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type: paper
slug: yeonbaekim-2002-co2-iron-steel-international
title: International comparison of CO2 emission trends in the iron and steel industry
authors:
  - '[[yeonbaekim]]'
  - '[[ernst-worrell]]'
year: 2002
venue: '[[energy-policy]]'
volume: '30'
issue: '10'
pages: 827-838
doi: 10.1016/S0301-4215(01)00130-6
categories:
  - '[[energy-economics]]'
  - '[[environmental-economics]]'
methods:
  - '[[decomposition-analysis]]'
  - '[[ave-pdm2]]'
  - '[[physical-production-index]]'
  - '[[carbon-intensity-index]]'
themes:
  - '[[iron-and-steel-industry]]'
  - '[[co2-emissions]]'
  - '[[energy-efficiency]]'
  - '[[international-comparison]]'
  - '[[ohf-bof-eaf-process-mix]]'
aliases:
  - kim-worrell-2002-steel
last_updated: '2026-05-20T01:41:32+09:00'
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# International comparison of CO₂ emission trends in the iron and steel industry

*[[yeonbaekim]], [[ernst-worrell]] (2002)* · [[energy-policy]] 30(10):827–838 · [DOI ↗](https://doi.org/10.1016/S0301-4215(01)00130-6)

> 철강 산업의 CO₂ 배출 추세를 7 개국 (Brazil, China, India, Mexico, South Korea, US, Japan) 에 대해 *physical indicator-based decomposition* 으로 비교. 1986-1994 기간 동안 모든 국가에서 *생산량 증가* 가 총배출 증가의 주범, *에너지효율 개선* 이 배출 원단위 감소의 주요인. South Korea 만이 *power generation efficiency 개선 (oil → 원자력 + 전력생산효율 31.8% → 37.1%)* 이 specific emission 감축에 기여한 유일한 사례.

- **RQ**: 신흥국 (Brazil, China, India), 신산업국 (Korea, Mexico), 산업국 (US) 의 철강 산업 CO₂ 추세를 *iron ore vs scrap*, *BOF vs OHF vs EAF*, *continuous casting share*, *fuel mix* 같은 physical indicator 로 분해하면 각국의 driver 차이는?
- **방법론**: [[decomposition-analysis]] ([[ave-pdm2]]), [[physical-production-index]] (Worrell et al. 1997 의 iron-steel sector 적용), [[carbon-intensity-index]] (CII)
- **데이터**: Brazil, China, India, Mexico, South Korea, US 의 철강 산업 1986-1994 데이터 (Japan 은 CII 계산만 가능, 데이터 부족으로 decomposition 제외). 총 전세계 강재 생산의 40%+. INEDIS database, IISI 통계, 각국 통계청 자료
- **주요 발견**: (i) 모든 국가에서 *activity (생산량)* 효과가 총배출 증가의 dominant driver. (ii) 모든 국가에서 *energy efficiency* 가 emission intensity 감소의 주 driver — OHF phase-out + continuous casting 확산이 explanatory variable. (iii) **South Korea 에서만 utility effect (원자력 + 전력생산효율) 가 specific emission 감축의 상당 부분** — 1981 31.8% → 1998 37.1% generation efficiency. (iv) Brazil 은 *biomass (charcoal) → coal* 전환 (1982 34% → 1995 26% biomass, 39% → 50% coal) 으로 fuel mix 효과가 CO₂ intensity 증가에 기여. (v) **CII 비교**: 1990s 한국·Brazil 이 가장 효율적 (rapid OHF phase-out + continuous casting), 한국·Brazil 이 US·Mexico 와 *명확히 분리* — Fig 8 의 CII 가 raw CO₂ intensity 보다 효율 차이를 더 정확히 surface.
- **시사점**: 신흥국의 *new capacity 가 곧 modern technology* → stock turnover 가 capital-intensive 산업의 핵심 efficiency driver. 한국 사례의 정책적 의의는 *원자력 도입과 발전 효율 개선* 이 *간접적으로* 철강 산업 emission 감축에 기여 가능 — utility-side mitigation 의 sub-sector 파급. 향후 감축 잠재력: continuous casting + EAF route 확산, 그러나 product mix 변화는 시장이 결정 (정책 도구 한계).

## 요약

본 paper 는 [[yeonbaekim-2002-co2-cement-international]] 의 **자매 paper** (twin) 다. [[yeonbaekim]] 의 Lawrence Berkeley Lab visiting research (2000-2001, [[ernst-worrell]] 협업) 의 결과물로, cement 와 iron-steel 두 *carbon-intensive sub-sector* 에 동일 methodology 를 병렬 적용한 *double publication* 전략. Cement 는 *Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change*, iron-steel 은 *Energy Policy* — venue 분리로 audience 확장. 본 paper 의 conceptual move 는 — Worrell et al. (1997, Energy Policy) 이 *iron-steel energy intensity* 에 적용한 PPI framework 를 *CO₂ emission* (energy + non-energy, 단 cement 와 달리 iron-steel 은 fuel combustion 만 CO₂ source) 으로 확장 + 7 국 시계열 비교 + CII normalization.

방법론은 cement paper 와 동일한 [[ave-pdm2]] decomposition (Ang 1995) 의 rolling base-year 적용. PPI 의 weight 는 각 강재 product 의 best-practice technology 에너지 소비 — sub-sector internal product mix shift (e.g., share of EAF, share of cold rolled) 를 fairly capture. CO₂ emission 식은 *(activity × structure × efficiency × fuel mix × utility)* 의 5-factor multiplicative. 식별의 핵심 explanatory variable 은 — (a) iron/crude steel 비 (primary vs secondary route share), (b) EAF 비율 (less energy-intensive route), (c) OHF (open hearth) → BOF (basic oxygen) 전환, (d) continuous casting share (less re-heating needed), (e) fuel mix (coal, oil, gas, biomass 비율), (f) electricity generation efficiency 및 fuel mix.

발견의 정책적 의미는 — (a) **공통 동인**: 모든 국가에서 *생산량* 이 가장 큰 emission 증가 source. *에너지효율* 이 가장 큰 emission intensity 감축 driver. (b) **한국 특이성**: Specific emission 감축에서 *utility effect* (원자력 + 발전 효율) 가 의미 있는 기여 — 다른 6 국 (Brazil, China, India, Mexico, US) 에서는 utility effect 가 미미. (c) **Brazil 의 후퇴**: Privatization (1980s 후반-1990s) 으로 *저비용 fossil fuel (coal) 전환*, biomass (charcoal) 점유 감소 — fuel mix 효과가 CO₂ intensity 를 *증가*. (d) **신흥국의 leapfrog**: 신규 시설 투자가 *modern energy-efficient technology* 도입을 의미 → 한국·중국은 generation 단계에서 가장 효율적 cement·steel plant 보유 가능. 한계: data uncertainty (특히 작은 변화에서), Japan 데이터 부족, scrap 가용성 같은 구조적 제약은 단기 정책으로 해결 안 됨.

## 핵심 결과

**철강 생산·CO₂ 배출 (1986 vs 1994)**

| 국가 | 생산 (Mton) 1986→1994 | CO₂ intensity (t C/ton) 1986→1994 | EAF share (%) 1994 |
|---|---|---:|---:|
| **South Korea** | 14.6 → 33.7 | 0.44 → **0.48** | 36 |
| Mexico | 7.2 → 10.3 | 0.50 → **0.44** | 63 |
| Brazil | 21.2 → 25.7 | 0.31 → 0.34 | 23 |
| China | 52.2 → 92.6 | 0.92 → **0.85** | 21 |
| India | 12.2 → 19.3 | 1.15 → **1.03** | 26 |
| US | 74.0 → 91.2 | (스칼라 표 없음) | 39 |

> **정량 결론.** South Korea, Mexico, China, India 모두 1994 까지 *CO₂ intensity 감소*. 한국은 *intensity 가 약간 상승 (0.44 → 0.48)* — 이는 product mix 가 high-end (cold rolled 28→36%) 로 옮겨가면서 평균이 올라간 효과. CII 기준으로는 한국이 가장 효율적인 그룹에 속한다.

## 방법론 노트

본 paper 의 방법론은 [[yeonbaekim-2002-co2-cement-international]] 와 *식별적으로 동일* (sister-paper 의 symmetric methodology). 다른 점은 (i) iron-steel 은 *calcination process emission 없음* → process emission term 제외, (ii) PPI weight 가 각 강재 product (crude steel, hot rolled, cold rolled, coated) 의 best-practice 1990s 에너지 소비, (iii) explanatory variable 이 cement 의 clinker/cement·wet/dry 가 아닌 *EAF share·OHF share·continuous casting share·iron/crude steel 비*.

핵심 식. CO₂ emission decomposition:

$$
C = \left[ \sum_i P_i \cdot \frac{PPI}{\sum_i P_i} \cdot \frac{E}{PPI} \right] \cdot \left[ \sum_j \frac{E_j}{E} \cdot \frac{C_j}{E_j} \right]
$$

[[ave-pdm2]] 분해:

$$
\Delta C_{01} = \Delta C_{ACT} + \Delta C_{STR} + \Delta C_{EFF} + \Delta C_{FUEL} + \Delta C_{UTIL} + R
$$

CII = $C / CBP$ (actual / best-practice). 식별은 (i) Worrell et al. (1997) 의 PPI weight 가 1990s best-practice plant 의 에너지 소비 기준 — *engineering benchmark 가 statistical normalizer 역할*, (ii) rolling base-year 가 residual 최소화, (iii) 7 국 시계열의 *between-country variance + within-country trend* 의 분해.

## 연구 계보

본 paper 는 [[yeonbaekim-2002-co2-cement-international]] 의 *iron-steel 자매 작업* 으로, 두 paper 가 함께 [[yeonbaekim]] author page 의 *제1기 (Berkeley/ETRI 2000-2006) 방법론 기반 구축* 의 핵심 출발점을 형성한다 (author page 분류). Worrell et al. (1997, Energy Policy) 의 *iron-steel energy intensity decomposition* 을 *CO₂ emission* 으로 확장하고 7 국 international comparison 으로 일반화. Ang (1995) 의 [[ave-pdm2]] Divisia method, Phylipsen et al. (1999) 의 international benchmarking 전통, Worrell et al. (1997, 1995) 의 PPI weight 체계를 직접 계승. Schipper et al. (1997), Ang & Pandiyan (1997) 의 national-level CO₂ decomposition 흐름에 *sub-sector resolution* 을 추가하는 위치. Sheinbaum & Ozawa (1998, Energy Policy) 의 Mexico cement decomposition 과는 *cement vs cement clinker ratio 처리* 에서 차별 — 본 sister-paper 들은 product-mix shift 와 efficiency 효과를 *독립적으로* 식별. 본 paper 는 이후 [[yeonbaekim]] 의 [[temep]] 부임 후 에너지-환경 라인의 토대를 제공하며, 후속으로 [[temep]] 내 [[eunnyeongheo]] 그룹의 산업 CO₂ 시리즈와 연결된다.

## See also

- [[decomposition-analysis]]
- [[ave-pdm2]]
- [[physical-production-index]]
- [[carbon-intensity-index]]
- [[iron-and-steel-industry]]
- [[ernst-worrell]]
- [[yeonbaekim]]
- [[yeonbaekim-2002-co2-cement-international]]
- [[energy-policy]]
- [[energy-efficiency-paradox]]