한국의 환경쿠즈네츠 곡선에 관한 고찰통계청「통계연구」제10권 제1호, 2005, pp. 119-144 한국의 환경쿠즈네츠 곡선에 관한 고찰 김정인＊․오경희＊＊

통계청「통계연구」제10권 제1호, 2005, pp. 119-144

한국의 환경쿠즈네츠 곡선에 한 고찰

김정인＊․ 오경희＊＊

1)< 요 약 >

역 U자 곡선, 즉 환경 쿠즈네츠 곡선은 소득이 증가할수록 환경은 악화되지만 어느 점을 지난 후에는 환경이 개선된다는 것이다. 본 연구에서는 패널 데이터를 이용한 한국의 분석에서 역 U자 관계가 발견되는지 연구하고자 한다. 본 연구자는 이 관계를 측정하기 위해 패널데이터 분석을 이용하여 한국에서의 GDP와 SO, NO, O₃ 사이의 관계를 연구하였다. 분석 결과, 한국의 경우, 2차항의 경우 쿠즈네츠 역 U자 곡선이, 즉 환경은 일인당 국민소득이 증가함에 따라 처음에는 증가하고 나중에는 하락한다는 결론이 도출되었다. 그러나 3차항에서 통계적으로 유의한 정(+)의 값이 나타남으로써 환경오염이 궁극적으로 다시 증가추세에 있다는 N 자형이 도출되었다. 선진국의 경험으로부터 환경이 악화되는 과정을 거치지 않고 EKC를 통과하는 터널을 지나가기 위해 성장과 개발을 재구성해야 한다. 그렇게 함으로써 성장단계에서 환경오염을 피할 수 있다. 여기에서 정책을 입안하는데 있어 환경과 경제 모두 동시에 같은 결과를 얻을 수 있도록 'win-win'정책을 사용해야 한다. 현재 산업화가 환경오염을 증가하고 천연자원을 고갈시킬 수 있지만 궁극적으로는 경제성장이 환경문제를 감소시킬 것이라는 점과 환경오염은 환경에 대한 인지와 정부의 규제정책으로 시간이 갈수록 개선될 것이다. 핵심단어：환경쿠즈네츠 곡선, 패널데이터분석, 환경, 경제성장, 지속가능성

＊ 중앙대학교 산업경제학과 교수([email protected]), 생명환경연구원 ＊＊ 중앙대학교 강사 ([email protected]), 019-602-8608

「통계연구」제10권 제1호, 2005

Ⅰ. 머리말 자연환경에 대해 인간은 보다 나은 삶을 위해서 자연을 개발하거나 변형시키는 노력을 해왔으나 경제성장 과정에서 자원의 고갈과 환경오염이라는 문제를 피할 수 없게 되었다. 경제성장과 환경에 대한 논란은 1972년 성장의 한계(The Limit to Growth) 에서부터 비롯되었다. 경제가 성장함에 따라 경제 발전과 환경오염과의 관계에 대해 많은 논쟁이 계속되고 있다. 세계은행(1992)은 환경악화와 소득의 관계를 분석한 결과 종 모양의 형태를 띄고 있다는 것을 실증 분석을 통해서 보여주고 있다. 즉 환경오염과 국민소득간의 관계는 경제 발전이 진행됨에 따라 환경오염이 초기에는 증가하나, 어느 지점(turning point)을 지나서부터는 감소하는 추세를 나타내는 역U자형의 형태를 이루고 있다는 것이다. 이를 흔히 환경쿠즈네츠 곡선 (Environmental Kuznets Curve : EKC )이라고 부른다. 우리나라는 지난 30여 년 동안 연평균 8%에 이르는 고도성장을 이룩했다. 이와 같은 고속성장은 제한된 투자자원을 전략부분에 집중 투입하는 불균형과 환경을 고려하지 않는 개발 중심의 전략에 힘입은 바 크다. 1980년대 이후 성장으로 인한 국민들의 생활이 윤택해지면서 국민들 사이에 삶의 질을 요구하는 목소리가 높아졌다. 따라서 국제적으로 지구환경을 보호하려는 선진국들의 움직임과 함께 환경적으로 친밀한 (Environmentally friendly) 요구가 대두되면서 우리나라 환경부문에도 큰 영향을 미치게 되었다. 본 연구에서는 지난 몇 십년간 괄목할만한 고도성장을 이룬 한국이 과연 경제성장이 환경 질을 개선시킨다는 환경쿠즈네츠곡선의 형태를 따르는지 아니면 환경쿠즈네츠 곡선과 다른 형태를 보이는지 알아보고자 한다. 여기에서는 패널데이터 분석을 통해 환경쿠즈네츠 곡선을 추정해본다. 패널데이터 분석의 경우 시간더미와 나라더미를 이용한 고정효과모형과 확률효과모형을 분석하고 Hausman specification Test를 통해 고정효과모형과 확률효과모형 중 어떤 모형이 환경쿠즈네츠 곡선 추정에 더 나은 모형인지 판별

한국의 환경쿠즈네츠 곡선에 관한 고찰

한다. 이러한 실증분석을 통해 우리나라의 환경정책에 미치는 시사점도 살펴볼 수 있을 것으로 기대된다.

Ⅱ. 환경쿠즈네츠곡선에 관한 이론적 고찰

1. 환경쿠즈네츠 곡선의 의미

세계은행의 세계개발보고서 (IBRD, 1992)는‘개발과 환경'라는 주제 아래 경제개발과 환경사이의 관계를 규명하고자 하였다.1) 여기서 환경이 경제활동에 중요한 역할을 하며 소득이 증가할수록 환경질을 개선시키려는 수요는 증가할 것이고 환경을 개선시키려는 투자는 늘릴 것이라고 하였다 1993년에 세계은행은 이에 대해‘환경전환점’이라는 용어를 사용하였다. 환경전환점 가설에 따르면 경제가 저개발상태일 때는 환경과 경제성장이 대부분 상충관계에 있으나 경제가 발전하여 환경전환점을 지나면 경제성장과 환경은 상호보완관계로 바뀌게 되어 더 깨끗한 환경과 더 편리한 소비생활을 동시에 향유할 수 있다는 견해이다. 즉 경제성장을 통해 환경을 더욱 개선할 수 있으며 동시에 환경보호를 통해 질적으로 바람직한 경제성장을 계속할 수 있다는 것이다. 그 후 Grossman and Krueger (1995)는 환경의 질이 경제발전의 초기 단계에는 점점 떨어지다가 경제가 성숙 발전단계에 들어서면 다시 높아지는 현상을 국가별・시계열 자료로 이용하여 증명하였다. 경제개발 초기에는 산업화와 도시화로 인해 대부분의 국가가 환경오염이 심화되고 환경 질이 악화되는 것을 경험하지만, 경제발전이 지속되면서 환경 질을 개선하고자 하는 정책이나 기술이 사용되고, 이로 인해 오염도가 다시 하락한다는 것이다. 이를 환경쿠즈네츠 곡선이라고 하였다.

1) 이 때는 환경쿠즈네츠곡선(Environmental Kuznets Curve: EKC)이라는 용어를 사용하지는 않았다


<그림 1 > 환경쿠즈네츠 곡선 : 소득과 환경사이의 역U자 계

환경오염

1인당 국민소득

환경쿠즈네츠 곡선은 1인당 국민소득과 환경오염 사이의 관계가 소득 불평등도와 소득 수준 사이의 관계가 역 U자형의 모양을 나타낸다는 Kuznets곡선을 따라서 역U자형의 환경쿠즈네츠 곡선이라 하였다. 이는 경제발전 정도가 낮은 저개발국이 경제발전 정도가 높은 선진국에 비해 더 높은 오염도를 보이고 있다면 왜 이러한 현상이 나타나는 가에 대한 분석이다.

2. Munasinghe(1999)의 환경쿠즈네츠 곡선

Munasinghe는 환경에 비교정태분석을 연결시켰다. 기본적인 가정은 시장은 완전 경쟁적이라는 것이다. 환경개선에 대한 비용과 편익의 비교정태분석을 통해 사회 최적점을 찾고자 하였다. 한 나라는 개선된 환경으로부터의 편익과 그러한 개선된 환경을 얻기 위한 비용의 차이인 순 편익을 극대화 시키고자 한다. 이 편익과 비용은 둘 다 환경과 소득에 의존하다고 가정한다.


max NB = B(E, Y) -C (E, Y) ( 1 )

여기에서 E는 환경오염이고 Y는 1인당 소득이다. 주어진 1인당 소득에서 (즉 Y= Y ) 개인은 MB =MC인 점에서 NB를 극대화시킨다.

MB - MC = 0 ( 2 )여기에서 MB =

MC =

다음으로 소득이 변화함에 따른 오염의 변화를 살펴보면

(MB ( 3 )여기에서

i는 각각 Y와 E이다.

( 3 )을 다음과 같이 다시 쓸 수 있다

( 4 )

여기에서 이다.( 5 )

( 5 )에서 만약 a>0이면 1인당 국민소득이 증가할수록 환경은 악화된다. 이때 정책 결정자는 a를 줄일 수 있도록 정책을 사용하여야 한다. 즉 MB >0 , MC<0이 되도록 정책을 사용하여야 한다는 것이다.


3. Andreoni and Levinson (2001)의 환경쿠즈네츠 곡선

Andeoni and Levinson은 대표적 개인은 사유재 소비 C와 오염 P로부터 효용을 얻는다고 가정한다.

U = U (C, P ) ( 6 )

여기에서 UC > 0, UP < 0 이다.

오염은 소비의 부산물이며 소비자는 깨끗한 자원을 사용함으로써 오염을 감축할 수 있다는 가정을 (6) 에 포함시켜보자.

P = P ( C, E ) ( 7 )

여기에서 E는 환경오염 감축에 대한 노력이며 PC > 0, PE < 0 이다.

마지막으로 자원의 제한된 부존자원 M은 C와 E에 의해 소비된다. 이를 단순화시키기 위해 C와 E의 상대가격은 1이라 가정하면 자원제약식은 C + E = M이 된다.

U = C - z P ( 8 ) P = C - Cα Eβ ( 9 )

효용 ( 8 )식은 선형이다. z>0 은 환경에 대한 비효용이다. 오염( 9 )는 오염감축 전의 소비 C와 오염감축 Cα Eβ 로 구성되었다. ( 9 )는 소비와 일대일의 비율로 오염을 유발한다는 것을 나타낸다. 그러나 자원은 환경오염감축노력에 사용된다는 것이다.

여기에서 z=1로 놓고 ( 8 )을 ( 9 )에 대입하면


Max CαEβ ( 10 ) s.t C + E = M 을 풀 수 있다는 것을 의미한다.

소비와 환경오염감축 노력은 cobb-Douglas해를 갖는다.

( 11 )

( 11 )을 ( 10 )에 대입하면 오염의 최적생산량은

( 12 )

여기에서 ( 12 )의 미분은 EKC곡선의 기울기를 뜻한다.

( 13 )

EKC곡선의 기울기는 α와 β의 파라미터에 의존한다.

1) α + β <1 이면 U자형의 곡선이 도출된다. 2) α + β >1 이면 오염감축은 역 U자형의 곡선이 도출된다.

4. 환경쿠즈네츠 곡선에 한 선행연구 고찰

경제발전과 환경의 질의 관계에 관한 기존의 분석은 대부분 대기오염이


나 수질오염 상태를 나타내는 공해 수준과 1인당 국민소득을 회귀분석함으로서 이들 간의 관계가 존재하는지 검증하고 있다 기존의 연구들이 행하고 있는 연구의 범위는 첫째, 환경오염과 국민소득 간에 환경쿠즈네츠 곡선이 존재하는가, 둘째, 만약 환경쿠즈네츠 곡선이 존재한다면 소득 전환점은 어떻게 되는가, 셋째, 모든 오염원이 역U자형과 같은 모양을 보이는가 등이었다. Grossman and Krueger (1993)는 여러 나라 도시를 중심으로 아황산가스 (sulfur dioxide : SO₂), 매연(dark matter), 부유분진(suspended particulate matter :SPM) 등의 대기오염 물질과 경제성장 사이의 관계를 확률효과모형으로 분석하여 1인당 GDP성장에 따라 오염이 증가하다가 일정수준 이상의 GDP를 초과하면 감소한다는 것을 발견하였다. 1인당 GNP가 5000달러를 넘으면 국민들의 환경에 대한 관심이 부쩍 상승하게 되어 국민들의 환경의식이 본격화되고 1만 달러에 이르면 환경개선에 대한 투자가 활발하게 일어나 환경이 개선된다고 하였다. Seldon and Song (1994)의 고정효과모형과 확률효과모형을 이용한 패널 데이터 분석에 에 따르면 부유분진(SPM)과 아황산가스 (SO₂), 질소산화물 (NOx) 과 일산화탄소 (CO)를 분석한 결과 대기오염이 역 U자 형태를 나타내는 것은 환경 질에 대한 소득 탄력성이 양이라는 것인데 이는 소득이 증가함에 따라 생산이나 소비구조가 변하는 동시에 경제활동에 대한 환경정보가 증가하고 국제 무역이 활발히 이루어지며 정치 시스템도 개방적이 되기 때문이라고 주장하였다. Copeland and Taylor (1995)의 연구에 의하면 무역자유화는 한 국가의 오염수준에 대해 세 가지 서로 다른 효과를 미친다. 첫 번째 효과는 기술효과(technique effect)이다. 환경재에 대한 수요는 소득이 늘어날수록 증가한다고 가정한다. 즉 환경재는 정상재이다. 무역이 자유화되면 한 국가의 소득이 늘어나고 따라서 환경재의 수요가 늘어나며, 보다 강한 오염 규제 정책의 도입을 요구하는 압력이 발생한다. 강화된 오염규제 정책은 또한 생산자들에게 보다 환경친화적인 생산기술을 사용할 것을 요구하게 된다. 무역자유화의 기술효과는 따라서 환경을 개선한다. 두 번째 효과는 규모효과


(scale effect) 이다. 무역자유화는 전 세계 교역량의 증대를 초래하고 각국의 생산량을 늘린다. 생산이 증가하면 생산과정에서 발생하는 오염물질도 증가하므로 무역자유화의 규모효과는 환경을 악화시킨다. 세 번째 효과는 구성효과(composition effect)이다. 경제가 개방되면 각국은 자신이 비교우위를 점하는 산업의 생산량을 늘려 수출하고자 한다. 따라서 무역자유화는 한 국가가 생산하는 산출물의 구성을 바꾼다. 이 때 구성효과가 오염에 미치는 영향은 국가별로 다르다. 이는 각국이 생산을 특화하는 방향은 각국의 부존자원이나 발전정도에 따라 다르기 때문이다. 개발도상국의 경우 무역자유화로 인해 환경이 악화되고 천연자원의 고갈이 가속화될 수 있다. 무역자유화로 인해 개발도상국이 오염 집약적인 산업의 육성을 추진하게 되면 이로 인해 개발도상국의 오염이 늘어날 것이라고 하였다. 그래서 대체로 1인당 국민소득이 만 달러 수준에서는 기술변화효과가 규모효과를 압도하여 경제성장을 해도 환경오염이 줄어들 수 있다고 하였다. Moomaw and Unruh(1998)는 환경쿠즈네츠 곡선은 환경이 사치재이고 소득효과를 보이기 때문에 일어난다고 말한다. 초기에 경제발전과정에서 개인은 환경보호에 대한 투자와 소비를 바꾸려하지 않는다. 그 결과로 환경의 질은 하락하지만 개인이 어느 정도의 소비단계에 이르면 이른바 소득 전환점에 접어들면 개선된 환경에 대한 투자수요가 증가하기 시작한다. 그래서 전환점 이후에는 환경 질이 개선된다는 것이다. 대부분 부유한 OECD국가들에 대한 관측으로는 오염의 배출 집중도가 감소한다는 것을 보였다. 2) Grant Hauer and C. Ford Runge (2000)은 국민소득이 변함에 따라 오염원의 형태가 변하는가와 달라진 오염원의 형태가 그것들을 줄이려는 지역에 어떻게 영향을 미치며 소득과 오염의 관계 또는 환경 쿠즈네츠 곡선에 환경의 전이에 어떻게 관련이 있는가를 실증분석 하였다. 실증분석 결과 SOx에 대한 소득과 오염사이의 쿠즈네츠 관계는 소득이 증가함에 따라 어느 정도까지는 증가하다가 감소하는 것으로 나타났지만 NOx는 여전히 정(positive)의 상관관계를 보였다. 대부분의 나라가 소득이 증가함에 따라 오

2) 오염배출 집중도는 1인당 GDP에 대한 오염배출량이다.


염이 증가하는 것으로 나타났다. 비록 선진국이 배출을 감소하였다 하더라도 여전히 높은 배출을 나타내며 개발도상국들은 높은 인구밀도로 오염 배출을 줄이기 힘들며 최소한 SOx는 계속 증가하고 있다. 이것은 세계 전체문제 보다는 각국의 환경문제에만 먼저 우선권을 두게 되면 전이환경문제에 대한 국제적 합의의 어려움을 보여준다고 하였다. 3) Galeotti and Lanza (2001)는 경제이론에 근거하여 EKC관계를 합리화시키는 주요한 두 가지 원리를 설명하였다. 첫째, 쿠즈네츠 관계는 소득의 증가 결과 환경이 우등재라는 것이다. 경제개발초기에 개인은 환경 보호를 위한 투자와 소비를 바꾸려하지 않을 것이다. 그 결과 환경의 질은 하락한다. 그러나 개인의 소득이 어느 점에 도달하면 그들은 환경을 향상시키기 위한 투자를 증진시키려고 한다. 그리하여 소득 전환점에서 환경의 질은 향상되는 것을 보인다. 둘째, EKC는 경제개발 과정에서 설명할 수 있다. 농업경제에서 산업경제 그리고 서비스 경제에 근거한 경제를 통과하는 전환기 사이에 환경의 문제가 발생한다는 것이다. 농업경제에서 산업경제로 전환할 때 대량생산과 소비의 증가로 환경은 악화된다. 산업화에서 서비스에 근거한 경제로의 전환기에는 서비스 산업자체의 낮은 환경적 충격 때문에 환경악화가 감소된다. 여기에 technology life cycle이 있다고 하면 환경오염발생기술에서 high technology로 이동한다고 할 수 있다고 하였다. EKC를 추정하는 계량경제학적 방법으로는 기존의 논문에서 사용하던 방식과는 완전히 다른 gamma-weibull모형을 이용한 3차식 모형을 사용한 결과 CO₂는 역U자형이 도출되었지만 OECD나라들은 N자형을 보인다는 결론을 도출하였다. Ming-Feng Hung and Daigee Shaw (2002)은 대기오염과 경제성장 사이에는 양면의 관계(two-way relationship)가 존재한다고 하였다. 첫째 오염은 생산의 부산물이므로 경제성장은 환경의 질에 직접적으로 영향을 미친다. 게다가 소득 또한 환경의 질에 간접적으로 영향을 미친다. 소득의 증가

3) 국제환경경제와 관련된 기본적 사항으로 우선 환경경제 분야의 초기관심사항은 환경문제의 지역적 접근이었다. 그러나 환경오염의 전이(transboundary)가 심화되면서 환경경제의 관심도 전 지구적 접근방법으로 초점이 맞추어졌다. 각국의 오염저감 노력은 인접국의 이해관계와 밀접하게 연결되어 있기 때문에 오염저감을 위한 최적 수준을 도출하는 것은 더욱 어려운 접근방법이 되고 있다.


는 환경 질에 대한 수요를 증가시키고 정부정책, 기술진보, 국제무역, 생산과 소비의 전환 등에 영향을 미쳐 오염을 줄이는 효과를 가져온다. 두 번째로 생산에 대한 환경의 영향은 두 가지로 설명할 수 있다. 오염은 인간이 만든 자본과 노동의 생산성과 생산을 줄임으로써 부정적인 외부성을 발생시킨다. 예를 들면 오염이 건강에 해를 끼쳐 작업 시간이 줄어들게 만들고 오염된 공기와 물로 인해 기계가 부식되므로 경제에 부정적인 영향을 준다. 만약 오염이 줄어들면 생산은 늘어난다. 그리고 기업이 오염배출비용을 줄일 때 생산비용은 증가하고 생산을 감소한다. 실증분석 결과 타이완에는 NO₂와CO₂를 제외하고 다른 오염원들은 EKC가 성립하는 것으로 나타났다. 이 결과는 지금까지 타이완에서 오염을 줄이려는 노력과 일치한다. 소득이 높아짐에 따라 더 나은 대기 환경에 대한 사람들이 욕구를 충족시키기 위하여 1992년부터 모든 새로운 자동차에 교통부분에서 NO₂ 와 CO₂의 배출을 감소시킬 수 있는 장치를 설치하도록 하는 새로운 규제를 시작하였다. 국내논문으로는 김정인, 김진욱, 박창원(1999)은 OECD국가 중 10개국을 대상으로 이산화탄소를 포함하여 아황산가스, 질소산화물, 분진, 휘발성 유기화합물 등 총 5종의 오염물질과 해당국가의 GDP와의 관계를 분석하였다. 1985년부터 1994년까지 10연간 로그함수형태로 최소자승법, 고정효과모형 그리고 확률효과모형의 3가지 모형을 모두 이용하여 분석한 결과 모형에 따라 분석결과가 다르게 나타났다. CO₂의 경우 모든 결과가 역 U자형의 곡선형태로 추정되었으나 최소자승법의 경우만 통계적으로 유의한 것으로 나타났다. 최소자승법의 추정식에 있어서 기타독립변수의 포함여부에 따라 $18,791과 $21,874 수준에서 전환점이 나타났고, 그 밖의 오염물질은 대체로 약 $17,000에서 $18,000 수준부터 경제성장과 환경보호가 동시에 일어나기 시작하였다. 김지욱, 정의철, 박상후(1998)은 서울시, 인천시 및 경기도 등 수도권 지역의 환경오염지표와 경제일반지표에 대해 1980년부터 1995년까지의 패널데이터분석의 확률효과모형을 사용하여 환경오염과 지역경제발전과의 관계 분석하였다. 분석결과는 1인당 국민소득과 1인당 대기오염배출량과의 관계


는 수도권지역에서 역U자형의 환경쿠즈네츠 곡선을 만족시키는 것으로 나타났다.4) 그 원인에 대해서는 소득이 증가함에 따라 단위당 오염배출량이 지속적으로 감소한 것에 기인한 것이며 수도권 지역 중 서울시 지역 내 총생산액의 제조업비중이 현저히 감소추세에 있어 산업부문에서 배출되는 대기 오염량은 감소현상을 보이므로 환경쿠즈네츠 곡선이 나타난다고 하였다. 김지욱(2002)은 패널 데이터를 이용하여 확률계수모형으로 수도권지역의 아황산가스와 소득과의 환경쿠즈네츠곡선을 추정하였는데 추정결과 수도권지역에서는 환경쿠즈네츠 곡선이 도출되지 않는 것으로 나타났다.

Ⅲ. 환경쿠즈네츠곡선의 실증분석

1. 분석방법

이 연구에서는 횡단면 자료와 시계열 자료를 이용하는데 일반적으로 횡단면 자료와 시계열 자료가 결합된 자료를 이용하는 경우 설정된 모형의 오차항에는 횡단면 자료상의 교란요인과 시계열 자료상의 교란요인 그리고 두 자료의 결합적 교란요인으로 구성될 가능성이 크다. 다시 말해, 통합된 자료를 OLS 추정하면 오차항에 이분산 현상과 자기상관 현상이 발생할 것이라고 예상할 수 있다. 그러므로 통합된 자료를 이용하는 경우에는 패널분석을 하는 것이 요구된다. 패널데이터를 이용하면 일반적으로 상대적으로 많은 관측치를 가지고 있기 때문에 신뢰할 만한 추정결과와 함께 제약이 적은 가정 하에서 모형설계가 가능하다. 또한 시계열 자료와 횡단면 자료에서 발생할 수 있는 다중공선성의 문제를 완화시켜주며, 순수한 시계열 및 횡단면 자료로는 쉽게 얻을 수 없는 효과(개별효과, 시간효과)들이 추정 가능하다. 마지막으로 패널데이터는 추정편의를 제거하거나 완화시키는 장점이 있다.

4) 그러나 일산화탄소의 경우 일정한 소득수준 이후 지속적으로 증가하는 u자형의 형태를 보이기도 하였다. 즉 1인당 배출량과 단위당 오염배출량의 지표를 동시에 고려할 때 일산화탄소의 경우에는 환경쿠즈네츠 곡선이 나타난다고 볼 수가 없다.


대기오염과 경제성장과의 상관관계를 분석하기 위해서 횡단면 자료와 시계열자료를 합한 패널데이터를 이용하여 다음의 방정식 모형을 설정한다.

Y = α + βX +μ ( 14 )

여기에서 Y와 X는 N개의 횡단면 자료와 T개의 시계열자료가 결합된 종속변수와 설명변수이다. Xit는 k개의 설명변수이고 β는 (kx1)벡터이다. 잔차항은 μ= μ +ν이다. 여기에서 μ에 대해 어떤 가정을 하고 추정하느냐에 따라 고정효과모형(fixed effect model)과 확률효과모형(random effect model)로 나눌 수 있다. μi가 특정한 확률분포를 따르지 않고, 횡단면 자료마다 고정된 모수를 가지면 fixed effect model이며 μi 가 IID(0, σ)의 분포를 갖는 임의변수이면 random effect model 이며 Gengeralized Least Squared Method를 이용한다.

2. 고정효과모형

고정효과모형은 시계열 단위나 횡단면 단위가 서로 다른 절편 값을 갖게 될 것이란 가정 하에 결합된 자료를 활용하여 추정하는 모형이다. 그러므로 아래 식에 제시된 αi는 모형의 절편을 의미하며 모형에 고려되는 시간 및 횡단면 단위가 변하더라도 절편은 고정되어 있게 된다. 또한 고정효과모형에서 설명변수 Zit 와 상수항 사이에 종속관계가 없다면 기존의 회귀방정식 체계에 더미변수를 도입하여 추정한 결과와 같다. 그러므로 설명변수와 절편 사이의 가정이 충족된다면 고정효과모형으로 추정된 회귀계수들은 가장 효율적인 추정량이 된다.

이러한 고정효과모형은 다음과 같이 표현할 수 있다.


⋅++= itii εβZiy α , ( 15 )iy : 1×T 벡터, i : 1×T 벡터, kTt ×:Z 행렬,

1:11

×⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= ∑

=⋅ T

T

T

titi εε 벡터,

εZβDαy ++= , ( 16 )

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

ny

yy

yΜ2

1

, ⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=×

i

ii

DΛΜΛΛ

00

0000

)( nnT , ⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=×

n

n

α

αα

Μ2

1

)1(α

,

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=×

n

knT

Z

ZZ

Z Μ2

1

)( , ⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=×

n

nT

ε

εε

ε Μ2

1

)1( , n : 지역의 수.

3. 확률효과모형

확률효과모형은 상수항 iα 가 지역별로 다르고 오차항이 정규분포를 따르는 확률변수라는 가정 하에 추정하는 모형으로 절편항의 값이 시기와 횡단면 단위에 따라 변화하는 요인을 오차항의 분포에서 찾으려는 방법이다. 확률효과모형에서는 오차항이 3가지 서로 독립적인 요인, 즉 시간과 횡단면 단위 그리고 두 항목의 복합적 요인으로 구성되었다고 가정한다. 이와 같은 확률효과모형은 다음과 같이 표현된다.

ititity εα ++= βZ , ( 17 )ittiit v ωµε ++= ( 18 )

단, ),0(~ 2µσµ Ni : 횡단면 단위 오차요인,


),0(~ 2vt Nv σ : 시계열 단위 오차요인,

),0(~ 2wit Nw σ : 복합적 오차요인.

한편, 각 오차의 요인간에 상관관계가 없고 또 각 오차요인 내에서도 계열상관이 없다고 가정하므로 오차항에 대하여 다음과 같은 식이 성립한다.

)(,0][ jiE ji ≠=µµ , )(,0][ stvvE st ≠= , ( 19 )0][][][ === jsitjtitisit wwEwwEwwE ,

0][][][ === ittititi wvEwEvE µµ .

그러므로 복합 오차항 itε 는 다음과 같은 동분산(homoskedasticity)을 갖게 된다.

2222)( wvuitVar σσσσε ++== . ( 20 )

그러나 주어진 시점에서의 횡단면 단위간의 오차항과 주어진 횡단면 단위에서 서로 다른 두 시점간 오차항은 상관관계를 가지게 된다.

2

2

222

2

)()(

),(σσ

σσσσ

εε

εε v

wvu

v

jtit

jtit

VarVar

Cov=

++=

, ( 21 )

2

2

222

2

)()(),(

σσ

σσσσ

εεεε u

wvu

u

isit

isit

VarVarCov

=++

= .

결국 확률효과모형에서는 OLS의 기본 가정 중 다소 독특한 형태이긴 하지만 계열상관 현상의 문제를 갖고 있다. 따라서 이 경우 효율적인 추정량


을 얻기 위해서는 GLS (generalized least squares method)로 추정되어야 한다.5)

4. Hausman Specification Test

고정효과모형과 확률효과모형 사이에 발생하는 필연적인 문제는 분석하려는 자료를 어느 모형이 더 적절하게 설명할 것인가라는 선택의 문제로 귀착된다. 확률효과와 설명변수 간에 직교성에 대한 검정에 대해 Hausman(1978)은 설정오류 검정을 제시하였다. 설정오류검정의 기본 개념은 다음과 같다. 상관관계가 없다는 귀무가설이 성립하는 경우에는 고정효과모형과 확률효과모형에서 모두 일치추정량이 되지만 고정효과모형은 비효율적이 된다. 반면 대립가설이 성립되는 경우에는 고정효과모형은 일치추정량이 되지만 확률효과모형에서는 일치추정량이 되지 못한다. 만약 귀무가설이 성립한다면 두 추정량의 차이는 크지 않을 것이고 대립가설이 성립한다면 두 추정량의 차이가 크게 나타난다. 그러므로 설정오류의 검정은 두 추정량의 차이에 기초하게 된다.

0H : 확률효과(random effects), AH : 고정효과(fixed effects) Σββββ ≡−=− )ˆ()ˆ()ˆˆ( GLSCVGLSCV VVV . ( 22 )

여기서 Σ를 구할 수 없으므로 고정효과모형에서 추정된 회귀계수의 분산-공분산 행렬과 확률효과모형에서 추정된 회귀계수의 분산-공분산 행렬을 사용하여 구한 Σ̂을 사용하게 된다.

2)1(

.

.1 ~]ˆˆ[ˆ]ˆˆ[ χ −

− −′−≡KGLSCVGLSCVW ββΣββ . ( 23 )

5) http://society.kordic.re.kr/%7Ekrsa/html/D.doc


앞서 설명한 바와 같이 고정효과모형과 확률효과모형 중 자료를 적절히 설명하는 모형의 선택을 위해 Hausman의 설정오류 검정을 실시하여야 한다. 고정효과모형과 확률효과모형으로부터 추정된 회귀계수들의 분산-공분산 행렬(variance-covariance matrix)과 회귀계수들의 추정량 벡터로부터 계산된 Wald 검정 통계량이다. Wald 검정통계량을 점근적으로 chi-square를 따르게 되므로 만약 Hausman통계치가 chi-square보다 작으면 고정효과모형과 확률효과모형의 계수의 차이가 없으므로 확률효과모형을 사용하고, 만약 Hausman통계치가 chi-square보다 크면 고정효과모형을 사용한다.

5. 기본모형

본 연구에서는 환경쿠즈네츠 곡선을 추정하기 위해 다음과 같은 다항모형(Polynomial model)을 사용하기로 한다. Grossman 과 Krueger(1995)에 의하면 축약형 방정식을 통한 추정은 환경오염과 국민소득과의 관계가 어떠한 과정을 통하여 이루어졌는지 즉 구조적 설명은 불가능하나 그 추정치를 통하여 환경오염에 대한 국민소득의 순 효과(net effect)를 파악할 수 있으며 기술 상태나 오염관련 규제 등과 같은 자료의 수집 없이도 추정가능하게 한다는 장점이 있다고 하였다. 그래서 이 연구에서는 다항회귀모형이 환경쿠즈네츠 곡선을 도출하는데 가장 적합한 모형으로 판단되기 때문에 거의 대부분의 환경쿠즈네츠 곡선 검증에 관한 선행연구 논문들에서 사용한 다항회귀모형을 사용한다. 환경이 경제성장에 관해서 선형관계에 있다고 가정하고 1인당 (또는 단위당) 아황산가스 배출량과 1인당 국민소득과의 관계를 다음과 같은 축약형 방정식 형태로 설정하고 각 변수들을 세분화 하여 다음의 두 가지 모형으로 나누어 분석한다.

<모형1> SO₂= β₀ + β₁GDP +β₂GDP +ε <모형2> SO₂= β₀ + β₁GDP +β₂GDP+βGDP +ε <모형1> 을 각각 1차미분과 2차미분을 하면


+

만약 β₁ >0보다 크고 β₂>0 이면 역U자형의 환경쿠즈네츠 곡선모양이 도출된다. 또한 1차 미분식을 0으로 놓으면 소득 전환점 X을 구할 수 있다.

= + =0

X =

여기서 SO₂은 종속변수로서 환경오염원 즉 아황산가스, GDP는 1인당 GDP, εit는 확률적 오차항(stochastic error)으로 0의 평균값과 유한분산을 가지고 독립적이며 동일하게 분산되어 있다고 가정한다. <모형1>은 일반적인 환경쿠즈네츠 곡선 추정에 사용되는 2차 선형모형이며, 선행연구를 살펴보면 Gallati and Lanza(1999)와 Torras and Boyce(1998)는 기존의 연구방법과 다른 3차 선형방정식을 사용하여 환경쿠즈네츠 곡선이 N자형이 도출될 수 있음을 보였다. 본 연구에서는 위 선행연구자들의 연구방법을 따라서 3차 선형방정식 <모형2>도 함께 추정한다.

6. 실증분석 결과

한국의 패널데이터 분석은 먼저 고정효과모형과 확률효과모형으로 분석하고 고정효과모형과 확률효과모형 중 어느 모형이 더 한국의 환경쿠즈네츠 곡선 추정에 더 나은 모형인가를 Hausman Test를 이용하여 판별한다.


Two-Way Fixed Effect ModelVariable coefficient(t-value) coefficient(t-value)intercept -10.43(-0.4) -0.07(-2.20)

GDP 0.124(2.2) 0.0003(2.60)GDP -0.97E-04(-3.4) -3.59(-2.34)GDP 1.22E-13(1.74)

R 0.89 0.89Random Effect Model

intercept 27.044(1.9) 0.002(0.10) GDP 0.0384(1.09) 0.00002(1.52)GDP -0.000584(-2.06) -2.42E-09(-1.62)GDP 8.95(1.29)

R 0.68 0.23Hausman Specification Test 64.32(2 df. prob value = 0.002) 8.93(2 df. prob value =0.03)


GDP 0.99E-05(3.33) 0.00003(3.6)GDP -0.51E-09(-3.49) -2.45E-9(-2.7)GDP 8.25E-14(2.05)


한국의 분석은 6개 도시 즉, 서울, 부산, 대구, 인천, 광주, 대전이며 환경오염원은 SO₂, NO₂, O₃이다. 자료는 1987년부터 2002년까지의 연간 환경부 자료를 그리고 지역별 국민소득은 통계청의 자료를 사용하였다.

<표 1> 한국의 패 데이터 분석 -아황산 가스

<표 2> 한국의 패 데이터 분석 - 이산화 질소


intercept 0.022(5.0) -0.003(-1.72) GDP 0.26E-06(0.2) 0.00002(2.79)GDP -0.154(0.2) -1.62E-9(2.02)GDP 5.54E-14(1.49)

R 0.27 0.15Hausman Specification Test 2.88

(2 df. prob value = 0.23)5.93

(2 df. prob value = 0.11)


GDP 0.5E-05(2.8) 7.89E-06(2.08)GDP -0.25E-09(-2.8) -713E-12(-1.43)GDP 2.12E-14(0.93)


intercept 0.00345(0.93) 0.0001(0.02) GDP 0.36E-05(3.12) 4.47E-06(1.44)GDP -0.187E-09(-2.9) -363E-12(-0.8)GDP 7.52E-15(0.35)

R 0.68 0.11Hausman Specification Test 2.88(2 df. prob value = 0.23) 7.55 (2 df. prob value = 0.05)

<표 3> 한국의 패 데이터 분석 - 오존

한국의 3개 대기오염원(SO₂, NO₂, O₃)에 대한 환경쿠즈네츠 곡선을 패널데이터로 분석한 결과 SO₂, NO₂, O₃모두 Hausman Test 의 결과에 의해 Fixed Effect Model이 Random Effect Model 보다 더 나은 모델로 판명되었으며 이에 따른 Fixed Effect Model 결과를 살펴보면 결정계수 값과 계수의 유의 확률 t값이 모두 다 유의하게 나타났다. 2차식의 경우 GDP


1차항의 값은 양의 값을 GDP 2차항의 값은 음으로 나타나 한국의 경우 3개 대기 오염원에 대한 환경쿠즈네츠 곡선이 검증되는 것으로 나타났다. 그러나 3차식의 경우는 3차항이 음의 값을 가짐으로써 역U자가 아닌 N자형을 보이는 것으로 나타났다. 환경과 경제성장과의 관계가 N형을 보이는 것은 한국이 선진국과 같은 경로로 경제가 발전할수록 환경오염이 개선되지 않는다는 것이다. 1990년 이후 환경에 대한 의식과 환경주의적 가치는 환경운동과 서로 상승작용을 일으키며 국민들의 환경의식을 성장하게 했다. 근대화의 부작용을 체험하게 된 국민들은 새로운 형태의 근대화를 지향해야 한다고 보고 생태주의로 가치체계를 변화시키고자 하였다. 그러나 아직도 경제성장의 희생물이라는 인식의 수준을 크게 넘어서지 못하고 있으며 최근에 들어와서는 실업의 증대와 고용의 불안으로 성장제일주의가 다시 고개를 들고 있기 때문으로 풀이된다.

Ⅳ. 맺음말 경제성장 초기에는 환경오염이 증가하지만 어느 정도 경제가 성장하면 환경오염은 개선된다는 인식을 가지고 본 연구에서는 한국의 환경오염과 경제성장과의 관계를 분석하였다. 본 연구의 초점은 경제가 어느 정도의 성장점을 지나면 환경오염은 개선될 것인가 만일 개선된다면 어떤 요인에 의해 개선될 수 있을 것인가에 있다. 1인당 국민소득이 증가함에 따라 처음에는 환경오염은 증가하지만 1인당 국민소득이 일정수준을 넘어서면 환경오염은 줄어든다는 환경쿠즈네츠 가설을 추정・분석함으로써 이를 검증하였다. 실증분석 결과 한국의 환경쿠즈네츠 곡선이 N자형을 보이는 것은 1990년 이후 정부의 환경보호 노력이 상당히 적극적인 모습을 띄고 법과 제도 등을 잘 구비하여 진보적인 환경정책의 틀을 보이고는 있지만 최근 경제성장이 둔화되면서 환경정책을 실제로 시행하기 보다는 전시용으로 내세우는


경우가 생기고 또 시행과정에서 경제논리에 밀려 원래의 취지와는 다른 정책으로 변해가는 경우가 생기는 데서 연유를 찾을 수 있을 것이다. 정책의 결과 우리나라의 경우에서도 경제성장이 환경을 훼손하기보다는 환경개선의 효과를 가져올 수 있다. 즉 소득이 증가함에 따라 깨끗한 환경을 위해 공공재의 공급이 강화되고, 개인소비자의 측면에서도 소득이 증가함에 따라 생계문제에서 벗어나 환경보호를 위한 여력을 가지기 때문이다. 저소득층이 환경오염의 피해를 상대적으로 더 많이 받을 수 있기 때문에 강화된 환경정책은 오히려 저소득층에 유리하게 작용하여 소득재분배적 효과를 가져올 수도 있다.


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A Study onEnvironmental Kuznets Curve in Korea

Jeong In Kim, Kyung Hee Oh6)

< ABSTRACT >

Environmental Kuznets Curve (EKC), reveals that "as the country's income goes up due to economic growth, there is an increasing environmental degradation up to a certain level but after that level, environmental quality improves". In this study I used an Korea economic panel data to find Korea EKC. In the case of Korea, I used the cubic equation model for empirical tests and discovered there is an inverted-U relationship between economic growth and environmental degradation. Pollution initially rises with the increase of per capita income (i.e., economic growth) and declines after a certain pollution level. However, the positive third power of income variable implies that these pollutants will eventually rise again. By learning the developed country's EKC change, the developing country could restructure its development policy to avoid the stage of serious pollution problem with the economic growth. It is recommended that policy makers need to consider seeking a 'win-win' policy simultaneous establishment of both economic growth and environment preservation.

Keywords：EKC curve, Panel data, Environment, Economic growth, Sustainability.

＊professor of Chung-Ang University([email protected]), 031-670-3044 part-time professor of Chung-Ang University([email protected]), 019-602-8608

Documents

한국의 환경쿠즈네츠 곡선에 관한 고찰통계청「통계연구」제10권 제1호, 2005, pp. 119-144 한국의 환경쿠즈네츠 곡선에 관한 고찰 김정인＊․오경희＊＊