분해분석을 활용한 세계 반도체 산업의 온실가스 배출 영향 요인: 기술혁신 효과를 중심으로 = Determinants of Greenhouse Gas Emission in the Global Semiconductor Industry: A Decomposition Analysis with a Focus on Technological Innovation Effects|RISS 상세보기

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

To tackle climate change, many countries have adopted carbon neutrality and green growth as their main strategies. To achieving both economic growth and environmental sustainability requires transformative technologies, for that, semiconductors play a critical role by improving energy efficiency and accelerating information exchange. However, semiconductor manufacturing entails a significant environmental burden. It consumes a lot of energy and water resources, and emits high-global-warming-potential (GWP) greenhouse gases such as perfluorocarbons (PFCs), nitrogen trifluoride (NF₃), and sulphur hexafluoride (SF₆). To address these environmental challenges, firms have play an important role, many firms start to engage in environmental, social, and governance (ESG) reporting, while simultaneously investing in technological innovation and accelerating the transition toward a low-carbon energy systems.
This research employed the LMDI decomposition method to identify the key drivers of GHG emissions in the global semiconductor industry and used fixed-effects regression analysis to complement the limitation of LMDI, that it can prove the contribution not the correlation of the factor.
Based on the Environmental Kuznets Curve (EKC), the Porter Hypothesis, and Jevons Paradox, this study evaluates the impact of innovation on GHG emissions and examines how flexible regulatory frameworks such as ESG, RE100 influence firm’s decarbonization through technological advancement.
The LMDI decomposition results indicate that primary drivers of GHG emissions in the semiconductor industry are the activity effect, investment intensity effect and energy intensity effect. On the other hand, the main GHG reduction factors are structural effect, innovation intensity/efficiency effect, fossil fuel effect and coefficient effect. This result suggests that GHG emissions have increased alongside the growth of the semiconductor industry in recent years, in line with the Environmental Kuznets Curve (EKC) hypothesis’s scale effects. However, there are relative decoupling observed in certain firms, indicating that GHG emissions have grown at a slower rate than economic output. It’s means that the Semiconductor industry may in the turning points of EKC.
Technological innovation has consistently emerged as a primary driver of GHG emission reductions, as demonstrated by both decomposition and regression analyses. However, such advancements have led to increased energy intensity, as cutting-edge manufacturing processes typically demand higher energy inputs. Despite the increase of energy consumption, the total GHG emissions in 2023 was declined compared to previous years, it’s suggesting that the carbon rebound effect was constrained or effectively mitigated. Also, the firms participating in the RE100 initiative exhibited greater GHG reductions through technological innovation. This trend aligns with Porter’s Hypothesis, that well-designed, flexible environmental regulations can stimulate innovation, thereby enhancing both environmental performance and industrial competitiveness.
These findings show the importance of strategic investments in technological innovation and the accelerated adoption of renewable energy as key pathways for emission reductions. To reinforce this transition, government support must be strengthened, and institutional frameworks should be developed to facilitate broader voluntary participation in flexible environmental initiatives such as RE100 and ESG disclosure.

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국문 초록 (Abstract)

반도체는 정보통신 기술을 구현하는 핵심 부품으로 높은 부가가치를 가지고 있으면서 여러 친환경 기술에 중요한 역할을 하고 있기에 여러 국가의 핵심 기간산업으로 자리잡고 있다. 그러나 반도체는 제조과정에서 많은 양의 에너지와 초순수를 소비하며 대량의 유해 화학물질과 온실가스들을 배출하여 심각한 환경 문제를 초래하고 있다. 이에 대응하여 기업들은 ESG 공시를 통해 기업의 지속가능발전을 도모하고 있고 환경문제 개선에 힘을 기울이고 있다.
이 연구에서는 탄소중립 달성을 위한 녹색성장 전략에서 경제·환경적으로 중요한 역할을 하는 반도체 산업의 온실가스 배출 영향요인에 대한 분석을 실시하여 반도체 산업에서 온실가스 배출을 감축할 수 있는 방안에 대해 살펴보았다. 연구 대상 기간은 2018년부터 2023년까지로, 반도체 기업들이 발간한 ESG 보고서를 통해 기업의 온실가스 배출, 에너지 소비, 재생에너지 비율 등 데이터를 수집하고 공개된 기업의 재무지표를 통해 매출, 연구개발, 자본투자금 등 재무지표를 수집하여 지수분해 분석과 회귀분석을 각각 진행하였다.
지수분해 분석 결과, 매출 증가로 인한 생산효과, 시설확장으로 인한 투자효과, 첨단 기술 발전으로 인한 에너지 집약도 효과 등이 반도체 산업의 온실가스 배출의 주요 요인들로 나타났다. 온실가스 감축 요인들로는 연구개발 집약도 연구개발 효율효과를 비롯한 기술혁신효과와 재생에너지 확대로 인한 화석연료 감축효과, 기업의 생산공정 개선으로 인한 배출계수 효과, 구조효과 등이 있었다. 또한 고정효과 모델 회귀분석을 통해 온실가스 배출과 주요 요인들의 상관관계를 확인한 결과, 매출과 온실가스 배출은 10% 수준에서 유의하였고, 자본투자와 온실가스 배출은 유의하지 않은 걸로 확인되었다. 연구개발과 온실가스 배출 간에는 강한 음의 상관관계가 확인되었고, 에너지 소비와 온실가스 배출 간에는 강한 양의 상관관계가 확인되었다. 추가로 자발적RE100 선언은 단기적으로 온실가스 감축효과를 가져오지 않았지만, RE100을 선언한 기업에서 기술혁신을 통한 온실가스 감축효과는 더 크게 나타났다. 따라서 매출과 연구개발, 에너지는 지수분해 분석과 고정효과모델분석에서 모두 온실가스 배출에 영향을 주는 결정적인 요인으로 확인되었다.
이러한 연구결과를 토대로 반도체 산업에서 매출과 온실가스 배출은 환경 쿠즈네츠 곡선(EKC) 이론에 따른 역U자형 상관관계는 확인되지 않았지만, 매출과 온실가스 배출의 유의한 양의 선형관계가 확인되었다. 일부 기업에서는 2021년도 기준으로 매출성장과 온실가스 배출의 탈동조화 현상도 발견되었는데, 이는 반도체 산업이 EKC의 전환점에 거의 도달한 것으로 유추해 볼 수 있다. 또한 RE100선언 기업에서 기술혁신의 온실가스 감축 효과가 더 강하게 나타난 것을 통해 포터가설에서 제시한 환경규제가 기업의 혁신을 유도하고 기업 혁신이 규제비용을 완화하여 기업의 경쟁력을 강화한다는 가설을 입증하였다. 반도체 산업에서 기술혁신으로 인해 에너지 집약도 상승이 있었지만, 총 온실가스 배출량이 2023년 기준, 2018년보다 감축되었는데 이는 탄소반등효과가 시장기반의 환경규제와 기업의 자발적 ESG경영, RE100선언 등으로 인해 효과적으로 억제되었다는 것을 시사하였다.
따라서 앞으로 기업들은 연구개발에 대한 투자 확대와 재생에너지 확대를 온실가스 감축의 주요 전략으로 채택하고 정부는 기업의 연구개발과 재생에너지 확대를 전적으로 지원할 필요가 있다. 또한 더 많은 기업들이 자발적으로 RE100 선언, ESG 공시 같은 유연한 환경규제에 적극 참여할 수 있도록 사회적·제도적 기반을 마련할 필요가 있다.

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반도체는 정보통신 기술을 구현하는 핵심 부품으로 높은 부가가치를 가지고 있으면서 여러 친환경 기술에 중요한 역할을 하고 있기에 여러 국가의 핵심 기간산업으로 자리잡고 있다. 그러...

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