Evaluating Korea’s Mitigation Targets under Scenarios of Manufacturing Competitiveness Erosion and Trade Regulation = 제조업 경쟁력 약화와 무역 규제가 국내 온실가스감축목표 이행에 미치는 영향 분석

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This dissertation evaluates the Republic of Korea’s industrial greenhouse gas (GHG) mitigation pathways under the joint influence of domestic mitigation ambition, structural erosion of manufacturing competitiveness, and tightening international trade regulation.
Motivated by analytical challenges revealed during Korea’s 2030 NDC setting process, the analysis examines how near-term mitigation decisions interact with longer-term structural adjustment in emissions-intensive industries and draws implications for industrial target setting under the 2035 NDC framework.

The dissertation argues that industrial mitigation potential cannot be credibly assessed through technology deployment alone.
When manufacturing activity is subject to persistent competitiveness pressure and trade-related cost shocks, emissions pathways emerge from a shifting balance between output adjustment and technology transition.
This balance varies systematically across mitigation pathways and over time, with activity-driven adjustment dominating in the near term and technology-led decarbonization becoming increasingly decisive in the longer run.

To capture these interactions, the dissertation constructs an integrated scenario framework structured along three analytically distinct dimensions.
The first dimension represents the national mitigation pathway and is defined by three benchmark trajectories.
ERT reflects the continuation of Korea’s recent emissions trends under currently implemented policies, serving as a reference pathway with relatively modest additional constraints.
R53 corresponds to a mid-range strengthening of ambition consistent with ongoing discussions surrounding Korea’s 2035 Nationally Determined Contribution (NDC).
R65 represents a higher near-term ambition profile, featuring more rapid emissions reductions before 2035, while—like R53—converging to net-zero CO2 emissions by 2050.

The second dimension introduces manufacturing competitiveness erosion, operationalized through empirically estimated deviations between projected sectoral activity trajectories and an internally consistent model reference path under a competitiveness-aligned GDP projection.
The third dimension incorporates international trade regulation, including the application of the EU Carbon Border Adjustment Mechanism (CBAM) to steel and chemicals from 2030 onward, as well as U.S. tariff measures affecting Korean steel exports.

Empirically, the dissertation documents a sustained slowdown in Korea’s long-run economic growth.
Structural-break tests identify a regime shift in the late 1990s, followed by a persistent decline in trend GDP growth consistent with the “one percentage point per five years” pattern documented by Se-Jik Kim.

Sector-level demand estimation reveals substantial heterogeneity across emissions-intensive industries.
Iterated Generalized Method of Moments estimates indicate relatively high income responsiveness—particularly in iron and steel and cement—alongside markedly stronger price sensitivity than is typically assumed in global integrated assessment models.

Building on these estimates, an ensemble trend modeling framework projects industry-specific activity paths through 2050.
Competitiveness erosion is quantified by comparing these empirically grounded demand trajectories with internally consistent reference demand paths generated under the baseline assumptions of GCAM-SNU, which incorporate Korea’s long-run GDP slowdown and estimated sectoral elasticities.
The resulting deviations are embedded in the model to capture heterogeneous, sector-specific declines in industrial activity.

International trade regulation is incorporated through an explicit cost-based representation.
The model first solves counterfactual scenarios without trade measures to derive region-specific carbon prices—distinguishing Korea, the EU-27, and the rest of the world—as well as baseline Korean steel production costs.
CBAM is implemented as an effective increase in production costs for Korean exports, calculated from the post–free-allocation carbon price gap between Korea and the EU-27 and weighted by technology-specific carbon intensities.
In parallel, U.S. trade measures are represented as ad valorem border costs applied to Korean steel prices, translating external trade regulation into endogenous cost shocks within the model.

Simulation results indicate that industrial mitigation outcomes depend jointly on mitigation ambition and production-side structural conditions.
By 2035, modeled industrial emission reductions relative to 2018 range from 15–36% under ERT, 32–38% under R53, and 51–53% under R65.
The dispersion of industrial reduction outcomes is largest under lower near-term ambition and narrows as mitigation targets become more stringent, implying that identical headline targets can translate into markedly different industrial adjustment burdens once competitiveness erosion and trade regulation are made explicit.

Within the industrial sector, mitigation is systematically reallocated toward emissions-intensive core industries under competitiveness and trade pressure.
Under the Twin Burden scenarios, additional abatement by 2035 is concentrated in iron and steel, chemicals, and cement, creating relative emissions headroom for other manufacturing activities.
At higher ambition levels, aggregate industrial reductions converge across scenarios, yet the internal distribution of mitigation continues to differ substantially, underscoring the importance of intra-industrial reallocation mechanisms.

A central finding concerns the evolution of mitigation mechanisms under the Twin Burden and the role of roadmap-based research and development (RD) support.
Without RD, competitiveness erosion and trade-related cost pressures are absorbed primarily through persistent output contraction in emissions-intensive industries.
With RD, mitigation progressively shifts toward technology-led adjustment after the mid-2030s, reducing emissions intensity and weakening the long-run link between mitigation and output loss.
While RD initially reshapes the composition of mitigation, it ultimately enables deep decarbonization alongside partial recovery of industrial activity, most notably in iron and steel.

Trade regulation effects are most pronounced in the early adjustment period and in highly trade-exposed sectors, operating mainly through activity reductions around 2030–2035.
As domestic mitigation ambition strengthens and regional carbon prices converge, the independent influence of external trade costs diminishes relative to the dominant role of domestic carbon pricing and persistent competitiveness dynamics.

The dissertation makes three contributions.
Theoretically, it shows that applying standard global IAM assumptions to an economy such as Korea—where manufacturing remains central yet faces sustained external competitive pressure—can blur the distinction between technology-driven decarbonization and activity-driven mitigation.
By reinterpreting residual efficiency gain parameters and exogenous technology preference parameters as structural indicators of accumulated competitiveness erosion, the analysis provides a clearer analytical separation between these channels.

From a policy perspective, the results underscore that evaluation of Korea’s 2035 NDC critically depends on the strength and temporal profile of the mitigation pathway.
Identical headline targets can imply fundamentally different industrial adjustment processes once competitiveness conditions and trade-related cost pressures are taken into account.
The findings further highlight the pivotal role of roadmap-based RD support in alleviating near-term, activity-driven adjustment pressures and enabling a transition toward technology-led decarbonization.

Methodologically, the dissertation develops a three-stage iterated simulation framework that embeds empirically grounded industrial behavior within an internally consistent integrated assessment model.
The framework integrates carefully estimated industrial demand elasticities, ensemble-based growth trends, endogenous carbon-price formation, and border-adjustment cost construction within a unified modeling system.

Overall, the analysis shows that Korea’s industrial emissions pathways—and the allocation of mitigation burdens within and across industries—are not mechanically determined by mitigation targets alone, but emerge from the interaction between pathway ambition, structural competitiveness change, international trade regulation, and RD support.
Evaluating the 2035 NDC therefore requires a pathway-based integrated assessment that explicitly captures these interactions—an analytical role fulfilled by the GCAM-SNU framework developed in this study.

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 국내 온실가스 감축 목표와 제조업 경쟁력의 구조적 약화, 그리고 국제 무역 규제의 강화가 결합되는 조건하에서 대한민국 산업 부문의 온실가스 감축 경로를 평가한다.
한국의 2030 국가온실가스감축목표(NDC) 설정 과정에서 드러난 분석적 한계를 문제의식으로 삼아, 본 연구는 단기 감축 결정이 철강·화학·시멘트 등 다배출 산업의 중장기 구조 조정과 어떻게 상호작용하는지를 분석하고, 이를 바탕으로 2035 NDC 체계 하에서의 산업 부문 감축 목표 설정에 대한 시사점을 도출한다.

본 논문은 산업 부문의 감축 잠재력이 감축 기술 도입만으로는 충분히 평가될 수 없음을 주장한다.
제조업 활동이 지속적인 경쟁력 약화와 무역 관련 비용 충격에 노출되는 상황에서는, 산업 부문의 배출 경로가 생산 활동 조정과 기술 전환 간의 결합을 통해 형성된다. 이러한 두 조정 메커니즘 간의 균형은 감축 목표의 수준에 따라 체계적으로 달라지며, 단기에는 생산 감소에 따른 감축이 상대적으로 크게 작용하는 반면, 장기적으로는 기술 기반 탈탄소화가 점차 결정적인 역할을 하게 된다.

이러한 상호작용을 분석하기 위해 본 논문은 세 가지 차원으로 구성된 통합 시나리오 체계를 구축한다.
첫 번째 차원은 국가 감축 경로로서, 세 가지 기준 시나리오를 설정한다.
ERT는 현재 시행 중인 기후정책 하에서 2018-2024년의 감축률 추세가 지속되는 경우를 반영한 기준 경로로, 비교적 느슨한 감축률 제약을 가정한다.
R53은 2035 NDC 논의 과정에서 제시되는 중간 수준의 감축률 시나리오에 해당하며,
R65는 적극적 감축 경로(high-ambition pathway)로서 2035년까지 높은 수준의 감축 제약을 특징으로 하며 , R53과 마찬가지로 2050년 탄소중립을 가정한다.

두 번째 차원은 제조업 경쟁력 약화로, 장기 경제성장 둔화만을 반영한 생산활동 경로와, 업종별로 실증 분석을 통해 예측한 생산활동 경로간의 괴리를 통해 측정된다. 세 번째 차원은 국제 무역 규제로서, 2030년 이후 철강 및 화학 산업에 적용되는 EU 탄소국경조정제도(CBAM)와 한국 철강 수출에 대한 미국의 관세 조치를 포함한다.

실증 분석 결과, 한국 경제의 장기 성장률은 1990년대 후반을 기점으로 구조적 변화를 보인 것으로 판단되며, 2000년대 이후 지속적으로 하락해 왔음을 확인하였다. 이러한 성장 둔화는 김세직의 ‘5년 1%P 하락 법칙’과 일관된다.

산업별 수요의 탄력성 추정 결과, 다배출 업종 간 수요 행태에는 뚜렷한 이질성이 존재하는 것으로 나타났다. 반복 일반화적률법(Iterated GMM) 추정에 따르면 철강과 시멘트 산업은 상대적으로 높은 소득 탄력성을 보이는 반면, 가격 탄력성은 기존 글로벌 통합평가모형에서 가정되는 수준보다 현저히 크게 추정된다.

본 논문은 앙상블 모형을 구축 및 활용하여 2050년까지의 업종별 생산활동 경로를 예측한다. 이후 앞서 추정한 경제성장 둔화와 산업별 탄력성을 반영한 GCAM-SNU 기준 생산활동 경로와의 비교를 통해 제조업 경쟁력 약화를 측정하고, 이를 다시 GCAM-SNU 모형에 반영한다.

국제 무역 규제는 비용 기반 방식으로 모형에 도입된다.
우선 무역 규제가 없는 시나리오 하에서 시뮬레이션을 실시하여 한국, EU-27, 나머지로 구분되는 지역별 탄소가격과 한국 철강의 생산비용을 도출한다.
CBAM은 무상할당을 고려한 한국과 EU-27 간 실질 탄소가격 격차에 생산기술별 탄소집약도를 반영하여 철강과 화학 산업에서 생산기술별 실질적 비용 압력으로 구현되며, 미국의 관세 인상 조치는 한국 철강 가격에 대한 종가세(ad valorem tariff) 형태의 국경 비용으로 반영된다.

시뮬레이션 결과, 산업 부문의 감축률은 감축 목표 수준 뿐만 아니라 경쟁력 약화와 무역 규제 요인을 추가로 고려함에 따라 크게 달라지는 것으로 나타났다.
2018년 대비 2035년 산업 부문 감축률은 ERT에서 15–31%, R53에서 32–38%, R65에서 51–53%의 범위를 보인다. 특히 단기 감축 목표가 느슨할수록 산업 부문 감축률은 구조적 요인에 따라 크게 달라진다. 이는 동일한 2035년 감축 목표 논의라 하더라도, 제조업 경쟁력 약화와 무역 규제를 명시적으로 고려할 경우 산업 부문의 조정 부담이 질적으로 달라질 수 있음을 시사한다.

산업 부문 내부적으로는 경쟁력 약화와 무역 압력이 가중될수록 감축 부담이 다배출 업종 중심으로 재배분되는 경향이 확인된다.
Twin Burden 시나리오 하에서 산업 전체의 감축 규모는 확대되지만, 추가 감축은 주로 이들 업종에 집중되며, 그 결과 다른 제조업 부문에는 상대적인 배출 여력이 발생한다. 감축 목표가 높아질수록 산업 부문 전체의 감축률은 시나리오 간 큰 차이를 보이지 않으나, 업종 간 감축 부담의 분배는 여전히 크게 달라진다.

또한 본 논문은 Twin Burden 하에서 감축 메커니즘이 로드맵 기반 연구개발 및 기술도입 지원정책(RD)에 따라 어떻게 변화하는지를 분석한다. 지원정책이 없는 경우, 경쟁력 약화와 무역 비용 증가는 주로 생산 활동의 지속적인 축소를 통해 흡수된다. 반면 지원정책이 도입될 경우, 2030년대 중반 이후 감축은 점차 기술 주도의 조정으로 전환되며, 배출집약도 하락을 통해 장기적인 생산 감소와 감축 간의 연계가 완화된다. 중기적으로 지원정책의 도입은 감축 구성의 변화를 가져오고, 장기적으로는 철강 산업을 중심으로 산업 활동의 부분적 회복과 심층적인 탈탄소화를 가능하게 한다.

무역 규제의 영향은 조정 초기 단계와 무역 노출도가 높은 업종에서 가장 뚜렷하게 나타나며, 주로 2030–2035년 구간에서 생산 활동 조정을 통해 작동한다. 이후 국내 감축 목표가 강화되고 지역 간 탄소가격이 수렴함에 따라, 무역 규제의 독립적 영향력은 경쟁력 약화 요인에 비해 점차 희미해진다.

본 논문은 세 가지 측면에서 학술적 기여를 지닌다.
이론적으로는 제조업 비중이 크면서 외부 경쟁 압력에 지속적으로 노출된 경제에서 글로벌 통합평가모형의 표준 가정이 기술 기반 감축과 활동 기반 감축 간의 구분을 흐릴 수 있음을 보인다. 나아가 효율성 개선을 나타내는 모수와 외생적 기술 선호를 나타내는 모수를 누적된 경쟁력 약화의 구조적 지표로 재해석함으로써, 두 감축 경로를 보다 명확히 구분할 수 있는 분석 틀을 제시한다.

정책적으로는 2035 NDC 평가는 단순한 목표 수치가 아니라 감축 목표의 강도와 시간적 구조에 결정적으로 의존함을 강조한다. 동일한 목표 하에서도 제조업 경쟁력과 무역 규제에 따라 산업 내부의 조정 과정은 크게 달라질 수 있으며, 이러한 여건하에서 로드맵 기반 연구개발 지원 정책은 단기적인 활동 기반 조정 부담을 완화하고 장기적인 기술 주도 탈탄소화를 가능하게 하는 핵심적인 수단이 될 수 있음을 시사한다.

방법론적으로는 실증적으로 추정된 업종별 수요 탄력성, 앙상블 모형 기반 성장률 추세 추정 및 예측, 내생적으로 결정되는 지역별 탄소가격에 기반한 무역 비용 산정을 하나의 내부적으로 일관된 통합평가모형 체계 안에 통합하는 시뮬레이션 프레임워크를 제시한다.

종합적으로 본 논문은 한국의 산업 부문의 온실가스 감축률과 업종간 감축 부담의 분배가 국가온실가스감축목표(NDC) 자체에 의해 기계적으로 결정되는 것이 아니라, 제조업 경쟁력 변화, 국제 무역 규제, 그리고 로드맵 기반 연구개발 지원정책 간의 상호작용 속에서 형성됨을 보여준다. 따라서 2035 NDC에 대한 평가는 이러한 상호작용을 명시적으로 반영하는 경로 기반 통합평가가 요구되며, 본 연구에서 개발한 GCAM-SNU 모형을 활용하여 이러한 분석을 수행할 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• Contents
• Abstract i
• List of Figures vii
• List of Tables x
• 1 Introduction 1
• 1.1 The Paris Agreement and the Ratchet Mechanism 3
• 1.2 Structural Blind Spots in Korea’s Industrial Mitigation 5
• 1.3 Production–Driven Industrial Emissions in Korea 6
• 1.4 Erosion of Manufacturing Competitiveness 9
• 1.5 Trade Pressures on Emission–Intensive Industries 13
• 1.5.1 The European Union’s Carbon Border Adjustment Mechanism 13
• 1.5.2 The United States’ Post–Trump Tariff Escalation 16
• 1.6 Review of Existing Studies and Research Gaps 17
• 1.7 Research Questions and Contributions 19
• 1.8 Structure of the Dissertation 22
• 2 Methods and Data 23
• 2.1 Energy System Modeling in GCAM–SNU 26
• 2.1.1 Overview of GCAM 26
• 2.1.2 Final Energy Demand in the Industrial Sector 28
• 2.1.3 Supply–Side Price Formation and Technology Share 31
• 2.1.4 Trade Structure of the Iron and Steel Sector 34
• 2.2 Estimation and Projection of Growth Trends 36
• 2.2.1 Trend Estimation of Per–Capita GDP Growth 36
• 2.2.2 Ensemble Modeling of Sectoral Growth Trends 38
• 2.3 Demand Elasticity Estimation by Industry 40
• 2.4 Method of Iterated Simulation 41
• 2.5 Data and Variable Construction 44
• 3 Scenario Design and Implementation 50
• 3.1 Mitigation Pathways by Region 52
• 3.2 Manufacturing Competitiveness Erosion 56
• 3.2.1 GDP Pathway under Competitiveness Erosion 56
• 3.2.2 Sector–specific Adjustment 57
• 3.3 Trade Regulation and Border Adjustment Measures 63
• 3.4 Roadmap–Based Decarbonization under the Twin Burden Scenario 67
• 3.5 Common Scenario Assumptions 70
• 4 Estimation Results 74
• 4.1 Long–Run GDP Trend and Projection 76
• 4.2 Industrial Growth Trends: Sectoral Ensemble Projections 80
• 4.2.1 Cement 80
• 4.2.2 Chemicals 83
• 4.2.3 Iron and Steel: Domestic Consumption 86
• 4.2.4 Iron and Steel: Export Growth Trends 89
• 4.3 Estimation of Income and Price Elasticities 92
• 4.3.1 Iron and Steel Domestic Demand 93
• 4.3.2 Chemicals 95
• 4.3.3 Cement 96
• 5 Integrated Assessment Results 99
• 5.1 Carbon Price Dynamics 101
• 5.1.1 Carbon Prices in the EU–27 and the Rest of the World 102
• 5.1.2 ERT pathway 103
• 5.1.3 R53 pathway 105
• 5.1.4 R65 pathway 107
• 5.1.5 Cross–Pathway Comparison 108
• 5.2 Economy–wide Emission Reduction by Sector 110
• 5.3 Industrial Emission Pathway 114
• 5.4 Industrial Production by Sector 120
• 5.4.1 Iron and Steel 120
• 5.4.2 Chemicals 126
• 5.4.3 Cement 131
• 5.5 Drivers of Emissions Change 133
• 5.5.1 Iron and Steel 134
• 5.5.2 Chemicals 136
• 5.5.3 Cement 137
• 5.5.4 Cross–Sector Synthesis 138
• 6 Summary and Implications 139
• 6.1 Summary of Findings 139
• 6.2 Theoretical Implications 141
• 6.3 Policy Implications 143
• 6.3.1 NDC Target Setting 143
• 6.3.2 Intra–Industrial Reallocation of Mitigation and Emissions Headroom 146
• 6.3.3 From Output Contraction to Roadmap–Based Technology Adjustment 148
• A LMDI Decomposition Method 151
• A.1 General Framework 151
• A.2 Two–Factor Grouping Used in the Main Text 153
• B Macroeconomic Impacts of Carbon Pricing 154
• B.1 Methodology: Carbon Pricing and TFP Adjustment 154
• B.2 Implementation Using GCAM–SNU Outputs 155
• B.3 Impacts of Carbon Pricing on Productivity and GDP 156
• C Calibration Validation of GCAM–SNU 159
• Bibliography 164
• 국문 초록 170