1. 서 론

기후변화 대응과 탄소중립 달성을 위한 산업 부문의 구조적 전환은 국제적으로 중요한 과제로 대두되고 있다[1,2]. 특히 에너지 집약적 산업은 국가 온실가스 감축 목표 달성에 있어 핵심적인 감축 대상으로 지목되고 있으며, 제지산업은 전 세계 제조업 중에서도 대표적인 온실가스 다배출 산업에 해당한다[3,4].

제지산업은 펄프 생산, 제지 가공 과정에서 다량의 전력과 열을 소비하며, 석탄·석유·가스 등 화석연료 기반 에너지 사용 비중이 높은 편으로[5] 온실가스 배출 저감 및 에너지 효율 향상을 동시에 달성해야 하는 이중 과제를 안고 있다. 최근 연구들은 제지산업이 기술 효율화와 연료 전환을 통해 상당한 감축 잠재력을 지니고 있음을 보여주고 있다[6].

한편, 산업 성장과 온실가스 배출 간의 관계를 평가하는 개념으로 탈동조화(decoupling)가 주목받고 있다. Tapio [7]는 경제성장률과 환경부하 증가율의 상대적 비율을 활용하여 절대적·상대적 탈동조화 여부를 판별하는 지표를 제안하였고, 이 지표는 이후 제조업, 교통, 에너지 부문 등 다양한 분야에서 활용되어 왔다[8,9,10].

국외 연구에서는 중국과 유럽을 중심으로 제지산업 및 기타 제조업의 탈동조화 분석이 활발히 진행되었으며, 특히 기술혁신과 에너지 효율 개선이 탈동조화 달성의 핵심 요인으로 보고되었다[11,12]. 국내에서는 철강, 석유화학, 시멘트 등 온실가스 다배출 산업의 탈동조화 분석이 일부 수행되었으나[13,14], 제지산업을 대상으로 한 체계적 정량 연구는 여전히 부족한 상황이다. 최근 제지산업의 지종별 온실가스 배출을 LMDI (logarithmic mean Divisia index) 기법으로 분해한 연구가 등장하였으나[15], 탈동조화 관점에서의 종합적 논의는 미흡한 실정이다.

따라서 본 연구는 Kaya 항등식 기반 Tapio 지수와 LMDI 요인분해 기법을 적용해 2012–2023년 국내 제지산업의 탄소 탈동조화 수준을 분석하고, 주요 기여 요인을 규명하고자 하였으며, 이를 통해 제지산업의 저탄소 전환을 위한 정책적 시사점을 제공하고자 한다.

2. 연구 방법론

2.1 분석 개요

본 연구는 우리나라 제지산업의 이산화탄소 탈동조화를 파악하기 위해 Kaya 항등식(Kaya identity)을 적용하여 우리나라 제지산업의 이산화탄소(CO₂) 배출량 변화를 세 요인(부가가치집약도, 에너지집약도, 탄소집약도)으로 분해하고, 각 요인의 기여도를 정량적으로 분석하였다. 이를 통해 2012년부터 2023년까지의 제지산업의 탄소 탈동조화의 실질 여부를 평가하고, 주요 감축 원인을 규명하고자 하였다.

Kaya 항등식은 일반적으로 에너지경제 및 기후정책 분석에서 국가 수준의 온실가스 배출을 설명하기 위해 활용되며, 다음 Eq. (1)과 같이 표현된다[16].

여기서, P는 인구, GDP는 1인당 국내총생산, E/GDP는 에너지 집약도(에너지 소비/GDP), CO₂/E는 탄소 집약도(탄소배출/에너지소비)이다. 그러나 본 연구에서는 제지산업 단일 부문에 한정하므로, 인구 항목은 제외하고 GDP를 제지산업 부가가치액으로 수정하여 Eq. (2)와 같은 단순화된 Kaya 항등식을 사용하였다.

여기서, VA는 제지산업 부가가치액(원), E/VA는 에너지집약도(GJ/원), CO₂/E는 탄소집약도(tCO₂/GJ), CO₂는 총 이산화탄소 배출량(Mt)이다.

2.2 Tapio 탄소 탈동조화 지수

Tapio [7]는 경제성장과 환경부하 간 관계를 정량적으로 측정하기 위해 다음과 같은 지수를 제안하였다.

여기서, D는 탈동조화 지수, CO₂는 이산화탄소 배출량, VA는 부가가치를 의미한다. D값이 0보다 작으면 절대적 탈동조화에 해당하며 CO₂ 배출은 감소하고 부가가치는 증가했음을 의미한다. D값이 0과 1사이일 때는 상대적 탈동조화에 해당하며, 부가가치의 증가율이 CO₂ 배출 증가율보다 높은 경우를 의미한다. 마지막으로 D값이 1보다 높으면 CO₂ 배출 증가율이 부가가치 증가율에 비해 높은 것으로 분석할 수 있다.

2.3 Kaya 식 기반 LMDI 요인분해

본 연구는 Kaya 식을 활용하여 LMDI 방법론[17,18]에 적용하면 CO₂ 배출량 변화는 다음과 같이 세 가지 요인으로 분해된다.

여기서, ΔCVA는 부가가치 효율 효과, ΔCEI는 에너지 효율 효과, ΔCCI는 탄소 효율 효과를 의미한다.

이를 로그평균 지수로 분해함으로써 연도별 기여도를 산출할 수 있다. 2012년(O)부터 2023년(T)까지의 배출량 증감 효과(ΔCtot)는 각 효과에 의한 온실가스 배출량을 모두 합산해 전체 온실가스 배출량 변화량으로 구했다. 여기에서 L는 각 효과의 가중치이다.

LMDI는 완전 분해 가능성(no residual term), 일관성(consistency) 등의 장점을 갖고 있으며, 산업에너지·환경을 효율적으로 분석할 수 있다[19,20].

2.4 자료 및 범위

본 연구는 2012년부터 2023년까지의 장기 시계열을 대상으로 국내 제지산업의 탈동조화를 분석하였다. 이 기간은 에너지 효율화 및 바이오연료 사용 증가 등과 같이 제지산업 내 기술 전환이 비교적 활발히 일어난 시기로, 탈동조화 추세의 실질적 평가가 가능한 구간이다. 연구에 사용된 자료는 신뢰성과 비교 가능성을 확보하기 위해 국가 공인 통계를 중심으로 선정하였다. 제지산업의 부가가치(VA) 자료는 한국은행에서 제공하는 산업연관표와 국민계정 통계를 활용하였으며, 명목 기준 자료를 실질화하여 사용하였다. 에너지 소비(E) 자료는 에너지경제연구원(KEEI)의 산업별 에너지 소비 통계를 인용하였으며, 전력과 열을 포함한 최종 에너지 사용량을 기준으로 집계하였다. 마지막으로 CO₂ 배출량은 온실가스종합정보센터(GIR)의 국가 온실가스 인벤토리 DB를 활용하였다. 다만, 각 기관의 통계자료는 산업별로 구분되어 있지만 분류기준이 상이한 점이 있다. 이에 본 연구에서는 한국은행 자료는 목재, 종이, 인쇄 및 복제업을, 에너지와 CO₂ 자료는 펄프, 종이 및 판지제조업, 골판지 종이상자 및 종이용기 제조업, 기타종이 및 판지제품제조업을 제지산업으로 구분하여 활용하였다.

기존의 단순 배출량 비교가 아닌 탈동조화 개념을 중심으로 한 구조 분석을 수행함으로써 제지산업의 탄소중립 전략 수립을 위한 실증적 근거를 제시하고자 하였으며, 특히 Kaya 식 기반의 Tapio 지수와 LMDI 기법을 결합함으로써, 정책 효과성과 기술 변화의 구조적 영향을 동시에 고려하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1 제지산업의 생산량·에너지소비·온실가스 배출 변화

Table 1에서 볼 수 있듯이 2012년에서 2023년 사이 우리나라 제지산업의 부가가치액, 에너지소비, 온실가스 배출량은 상이한 변동을 보였다. 부가가치액은 38.9% 증가한 반면 온실가스배출량은 14.8% 감소, 에너지소비량도 16.0% 감소하였다. 부가가치액은 국내 내수용 포장재, 위생용지 등의 수요가 꾸준히 유지되었기 때문으로 분석된다. 부가가치액의 증가는 CO₂ 배출량 증가 압력을 가했으나, 에너지 효율 개선과 탄소집약도 감소가 이를 상쇄하고 총 배출량을 절대적으로 감소시킨 것으로 나타났다(Fig. 1).

Fig. 1.

Trends in value-added (VA), energy consumption (E), and greenhouse gas emissions (C) in the pulp and paper industry (2012 = 100).

이 결과는 제지산업이 절대적 탈동조화(absolute decoupling)를 달성했음을 시사한다. 즉, 생산활동이 유지·성장함에도 불구하고 총 CO₂ 배출이 감소한 것이다. 이는 온실가스 감축이 생산 축소가 아닌 기술 혁신과 연료 전환을 통해 달성 가능함을 시사한다.

3.2 에너지집약도 및 탄소집약도 변화

동일 기간 에너지집약도는 39.5% 하락하여 효율·구조 개선이 크게 진전된 반면, 탄소집약도는 1.4% 상승해 연료·전력의 탄소강도 개선은 제한적이었음을 시사한다(Table 1). 에너지집약도는 제지 건조공정의 폐열회수, 보일러 개체 및 자동화설비 최적화 등 기존 시설의 효율화 투자 효과로 해석할 수 있다. 탄소집약도는 주요 기업들이 에너지원을 B-C유를 LNG 및 폐합성수지를 활용한 폐기물에너지 보일러 등으로 교체로 화석연료 사용 비중의 감소와 바이오매스 보일러 전환 그리고 폐열회수를 통한 스팀 절감 등 폐목재·폐지슬러지 기반 보일러 연료비중 증가가 주요 요인이라 할 수 있다.

3.3 연도별 탈동조화 지수

2012년 대비 2023년 Tapio 탄성은 -0.380으로, 제지산업의 성장 속도 대비 배출이 유의미하게 감소한 강한 탈동조화 상태로 평가된다(Table 2). 연도별로는 2013, 2016, 2018, 2021, 2023년에 강한 탈동조화, 2014, 2022년에 약한 탈동조화, 2020년에는 산출·배출 동반 감소의 경기침체형 결합, 2017년에는 산출 감소·배출 증가의 강한 역 탈동조화를 보였다. Tapio 지수 값이 대부분 0과 1 사이에 분포하였는데, 이는 부가가치의 증가율이 CO₂ 배출 증가율보다 높았음을 의미한다. 이 패턴은 효율 개선이 점진적으로 누적되는 가운데, 특정 연도에는 연료 믹스나 설비 가동·정지, 외생 충격(경기·가격 등)이 배출 변화를 좌우했음을 암시한다. 다시 말해, 제지산업이 경제적 성장세를 유지하면서도 온실가스 배출의 증가 속도를 억제하는 데 성공하였음을 보여준다. 2020년은 코로나19 팬데믹으로 인한 경기 둔화 시기에 해당하며, 이 시기에는 부가가치가 소폭 증가하거나 정체된 반면, CO₂ 배출은 감소하였다. 이로 인해 2021년 Tapio 지수가 음(-)의 값을 기록하며 절대적 탈동조화(absolute decoupling)가 나타났다. 이는 경기 충격으로 인해 생산활동 자체가 위축된 결과이기도 하지만, 동시에 에너지 효율화 정책과 에너지 절약 노력이 반영된 결과로 해석할 수 있다. 특히 2017년의 역 탈동조화는 미국 금리 인상에 따른 국내 경제 성장 둔화로 수출이 부진하였고 설비투자가 둔화되는 등 일시적 운영 요인의 영향 때문으로 판단된다. 결론적으로 Tapio 지수 추이는 제지산업이 장기적으로는 탈동조화 방향으로 진전해 왔음을 보여주지만, 경기 상황과 정책 환경에 따라 지수가 큰 변동성을 나타내는 한계를 동시에 드러낸다. 이는 단기적인 경기 변동과 무관하게 안정적으로 탈동조화를 달성할 수 있는 구조적 개선이 필요함을 시사한다.

3.4 LMDI 분해

2013년부터 2023년까지 LMDI 분석결과를 Table 3에 나타냈다. 부가가치 효율 효과는 +2,623.7, 에너지 효율 효과는 -3,927.6, 탄소 효율 효과는 +83.4, 전체 합은 -1,220.5로 나타났으며, 합이 실제 배출 변화와 일치한다. 에너지 효율 효과의 대규모 음(−)의 기여가 부가가치의 양(+)의 압력을 충분히 상쇄했고, 탄소 효율 효과는 근소한 양(+)으로 나타나 연료·전력의 탄소강도 측면에서는 아직 개선 여지가 남아 있음을 보여준다.

에너지 효율 효과는 장기간에 걸쳐 CO₂ 감축의 핵심 요인으로 작용하였다. 제지산업은 생산공정의 효율화, 노후 설비 교체, 폐열 회수 기술 도입 등을 통해 단위 부가가치당 에너지 소비량을 점진적으로 줄여왔다. 특히 2013년 이후 에너지는 뚜렷하게 개선된 것으로 보이며, 전체 CO₂ 배출 증가 압력을 크게 완화시켰다. 이는 정부의 에너지 절약 정책과 업계 차원의 효율화 투자가 효과를 거두었음을 시사한다.

탄소 효율 효과는 분석 기간 동안 점진적으로 완만한 감축 요인으로 나타났다. 그러나 기여도는 에너지 효율 효과에 비해 상대적으로 제한적이었다. 이는 제지산업이 여전히 석탄, 석유 등 화석연료에 상당 부분 의존하고 있기 때문이며, 바이오매스 보일러나 천연가스, 전력 기반 설비의 보급이 더디게 진행되었음을 반영한다. 다만 최근 일부 기업에서 바이오에너지 및 친환경 연료 전환을 시도하면서, 소규모 개선 효과가 나타나기 시작한 것으로 볼 수 있다.

3.5 구간별 비교

2012–2017년에는 부가가치액이 15.98% 증가하는 동안 온실가스배출량과 에너지소비량이 각각 7.1% 증가하였다. 에너지 효율 효과가 소폭(-7.65%) 개선되었으나 배출은 순증하여, 탈동조화의 강도는 제한적이었다. 반면 2017–2023년에는 부가가치액이 19.76% 추가 증가했음에도 온실가스배출량이 20.44% 감소, 에너지소비량이 21.56% 감소하여, 에너지 효율 효과가 34.5% 하락했다(Table 4). 이 구간에서 강한 탈동조화가 반복적으로 나타났고, 에너지 사용량 축소와 효율 향상이 배출 저감을 주도한 것으로 판단된다.

종합적으로 한국 제지산업이 지난 10여 년간 성장과 감축이 동시에 달성되었음을 보여준다. 그 핵심은 에너지 효율 효과의 구조적 개선이다. 제지 공정의 특성상 건조·증기·열교환 네트워크의 최적화, 모터·팬 가변속 제어, 폐열 회수 등에서 축적된 개선이 에너지 효율 효과 하락을 견인했을 가능성이 높다. 반면 탄소 효율 효과의 개선이 미미했던 점은 연료 전환의 제약, 전력의 탄소강도 변동, 바이오·폐기물 연료의 가용성·환경성 이슈 등이 복합적으로 작용했을 가능성을 보여준다. 2017년의 역 탈동조화는 운영·가동률·정기보수 등 단기적 리스크가 효율 성과를 잠식할 수 있음을 보여주며, 데이터 기반 MRV (Measurement·Reporting·Verification)와 설비별 KPI (key performance indicator) 관리의 중요성을 부각한다. 2018년 이후의 뚜렷한 효율 개선은 공급망·에너지 네트워크와의 협업이 결합될 때 산업 차원의 구조적 변화로 이어질 수 있다.

4. 결론 및 정책 제언

본 연구는 2012년부터 2023년까지 우리나라 제지산업의 이산화탄소 배출량 변화를 Kaya 항등식을 적용해 부가가치 효율 효과, 에너지 효율 효과, 탄소 효율 효과 요인으로 분해·분석하였다. 분석 결과, 부가가치액은 약 38.9% 증가했으나 CO₂ 배출량은 14.6% 감소하여 절대적 탈동조화를 달성한 것으로 나타났다. Kaya 항등식 로그차분 분해 결과, 에너지 효율 효과 개선이 약 -8.8%p, 탄소 효율 효과도 약 -8.0%p의 감축 기여를 한 것으로 분석되었다.

이러한 배출 감축은 폐열회수 시스템 도입, 보일러 효율화, 바이오매스 연료 전환 등 기술적 요인에 기반했다. 특히 폐목재·슬러지의 연료화와 보일러 교체는 연료의 탄소계수를 낮춰 탄소집약도를 실질적으로 감소시켰다. 정부의 에너지효율 향상 보조금, 바이오매스 보일러 지원사업 등 정책적 지원도 일정 부분 효과를 거둔 것으로 평가된다.

본 연구는 한국 제지산업의 Kaya 식과 LMDI 분석을 통해 탄소 탈동조화 현상을 검증하고 요인별 기여도를 분석하였으나, 다음과 같은 한계점이 존재한다. 첫째, 제지산업 관련 통계자료의 정의와 범위가 기관별로 상이하다는 점이다. 이러한 불일치는 연구 과정에서 투입된 데이터의 일관성에 제약을 주며, 분석 결과의 정확성에도 영향을 미칠 수 있지만 제지산업군의 전반적인 경향은 파악할 수 있었다. 둘째, 탄소배출을 Scope 1 (직접배출)에 초점을 맞춰 전력소비로 인한 Scope 2 (간접배출)을 구체적으로 반영하지 못했다는 한계가 있으며, 전력믹스 탈탄소화와 연계한 간접배출 감축 효과를 향후 분석에 포함할 필요가 있다. 또한 Kaya 항등식 특성상 변수 간 상호작용 효과나 가격탄력성, 개별 설비의 기술적 세부특성을 포착하기 어렵다는 제약이 존재한다.

따라서 산업 맞춤형 저탄소전환 전략을 수립하기 위해서는 폐열회수 및 고효율 설비 투자 지원 확대, 바이오연료 인증제도 및 공급망 개선, 재생에너지 전력구매계약(PPA) 활성화 등의 정책이 필요하다. 또한 공정별·연료별 통계 고도화를 통해 더 정밀한 배출 분석을 지원하고, 기업들이 배출저감 설비 투자 결정을 할 수 있는 데이터 기반 환경을 조성해야 한다. 비록 본 연구는 Scope 1 배출 분석에 한정되었으나, 제지산업의 전력 의존도가 높기 때문에 Scope 2까지 아우르는 저탄소 전환 전략이 필수적이다. 따라서 본 연구 결과는 이러한 정책과 전략 설계의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.