국내 탄소배출권 가격의 국제 동조화 연구

1. 서론

2021년말 기준 전세계 64개국은 ‘탄소 순배출 넷제로(net zero)’를 위해 자국 사정에 맞는 탄소가격 제도(Carbon Pricing)를 운영 중이다(World Bank, 2022)¹⁾. 탄소가격 제도는 재화와 용역의 생산에서 탄소를 직접 배출하는 생산자뿐만 아니라 소비자도 배출자로 간주하고 탄소감축의 공공비용을 부담하게 하는 ‘외부효과의 내재화’ 제도이다(Ian, 2019). 따라서 탄소가격 제도는 생산자 및 소비자 등의 오염원에게 경제적 유인을 제공함으로써 효율적인 환경이용 비용을 유도하도록 설계되어야 한다(Kwon, 2020).

이러한 탄소가격 제도는 탄소 배출량만큼 과세하는 탄소세(Carbon Tax)와 탄소배출권 매매를 통해 간접적으로 비용을 부과하는 배출권 거래제(Emissions Trading Scheme, ETS)가 대표적이다. 한편 유럽연합(EU)이 도입을 검토 중인 탄소국경조정세(Carbon Border Adjustment Mechanism)도 광의의 탄소가격 제도에 포함한다(World Bank, 2021).

이중 ETS는 탄소세 등 가격변수를 직접 조절하는 배출부과금에 비해 배출권이라는 상품(commodity)의 시장가격 결정 기능에 기반하여, 배출권 발행량을 직접 조절하고 오염원 간에 배출권을 거래하게 함으로써 배출량의 효율적 배분을 유도할 수 있다. 따라서 단기적인 비용효과성과 장기적인 기술혁신 유인이 가능함과 동시에 규제당국과 오염원이 지속적으로 접촉할 필요가 없는 환경규제이다(Kwon, 2020).

이런 이유로 ETS는 2005년부터 공식 발효된 교토의정서의 대표적 경제적 유인책이다²⁾. 정부는 경기 상황 등에 따라 배출총량을 유연하게 조정할 수 있다는 규제의 유연성 때문에 2015년 파리협약의 준수를 위한 국가별 온실가스 감축목표(Nationally Determined Contributions) 달성에 효과적이다(World Bank, 2021).

1.1 연구 배경

ETS는 2002년 3월 영국(ETS UK Emission Trading Scheme)를 시작으로, 2005년부터 시행된 유럽 거래소(European Union ETS, EU-ETS)가 현재 가장 대표적인 시장이다³⁾. 아울러, 2021년 기준 세계 7위의 에너지 소비국이자 10위의 이산화탄소 배출국인 우리나라도 2015년 1월부터 아시아 최초의 국가 단위 배출권 거래제(K-ETS)를 운영중이다⁴⁾.

초국가 단위의 EU-ETS를 제외한 여타 배출권 거래소는 시장이 개별국가 또는 지역으로 한정되어 있어, 거래소별로 제도, 시장참여자 등의 배출권 가격결정 요인이 상이하다. 그러나 배출권이라는 상품 가격이 거래 참여자의 기후협약 이행 전망, 여론, 글로벌 에너지 가격 등의 공통적 가격결정 요인에 의해 결정된다면, 상품 가격은 동일하게 영향을 받는다(French and Roll; 1986, Ross, 1989). 다시 말해서 거래소별 배출권 가격 메커니즘이 합리적이라면, 일물일가 법칙(law of one price)에 따라 배출권 가격 간에는 환율 등의 거래비용을 제외하고 동조화된 가격 움직임을 보일 것이다.

이를 두고 Kim et al.(2019), Luo and Li (2022) 등 최근 일부 선행연구들이 K-ETS와 여타 거래소의 가격 동조화 연구 결과를 제시하고 있다. 그러나 Fig. 1과 같이 K-ETS의 배출권 가격은 EU-ETS, 뉴질랜드 거래소(New Zealand ETS) 및 중국 후베이성 거래소⁵⁾와 확연히 다른 움직임을 보이고 있다. Fig. 1은 가격 데이터 간의 상대적 움직임을 비교할 목적으로 통화별 가격 데이터를 정규화하여 제시하였다. Kim et al.(2019) 등 많은 선행연구들은 유로 등의 단일 통화로 환산한 가격 데이터를 이용하는데, 환율은 재화 등의 거래시 대표적인 거래비용이다(Piet et al., 1995). 또한 국가별 환율 정책 및 정부의 외환시장 개입 영향 등을 제거할 목적으로 본 연구에서는 정규화한 가격 데이터를 분석에 활용하였다.

Fig. 1.

Comparison of Normalized Price of K-ETS, EU-ETS, NZ-ETS, and Hubei ETS

Fig. 1과 같이 후베이 거래소의 배출권 가격이 2018년 6월부터 2019년 말까지 급변동한 시기를 제외하면, K-ETS를 제외한 나머지 세 거래소의 배출권 가격은 대체로 유사한 움직임을 보인다. 특히 이들 거래소는 Covid-19 팬데믹 이전 가격을 저점으로 2020년 이후 상승 추세를 시현하는 반면, K-ETS 배출권 가격은 2020년 4월(42,500원)을 고점으로 하락 후 상승하는 추세를 보인다.

2. 탄소배출권 현황 및 선행연구

3. 분석 결과

3.1 분석 데이터

본 연구는 K-ETS 개장일인 2015년 1월부터 Covid-19 팬데믹 기간을 포함한 2022년 9월까지의 일별 가격 데이터를 이용하여¹⁰⁾, 한국(K-ETS), 유럽(EU-ETS), 뉴질랜드(NZ-ETS) 및 중국(Hubei)의 탄소배출권 가격간 동조화 여부를 검증하였다. 이를 통해 K-ETS 시장의 효율성 여부를 살펴보는 것이 목적이다.

앞서 선행연구에서 제시한 것처럼 시장간 동조화는 동일 시장이라도 분석대상 기간 및 분석 변수에 따라 다른 결과를 보인다. 예를 들어, Wang et al.(2017) 및 Luo and Li (2022)는 중국과 EU-ETS간 동조화를 동일한 DCC-GARCH 모형으로 분석하였으나 다른 결과를 도출하였다. 이는 DCC-GARCH 모형이 거래소간 가격 움직임이 아닌 가격 변동성의 상관성을 분석한 결과로 판단된다. 이처럼 배출권 가격간 동조화 여부는 가격 변동성으로 확인이 가능하다. 다만 이에 앞서 가격변수간 추세의 동조화 분석이 먼저 확인될 필요가 있다. 추세적 움직임이 통계적으로 유의하다는 전제 하에 가격 변동성을 판단할 필요가 있다. 따라서 동 연구에서는 분석 대상 기간에 외생적으로 전세계 경기침체를 야기시킨 Covid-19 팬데믹 기간을 포함하고, 환율 등 거래비용을 제외한 가격 변수간 분석을 통해 동조화를 검증할 목적으로 가격 변수를 이용한다. 이를 통해 경기 상황에 관계없이 물리적으로 떨어져 있는 거래소간에 장기 균형 관계가 성립하는지를 관찰하였다. 이에 대한 각 배출권의 정규화 이전 가격 데이터에 대한 기술통계량은 Table 1과 같다. 해당 데이터는 거래소 소재 통화 데이터이며, 배출권 특성상 매일 장내거래가 발생하는 것은 아니기 때문에 데이터 수(count)에서 차이가 발생한다. 이때 결측치는 전일 가격 대신 큐빅 스플라인(cubic spline)으로 보간하였다. 각 가격 데이터의 변동계수(CV, coefficient of variation) 및 4분위수 비교시 K-ETS의 변동성이 EU-ETS보다 상대적으로 낮게 추정된다. 그러나 이는 K-ETS의 일별 가격 변동폭이 상대적으로 작은 결과로서, 시장에서의 거래 빈도, 거래량 등의 종합적인 비교 없이 K-ETS가 EU-ETS 대비 가격 안정적이라고 해석할 수는 없다.

Table 1.

Descriptive statistics of Row Data

3.3 분석 결과

Fig. 2는 분석기간 중 각 가격 데이터의 추세 변화를 직관적으로 비교하기 위해 정규화된 가격 변수에서 추세 요소를 추출한 결과를 제시하였다. EU-ETS, NZ-ETS 및 후베이 거래소는 Covid-19 이전인 2019년부터 2021년까지 횡보하다가 2021년 이후 급격히 상승한다. 반면 K-ETS는 2020년부터 2021년의 기간중 급락했다가 2021년 이후 재차 상승하는 양상을 보인다.

Fig. 2.

Trend Analysis of Spot Carbon Allowance Prices

분석기간 전체를 대상으로 배출권 가격간 Pearson 상관계수는 Fig. 3과 같다.

Fig. 3.

Pearson Correlation Analysis of Spot Carbon Allowance Prices

K-ETS와 여타 거래소의 배출권 가격간 상관관계는 0.32 ~ 0.42 수준으로 통계적 상관성이 크게 높지 않다. 반면 여타 거래소 간에는 최소 0.8 이상으로 변수간 통계적 상관성이 매우 높게 측정되었다.

이러한 거래소간 배출권 가격 변동의 차이는 Fig. 4의 연도별, 월별 가격 변동 추이에서도 확연히 나타난다. 먼저 Fig. 4(a)의 연도별 가격 변동폭을 살펴보면, K-ETS는 2019년부터 연도별 가격 변동폭이 급격히 커지면서 하락세인데, 나머지 거래소는 Covid-19 확산이 주춤해진 2020년을 단기 저점으로 2021년도에 가격 변동폭이 증가한다. 또한 Fig. 4(b)와 같이 거래소별 월별 가격 변동폭에서도 차이가 있다. K-ETS는 대체로 11월부터 1월 사이에 가격 변동이 커지지만, 여타 시장은 주로 3월부터 9월에 이러한 특성을 보인다.

Fig. 4.

Temporal Analysis of Spot Carbon Allowance Prices in ETSs

K-ETS와 각 거래소 간의 시간 가변적 상관성을 검증할 목적으로 Pearson 누적 상관계수 추이를 산출한 결과는 Fig. 5에 제시되어 있다. K-ETS는 전반적으로 운영 기간이 경과할수록 EU-ETS, NZ-ETS 및 중국 후베이 거래소와의 상관성이 낮아지는 양상이다. K-ETS는 제2차 계획기간을 거치면서 가격 상관성이 점차 상승하지만, 그 수준은 여전히 0.5 미만이다. 아울러 Covid-19 기간 중에는 누적 상관성도 떨어진다.

Fig. 5.

Accumulated Pearson Correlation Analysis between K-ETS and Other ETSs

EDA 결과에 대한 통계적 실증 검증을 위해, 가격 데이터간 공적분 검증을 실시하였다. 이에 앞서 ADF (Augmented Dickey-Fuller) 검증으로 각 데이터의 정상성을 확인한 결과, Table 2와 같이 모든 데이터에서 단위근(unit root)을 포함한 비정상성이 확인되었다¹¹⁾.

Table 2.

ADF Test Results

Table 2의 ADF 검정 결과를 근거로 차분 없이 네 가격 데이터에 대한 Johansen 공적분(cointegration) 검정 실시 결과는 Table 3에 제시되어 있다.

Table 3.

Johansen Cointegration Test Results

검정 결과, 네개의 탄소시장 가격 데이터 간에는 최소 2개의 공적분이 존재한다. 앞서 실시한 EDA 분석을 통해 직관적으로 K-ETS를 제외한 여타 세 시장은 서로 상관됨을 가시적으로 확인할 수 있었다. 따라서 2개의 공적분이 존재한다는 결과는 두 쌍의 가격 데이터가 선형적으로 결합되거나, 세 개의 가격 데이터가 선형적으로 결합될 수 있음을 의미한다. 따라서 네 시장 중 최소 두 시장 또는 세 시장 간에 장기균형 관계가 성립한다고 해석할 수 있다.

해당 결과의 확인을 목적으로 Engle-Granger two-step 공적분 검정을 추가 실시하였다. 이때 적용 시차는 Engle and Granger (1987)에 따라 각 변수의 ACF 및 PACF를 고려하여 반영하였고, 정확한 결과 도출을 위해 변수쌍의 순서를 교차하여 검정하였다. 결과는 Table 4와 같다.

Table 4.

Engle and Granger Two-step Cointegration Test Results

이를 통해 네 시장 중 오직 EU-ETS와 중국 후베이 거래소 시장 간에만 공적분이 존재함을 확인하는 것으로 파악된다. 이러한 결과는 본 연구와 분석 기간이 유사한 Luo and Li (2022)의 연구와 부분적으로 동일하다. 한편 본 연구에서는 Luo and Li (2022), Kim et al.(2019)의 연구 결과처럼 K-ETS가 다른 거래소들과 공적분 관계라는 결과는 확인하지 못하였다.

4. 결론

본 연구는 2015년 1월부터 2022년 9월까지의 일별 가격 데이터를 이용하여 국내 탄소배출권(K-ETS) 가격이 유럽(EU-ETS), 뉴질랜드(NZ-ETS) 및 중국 후베이성 거래소의 배출권 가격과 거래비용을 제외한 상태에서 동조화 되는지를 분석하였다. 선행 연구와의 차이는 분석기간에 Covid-19의 외부 요인에 의한 경기침체기가 포함된 것이다.

연구 결과, K-ETS는 여타 거래소와 공적분이 존재하지 않는 것으로 분석되어, K-ETS는 여타 거래소 간에 장기균형 관계가 성립하지 않는 비효율적인 시장으로 판단된다. 국내 배출권 가격은 국제적으로 효율적 벤치마크로 간주되는 EU-ETS 배출권 가격 등과 장기균형 관계가 없는 반면, 여타 거래소 간에는 공적분 관계이거나 상관성이 높다는 점을 근거로 국내 배출권 가격이 비합리적으로 형성되고 있다고 판단한다. 이러한 영향은 특히 Covid-19 팬데믹 기간인 2019년부터 두드러지게 나타난다. 이 기간중 국내 배출권 가격은 여타 거래소와 다른 요인에 의해 가격이 결정되는 것으로 추정된다. 본 연구에서는 기간을 구분하여 분석하지 못한 한계가 존재하며, 기간별로 거래소간 차이를 발생시키는 주요인 분석이 필요하다. 이런 한계에도 불구하고 기존 문헌 등을 통해 차이 발생에 대한 다음의 두가지 가능성을 제시한다.

첫째, 국내 배출권 거래제의 제도적 문제점이다. 미국 에너지 정보국(U.S. Energy Information Administration, 2022)은 EU-ETS의 2021년 배출권 가격이 40% 상승한 배경으로, Coivd-19 팬데믹 초기에는 많은 국가들이 경기급락 우려에 직면하여 모든 ETS의 배출권 가격 하락에 영향을 미쳤으나, 2020년 2분기부터 팬데믹 영향이 점차 완화되면서 시장 참여자들의 경기 회복에 대한 기대감으로 유가 상승이 배출권 가격 상승에 영향을 미친 것으로 분석하였다. 그러나 K-ETS는 Park and Cho (2017), Son and Jeon (2018) 등의 연구와 같이 K-ETS 배출권 가격이 배출권 이행연도의 익년도에 행해지는 배출권 명세 제출 등의 제도적 요인에 기인한다고 판단된다. KEC (2020)에 따르면, 국내 기업은 경제 전망 등에 근거해 배출권을 거래하기 보다는 제도적 불확실성 때문에 가격 상승 등을 염두하고 배출권을 이월하는 경향이 있다.

둘째, 경기 상황에 대한 ETS 운영의 유연성 부족이다. ETS는 경기 변화 등을 감안하여 규제를 유연적으로 운영할 수 있다는 것이 탄소세 대비 장점이다(World Bank, 2021). Kim et al.(2019)은 유가 요인에 기인하여 K-ETS, EU-ETS 및 NZ-ETS의 배출권 가격간에 동조화가 존재한다고 분석하였으나, 연구대상 기간이 Covid-19 확산 이전임을 감안할 때, 본 연구 결과와 결합하여 판단시 Covid-19 팬데믹이라는 외부 경기침체 요인에 K-ETS와 여타 거래소간 장기 균형 관계가 약화된 것으로 해석할 수 있다.

KEC (2020)에 따르면, Covid-19이 완화된 2020년 중반에 독일 등은 2021년부터 배출권 거래제 산업 범위의 확대 법안의 시행을 발표하였다. 그리고 EU-ETS는 스위스, 몰도바 등과의 연계 계획을 추진하는 등 경기침체 우려가 완화되면서 EU-ETS의 시장 확대가 배출권 매입의 증가로 이어지면서 EU-ETS 배출권 가격을 지속 상승시킨 것으로 분석하였다. 중국 또한 2020년 6월에 온실가스 감축을 위한 EU-중국 정상회담 개최 및 CN-ETS의 항공부문 추가 등 배출권 거래제 대상 산업 범위의 확대 등을 통해 배출권 시장 규모가 점차 커지면서 배출권에 대한 수요도 크게 증가하는 실정이다. 게다가 NZ-ETS의 경우에도 NZ-ETS의 가격 메카니즘 일환으로 2012년 도입한 고정가격옵션(Fixed Price Option)을 2020년 6월경 기존의 25 NZD에서 35 NZD로 상향 조정을 발표하면서 배출권 가격이 상승한 것으로 판단된다(뉴질랜드 MfE, 2022).

반면 K-ETS는 2020년 4월 톤당 42,500원의 고점 형성 이후 2020년 1분기부터 배출권 가격이 급락했다가 상승하는 과정에서 어떠한 유연적 제도도 발견할 수 없었다.

본 연구는 가격 이외 거래량, 가격 변동성 요인 등에 대한 배출권 수급의 가격 기여도를 포함하거나, 기간별 가격 결정 요인을 분석하지 못한 한계가 있다. 이러한 한계에도 불구하고 K-ETS가 여타 거래소의 배출권과 동조화되지 않았다는 연구 결과를 토대로, 국내 탄소배출권 시장의 국제 동조화 제고를 위해 다음 사항을 제언한다.

첫째, 안정적인 배출권 가격 형성을 위해시장 참여자를 늘려야 한다. K-ETS는 2022년 기준 736개 업체 및 사업장이 배출권 할당배상업체로 지정되어 있다¹²⁾. MoE (2020)는 배출권 시장의 거래량 증가의 일환으로, 2021년 12월부터 증권사의 자기매매를 허용하는 등 기존의 배출권 시장이 할당업체 및 국책은행 중심의 시장조성자만 매매할 수 있었던 폐쇄적인 시장이었던 점에 비해 획기적인 전환이다. 그러나 문제는 금융사 등의 제3자 시장 참여가 매입-매도 호가를 줄이는 효과는 있을 수 있으나, 거래량 자체의 증가로 이어진다고 단정하기는 어렵다.

따라서 배출권시장의 직접 당사자인 기업의 거래를 증가시키는 방안을 고민할 필요가 있다. 이런 측면에서, 거래소 설립이 어려운 동남아시아 국가들의 국내 거래소 참여 또는 거래소간 통합 방안을 고려해 볼 수 있겠다. 비록 배출권 할당은 국가 주권으로서, 국가 재량권의 제한에 대한 우려가 있을 수 있다. 그러나 EU-ETS가 가격 안정성을 기반으로 스위스, 몰도바 등과의 통합을 통해 시장을 지속 확대해 나가는 사례는 시사하는 바가 크다. 따라서 K-ETS에 여타 국가의 배출권 참여 허용이 제도적, 정치적, 법적 문제점을 수반할 것이나, 중요한 점은 신기후체제 하에서 우리 배출권 시장의 확대를 통해 우리 경제의 아시아권내 영향력 확대로 이어질 수 있다.

게다가 배출권 거래소 간의 통합은 EU가 추진중인 탄소국경조정세와도 밀접하게 관련됨에 따라, K-ETS의 실질 거래 참여자를 늘려 국내 탄소배출권 가격이 EU-ETS 등과 동조화되도록 유도함으로써 비효율적인 시장의 정상화 방안을 고민해야 한다.

둘째, 2024년으로 예정된 파생상품 도입에 신중할 필요가 있다. 다수 전문가들은 장내파생상품 도입이 비효율적인 국내 배출권 현물의 가격 발견 기능 강화 및 거래 활성화에 기여한다고 주장한다. 그러나 본 연구 결과처럼 K-ETS는 EU-ETS 등과 비동조화되어 가격 예측을 위한 벤치마크가 없다. 따라서 자칫 비효율적인 현물 시장에 성급히 파생상품을 도입하게 되면 역으로 파생시장이 현물시장의 변동성을 확대시키는 왝더독(wag the dog) 현상을 초래할 수 있다.

그 이유는 비교적 간단하다. 장내외 파생 거래를 위해서는 금융공학적으로 합리적인 가격결정 모형(valuation model)을 통한 공정가치(fair value) 측정 가능성이 전제되어야 한다. 파생상품 가격은 기초자산(underlying asset)인 현물(배출권)의 과거 가격 데이터에 기반하여, 배출권 현물 가격에 현물자산 보유시 기회비용에 해당하는 자금조달·저장·신용도 등의 보유비용(cost of carry)을 조정하여 산출한다. 게다가 상품 특성상 금융회사 등의 제3자는 결제 시점에 실물인수도 보다는 현금결제를 추구할 것이므로 공정가치 측정 가능성은 필수이다. 따라서 배출권 현물 가격이 안정적이지 않으면 파생상품의 공정가치 추정이 어렵다. 이는 파생상품의 도입 목적인 현물의 헤징(hedging) 및 미래 가격 발견이 불가능한 이유이다. 아울러 K-ETS 가격이 여타 거래소와 동조화되지 않는 상황에서 파생상품 거래를 허용하면 국내 현선물간 가격 차이 또는 국내외 배출권 가격 차이를 이용한 투기거래 확대의 부작용으로 국내 배출권 현물시장의 변동성이 확대될 수 있다. 특히 현재 K-ETS 배출권 현물거래는 거래소를 통한 장내거래보다 당사자간 장외거래 비중이 크고, 현재의 이월 제도는 행정 절차가 이루어지는 6월 등 특정월의 가격 변동성을 증가시키기 때문에 파생상품의 도입이 시장을 안정화시킬 것으로 단정하기 어렵다¹³⁾. 따라서 파생상품 거래의 도입 이전에 시장 참여자 증가를 통한 현물시장의 거래량 및 현물 가격의 안정성을 추구해야 한다.

마지막으로, 국내 배출권의 무상할당 비율을 현저히 낮출 필요가 있다. 정부는 2021년부터 해당되는 제3차 계획기간중 유상할당 비율을 10% 이상으로 상향하였다. 유상할당 비율의 점진적 증가는 기업의 경제적 부담을 완화할 목적이겠지만, 배출권 거래제가 시행된지 만 8년이 지난 현재까지 90% 수준으로 배출권을 무상할당하는 것은 기업들로 하여금 탄소 감축의 유인을 감소시킨다. 또한 무상할당 배출권을 시장에서 매각하여 이익을 창출하는 일부 사례는 정부가 탄소집약적 기업들에게 역으로 일종의 보조금을 지급하는 셈이다. Hong et al.(2016), Kim et al.(2019)은 각각 EU-ETS 초기에 배출권의 과잉할당 및 배출권의 초과공급을 배출권 가격의 지속 하락 요인으로 제시하였다.

이러한 제도적 측면이 본 연구의 결과처럼 경기 침체기에 K-ETS의 배출권 가격을 여타 시장과 비동조화 시키는 주요 요인으로 판단된다. 따라서 배출권 시장의 효율성 제고뿐만 아니라 앞으로 도입될 탄소국경조정세에 대비하기 위해서는 제3차 계획기간 중에 유상할당 비율을 연도별로 대폭 상향하고, 경매 물량 증가를 통해 시장 효율성을 제고시켜야 한다. 다만 유상할당 비율 제고시 배출권 거래제의 약 50%가 발전 분야인 점 등을 고려하여 업종 및 기업규모 별로 할당 비율을 달리 적용해야 한다. 특히 당장 저감기술 마련이 어려운 중소기업의 보호 및 육성을 위해서는 별도의 장치를 마련할 필요가 있을 것이다¹⁴⁾. KEC (2020)에 따르면, EU는 EU-ETS 관리 지침에 회원국이 경매수익의 최소 50%를 기후 및 에너지 관련 사업에 사용하도록 규정하고 있고, 2019년 기준 경매수익의 70% 가량을 투입하였다. 이와 유사하게 우리나라도 경매로 발생한 수익은 중소기업 등에 대한 기술 지원에만 활용하도록 재원의 용도를 제한하는 법제화 노력이 필요하다.

Acknowledgments

본 연구는 저자 개인의 의견으로서, 소속 기관의 공식 의견과 무관합니다.

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