산업혁명 이후 인류의 과도한 화석연료 사용은 이산화탄소 배출의 급격한 증가를 초래하였고, 이로 인한 대기 중 이산화탄소 농도의 증가는 기후변화를 가속시키고 있다. 지구의 평균 온도 상승은 전 지구적 변화 시스템을 변화시켜 폭염, 가뭄, 홍수 발생 등 인류의 삶과 직접적으로 연관된 분야에 부정적인 영향을 일으킨다.
기후 변화의 영향력은 계속 커지고 있고 그 심각성 도한 확대되고 있다. 국제 사회도 이를 인식하고 날로 심각해지는 기후 변화 문제를 해결하기 위해 지속적인 노력을 해 오고 있다. 대표적으로 1992년 유엔기후변화협약(UNFCCC: The United Nations Framework Convention on Climate Change)을 체결하여 인류의 기후 변화 대응 노력을 위한 큰 틀을 설정하였고, 1997년 쿄토의정서(Kyoto Protocol)에 합의함으로써 기후 변화 대응을 위한 구체적 실행 지침을 만들었다. 지난 2015년에는 파리협정(Paris Agreement)이 채택되어 선·개도국 구분 없이 모든 국가가 기후 변화 대응 노력에 동참한다는 큰 틀의 新기후체제가 마련되었다. 하지만 기후 변화 대응을 위한 인류의 노력은 그동안 효과적인지 않았던 것으로 보인다.
인류의 기후 변화 대응 노력이 그동안 효과적이지 못했던 이유는 기후 변화 문제의 독특한 특징에 기인한다고 볼 수 있다. 기후 변화의 첫 번째 특징은 발생 기간이 매우 장기간이라는 점이며, 문제가 발생되는 초기에 그 피해 정도가 매우 적다는 것이다. 게다가 기후 변화 문제는 전 지구적 관점에서 부정적인 외부효과(Negative externality)를 내포하고 있다는 특징이 있다. 따라서 모든 국가로 하여금 기후 변화 대응 노력에 동참하도록 유도하기 위해서는 위에서 언급한 기후 변화 문제의 특성을 효과적으로 다루어야 한다. 즉, 기후 변화의 영향력에 대한 장기 추세를 적절하게 평가해야 하며 기후 변화와 관련된 각 국가의 행동이 다른 국가에게 어떠한 영향을 미칠지에 대한 검토가 수반되어야 한다.
이처럼 기후 변화가 미치는 장기적 영향을 경제학적으로 분석하기 위해 널리 사용하는 모형이 통합평가모형(IAM:　Integrated Assessment Model)이다. 통합평가모형은 기후 변화의 피해 및 관련 대응 노력의 효과 등을 검토하고 분석하기 위해 기후 변화라는 지구의 자연적 현상과 인간의 경제 행위를 통합한 분석모형이다. 대표적으로 DICE(Dynamic Integrated Assessment Model of Climate and the Economy) 모형과 RICE(Regional Integrated Assessment Model of Climate and the Economy)모형을 들 수 있다.
DICE 모형과 RICE 모형의 차이점은 전자에서는 전 지구적 관점에서의 목적식을 고려한 반면, RICE 모형은 지역별로 나누어 각 국가 그룹이 자신만의 목적식을 극대화한다고 보는 것이다. 즉, 기후 변화가 전 지구적인 영향을 미친다는 것을 전제하지만, RICE 모형에서는 가령, 미국이나 중국이 자국만의 목적함수를 극대화하는 전략적 상황을 고려한 것이다. 따라서 국제 사회의 현실을 보다 잘 반영한 모형이라고 할 수 있다. 그러나 아쉽게도 기존 RICE 모형에서 우리나라는 독립적인 지역으로 구분되어 다루어지지 않았다. 전 세계에서 차지하는 우리나라의 GDP 규모 및 온실가스 배출 비중을 고려했을 때, 기존 RICE 모형에 우리나라가 국가 그룹의 일원으로 분류되어 있다는 점은 해당 모형의 한계라고 할 수 있다.
이에 본 연구는 기후-경제 통합평가모형에서 한국을 독립적인 지역으로 다루기 위해 기존 RICE 모형을 확장하였다. 즉, 본 연구는 한국형 RICE(이하 KRICE: Korean Regional Integrated Assessment Model of Climate and the Economy) 모형의 개발에 큰 비중을 두었다. 이를 위해 기존 DICE 및 RICE 모형의 구조를 파악하였고 각 모형의 특징을 살펴보고 분석하였다. 그리고 DICE와 RICE의 차이에 대해서 검토했으며 RICE 모형의 결과 해석에서 중요하다고 볼 수 있는 게임이론 기반의 해(solution) 개념들을 살펴보았다. 뿐만 아니라 모형의 개발을 위해서 모형 내의 각 모듈 간의 복잡한 계산에 유연하게 적용할 수 있는 개발 도구의 필요성을 확인하였다. 이를 위해 비선형 알고리즘을 통해 효율적으로 계산을 수행할 수 있는 매트랩(matlab) 프로그램을 개발 도구로 선택하였다. 그리고 한국을 독립된 지역으로 다루기 위해 필요한 파라미터 및 관련 데이터 업데이트에 대해서 살펴봄으로써 한국을 기존 지역에서 분리했을 경우 발생하는 변화를 반영하였다. 이렇게 구축된 KRICE 모형을 이용하여 몇 가지 분석을 진행하였다. 우선 세 가지 해(공리주의 해, Negishi 해, 내쉬 해) 하에서의 평균 기온 증가량 및 온실가스 배출량을 검토해 보았고, 각각의 해 하에서 도출된 주요 지역별 탄소 배출 제어율(또는 온실가스 감축률)도 살펴보았다. 그 결과, 특별히 공리주의적 해와 Negishi 해 하에서 한국의 100% 탄소 제어율 시점이 다른 국가에 비해서 비교적 빨리 도래함을 확인하였다. 또한, 협력적 해와 비협력적 해 간에는 주요 결과(평균 기온 증가량, 온실가스 배출량, 탄소배출 제어율 등)에서 상호 간 상당한 차이가 있음을 확인하였다. 특별히, Negishi 해에 대해서는 3가지 시나리오(BaU, Optimal, 2°C)별로 여러 결과를 검토해 보았다. 우선, 비협력적 해에서는 자국의 이익만을 쫓는 양상을 보였으며 그로 인해 엄청난 양의 온실가스를 배출하게 되었다. 협력적 해 내에서도 차이를 발견했는데, Negishi 해의 개념의 시나리오들 하에서 선진국들의 온실가스 배출량이 공리주의적 해의 경우보다 더 많음을 알 수 있었다.
추가적으로 미국의 기후변화협정 탈퇴, 소위 트럼프 리스크를 반영한 두 가지 시나리오에 대해서도 모의실험을 실시하였다. 트럼프 리스크를 고려 시, 초기에는 미국의 협력 여부가 큰 영향이 없어 보이지만 시간이 지날수록 유의미한 차이를 만들어 냄을 확인할 수 있었다. 주목할 점은 미국의 참여 여부가 미국의 탄소 배출량에는 큰 변화를 가져오지만, 한국을 포함한 대부분의 국가들의 탄소 배출량에는 큰 변화를 가져오지 않는다는 사실이다. 그러나 중국과 같이 총 배출량이 충분히 큰 국가는 미국의 협력 여부에 따라 온실가스 총 배출량이 유의미한 차이를 보일 수 있음을 확인하였다.
마지막으로 KRICE를 통해 도출된 우리나라의 주요 경제 지표에 대해서도 살펴보았다. 탄소 감축을 통해 모면하게 되는 피해 비용이 탄소감축 비용보다 더욱 크기 때문에, 가상의 social planner가 존재한다면 탄소 감축을 통해, 탄소 감축을 전혀 하지 않은 것보다 우리나라에도 경제적으로 더 나은 결과를 도출할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.