CO2 Emission Trends in the Cement Industry: An International Comparison

김연배, Ernst Worrell (2002) · Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 7:115–133 · DOI ↗

시멘트 산업의 CO₂ 배출 추세를 physical indicator 기반 decomposition 으로 분석. Brazil, China, South Korea, US 4 개국 (전세계 시멘트 생산의 45%) 의 1980-1996 데이터로 활동 (생산량), 구조 (clinker/cement 비율), 에너지효율, fuel mix, utility 효과의 5 가지 driver 를 분리. 4 개국 모두에서 생산량 증가가 총배출 증가의 주범 이지만, 한국을 제외한 모든 곳에서 에너지효율 개선 이 배출 원단위 감소의 주요인. 한국은 clinker/cement 비 감소 라는 구조 변화가 가장 큰 기여.

RQ: 시멘트 산업의 CO₂ 배출 추세를 monetary indicator (부가가치 기반) 가 아닌 physical indicator (clinker production, wet/dry process share, fuel mix) 로 분해하면, 활동·구조·효율·연료·발전 5 effect 중 어느 driver 가 어느 국가에서 dominant 한가?
방법론: decomposition-analysis (ave-pdm2 — Ang 1995 simple average parametric Divisia method), physical-production-index (Worrell et al. 1997 method 의 cement 확장), carbon-intensity-index (best-practice 대비 actual 비율)
데이터: Brazil (1980-1995), China (1988-1995), South Korea (1981-1998), US (1980-1996). INEDIS database (Lawrence Berkeley National Lab 의 EETD 산업에너지 네트워크). Cement·clinker 생산량, fuel mix, 전력생산효율 시계열
주요 발견: (i) 4 개국 모두 생산량 증가가 총 CO₂ 증가의 주 원인. (ii) 한국 외 모든 곳에서 energy efficiency 개선이 배출 원단위 감소의 주 driver. (iii) 한국은 clinker/cement 비가 1.07 (1981) → 0.85 (1998) 로 하락 — 구조 변화 (cement blending 증가) 가 원단위 감소의 주 driver. (iv) CII (1996 기준) — Korea ≈100 (가장 효율적, 1998 에 94 까지 하락 = 참조 best-practice 보다 효율적), Brazil 122, US 138, China 135. (v) Brazil 은 biomass (charcoal) → oil 전환으로 fuel mix 효과가 배출 증가에 기여.
시사점: 효율 개선의 기술 잠재력이 가장 큰 국가는 중국 (vertical kiln 비효율) 과 US (wet process 잔존). 한국은 효율 측면에서 best practice 도달, 향후 감축은 cement blending 확대 와 연료 다양화 가 핵심. Brazil 의 biomass 감소 추세는 carbon-intensive 전환의 후퇴 신호.

1990 년대 4 개국 시멘트 산업의 Carbon Intensity Index (CII, energy use only). 100 이 reference best practice; 한국이 1990 년대 후반 가장 효율적, 중국·미국은 30%+ 의 효율 격차 유지.

요약

본 paper 는 김연배 의 연구 출발점 에 해당하는 작업이다 (author page 제1기 Berkeley/ETRI 시대 분류). Lawrence Berkeley National Lab 의 Ernst Worrell 과 1년간 visiting researcher 협업 결과로 — 후속 International comparison of CO2 emission trends in the iron and steel industry (Energy Policy) 의 zwilling paper. 기존 CO₂ decomposition 문헌 (Ang & Pandiyan 1997, Liaskas et al. 2000, Schipper et al. 1997 등) 은 국가 전체 / 부문 (산업·주거·상업) 수준 의 monetary indicator 분해에 머물러, 시멘트·철강 같은 energy-intensive sub-sector 의 intra-sectoral 동인을 식별하지 못했다. 본 paper 의 conceptual move 는 — Worrell et al. (1997) 의 physical production index (PPI) 를 cement sector 에 처음 적용 + 연료별 emission factor 와 process emission (calcination) 을 통합 — 시멘트 산업 CO₂ 변화를 activity / structure / efficiency / fuel mix / utility 5 driver 로 분해.

방법론 핵심은 ave-pdm2 (Ang 1995 의 simple average parametric Divisia method) 의 rolling base-year 적용으로 residual term 을 최소화한 decomposition-analysis. PPI 는 각 cement product 의 best-practice 기술 기준 에너지 소비 를 weight 로 사용하기에, 일반 monetary value-added 보다 intra-sector structural change 를 정확히 capture. CO₂ 배출 식은 (activity × structure × efficiency × fuel mix × utility) + clinker calcination 의 process emission (138.3 kg C/Mg clinker) 의 곱 형태로 decompose. International comparison 에는 carbon-intensity-index (CII) — actual CO₂ intensity 를 best-practice 기술 CO₂ intensity 로 정규화 — 를 도입해 product mix 차이 를 통제한 순수 에너지효율 차이 를 추출.

발견의 정책적 의미는 — (a) 공통 driver: 4 개국 모두 activity (생산량) 이 총배출 증가의 주범. 효율 개선이 부분 상쇄. (b) 국가별 특이성: 한국은 clinker/cement 비 감소 (구조 변화) 가 가장 큰 emission intensity 감소 driver — wet process 의 빠른 phase-out + clinker 수출 감소. Brazil 은 biomass → oil 전환이 emission intensity 를 증가 시킴. China 는 수많은 inefficient vertical kiln 으로 CII 가 135 — 최대 감축 잠재력. (c) 기술적 잠재력: 4 개국 모두 10-35 kg C/Mg cement 의 efficiency 개선 여지. cement blending 확대 (clinker 대체) 가 가장 빠른 정책 도구.

핵심 결과

Carbon Intensity Index (CII, energy use only, 1990s 평균; 100 = reference best practice)

국가	1990	1995	1998
Brazil	133	118	—
China	133	136	—
Korea	106	101	94
US	121	138	—

정량 결론. 1990 년대 말 한국 시멘트 산업이 best practice reference 를 추월 (CII < 100). 중국은 1995 년에도 36% 의 효율 격차 (vertical kiln 잔존). Brazil 은 감소 추세 (133 → 118), US 는 증가 추세 (121 → 138, wet process 잔존).

방법론 노트

본 paper 의 방법론 선택은 monetary indicator (real value-added) 의 noise + intra-sectoral 정보 손실 회피. Worrell et al. (1997) 의 PPI framework 를 cement sector 에 처음 확장.

핵심 식. Total CO₂ emissions:

C = P \left[ \frac{PPI}{P} \cdot \frac{E}{PPI} \cdot \sum_j \frac{E_j}{E} \cdot \frac{C_j}{E_j} + \frac{K}{P} \cdot \frac{C_K}{K} \right]

여기서 $P$ = cement production, $PPI = \sum P_i W_i$ 는 best-practice weighted production index, $K$ = clinker production, $C_K/K = 138.3 \text{ kg C/Mg clinker}$ 는 calcination emission factor.

AVE-PDM2 decomposition (year 0 → 1):

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

각 effect 는 rolling base-year (0.5-weight average) 로 계산해 residual $R$ 최소화. Carbon Intensity Index:

CII = \frac{C / \sum P_i}{CBP / \sum P_i} = \frac{C}{CBP}

여기서 $CBP$ 는 best-practice 기술 사용 시의 CO₂ 배출. CII < 100 → reference 보다 효율적, CII > 100 → 비효율. International 비교에서 product mix 차이를 제거하는 normalizer.

연구 계보

본 paper 는 Worrell et al. (1997, Energy Policy) 의 iron and steel 의 PPI-기반 energy decomposition 을 (i) sector 를 cement 로 확장, (ii) CO₂ emission 으로 확장 (energy-use + calcination process emission), (iii) 4 국 international comparison + CII 도입의 세 방향으로 확장. Ang (1995) 의 ave-pdm2 Divisia method 와 Phylipsen et al. (1999) 의 international benchmarking 전통을 이어받는다. Schipper et al. (1997), Ang & Pandiyan (1997), Liaskas et al. (2000), Nag & Parikh (2000) 의 national-level CO₂ decomposition 흐름에 sub-sector-level + physical indicator 차원을 추가하는 위치. 김연배 author page 의 제1기 Berkeley/ETRI 시대 의 출발점 — Worrell 과의 LBL 협업 결과, 이듬해 International comparison of CO2 emission trends in the iron and steel industry (Energy Policy) 와 함께 한국·신흥국 에너지 정책의 international benchmark 토대를 형성. 같은 기술경영경제정책전공 의 에너지-환경 정책 라인에서 허은녕 와의 후속 산업 CO₂ 분석으로 이어진다 (cf. Bayesian estimation of multinomial probit models of work trip choice 에 공저로 등장).

인접 그래프

1-hop 이웃 11개

인물 3
개관 1
주제 1
수록처 2
논문 4

휠 = 확대/축소 · 드래그 = 이동 · hover = 라벨 · 클릭 = 페이지 이동

CO2 Emission Trends in the Cement Industry: An International Comparison

요약

핵심 결과

방법론 노트

연구 계보

See also

인접 그래프

이 문서를 가리키는 페이지

논문 (3)

인물 (1)

수록처 (1)