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문제 정의
- 본 연구는 이러한 배경에서 출발하여 미세먼지를 포함한 다양한 대기오염배출의 원인을 계량경제모형을 이용하여 실증적으로 규명하고, 대표적인 정책수단으로 경유가격 인상 방안의 정량적 효과를 평가하고자 한다. 대기오염배출 결정모형을 설정하기 위해 기존 연구들은 이론적 토대로서 환경쿠즈네츠곡선(Environmental Kuznets Curve: EKC) 가설에 주로 의존하고 있다.
- 본 연구는 최근에 전 국민적 관심사인 미세먼지를 비롯한 대기오염물질 배출 증가의 주요 원인이 경유소비와 화력발전, 그리고 황사 발생의 증가에 기인한 것인지에 대해 12 년간의 패널 데이터를 이용하여 실증적으로 분석해 보았다. 분석 결과 화력발전이나 황사발생일수보다는 경유소비가 대기오염배출에 미치는 영향이 광범위한 것으로 나타났다.
제안 방법
- 물론 이러한 변화가 구조적인지를 파악하기 위해 더미변수인 D2007을 이용하여 추정한 결과 추정계수가 유의하지 않아서 구조적인 영향을 미치지는 않은 것으로 나타났으나 여기서는 PM10에 대한 배출 농도10)를 이용하여 동일 모형을 이분산성 및 자기상관을 고려한 패널 GLS를 이용하여 재추정해 보았다.11) 배출량 모형과 달리 여기서는 D2007 변수가 제외되었고, 운송사업체수 이외에도 건설사업체수와 제조업체수를 포함하여 모형별로 비교해 보았다. 추정 결과 APM2 모형이 대부분의 변수에서 통계적으로 유의하게 나타나고 Wald Chi Square도 가장 높게 나타났다([표 6]).
- 다음으로 경유수요 및 대기오염 물질별 배출량 결정 모형을 추정하고, 경유가격 인상이 경유소비와 대기오염물질 배출에 미치는 효과를 정량화한다. 끝으로 경유에 대한 대체연료인 바이오디젤 보급 확대를 위한 정책적 시사점을 도출하였다.
- 논문의 전개는 우선 대기오염배출량의 결정요인과 경유수요 결정요인에 관한 계량경제모형을 설정하고, 분석에 필요한 데이터를 설명한다. 다음으로 경유수요 및 대기오염 물질별 배출량 결정 모형을 추정하고, 경유가격 인상이 경유소비와 대기오염물질 배출에 미치는 효과를 정량화한다. 끝으로 경유에 대한 대체연료인 바이오디젤 보급 확대를 위한 정책적 시사점을 도출하였다.
- TSP와 PM10의 경우 다음 절의 대기오염배출현황에서 알 수 있듯이 2007년도에 수입 무연탄이 새로운 대기오염 배출원으로 포함되기 시작했다. 따라서 2007년을 전후로 TSP 및 PM10 배출량에 구조적 변화가 있는지의 여부를 살펴보기 위해 2007~2012년을 1로 하고, 2000~2006년을 0으로 하는 더미변수(D2007)을 추가하였다.
- 미세먼지인 PM10의 경우 배출량을 사용하게 되면 2007년부터 수입 무연탄이 신규 배출원으로 추가됨으로써 데이터의 일관성에 문제가 발생할 수 있다. 물론 이러한 변화가 구조적인지를 파악하기 위해 더미변수인 D2007을 이용하여 추정한 결과 추정계수가 유의하지 않아서 구조적인 영향을 미치지는 않은 것으로 나타났으나 여기서는 PM10에 대한 배출 농도10)를 이용하여 동일 모형을 이분산성 및 자기상관을 고려한 패널 GLS를 이용하여 재추정해 보았다.11) 배출량 모형과 달리 여기서는 D2007 변수가 제외되었고, 운송사업체수 이외에도 건설사업체수와 제조업체수를 포함하여 모형별로 비교해 보았다.
- 본 연구는 6가지 대기오염배출물질인 총부유먼지(TSP), 미세먼지(PM10), 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 휘발성유기화합물(VOC)을 대상으로 지역 총생산, 소비자 물가지수, 인구밀도와 같은 거시변수와 경유 소비량, 황사일수, 석탄화력발전규모, 기후변수, 천연가스버스 보급 규모, 제조업 및 운송업체수와 같은 다양한 미시변수를 이용했다는 점에서 기존 연구와 차별적이다. 특히 경유 소비를 추정한 다음, 추정된 경유 소비량을 대기오염배출모형의 설명변수로 이용하는 연립추정법(joint estimation)을 사용했다는 점도 차별적이다.
- 본 연구는 패널 데이터를 이용하고 있기 때문에 시계열 분석 모형을 사용하지 않고 패널 추정 방법인 패널 GLS 모형과 패널동태 모형을 이용하여 경유 소비의 가격탄력성을 구하였다. 경유수요 결정모형에서도 패널 데이터가 이분산성과 자기상관성 문제가 존재하고, 경유수요와 경유가격 간의 내생성 문제가 내포되어 있기 때문에 패널동태모형이 가장 적절한 추정방법이다.
- 일반적으로 재화의 수요를 추정하기 위해 일차적인 변수는 가격과 소득 변수, 그리고 대체재의 가격이다. 본 연구에서는 지역 변수라는 측면에서 지역별 실업률을 추가하였고, 장기 가격탄력성 추정을 위해 전기의 경유 소비량을 추가적인 설명 변수로 사용했다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용된 연도별 16개 시 · 도 지역별 대기오염물질 배출량은 통계청 대기 환경데이터8)를 이용하였다.
데이터처리
- 식 (2)를 Arellano-Bover/Blundell-Bond linear dynamic panel-data estimation으로 알려진 동태패널모형으로 추정한 결과에 기초하였고, 참고로 이분산성과 1계 자기상관을 감안한 패널GLS 추정 결과는 동태패널 추정결과와의 비교를 위해 [표 3]에 함께 제시하였다.
- 이를 위해 Wooldridge F-test를 이용하여 시계열 1차 자기상관성을 검증하였고, 집단간 이분산성 문제를 검증하기 위해 Modified Wald test를 적용하였다(민인식 · 최필선, 2012).
이론/모형
- 대기오염배출 결정모형을 추정하기 위해 패널일반화최소자승법(GLS)를 적용하였다. 본 연구에서 사용한 패널 자료에는 횡단면 개체 간 이분산성 문제, 시계열 개체간 상관성 문제가 존재하는 것으로 나타났다.
- 즉 오차항의 공분산에 이분산성과 1차 자기상관성을 허용하여 추정해야 한다. 모든 대기오염물질에서 개체 간 이분산성과 1차 자기상관성 문제가 관측되었으므로 패널GLS 접근법을 이용하여 대기오염배출 결정모형을 추정하였다.
- 본 연구는 Arellano-Bover/Blundell-Bond linear dynamic panel-data estimation으로 알려진 동태패널모형에 기초하여 경유수요를 추정하였다. 또한 추정된 경유 소비량은 앞서 대기오염물질별 배출요인 결정모형에서 설명변수로 사용되었다.
- 우선 대기오염배출모형을 설정하고, 주요 설명변수인 경유 소비량은 다시 경유가격 및 기타 통제변수에 대해 추정한다. 이에 따라 1단계 추정은 경유 수요모형이 되고, 2단계는 추정된 경유 소비량이 대기오염배출모형에서 설명변수로 포함되는 연립추정법(joint estimation)을 채택하였다(Cole, 2007; Leitao, 2010). 그 이유는 경유가격 인상이 경유소비와 대기오염 배출 수준에 연쇄적으로 미치는 영향을 파악하기 위함이다.
성능/효과
- 특히 수송부문 저공해차량 대책의 경우 이미 나와 있는 전기차 및 수소연료전지차 보급이 과연 새로운 대책인지는 더욱 의문스럽다.2) 특히 전기차 보급 증가로 전기수요가 증가하면 석탄 화력발전이 증가할 수 있고, 수소연료전지도 수소 생산을 위해 천연가스가 필요하다는 점에서 무공해 차량이 아니다. 따라서 미세먼지 저감 능력이 뛰어난 바이오디젤3) 보급 확대와 같은 대안적인 접근도 고려해볼 만하지만 애그플래이션에 대한 우려(Cha and Bae, 2011), 열대우림 파괴 가능성, 국산 원료의 한계(Bae, 2015), 면세유 문제 등으로 아예 검토 대상이 아닌 것으로 보인다.
- 5) COAL은 석탄화력 발전용량, YDUST는 연간황사발생일수, CBUS는 천연가스버스 보급대수, NTB는운송부문 사업체수, NMB는 제조업체수, RAIN은 연평균 강수량, TEMP는 연평균기온을 나타낸다.
- (Sulfur Dioxide), BOD (Biochemical Oxigen Demand), COD (Chemical Oxigen Demand)를 대상으로 EKC가 존재함을 실증적으로 규명한 이래로 수많은 학자들이 다양한 오염물질과 대상국가에 대해 상이한 방법론들을 동원하여 환경쿠즈네츠곡선 가설이 성립하는지에 대해 연구해 왔다. OECD 또는 EU 등 선진국에서는 대체로 역U자형의 오른쪽에 위치하여 경제성장에 따라 환경오염 수준도 감소하는 것으로 나타났으나, 개도국에서는 역U자형보다는 선형이나 N자형이 더 많은 것으로 나타났다. 우리나라의 경우도 연구별로 역U자형이 존재한다는 연구결과가 있는 반면에(배정환 · 김미숙, 2012; 이광훈, 2010; 이광훈 · 이춘화, 2009), EKC가 관측되지 않는 것으로 나타난 연구 결과들도 있다(김정인 · 오경희, 2005; 김원규, 2011).
- 한편 더미변수인 D2007은 TSP와 PM10의 경우 2007년부터 수입 무연탄이 추가되었기 때문에 2007년을 기준으로 구조적 변화 여부를 평가하기 위해 포함되었다. TSP 및 PM10에 대한 추정 결과 Y절편뿐만아니라 무연탄을 사용하는 석탄화력 발전용량 변수에 대한 기울기에도 통계적으로 유의한 영향을 미치지 못하는 것으로 나타나 구조적 변화는 없는 것으로 볼 수 있다.
- 이를 위해 Wooldridge F-test를 이용하여 시계열 1차 자기상관성을 검증하였고, 집단간 이분산성 문제를 검증하기 위해 Modified Wald test를 적용하였다(민인식 · 최필선, 2012). 검증 결과 모든 대기오염물질 배출모형에서 1차 자기상관성과 이분산성 문제가 존재하는 것으로 나타났다([표 1]).
- 34% 증가시키는 것으로 나타났다. 경유소비의 영향이 가장 큰 오염물질은 VOC로 경유소비 1% 증가시 VOC는 0.534% 증가했다. 황사일수는 TSP, PM10, SOX의 경우 유의하게 양의 관계에 있는 것으로 나타났다.
- 논란의 중심인 석탄화력과 경유소비의 경우 실증분석 결과 석탄화력이 유의한 경우는 NOx를 제외하고는 없는 것으로 나타났고, 반면에 경유소비는 TSP와 SOX만 유의하지 않고 모든 대기오염에 대해 통계적으로 유의하게 배출량을 증가시키는 것으로 나타났다. 특히 미세먼지인 PM10의 경우 경유소비 1% 증가는 미세먼지를 0.
- 다음으로 [표 5]의 마지막 열을 보면, 장기적인 경유가격의 영향을 알 수 있는데, 우선 미세먼지는 경유가격이 1% 증가하면 0.367% 감소하고, NOX는 0.42%, CO는 0.32%, VOC는 0.53% 감소하는 것으로 나타났다. 이렇게 장기적으로 경유가격 상승이 미치는 효과가 커지는 이유는 장기가 되면 소비자는 경유차를 휘발유차나 저공해차로 교체할 유인을 갖기 때문이다.
- 동태패널모형에 기초한 분석 결과를 요약하면, 우선 전기(t-1)의 경유 소비가 1% 증가하면 현재(t기) 경유소비도 0.766% 증가하고, 지역총소득이 1% 증가하면 경유소비도 0.15% 증가하고, 실업률이 1% 증가하면 경유소비는 0.1% 감소하는 것으로 나타났다. 또한 경유가격이 1% 증가하면 경유소비는 0.
- 이는 미세먼지의 경우 배출량이나 배출농도나 경유소비가 미치는 영향이 비슷하다는 것을 보여준다. 따라서 모형의 추정결과는 적어도 미세먼지의 경우 강건한 것으로 나타났다. 다만 다른 대기오염배출 모형의 경우 배출농도가 연도별로 거의 차이가 없기 때문에 추정에서 제외하였다.
- 1% 감소하는 것으로 나타났다. 또한 경유가격이 1% 증가하면 경유소비는 0.23% 감소하고, 휘발유 가격이 1% 증가하면 대체효과에 의해 경유소비가 0.177% 증가하는 것으로 나타났다. 경유소비의 단기 가격탄력성은 -0.
- 대기오염배출 결정모형을 추정하기 위해 패널일반화최소자승법(GLS)를 적용하였다. 본 연구에서 사용한 패널 자료에는 횡단면 개체 간 이분산성 문제, 시계열 개체간 상관성 문제가 존재하는 것으로 나타났다. 이를 위해 Wooldridge F-test를 이용하여 시계열 1차 자기상관성을 검증하였고, 집단간 이분산성 문제를 검증하기 위해 Modified Wald test를 적용하였다(민인식 · 최필선, 2012).
- 본 연구는 최근에 전 국민적 관심사인 미세먼지를 비롯한 대기오염물질 배출 증가의 주요 원인이 경유소비와 화력발전, 그리고 황사 발생의 증가에 기인한 것인지에 대해 12 년간의 패널 데이터를 이용하여 실증적으로 분석해 보았다. 분석 결과 화력발전이나 황사발생일수보다는 경유소비가 대기오염배출에 미치는 영향이 광범위한 것으로 나타났다. 특히 미세먼지인 PM10, NOX , CO, VOC의 경우 경유소비가 미치는 영향이 다른 통제변수를 고려하면 상당한 것으로 나타났다.
- 일산화탄소의 경우 지역총생산액 증가에 따라 배출량도 증가하는 패턴을 갖는 것으로 나타났다. 소비자 물가지수의 경우 VOC를 제외하고는 모든 배출물질에서 통계적으로 유의한 수준에서 배출량을 감소시키는 것으로 나타났다. 즉 물가가 증가함에 따라 소비 활동이 위축되고 이는 오염 집약적 소비활동의 감소뿐만 아니라 오염집약적 생산의 감소를 유발함을 의미한다.
- 운송사업체 증가는 TSP, PM10, CO에서 유의한 양의 영향을 미치는 것으로 나타났고, 강수량은 배출을 감소시키지만 통계적으로 유의하지는 않았다. 연평균 기온의 경우 PM10, CO 및 VOC에만 유의하였고, CO에 대해서는 음의 관계를 갖고, PM10 및 VOC의 경유 양의 관계를 갖는 것으로 나타났다. 제조업체수 증가는 VOC에 유의하게 양의 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 우선 일산화탄소를 제외한 모든 대기오염물질에 대해 지역총생산액은 역U자형을 관계를 갖는 것으로 나타났다. 일산화탄소의 경우 지역총생산액 증가에 따라 배출량도 증가하는 패턴을 갖는 것으로 나타났다.
- 의 경우에만 통계적으로 유의한 음의 영향을 갖는 것으로 나타났다. 운송사업체 증가는 TSP, PM10, CO에서 유의한 양의 영향을 미치는 것으로 나타났고, 강수량은 배출을 감소시키지만 통계적으로 유의하지는 않았다. 연평균 기온의 경우 PM10, CO 및 VOC에만 유의하였고, CO에 대해서는 음의 관계를 갖고, PM10 및 VOC의 경유 양의 관계를 갖는 것으로 나타났다.
- 우선 일산화탄소를 제외한 모든 대기오염물질에 대해 지역총생산액은 역U자형을 관계를 갖는 것으로 나타났다. 일산화탄소의 경우 지역총생산액 증가에 따라 배출량도 증가하는 패턴을 갖는 것으로 나타났다. 소비자 물가지수의 경우 VOC를 제외하고는 모든 배출물질에서 통계적으로 유의한 수준에서 배출량을 감소시키는 것으로 나타났다.
- 연평균 기온의 경우 PM10, CO 및 VOC에만 유의하였고, CO에 대해서는 음의 관계를 갖고, PM10 및 VOC의 경유 양의 관계를 갖는 것으로 나타났다. 제조업체수 증가는 VOC에 유의하게 양의 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 지역총생산의 경우 CO를 제외하고는 환경쿠즈네츠 가설을 지지하는 것으로 나타났고, CO의 경우 정의 관계에 있는 것으로 나타나 환경오염배출이 환경오염저감 기술보다 더 가파르게 성장할 수 있음을 확인하였다. 특히 우리나라는 비록 선진국 반열에 올라가기 직전에 있음에도 불구하고 여전히 환경쿠즈네츠곡선의 우하향하는 구간에 있다는 점에서 보다 적극적인 환경오염 저감 정책이 실시되어야 함을 보여주었다.
- 11) 배출량 모형과 달리 여기서는 D2007 변수가 제외되었고, 운송사업체수 이외에도 건설사업체수와 제조업체수를 포함하여 모형별로 비교해 보았다. 추정 결과 APM2 모형이 대부분의 변수에서 통계적으로 유의하게 나타나고 Wald Chi Square도 가장 높게 나타났다([표 6]). 특히 경유 소비 변수의 경우 경유 소비가 1% 증가하면 미세먼지 농도는 0.
- 우선 경유소비의 단기 가격탄력성을 이용하여 단기적인 대기오염배출효과를 살펴보면 [표 5]의 4번째 열에 나타나 있다. 통계적으로 유의한 오염물질에 국한하여 해석하면, 우선 미세먼지인 PM10이 경우 경유가격이 1% 상승할 경우 PM10은 0.086% 감소하고, NOX는 0.1%, CO는 0.07%, VOC는 0.12% 감소하는 것으로 나타났다. 단기적으로는 경유가격 상승이 VOC에 미치는 영향이 가장 큰 것으로 나타났다.
- 분석 결과 화력발전이나 황사발생일수보다는 경유소비가 대기오염배출에 미치는 영향이 광범위한 것으로 나타났다. 특히 미세먼지인 PM10, NOX , CO, VOC의 경우 경유소비가 미치는 영향이 다른 통제변수를 고려하면 상당한 것으로 나타났다.
- 이차항 계수가 유의한 음이고, 일차항 계수가 유의한 양이면 역U자형이 되므로 EKC를 지지할 수 있다. 한편 소비자 물가지수의 경우 물가지수가 높을수록 소비가 감소하므로 오염도 감소할 것으로 보았다.
- 즉 물가가 증가함에 따라 소비 활동이 위축되고 이는 오염 집약적 소비활동의 감소뿐만 아니라 오염집약적 생산의 감소를 유발함을 의미한다. 한편 인구밀도의 증가는 일산화탄소를 제외한 모든 배출량에서 통계적으로 유의하게 배출량을 감소시키는 것으로 나타났다. 즉 인구 밀도 증가가 자원의 효율적인 활용을 가능하게 함으로써 오염물질 배출의 감소를 유발한 것이다.
- 534% 증가했다. 황사일수는 TSP, PM10, SOX의 경우 유의하게 양의 관계에 있는 것으로 나타났다.
후속연구
- 다만 이제는 바이오연료에 대한 면세유 정책을 지속할 수 없는 상황이므로 경유가격 인상에 따른 추가 세수를 환경개선부담금의 형태로 확보하여 이를 바이오연료 보급 확대 및 매연저감 또는 녹스저감장치 개발과 보급에 쓸 수 있도록 해야할 것이다.
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