCO (한국) 3 Bao Steel (중국) 4 NLMK (러시아) 5 Nucor (미국) 6 Tata (인도) 7 A-Mittal (다국적) 8 JSW (인도) 9 CSN (브라질) 10 Blue Scope (호주) 주: 요소별 경쟁력 점수는 1∼10점으로서 1점은 least favorable, 10점은 most favorable 자료: World Steel Dynamics (2009) Fig. 1. Comprehensive competitiveness comparisons/ Top competitive steelmaker rankings.. 제47권 제3호.

(5) 316. 안윤기 · 허재용 · 진윤정. 는 압연공정으로 나누어진다. 특히 철광석을 코크스와 함께 녹이는 제선공정에서 철광석의 환원과정이 활발하 게 일어나 전체 CO2 발생량의 91%가 여기서 발생한다. 고로 방식보다 CO2 발생량이 적은 전기로 방식이 있으 나, 자동차 강판과 같은 고부가가치 제품은 고로 방식을 사용해야만 생산이 가능하다. 고부가가치 제품으로 국제 시장에서 경쟁력을 확보하기 위해서는 현재의 고로방식 을 대체할 철강공정은 존재하지 않는다. 고로를 이용한 한국의 철강생산기술은 이미 세계 최고효율의 기술(BAT, Best Available Technology)로 알려져 있으며, 대략 조 강 1톤 생산에 2.2톤의 CO2가 발생하는데 이를 ‘CO2 원 단위값’이라고 부른다. 지금까지 국내 철강업계의 가장 큰 경영리스크는 철광 석, 석탄 등의 원자재가격의 변동성이었다. 하지만 향후 국내 철강사에 제기될 리스크는 바로 온실가스일 것이다. 한국은 교토체제에서 비부속서 국가로 편입되어 감축의 무를 할당받지 않았지만, 포스트-교토체제 논의가 본격적 으로 진행되면서 2008년 광복절 축사에서는 ‘저탄소 녹 색성장’이 새로운 국가비전으로 채택되었고 2020년 중기 감축목표 설정을 위해 다양한 논의과정을 거쳤다. 그리 고, 2009년 12월 코펜하겐에서 열린 15차 유엔당사국총 회에서는 2020년까지 BAU대비 30%를 자발적으로 감축 하겠다고 선언해 국제사회의 이목을 끌었으며 국제적인 온실가스 감축논의에 본격적으로 동참하게 되었다. 기후변화에 대한 논의가 국내에서 본격화된 것은 얼마 되지 않았으나, 국내 철강사들은 환경에 부담을 주는 물 질들을 줄이기 위한 노력을 이미 오래 전부터 시작했다. 국내 한 철강사는 친환경 공정 및 제품을 생산하기 위해 2007년 환경설비 투자 금액은 총 설비 투자액의 12%에 달하는 4,940억원을 투자했으며, 창사이래 총 3조 4,468 억원을 공정의 녹색화, 제품의 녹색화에 투자했다. 그 대 표적인 결과물이 바로 FINEX 공법의 상용화이다. 일반 적으로 제선공정은 전체 CO2 발생량의 91%를 차지하는 데, FINEX 공법은 이러한 제선공정을 획기적인 방법으 로 개선하여 CO2 배출량을 3%, 황산화물 90%, 질소산 화물 81%, 에너지 사용량을 3% 감축하는데 성공하였다. 여기에 설비투자비를 8% 줄이고, 제조원가를 17% 줄이 는 등 경제성을 확보하는 측면에서도 크게 기여하였다. 현재 세계 최초로 상용화에 성공한 FINEX 공법은 수출 산업으로 새로운 부가가치를 생산할 것으로 전망된다. 뿐만 아니라 CDQ(코크스 냉각열 회수설비), TRT(용 광로 가스압 발전설비) 등 주요 에너지 회수 설비를 도 입하여 부생가스 재활용을 극대화하고 있으며, 부생가스 재활용률은 97%에 이른다. 이는 일본의 95%보다도 앞 서는 수준이며, 중국의 49%에 약 2배에 달하는 수치이. 한국지구시스템공학회지. 다. 용수재이용률도 최대한 끌어올려 수자원 이용효율을 높였다. 해당 기업 제철소의 용수 수요량은 하루 1,750 만톤(2007년 기준)으로 서울시 하루 용수 사용량 350만 톤의 4.3배에 이른다. 그러나 제철소의 용수재활용률은 98%에 달해 매일 신규로 필요한 용수공급량은 30만톤 에 지나지 않는다. 온실가스 감축을 위한 이러한 조기행 동은 한국 철강산업 전체의 경쟁력 향상에 긍정적으로 작용하고 있다.. 연구방법론 - MARKAL 모형 MARKAL 모형의 개요 MARKAL은 1970년대 후반 IEA의 에너지기술시스템 분석프로그램(Energy Technology System Analysis Programme, ETSAP)에서 에너지시스템에 대한 기술평가를 위해 개발하였으며 현재 전세계 50개국 140여개 기관에서 사용하고 있다. 본 연구에서는 IEA에서 개발한 MARKAL 모형과 동일한 접근방식인 선형계획법(Linear Programming)을 이용해 상향식 최적화 모형으로 SAS OR을 이 용해 철강산업에 적용가능한 모형을 개발해 국내 한 기 업의 중장기 CO2 감축잠재량을 산정하였다. 감축잠재량은 최종제품 수요 즉, 조강생산 비용을 최 소화하는 기준으로 달성하도록 프로그램화 하여 추정하 였고, 감축잠재량과 동시에 한계감축비용을 함께 추정하 였다. MARKAL 모형은 선형계획법(Linear Programming) 을 이용한 동태적 최적화(Dynamic Optimization) 모형 으로 특정 목적에 부합하는 에너지시스템 또는 에너지이 용 공정을 구성하기 위해 개발된 모형으로 외생적으로 주 어진 에너지 수요를 다양한 기술적, 경제적 제약 하에서 최소의 비용으로 충족시킬 수 있는 에너지시스템을 도출 할 수 있도록 고안되었다. MARKAL 모형은 본래 다지 역, 다국가간 자원의 흐름을 파악하는 데에도 유용하게 사용되는 모형이나 본 연구에서는 구득 가능한 자료의 한 계로 인하여 국내 철강사만을 연구대상으로 하였다. 철강산업의 감축잠재량 분석을 위한 MARKAL 모형의 설계 목적함수. 본 연구의 목적함수는 총비용의 순현재가치(NPV; Net Present Value of the total costs)로 정의하였다. 목적함 수는 분석기간에 발생한 연간비용의 합계를 현재가치로 환산한 함수로서 다음과 같이 표현된다. .  .    . . ․   . . ․. . .  .      ․ . (1).

(6) 317. MARKAL 모형을 통한 철강산업의 온실가스 감축잠재량 분석. 여기서,  는 기간(time period)을 의미하며,  는  기의. 제약조건. 철강생산비용이다. 은 기간의 수(number of period) 를 의미하며,  는 한 기간 내 연도 수(number of years)로 보통 5년으로 둔다. 본 연구의 총 연구대상 기 간은 2006～2050년이므로 =9,  =5 라고 할 수 있다.  를 보다 세부적으로 나누어 표현하면 다음과. 본 연구에서 철강의 최종수요를 충족시키는 최소 비용 의 에너지시스템이 도출되기 위해서는 아래의 다섯 가지 제약조건이 성립해야 한다. 다섯가지 제약조건을 하나씩 살펴보면 다음과 같다. 우선 수요의 제약은 최종수요(  )는 기존에 설치된 설비. 같다.. 용량(   )의 총합보다는 작거나 같아야 한다. 이는 철.  .  ․      ․       ․    ․     ․   . . . . .  . . .  ․ . . . 강제품 전량을 주문생산방식으로 처리하는 국내 일관제 철사가 현재와 같은 조업환경을 유지한다고 가정했을 때, 기존 설비용량으로 생산가능한 철강생산량은 최종수 요량을 항상 상회하게 된다. 둘째, 각 설비 혹은 기술( ) 별로 신규설비 용량(   )을 모두 합치면 기존의 설비. (2). . . . 용량(   )이 된다. 다시 말해, 현재 존재하는 모든 설 여기서 는 각 세부 기술(technologies)이나 공정(processes)을 의미하고, 는 각 세부 상품(commodities)인 에 너지 및 석회석과 같은 자원을 의미한다. 그리고  는 오 염배출물질을 의미하며, 본 연구에서는 CO2만을 그 대 상으로 삼았다. 그리고 목적함수에 사용된 계수와 각 결 정변수에 대한 설명은 다음 Table 3과 Table 4에 제시되 어 있다.. 비용량은 과거 시행된 신규설비용량이 합쳐서 이루어진 것이라는 의미이다. 셋째, 설비용량(   )은 생산가능 한 최대량을 가리키므로, 실제로는 설비가동률이 80%라 고 가정하면 실제 생산량(  )은 설비용량에 0.8을 곱 해야 한다. 넷째, 전체 공정상 투입된 에너지 및 자원의 양보다 배출되는 양이 적다는 의미로 공정상 투입되는 에 너지 및 자원은 순투입량 외에 폐열 회수 등을 통해 공정 에 추가되는 에너지와 자원까지도 포함해 계산한다. 다섯. Table 3. Parameters used in this MARKAL model 계수. 기준. 설명. 단위. . 세부기술. 세부기술 별 연간 투자비용. 억원/톤,년. . 세부기술. 세부기술 별 연간 고정비용. 억원/톤. . 세부기술. 세부기술 별 연간 변동비용. 억원/톤. . 에너지 및 원료. 에너지원 및 원료의 투입비용. 억원/TOE,년. . 에너지 및 원료. 에너지원 및 원료의 배출비용. 억원/TOE,년. . 배출물질. 연간 배출세금. 억원/톤. Table 4. Decision variables used in this MARKAL model 변수. 기준. 설명. 단위.    . 세부기술. 신규설비 투자 용량(capacity). 톤/년.    . 세부기술. 기존설비 용량. 톤/년.  . 세부기술. 설비가동률이 적용된 생산량. 톤/년.    . 에너지 및 원료. 에너지 및 원료 투입량. TOE/년.    . 에너지 및 원료. 에너지 및 원료 배출량. TOE/년.  . 생산품. 철강수요 전망치. 톤/년.   . 오염물질. CO2 배출량. 톤/년. 주) 생산품 수요전망(  )과 에너지 및 원료의 물질 배출량(  )는 직접 입력한 값을 사용하였으며, 생산품 수요전망(  )은 목적함수에는 사용되지 않으나, 제약조건에서 사용됨. 제47권 제3호.

(7) 318. 안윤기 · 허재용 · 진윤정. 째, 오염물질의 배출량은 일정한 상한(    )이. 였다. 이에 국내 일관제철사의 조강생산량 전망치를 최 종수요량 전망치로 대체해 사용하였다. 2006～2015년까 지는 해당 기업의 내부 전망자료를 사용하였으며, 2015 년 이후부터 2050년까지는 연평균 0.5% 규모로 최종수 요가 증가할 것을 가정하였다. 이로써 모형 분석기간 중, 2006～2010년 사이 전체 조강생산량은 1억 6,500만톤 에서 2046～2050년에는 2억 5,000만톤까지 증가할 것 으로 전망되었고 동일하게 철강품의 최종수요도 동일하 게 움직일 것으로 전망하였다. 모형에 사용된 에너지별 단가 전망은 에너지경제연구 원(2007) 자료를 활용하였고, 전력가격은 한국전력통계 (2007)를 활용하였으며, 기타 코크스 부생가스 등은 열 량을 기준으로 원유가격에서 추정하여 계산하였다. 또한 주요 원료 단가는 2009년 국내 일관제철사 구매가격 기 준으로 유무연탄 가격 기준으로 추정하였고, 철광석 가 격은 RBC Capital Market(2007) 자료를 활용해 추정하 였다. 마지막으로 에너지원별 탄소 배출계수는 기후변화 정부간위원회(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) 및 해당 기업의 내부 자료를 사용하였다. Table 7은 모형에 사용된 공정별 기술 및 기술관련 자 료이다. 연구대상 기업에서는 공정의 녹색화, 제품의 녹 색화를 위해 다양한 기술을 개발하고 고려중에 있으나 실증자료가 확보되고, 2030년 전에는 확실히 도입이 가. 정해져 있어 그 이상을 배출하지 못한다. 전술한 바와 같이 본 연구의 목적함수는  이며, 방 법론으로 사용된 MARKAL 모형은 이  값이 최소값 을 갖도록 하는 일곱가지 결정변수(     ,     ,   ,     ,     ,   ,    )를 찾아주 게 된다. 여기에서 일곱가지 결정변수는 임의로 정해지 는 것이 아니라 Table 5에 제시된 다섯가지 제약조건을 만족하는 가운데  를 최소화시키는 값들로 결정된 다. 최적화를 통해 구해진 결정변수의 값을 이용해 BAU 대비 감축잠재량과 한계감축비용을 산정하는 구조로 모 형은 작동한다. 모형 투입 자료. 모형에 투입되는 자료는 크게 ① 최종수요, ② 가격 및 배출계수, ③ 공정별 기술 및 기술관련 자료 등으로 구분 된다. 전술한 바와 같이 분석대상 기간은 2006～2050년 9개 기간으로 구별되어 있어, 위의 세 자료도 5년 단위 로 분할된 자료를 사용하였다. Table 6은 최종수요에 관한 모형 투입자료를 제시하고 있다. 실제 최종수요는 외생적인 자료이나 해당기업의 내부자료를 바탕으로 분석한 결과 최종수요량과 조강생 산량 전망치가 거의 유사하게 움직여 온 증거를 확보하. Table 5. Constraints used in this MARKAL model 제약조건. 제약식. ① 수요의 제약.  ≤. ② 설비능력의 제약.  . . .   .   . . ③ 설비이용률의 제약.  ≤  ×  . ④ 에너지 및 자원 밸런스의 제약.   ≤.  .   . ×   .  ≤   . ⑤ 오염 배출량의 제약. 주)  (Availablity Factor, 설비가동률): 각 설비 혹은 기술( )의 설비용량(   )의 이용을 제약함   : 각 설비 혹은 기술( )에서 투입 혹은 배출되는 에너지 및 자원을 의미함 Table 6. Domestic pig iron production prospect (Unit: million ton) 구분. 2006 ～2010. 2011 ～2015. 2016 ～2020. 2021 ～2025. 2026 ～2030. 2031 ～2035. 2036 ～2040. 2041 ～2045. 2046 ～2050. 전로. 148. 185. 196. 201. 206. 211. 216. 222. 228. 전기로. 17. 19. 19. 20. 20. 21. 21. 22. 22. 합계. 165. 204. 215. 221. 226. 232. 237. 244. 250. 한국지구시스템공학회지.

(8) 319. MARKAL 모형을 통한 철강산업의 온실가스 감축잠재량 분석. 로 Table 7에는 반영할 수 없었다. 또한 정책전제기술이 란 현재 해당기술 및 설비를 개발하여도, 정부 또는 국가 정책의 인프라가 마련되어 있지 않으면 온실가스 감축이 실현되지 않는 기술로 CCS를 예로 들 수 있다. CCS에 있어 탄소를 포집하는 과정은 산업체에서 가능할 수 있 으나, 이를 저장할 수 있는 공간을 탐사하는 것은 국가차 원의 접근이 필요한 문제이다. 또한 모형에 반영하기엔 데이터 확보 수준이 낮아 적용 가능한 온실가스 감축기 술에 포함되지 않았다.. 능한 세 가지 기술을 선정하여 본 연구에 적용하였다. 신 기술1은 연․원료주입 방식에 있어 효율성을 높힌 기술이 며, 신기술2는 철광석의 환원률을 높힌 기술이며, 신기 술3은 철강공정 단계를 획기적으로 줄인 기술이다. 투자 비용에 있어 신기술1과 신기술2는 거의 동일하나 해당 기술이 적용되는 철강공정은 전혀 다른 공정이며, 신기 술1은 제선공정 중 고로공정에, 신기술2는 제선공정 중 소결공정에 적용되는 기술이다. 도입시기 별로 보면 신 기술3은 2016년 이후부터 도입이 가능할 것으로 예상되 며, 신기술1과 신기술2는 2021년부터 도입이 가능할 것 으로 여겨진다. 본 연구에서 2020년까지의 중기 감축잠 재량을 산정하고, 2050년까지의 장기 감축잠재량을 산 정한다고 할 때 중기 감축잠재량 분석에는 신기술3만 적 용된 결과가 나올 것이며, 장기 감축잠재량 분석에서는 신기술이 모두 적용된 결과가 나올 것을 짐작할 수 있다. 현재 해당 기업의 설비는 적용가능한 기술을 최대한 반영한 상태이며, 아래의 세 기술을 제외하고는 전부 R&D 단계기술이거나 정책전제기술이다. R&D단계기술이란 현재 해당기술 및 설비가 상용화되어 있지 않으며 추후 R&D성공을 전제로 하고 있는 기술로, R&D 실패 시 해 당 온실가스 감축잠재량은 실현되지 않으며, 온실가스 감축을 위한 기술적용에 중장기적 기간이 소요되는 기술. 감축 시나리오별 분석결과 온실가스 감축 시나리오 현재 국내 일관제철사는 에너지회수설비 등 CO2 감축 기술 도입 수준이 매우 높아 추가 도입을 고려할 수 있 는 기술의 대부분은 R&D 단계의 기술이며, 본 모형에서 는 철강산업 CO2 감축기술을 모두 검토해 중장기적으로 도입가능한 CO2 감축 신기술을 적용하였다. 분석대상 기간 내 2016년 이후 신기술3이 도입되고, 2021년 이후 신기술1, 신기술2가 도입되는 것으로 가정하였다. 그리 고 세 가지 기술은 전체 철강공정에서 적용되는 공정이 다르기에 감축안을 일곱가지 조합할 수 있다. 중기감축. Table 7. CO2 mitigation technologies applicable in the present steelmaking process (Unit: KRW 100million) 구분. 기준 년도. 도입 시기. 기술 수명. 설비 효율. 가동률. 투자비용. 고정유지 보수비용. 변동유지 보수비용. 신기술1. 2006년. 2021년. 50년. 100.0%. 98.9%. 9,167. 916.7. 183.3. 신기술2. 2006년. 2021년. 50년. 100.0%. 98.0%. 9,167. 916.7. 183.3. 신기술3. 2006년. 2016년. 50년. 100.0%. 80.1%. 9,700. 970.0. 194.0. 주) 설비효율은 감가상각없이 유지보수를 통해 100% 그대로 유지하는 것으로 가정하였으며, 고정유지비는 투자비 10%, 변동유 지비는 투자비 2%로 가정함 Table 8. Eight scenarios sorted by combinations of CO2 mitigation technologies 감축 시나리오. 2050년까지 장기감축잠재량 감축안. 2020년까지 중기감축잠재량 감축안. 신기술 적용 내용 감축안1. 2021～2050 신기술1만 적용. 감축안2. 2021～2050 신기술2만 적용. 감축안3. 2016～2050 신기술3만 적용. 감축안4. 2016～2050 신기술3 적용 + 2021～2050 신기술1 적용. 감축안5. 2016～2050 신기술3 적용 + 2021～2050 신기술2 적용. 감축안6. 2021～2050 신기술1, 신기술2 동시 적용. 감축안7. 2016～2050 신기술3 적용 + 2021～2050 신기술1, 신기술2 동시 적용. 감축안8. 2016～2020 신기술3만 적용. 제47권 제3호.

(9) 320. 안윤기 · 허재용 · 진윤정. 잠재량 분석에는 신기술3만 적용이 가능하므로 감축안 3(장기)에 대응되는 감축안8(중기)을 추가하였다. 이렇 게 총 8가지 감축안 별로 감축잠재량을 산정하고 한계감 축비용을 산정하고자 한다. 중장기 CO2 감축잠재량 및 감축비용 Table 9는 장기(2050년) CO2 감축잠재량 및 한계감축 비용을 추정한 결과를 제시하고 있다. CO2 감축기술의 조합에 따라 기준안(BAU) 대비 최소 0.380% 감축이 가 능하며, 최대 2.271%까지 가능한 것으로 나타났으며, CO2 톤당 감축비용은 31,190원～149,360원 수준으로 분석되 었다. Fig. 2는 각 감축 시나리오별 CO2 한계감축비용 및 감축잠재량을 표현하고 있다. 우선 단일 기술을 적용한 감축안1～감축안3의 결과를 살펴보자. 감축기술을 하나만 단독 적용한 결과 신기술2 를 적용할 때 최대의 감축잠재량을 얻는 것으로 나타났 다. 2050년까지 신기술2만 적용한 경우가 BAU 대비 0.959%의 CO2를 감축해, 신기술3만 적용한 0.882%보 다 높았으며, 신기술1만 적용한 경우보다는 약 3배 가량. Fig. 2. CO2 mitigation potential and MAC by each mitigation scenario.. 효과가 큰 것으로 나타났다. 반면 투자비용 대비 감축효 과는 신기술3이 가장 뛰어난 것으로 나타났다. 투자비용 대비 감축효과는 한계감축비용으로 확인할 수 있는데, 신기술3의 경우 31,190원으로 가장 낮았으며 신기술2만 적용한 경우는 40,810원, 신기술1만 적용한 경우는 무려 149,360으로 나타났다. 신기술3은 기존 공정의 단계를 획기적으로 줄인 기술이라는 특성상 기존의 에너지사용 량을 크게 감소시키는 데 기여해 가장 낮은 한계감축비 용을 보였으며, 신기술1은 고가의 에너지원을 추가로 사 용해야 하는 부담이 있어 한계감축비용을 크게 상승시킨 것으로 이해된다. 다음으로 두가지 기술을 복합적으로 사용한 감축안4～ 감축안6의 결과를 살펴보자. 우선 감축잠재량을 기준으 로 보았을 때, 두가지 기술을 적용한 경우가 단일 기술을 적용한 경우보다는 더 큰 감축잠재량을 보임을 확인할 수 있다. 그리고 한계감축비용이 매우 높았던 신기술1의 경우 신기술2, 신기술3과 조합하였을 때, 큰 시너지를 발 생시켜 한계감축비용이 획기적으로 줄어드는 것을 확인 할 수 있다. 만약 세 기술간 일정한 시너지 관계가 전혀 없다고 가정하면, 신기술1과 신기술2를 조합한 감축잠 재량은 각 기술을 단일 적용한 결과인 0.380%, 0.959% 의 합인 1.339%가 되어야 하지만 실제로 두 기술을 조 합한 감축잠재량은 1.808%로 나타났다. 신기술1과 신기 술3의 경우도 개별 감축잠재량을 합산한 것보다 크게 나 왔다. 하지만 신기술2와 신기술3을 조합한 경우는 각 기 술을 단일 적용한 결과의 합산값보다 더 작게 나와 두 기술간에는 역시너지가 있는 것으로 나타났다. 마지막으로 2016년에 신기술3을 적용하고, 2021년 신 기술1과 신기술2를 동시에 적용한 경우, 감축잠재량은 BAU 대비 2.271%로 가장 크게 나타났으며 한계감축비 용은 31,590으로 산정되었다. 신기술을 가장 많이 사용 했으므로 감축잠재량이 가장 크게 나타난 것은 당연한 결과이나 전술한 바와 같이 신기술2와 신기술3 사이에. Table 9. CO2 mitigation potential and marginal abatement cost (MAC) in 2050 구분. 총비용(십억원). CO2 배출량(MtCO2). CO2 감축비용(원/tCO2). CO2 감축잠재량(%). 기준안(BAU). 394,387. 849.79. 0.00. 0.000%. 감축안1. 394,869. 846.56. 149,360. 0.380%. 감축안2. 394,720. 841.64. 40,810. 0.959%. 감축안3. 394,621. 842.29. 31,190. 0.882%. 감축안4. 394,772. 838.30. 33,480. 1.351%. 감축안5. 394,800. 838.97. 65,920. 1.272%. 감축안6. 394,947. 833.91. 35,290. 1.868%. 감축안7. 394,997. 830.49. 31,590. 2.271%. 한국지구시스템공학회지.

(10) 321. MARKAL 모형을 통한 철강산업의 온실가스 감축잠재량 분석. 역시너지 관계가 있다면, 세 기술을 모두 적용하는 것은 효율적인 기술선택이라고 할 수 없다. 코펜하겐 당사국 총회에서 2020년 BAU 대비 30% 감축안을 발표한 이후 각 산업별로 구체적인 감축할당량이 발표되지는 않았으 나, 그럴 가능성이 매우 낮지만 만약 각 산업별로 BAU 대비 30%를 감축하라고 할당이 이루어진다면 본 연구 결과에서 보이는 최대감축안인 2.271%는 매우 부족한 수준이다. 다시 말해 기술개발을 통해 아무리 줄여보아 도 정부의 감축할당량을 맞출 수 없는 수준이기에 기술 간 역시너지가 있더라도 적용 가능한 기술을 모두 사용 해 감축잠재량을 최대할 끌어올려야 하는 상황이다. 경 제적 효율성만 고려한다면 신기술3만 적용한 것이 가장 우수하나, 최대감축량 달성을 위해서는 세 기술을 모두 적용함이 타당함을 알 수 있다. Table 10은 중기(2020년) CO2 감축잠재량 및 한계감 축비용을 추정한 결과를 제시하고 있다. 세 신기술 중 2020년 전에 도입이 가능한 기술은 신기술3 밖에 없으 므로, Table 8에 제시한 감축안8에 따라 2016년부터 도 입된 신기술3의 2020년까지의 감축기여 결과만을 바탕 으로 감축잠재량을 산정하였다. 2020년까지 최대 감축 잠재량은 0.445% 수준이며 한계감축비용은 121,640원 으로 나타났다. 이는 Table 9에서 감축안7의 2050년 감축잠재량 2.271% 의 1/5 수준에 불과하며, 한계감축비용은 31,590원의 약 4배 수준이다. 하지만 중기 감축잠재량의 경우 2016년 에 도입되어 온실가스 감축효과를 5년밖에 누리지 못했 기에 나타난 결과로 해석된다. Table 10의 감축안 8과 Table 9의 감축안3을 비교해보면 신기술 개발에 의한 효 과가 장기적으로 축적되는 것을 확인할 수 있다. 신기술 3의 감축효과를 5년 누린 감축안8의 경우 감축잠재량은 비교적 낮고, 한계감축비용은 비교적 높은 편이었다. 하 지만 다른 기술과의 조합없이 동일 기술의 감축효과를 35년을 누린 감축안3의 경우 감축잠재량은 0.882%로 2배 가량 상승하고, 한계감축비용은 31,190으로 1/4로 줄어 들게 된다. 신기술 개발에 의한 효과는 장기로 갈수록 누적되어 복리의 효과를 누릴 수 있으므로 신기술 개발을 통한 온 실가스 감축이 매우 중요하며, 신기술 개발을 위한 투자 의 리스크를 줄이려는 노력이 필요함을 알 수 있다. 만. 약, 정부차원의 지원이나 제도적 뒷받침이 없다면 한국 의 철강산업은 세계 최고 수준의 경쟁력을 가지고 있지 만, CO2 감축할당을 받는다고 할 때 리스크가 큰 기술개 발에 투자하기 보다는 철강 생산량을 줄이거나 외부에서 탄소배출권을 구매하려 들 것이다. 최근 시행중인 모의 배출권거래제 1차 분석결과에서 배출권의 평균가격은 16,780원이었고(전력거래소, 2009), EU ETS 1기 배출 권의 평균가격이 12.74유로(15,177원, 2006년 평균환율 기준)이며, 2기의 1월 14일 현재가격이 13.59유로(22,160 원, 2010년 1월 14일 환율기준)였다(Point Carbon, 2010). Table 9에서 최소 한계감축비용인 감축안3의 감축비용 에 비해 배출권 가격은 그 절반에 해당하므로, 굳이 리스 크가 큰 기술개발에 투자할 유인이 사라진다. 만약 모든. Fig. 3. total amount of CO2 emission by each mitigation scenario.. Fig. 4. CO2 amount emitted per single ton of steel by each mitigation scenario.. Table 10. CO2 mitigation potential and MAC in 2020 구분. 총비용(십억원). CO2 배출량(MtCO2). CO2 감축비용(원/tCO2). CO2 감축잠재량(%). 기준안(BAU). 300,957. 677.16. 0.00. 0.000%. 감축안8. 301,323. 674.15. 121,640. 0.445%. 제47권 제3호.

(11) 322. 안윤기 · 허재용 · 진윤정. 기업이 장기적인 기술개발투자에 리스크를 감당하지 못 하고 상대적으로 싼 배출권만을 구매하려 든다면, 저탄 소를 달성하기 위해 녹색성장을 포기하는 형국이 되고 말아 저탄소와 녹색성장을 동시에 달성하고자 하는 정부 의 신성장 비전과는 정면으로 배치되는 결과를 낳게 될 것으로 전망된다. Fig. 3과 4는 감축 시나리오별 CO2 총배출량 추이 및 배출원단위 추이를 보여주고 있다. 분석 결과 BAU 시나 리오에서는 고급강 생산을 위한 에너지사용량 증가 등으 로 2006년 조강 톤당 2.06톤의 CO2가 발생하였으나, 2020년에는 톤당 2.12톤의 CO2가 발생해 소폭 상승할 것으로 예상된다. 그러나 감축잠재량이 모두 실현될 경우 조강톤당 CO2 원단위는 2020년 2.12톤 수준에서 2050 년에는 1.98톤 수준까지 떨어질 것으로 예상된다. 이 때 CO2 톤당 감축비용은 2020년 기준 121,640원, 2050년 기준 31,590원이 소요될 것으로 예상된다.. 결. 론. 환경문제에서 출발한 기후변화 대응이 경제문제로 확 대되면서 세계 각국은 새로운 시장을 선점하기 위한 경 쟁을 벌이고 있다. 온실가스 감축을 통한 기후변화에의 대응은 우리경제에 일시적인 충격을 줄 수도 있지만 자 발적이고 효율적인 대책을 마련한다면 국격을 높일 수 있는 기회로 삼을 수 있을 것으로 기대된다. 코펜하겐 회의에서 선언한 2020년 온실가스 감축발표 와 관련해 본 연구에서는 우리나라 철강산업이 향후 온 실가스 감축에 얼마나 기여할 수 있을지를 MARKAL 모형을 통해 분석하였다. 기술 및 공정상의 개선을 통해 온실가스를 감축하는 것을 전제로, 현재의 기술수준에서 적용 가능한 기술을 선정, 각 기술 별로 온실가스 한계감 축비용과 감축 잠재량을 각각 추정하였다. 기존 연구에 서 나타났던 도입 신기술간 호환성의 문제를 원천적으로 배제하였고, 기술관련 자료를 생산현장에서 획득한 만큼 실질적인 감축잠재량 산정이 가능했다는 점이 특이할 많 나 점이다. 분석결과 2020년까지의 최대 감축잠재량은 0.445%, 한계감축비용은 121,640원으로 나타났으며, 2050 년까지의 최대 감축잠재량은 2.271%, 한계감축비용은 31,590원으로 나타났다. 신기술3을 이용한 중기, 장기 감축잠재량 결과를 비교한 데서 확인할 수 있듯이, 새로 운 기술개술 및 공정개선을 통한 꾸준한 기술투자가 결 실을 맺는 기간이 오래 소요되나 한번 개발된 기술의 효 과는 장기로 갈수록 누적되었다. 그러나 복리의 효과를 누릴 수 있는 신기술 개발은 장 기간 리스크가 큰 투자를 감당해야 하는 부담이 있다. 이. 한국지구시스템공학회지. 는 정부차원의 지원이나 제도적 뒷받침이 없이는 불가능 한 것이며, 모든 선진국에서 온실가스 감축을 위한 국가 적 지원책을 쏟아내는 이유도 바로 여기에 있다. 연구 대 상인 한국의 철강산업은 이미 세계 최고 수준의 경쟁력 을 가지고 있으나, 향후 기술개발을 위한 정책적 지원없 이 CO2 감축할당을 받는다고 하면 리스크가 큰 기술개 발에 투자하기 보다는 조강 생산량을 줄이거나 탄소배출 권을 구매하는 편이 비용효과적이다. 하지만 이는 저탄 소를 달성하기 위해 녹색성장을 포기하는 형국이 되고 말아 저탄소와 녹색성장을 동시에 달성할 수는 없게 되 며, 신기술 개발과 이를 수출산업화 할 수 있는 기회 또 한 잃어버리게 된다. 저탄소를 달성함과 동시에 새로운 성장동력을 찾아내고 녹색성장을 이루기 위한 과제에 대 한 답이 적극적이며 안정적인 기술개발투자에 있다. 본 연구에 사용된 MARKAL 모형은 에너지 관련 수 급 및 환경 관련 제약조건에서 최종수요를 충족시키는 최소비용의 에너지시스템을 선택해주는 최적의 모형이 다. 그러나 에너지 수요 및 이에 영향을 미치는 요인을 외생적으로 처리해 에너지시스템의 변화가 다른 관련 부 문에 미치는 영향을 분석할 수 없으며, 본 최적화 모형의 결과는 미래를 예측하는 것이라기보다 특정 속성을 만족 하는 이상적인 에너지시스템이 어떤 것인지를 보여준 것 이기에 외생적 변화에 따른 에너지시스템의 변화를 전망 하는 것이 목적이라면 적합하지 않다. 또한 신기술에 관 한 데이터 부족으로 인해 2050년까지의 장기간 예측을 함에도 적용가능한 기술을 세 가지로 제한할 수밖에 없 었던 것이 본 연구의 가장 취약한 점으로 이는 추후 연 구과제로 남겨둔다.. 참고문헌 김정인, 2005, “한국 산업계의 온실가스 저감 가능성과 대 응,” 한국기상학회지, Vol. 41, No. 2-1, pp. 315-323. 노동운, 신정수, 2005, 산업부문 온실가스 감축 및 에너지 절약 잠재량 추정(I)-시멘트산업, 에너지경제연구원, 의왕. 노동운, 오세신, 박천건, 2006, 산업부문 온실가스 감축 및 에너지절약 잠재량 추정(II)-정유산업, 에너지경제연구 원, 의왕. 신승복, 박진원, 백미숙, 이승문, 2007, “철강산업에 있어서 의 온실가스 저감 잠재량 평가,” 화학공학의 이론과 응용, Vol. 13, No. 1, pp. 651-661. 에너지경제연구원, 2007, 중기 에너지수요전망, 에너지경 제연구원, 의왕. 이상엽, 유상희, 2009, “우리나라 산업부문의 온실가스 저 감잠재성 분석,” Vol. 25, No. 4, pp. 177-196. 전력거래소, 2009, 배출권 모의거래 1차 분석결과 및 운영.

(12) 323. MARKAL 모형을 통한 철강산업의 온실가스 감축잠재량 분석. 계획, 전력거래소, 서울. 한국전력, 2007, 한국전력통계, 한국전력, 서울. Chen, W., Liu, J., Ma, L., Ulanowsky, D., and Burnard, G.K., 2009, “Role for carbon capture and storage in China,” Energy Procedia, Vol. 1, pp. 4209-4216. Gielen, D. and Moriguchi, Y., 2002, “Modelling CO2 policies for the Japanese iron and steel industry,” Environmental Modelling and Software, Vol. 17, pp. 481-495. International Energy Agency, 2004, Documentation for the MARKAL family of models, International Energy Agency, Paris, France. International Energy Agency, 2008, CO2 Emissions from fuel combustion 2008, International Energy Agency, Paris, France.. Oda, J., Akimoto, K., Sano, F., and Tomoda, T., 2009, An Evaluation of Energy Efficiency in Iron and Steel Sector in 2005, RITE (Research Institute of Innovative Technology for the Earth), Kyoto, Japan. Point Carbon, 2010.1.14, www.pointcarbon.com/news/historicprices. RBC Capital market, 2007, RBC insight, RBC Capital market, London, UK. World Steel Association, 2009, World steel in figure 2009, World Steel Association, Brussels, Belgium. World Steel Dynamics, 2009, WSD’s world-class steelmaker rankings as of November 2009, World Steel Dynamics, New Jersey, US.. 안 윤 기. 허 재 용. 2008년 대통령산하 지속가능위원회 에 너지분과 전문위원 2009년 대통령산하 녹색성장위원회 녹 색산업 전문위원. 2002년 고려대학교 정경대학 경제학과 경제학 학사 2002년～2008년 고려대학교 대학원 경 제학과 석박사통합과정 수료. 현재 포스코경영연구소 녹색성장연구실 수석연구위원(실장) (E-mail; [email protected]). 현재 포스코경영연구소 녹색성장연구실 책임연구원 (E-mail; [email protected]). 진 윤 정 2001년 이화여자대학교 환경공학/경영 학 학사 2003년 서울대학교 대학원 도시 및 지역 계획학 석사. 현재 포스코경영연구소 녹색성장연구실 책임연구원 (E-mail; [email protected]). 제47권 제3호.

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