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Beyond Recycling Volumes: A Life-Cycle Material-Flow Model of Circular Economy Policy Mixes

본 논문은 수명 주기 지향적 동적 일반 균형 모델을 개발하여, 재활용 보조금은 주로 하류 부문의 재활용량을 증대시키는 반면 생산자 책임 재활용 제도는 상류 부문의 설계 개선과 폐기물 감축을 더욱 효과적으로 유도하며, 이들의 결합된 정책 혼합은 폐기물 축적 피해에 대한 가치 평가에 따라 긍정적인 후생 결과를 낳는다는 점을 입증한다.

원저자: Di Wang, Ming Sun

게시일 2026-08-27

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CC BY 4.0

원저자: Di Wang, Ming Sun

원본 논문은 CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) 라이선스로 제공됩니다. ✨ 이것은 아래 논문에 대한 AI 생성 설명입니다. 저자가 작성하거나 승인한 것이 아닙니다. 기술적 정확성을 위해서는 원본 논문을 참조하세요. 전체 면책 조항 읽기

우리가 구매한 물건들이 사용 후 단순히 매립지로 사라지는 것이 아니라, 다시 공장 바닥으로 돌아가 새로운 제품이 되는 세상을 상상해 보십시오. 이것은 순환 경제가 약속하는 바이며, 재료를 가능한 한 오랫동안 사용 상태로 유지하도록 설계된 시스템입니다. 그러나 이 비전을 실현하는 것은 단순히 더 많은 쓰레기를 수집하는 것보다 훨씬 더 복잡합니다. 이는 제품의 생애 초기 단계인 설계 방식과 생애 말단의 처리 방식 사이의 정교한 균형을 필요로 합니다. 만약 제품이 재활용하기 쉽게 설계되었지만, 애초에 폐기물을 거의 생성하지 않는 방식으로 만들어진다면, 재활용 공장들은 처리할 대상이 없어 곤란한 상황에 처할 수 있습니다. 반대로, 정책이 기업들에게 더 많은 재활용을 강제한다면, 기업들은 재활용하기는 더 쉽지만 생산 과정에서 더 무겁거나 낭비가 많은 제품을 만들 수도 있습니다. 과학자와 정책 입안자들의 핵심 과제는 제품의 전 생애에 걸쳐 디자인 선택과 재활용 인센티브라는 서로 다른 지렛대들이 환경과 경제에 어떤 영향을 미치며 어떻게 상호작용하는지 이해하는 것입니다.

베이징 대학교의 디 왕(Di Wang)과 홍콩 중문 대학교 선전 캠퍼스의 밍 순(Ming Sun) 두 연구자는 이 복잡한 그물망을 풀어내기 위해 정교한 컴퓨터 모델을 구축했습니다. 그들의 연구는 단순히 재활용되는 플라스틱의 양을 세는 수준을 넘어섭니다. 대신, 그들은 제품이 설계되는 순간부터 소비자에 의해 사용되고, 결국 폐기물이나 재활용 자원으로 운명이 결정될 때까지의 과정을 추적하는 역동적인 시뮬레이션을 만들었습니다. 그들은 정부가 흔ately 사용하는 두 가지 주요 정책 도구, 즉 재활용업자에게 재료 처리에 대한 대가를 지급하는 '보조금'과 제조사가 만든 폐기물에 대해 재정적 책임을 지게 하는 '생산자 책임 재활용 제도(EPR)'에 초점을 맞췄습니다. 연구진은 이러한 도구들이 단독으로 사용될 때와 함께 사용될 때 어떤 차이가 있는지, 그리고 그것들이 제품 디자인의 질, 환경에 쌓이는 폐기물의 양, 그리고 사회 전체의 복지에 어떤 영향을 미치는지 확인하고자 했습니다.

그들이 개발한 모델은 경제를 하나의 살아있는 시스템으로 취급하며, 한 영역에서의 변화가 다른 영역으로 파급되도록 합니다. 시뮬레이션에서 기업은 제품의 '디자인 품질'을 개선하는 선택을 할 수 있습니다. 이는 단순히 제품을 더 보기 좋게 만드는 것이 아닙니다. 여기에는 두 가지 뚜렷한 전략이 포함됩니다. 한 가지 전략은 제품을 재활용하기 쉽게 만들어, 버려졌을 때 더 많은 부분이 다시 원료로 전환될 수 있도록 보장하는 것입니다. 다른 한 가지 전략은 애초에 사용하는 재료의 양을 줄이는 것으로, 이를 '원천 감량(source reduction)'이라고 합니다. 연구진은 이 두 전략이 서로 다른 방향으로 움직인다는 것을 발견했습니다. 재료 사용을 줄이는 데 집중하는 디자인은 전체 폐기물 양을 줄일 수는 있지만, 재활용 공장이 처리할 수 있는 재료의 양도 줄어들게 됩니다. 반면, 재활용 가능성에만 집중한 디자인은 재활용을 위한 재료를 더 많이 생성할 수는 있지만, 제품을 만들기 위해 초기에 더 많은 자원을 사용하게 될 수도 있습니다.

연구진이 정책을 테스트했을 때, 결과는 두 도구 사이의 명확한 역할 분담을 보여주었습니다. 재활용업자의 수익을 높여주는 재활용 보조금은 주로 '하류(downstream)' 측면에 작용했습니다. 이는 재활용 공장이 더 많은 재료를 처리하도록 장려하고 재활용 제품의 총 출력을 증가시키는 데 성공했습니다. 그러나 기업이 제품을 처음에 어떻게 디자인하는지에는 거의 영향을 미치지 못했습니다. 반면, 기업이 재활용하지 못한 폐기물에 대해 비용을 지в게 하는 생산자 책임 재활용 제도는 '상류(upstream)' 디자인 단계에 직접적으로 작용했습니다. 이 정책은 제조업체들에게 폐기물 책임을 최소화하기 위해 디자인을 개선해야 할 강력한 재정적 이유를 제공했습니다. 이는 더 나은 제품 디자인을 이끌어냈고, 환경에 축적되는 총 폐기물량을 크게 감소시켰습니다.

결정적으로, 연구는 두 정책을 함께 사용하는 것이 단순히 혜택을 두 배로 만드는 것이 아님을 보여주었습니다. 실제로 재활용되는 재료의 총량을 고려할 때, 두 정책은 어느 정도 서로 상충하는 관계에 있었습니다. 생산자 책임 재활용 제도는 기업들이 애초에 재료를 적게 사용하도록 유도함으로써 재활용 가능한 폐기물의 양을 줄였습니다. 이는 재활용 보조금이 재활용 활동을 촉진하려고 노력하더라도, 재활용할 재료 자체가 적어짐을 의미했습니다. 그러나 이러한 상충 관계가 실패를 뜻하는 것은 아니었습니다. 두 정책의 결합은 다른 종류의 성공을 낳았습니다. 즉, 더 높은 품질의 제품 디자인을 이끌어냈고, 단독 정책을 사용할 때보다 환경에 축적되는 총 폐기물량을 더 크게 줄였습니다. 연구진은 이러한 긍정적인 상호작용이 디자인의 초점이 폐기물 원천 감량에 있거나, 혹은 감량과 재활용 가능성 사이의 균형을 맞추는 데 있을 때 가장 강력하게 나타난다는 것을 발견했습니다.

연구진은 또한 경제적 복지, 즉 사회 전체의 이익에 대해서도 살펴보았습니다. 그들은 그 답이 사회가 축적된 폐기물로 인한 피해를 얼마나 가치 있게 여기느냐에 따라 크게 달라진다는 것을 발견했습니다. 만약 폐기물로 인한 피해를 보수적으로 평가한다면, 제품 디자인을 변경하고 경제를 조정하는 데 드는 비용이 혜택보다 커져서 사회에 순손실을 초래할 수 있습니다. 그러나 사회가 폐기물 축적을 막는 것에 더 높은 가치를 둔다면, 결합된 정책 혼합은 사회 전체의 복지를 위한 명백한 승리가 됩니다. 이 연구는 모든 상황에 적용되는 단 하나의 '최선'의 정책은 없다는 점을 시사합니다. 대신, 정책의 효과는 구체적인 목표에 따라 달라집니다. 만약 목표가 재활용되는 재료의 양을 극대화하는 것이라면 보조금이 더 나을 수 있고, 만약 목표가 환경 내 총 폐기물량을 줄이고 제품 디자인을 개선하는 것이라면 생산자에게 폐기물 책임을 묻는 것이 더 효과적입니다.

궁극적으로, 이 연구는 순환 경제 정책을 생각하는 새로운 방식을 제공합니다. 이는 재활용량만을 보는 것이 불충분하다는 것을 입증합니다. 어떤 정책은 재활용되는 재료의 양을 성공적으로 늘릴 수는 있지만, 동시에 총 폐기물 부담을 줄이거나 제품 디자인을 개선하는 데는 실패할 수도 있습니다. 이 연구는 정책 입안자들이 단순히 재활용률이라는 단일 지표가 아니라, 디자인 품질, 재활용되지 않는 폐기물의 흐름, 그리고 환경 내 총 폐기물 축적량 등을 포함한 '대시보드 지표'를 살펴봐야 한다고 주장합니다. 시스템의 다양한 구성 요소들이 어떻게 상호작용하는지 이해함으로써, 정부는 단순히 재료를 이동시키는 것이 아니라 진정으로 환경적 해악을 줄이고 경제적 성과를 개선할 수 있는 정책 혼합을 설계할 수 있습니다. 이 연구는 복잡한 시스템 속에서 목표를 향한 가장 직접적인 경로가 항상 가장 효과적인 경로는 아니며, 최선의 해결책은 단일 지표를 쫓는 것이 아니라 경쟁하는 우선순위들 사이의 균형을 잡는 데 있다는 사실을 상기시켜 줍니다.

기술 요약: 재활용량을 넘어: 순환 경제 정책 혼합의 전과정 물질 흐름 모델

문제 제기
순환 경제 정책은 점차 상류 단계의 제품 설계와 하류 단계의 재활용을 연계하는 것을 목표로 하고 있다. 그러나 기존의 평가 방식은 전과정 물질 흐름과 거시경제적 조정을 별개로 취급하는 경우가 많다. 전과정 평가(LCA)와 물질 흐름 분석(MFA)은 처리량 및 재활용 손실에 대한 상세한 증거를 제공하지만, 물질 대체, 부문별 자원 배분, 투자, 복지와 같은 경제 전반의 피드백을 포착하는 능력은 부족한 경우가 빈번하다. 반대로, 거시경제 모델은 재활용률이나 폐기물-자원 전환을 외생적인 것으로 취급하여, 전과정 설계 선택의 내생적 성격을 간과하곤 한다. 본 논문은 생산자 책임 재활용 제도(EPR), 재활용 보조금, 그리고 이들의 조합이 상류 설계 및 하류 재활용 채널을 통해 어떻게 재생산물 출력, 폐기물 축적, 그리고 사회적 후생에 영향을 미치는지에 대한 이해의 격차를 다룬다.

방법론
본 논문은 정형화된 전과정 지향적 동적 일반균형(DGE) 모델을 개발한다. 프로세스 기반의 LCA와 달리, 이 프레임워크는 정책 충격과 영구적인 체제 변화를 평가하기 위해 핵심적인 전과정 관리 메커니즘을 거시 동적 환경 내에 내재화한다.

모델 구조: 모델은 대표 가계, 최종재 기업, 재활용 부문, 그리고 정부로 구성된다. 시간은 이산적(discrete)이다.
전과정 메커니즘: 최종재 기업은 전과정 설계 품질 지표인 $q_t$ $q_{t}$ 를 내생적으로 선택한다. 이 선택은 동시에 두 가지 물리적 매개변수에 영향을 미친다:
1. 폐기물 강도 ( $\phi(q_t)$ ): 높은 설계 품질은 생산의 단위 폐기물 강도를 감소시킨다.
2. 유효 재활용성 ( $\theta(q_t)$ ): 높은 설계 품질은 총 폐기물 중 거래 가능한 "유효 재활용 흐름"( $X_t$ )이 되는 비율을 높인다.
물질 흐름: 최종 산출물로부터 총 폐기물( $W_t$ )이 발생한다. 총 폐기물의 일부인 $\theta_t W_t$ 가 유효 재활용 흐름 $X_t$ 가 되어 재활용 부문에 판매된다. 나머지 부분인 $(1-\theta_t)W_t$ 는 재활용되지 않는 폐기물( $N^w_t$ )이 되어 폐기물 스톡( $Z_t$ )으로 축적되며 환경 피해를 유발한다.
재활용 부문: 재활용 부문은 한계 가치와 연결된 거래 가격으로 $X_t$ 를 구매하고, 자본과 노동을 사용하여 이를 재생산물 출력( $R_t$ )으로 전환한다. 결정적으로, 이 전환 과정은 분류, 오염, 재처리 과정에서의 실제 손실을 반영하여 제한된 기술( $R_t = \rho_t X_t$ , 단 $\rho_t < 1$ )의 적용을 받는다.
정책 수단:
- 재활용 보조금 ( $\tau^R_t$ ): 재생산물 출력의 유효 수익을 높여 하류 재활용 활동을 촉진한다.
- 생산자 책임 재활용 제도 (EPR, $\tau^Z_t$ ): 재활용되지 않는 폐기물 흐름에 대해 부채 비용을 부과함으로써, 상류 단계의 설계 개선을 유도한다.
평가 지표: 본 연구는 정상 상태(steady-state) 비교와 동적 충격 반응을 사용하여 정책 체제(정책 없음, 보조금 전용, EPR 전용, 그리고 혼합형)를 평가한다. 주요 지표는 재생산물 출력( $R$ ), 설계 품질( $q$ ), 폐기물 스톡( $Z$ ), 그리고 소비 등가 후생(CEV)이다. 상보성은 $Comp_A = A_{mix} - A_{Ronly} - A_{Zonly} + A_{base}$ 로 정의된다.

주요 기여

전과정 및 거시 동역학의 통합: 본 논문은 전과정 물질 흐름 관계를 DGE 프레임워크에 내재화하여, 설계 품질을 상류 관리와 하류 회수를 연결하는 내생적 결정으로 모델링한다.
차별화된 정책 채널: 하류 수익을 겨냥한 보조금과 상류 설계 인센티브를 겨냥한 EPR이라는 두 가지 서로 다른 단계에서 작동하는 정책 수단을 명시적으로 모델링한다.
제한된 전환 기술: 제한된 재활용 전환 기술과 축약된 거래 가격 규칙을 도입하여, 물질 흐름의 일관성을 유지하면서도 재활용 가치가 생산자에게 피드백될 수 있도록 한다.
지표 의존적 상보성: 분석을 통해 정책 간 상호작용을 여러 결과에 따라 분해하며, 정책 상보성이 보편적인 것이 아니라 특정 지표(예: 재활용량 vs 폐기물 스톡)와 시스템의 설계 지향성에 따라 달라짐을 입증한다.

결과

정책 역할의 분리: 두 수단은 서로 다른 채널을 통해 작동한다. 재활용 보조금은 주로 하류 재활용 활동과 재생산물 출력( $R_t$ )을 확대하지만, 상류 설계 품질에는 약한 영향을 미친다. 반면, EPR은 상류 설계 인센티브를 강화하여 재활용되지 않는 폐기물 흐름과 누적 폐기물 스톡( $Z_t$ )을 줄이지만, 원천 감축으로 인해 재활용으로 유입되는 물질 기반을 축소시킬 수 있다.
출력량에서의 비가산성: 정책 혼합은 재생산물 출력 측면에서 초가산적(superadditive)이지 않다( $Comp_R < 0$ ). 많은 시나리오에서 두 정책의 결합은 개별 정책 효과의 합보다 적은 재생산물 출력을 낳는데, 이는 주로 원천 감축 지향적 설계가 재활용 스트림으로 들어오는 물질의 양을 줄이기 때문이다.
설계 및 폐기물에서의 상보성: 정책 혼합은 설계 품질( $Comp_q > 0$ )에서 양의 상호작용을 생성하고, 추가적인 폐기물 스톡 감소( $Comp_Z < 0$ )를 가져오며, 특히 설계가 원천 감축 또는 재활용성 사이에서 균형을 이루거나 원천 감축에 지향되어 있는 시스템에서 그러하다.
후생의 손상 가치 의존성: 후생 결과는 폐기물 스톡의 손상 가중치( $\xi_Z$ $ξ_{Z}$ )에 따라 달라진다.
- 보수적인 손상 가중치 하에서는 정책 혼합이 양의 후생 상호작용(두 정책이 따로 있을 때보다 함께 있을 때 더 효과적임)을 보이지만, 음의 절대 후생(조정 비용이 편익보다 큼)을 초래한다.
- 더 높은 손상 가중치 하에서는 평가된 그리드 전체에서 절대적 후생 효과가 양(+)이 된다.
설계 지향성의 중요성: 정책 혼합의 효과는 "설계 지향성"(재활용성 개선 대 원천 감축의 상대적 강도)에 따라 달라진다. 원천 감축 지향적 시스템은 정책 혼합으로부터 가장 강력한 추가적인 폐기물 스톡 감소 효과를 보인다.

의의 및 주장
본 논문은 자신의 모델을 상세한 프로세스 기반 LCA나 부문별 MFA의 대체재가 아닌, 거시 동적 보완재로 위치시킨다. 본 논문의 주요 의의는 전과정 설계 인센티브, 물질 흐름 제약, 순환 경제 정책 혼합, 그리고 후생 평가를 단일 프레임워크 내에서 연결하는 데 있다.

저자들은 순환 경제의 성과를 재활용량과 같은 단일 지표만으로 추론할 수 없다고 주장한다. 어떤 정책은 설계 품질을 개선하거나 폐기물 스톡을 줄이지 않고도 재생산물 출력을 증가시킬 수 있으며, 반대로 원천 감축 정책은 폐기물 스톡을 줄이는 동시에 재활용을 위한 물질 기반을 축소시킬 수도 있다. 따라서 본 논문은 재생산물 출력, 설계 품질, 처녀(virgin) 물질 의존도, 재활용되지 않는 폐기물 흐름, 폐기물 스톡, 그리고 후생을 공동으로 평가하는 다중 지표 접근 방식을 제안한다. 연구 결과는 정책 상보성이 지표에 따라 달라지며, "최선의" 정책 혼합은 구체적인 목표(예: 재활용량 극대화 vs 폐기물 축적 최소화)와 환경 피해에 대한 사회적 가치 평가에 달려 있음을 시사한다.

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