Price Formation of Biomethane Certificates: Comparisons of U.S. and European Schemes and Their Implications

Taesik Kim

doi:10.22794/keer.2026.25.2.008

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Korean Energy Economic Review. 30 September 2026. 269-301
https://doi.org/10.22794/keer.2026.25.2.008

Price Formation of Biomethane Certificates: Comparisons of U.S. and European Schemes and Their Implications

바이오가스 기반 바이오메탄 인증서의 가격형성 원리: 미국･유럽 제도 비교와 시사점

Taesik Kim¹^*

김 태식¹^*

¹Research Fellow, Korea Energy Economics Institute (Corresponding author).

¹에너지경제연구원 연구위원

^{*Corresponding Author}

ABSTRACT

This study examines biomethane production and certificate prices when each certificate can be used only once, either for compliance or a voluntary claim. A static partial-equilibrium model assumes competitive trading and an exogenous natural-gas netback and distinguishes four regimes: zero certificate prices, coexistence of compliance and voluntary demand, compliance demand alone, and alternative compliance. When certificate prices lie strictly between zero and the alternative-compliance price and capacity is nonbinding, they equal marginal production costs net of gas revenue and the shadow price of the compliance constraint. In the coexistence regime without a binding capacity constraint, an increase in obligations raises production and displaces voluntary purchases; total displacement cannot exceed initial voluntary demand. Production responses differ when voluntary demand vanishes, unused quantities remain, or alternative compliance is used. Comparisons of U.S. and European schemes highlight the importance of the unit and final use of rights, alternative compliance, and banking for interpreting prices. Application to Korea requires distinguishing biogas production credits from biomethane environmental attributes and examining their relationship and conditions of use.

Keywords

biogas and biomethane

biomethane certificate

compliance demand

price formation

shadow price

이 연구는 동일한 인증서를 의무이행과 자발적 사용 주장 중 하나에만 최종 사용하는 시장에서 바이오메탄의 생산량과 인증서 가격을 정태 부분균형모형으로 분석한다. 경쟁적 거래와 외생적 순가스가격 아래에서 가격 0, 두 수요의 공존, 의무수요만의 존재, 대체이행 사용으로 균형을 구분한다. 가격이 0과 대체이행 단가 사이에 있고 공급상한이 구속하지 않으면 인증서 가격은 순가스 판매수입으로 회수되지 않는 한계비용이자 의무이행 제약의 잠재가격이다. 공급상한이 구속하지 않는 공존구간에서는 의무 확대가 생산 증가와 자발적 구매 감소로 나뉘며, 구매 감소량은 초기 자발적 수요를 넘지 못한다. 자발적 수요가 소멸하거나 잉여･대체이행이 존재하면 생산반응은 달라진다. 미국･유럽 제도 비교는 권리의 표시단위와 최종 사용, 대체이행･이월 조건이 가격 해석에 중요함을 보여준다. 국내 적용에서는 바이오가스 생산실적과 바이오메탄 환경속성의 구별을 바탕으로 두 권리의 관계와 사용조건을 검토할 필요가 있다.

키워드

가격형성 원리

바이오가스･바이오메탄

바이오메탄 인증서

의무이행 수요

잠재가격

MAIN

Ⅰ. 서 론
Ⅱ. 선행연구와 분석 관점
1. 인증서 가격에 관한 이론 및 실증연구
2. 기업의 자발적 수요와 실증 근거
Ⅲ. 인증서 가격의 분석 모형
1. 인증서 시장의 제도적 전제
2. 환경속성의 분리와 이중가격
3. 기준모형: 공급･수요와 수량 회계
4. 네 구간의 균형과 가격의 경제적 의미
5. 구간별 비교정학과 정책효과
Ⅳ. 제도 유형별 가격형성: 미국과 유럽
1. 미국: 중첩 의무와 탄소집약도 크레딧
2. 유럽: 자발적 원산지부터 의무반환까지
3. 제도 유형별 종합
Ⅴ. 정책 시사점과 결론
1. 분석 결과의 국내 적용
2. 결론 및 연구 한계

Ⅰ. 서 론

한국은 ｢유기성 폐자원을 활용한 바이오가스의 생산 및 이용 촉진법｣에 따라 공공･민간 의무생산자에게 생산목표를 부과하고, 직접 생산하거나 다른 생산자의 생산실적을 구매하여 이를 이행하도록 하고 있다. 현행 생산실적은 바이오가스 생산목표의 이행을 위한 권리다. 반면 이 연구가 다루는 바이오메탄 인증서는 바이오가스에서 이산화탄소와 불순물을 제거하는 고질화를 거쳐 배관망에 주입한 물량의 재생원산지와 환경속성에 대응한다.

배관망에 주입된 바이오메탄은 천연가스와 섞여 소비되므로, 환경속성의 귀속은 물리적 가스와 구별하여 추적할 필요가 있다. 인증서는 일정한 에너지량에 대응하는 환경속성을 기록하고 이전하는 수단이며, 온실가스 감축량을 표시하는 감축크레딧과는 구별된다. 생산자는 가스와 인증서의 판매에서 수입을 얻고, 인증서 가격은 법정 제출의무와 기업의 자발적 구매에서 발생하는 수요, 생산비에 따른 공급의 상호작용으로 결정된다.

이 연구는 의무이행 수요와 기업의 자발적 수요가 동일한 인증서를 사용할 때 가격과 생산량이 어떻게 결정되는지 분석한다. 분석대상은 인증서 한 단위를 의무이행에 제출하거나 자발적 사용 주장을 위해 말소하되 두 용도에 중복 사용할 수 없는 시장이다. 경쟁적 거래와 외생적 순가스가격을 전제로 정태 부분균형모형을 설정하고, 수요의 구성과 대체이행의 사용 여부에 따른 균형을 구분한다. 설비･배관의 용량이 생산을 제한하는 경우도 별도로 살펴본다.

분석의 핵심은 의무 확대가 생산 증가로 이어지는 조건과 그 한계를 같은 모형 안에서 구분하는 데 있다. 공급상한이 구속하지 않는 공존구간에서는 의무 증가분이 신규 생산과 자발적 구매 감소로 나뉘지만, 자발적 수요가 소멸하거나 잉여･대체이행이 존재하면 조정경로가 달라진다. 자발적 구매의 감소량은 초기 수요를 넘지 못하므로, 구축효과의 정책적 중요성은 가격반응뿐 아니라 기존 수요의 규모에도 달려 있다. 이어 미국과 유럽 제도를 비교하여 관찰가격의 해석과 국내 적용에 필요한 조건을 검토한다. 이 연구는 국내 구축효과의 실증 추정이나 최적 의무량의 도출을 목적으로 하지는 않는다.

Ⅱ. 선행연구와 분석 관점

1. 인증서 가격에 관한 이론 및 실증연구

바이오메탄의 환경편익은 공공재적 성격을 띠므로 자발적 구매만으로는 사회적으로 바람직한 수준의 공급이 이루어지지 않을 수 있다. Kotchen(2006)은 사적 재화와 환경 공공재가 결합된 비순수 공공재를 분석하여, 녹색상품의 공급과 후생 효과가 선호와 기술 조건에 따라 달라짐을 보였다. Montgomery(1972)의 배출허용권 거래에 관한 논의는 주어진 환경목표 아래에서 거래가격을 환경제약의 잠재가격으로 해석하는 배경이 된다. 이 연구는 이러한 논의를 바탕으로 주어진 의무수준 아래의 인증서 가격을 분석한다.

인증서 가격은 생산자가 에너지 판매와 인증서 판매에서 함께 수입을 얻는다는 점에서 에너지 가격과 연결된다. Amundsen and Mortensen(2001)은 다른 조건이 일정할 때 외생적인 수입 전력 도매가격 상승이 녹색인증서 가격을 낮추는 경로를 보였다. Jensen and Skytte(2002)는 전력시장과 인증서시장의 상호작용을 분석하였다. 에너지 기준가격을 외생변수로 두는 비교정학과 두 시장이 함께 조정되는 경우는 구분할 필요가 있다.

실제 인증서 가격에는 공급 여건과 정책기대가 함께 영향을 준다. Coulon et al.(2015)은 태양광 공급인증서 시장의 가격 변동을 공급 및 제도 조건과 연결하였고, Lade et al.(2018)은 재생연료 의무량의 축소 기대가 재생연료인증서(Renewable Identification Number, RIN) 가격 하락으로 이어졌음을 보였다. 국내에서는 바이오가스 시설의 경제성과 지역별 생산잠재량이 분석되었으며(이준표 외, 2017; 박진미･신승구, 2023), 김종익･조상민(2025)은 계통한계가격(System Marginal Price, SMP)과 신재생에너지 공급인증서(Renewable Energy Certificate, REC) 현물가격 사이에 일관된 역관계가 나타나지 않음을 보였다. 따라서 다른 조건을 고정한 이론적 가격반응과 실제 관찰가격의 관계는 구별해야 한다. 이 연구는 국내 산업과 정책에 관한 기존 연구(김태식, 2024, 2026)를 바탕으로, 의무이행 수요와 자발적 수요가 동일한 바이오메탄 인증서를 배타적으로 사용할 때의 가격과 생산량 조정에 초점을 둔다.

2. 기업의 자발적 수요와 실증 근거

기업의 자발적 구매는 재생가스 사용 및 감축목표, 제품 구매자의 저탄소 요구에서 발생할 수 있다. 산업용 열의 대체수단을 적용하기 어렵거나 전환비용이 높은 기업은 기존 가스설비를 활용하면서 자체 목표를 추진하기 위해 바이오메탄 환경속성에 추가적인 지불의사를 형성할 수 있다. 다만 인증서의 보유･말소가 모든 회계･규제체계에서 같은 감축 주장으로 인정되는 것은 아니며, 바이오메탄 인증서의 처리 기준을 논의 중인 GHG Protocol의 사례처럼 인정기준도 수요 형성에 영향을 준다(GHG Protocol, 2023, 2026).

영국 녹색가스 인증제도(Green Gas Certification Scheme, GGCS)의 비가정 소비자 인증서 말소량은 2025년 2,413 GWh였다(GGCS, 2026). 이 통계는 해외 소비자를 포함하고 자발적 구매와 의무이행 목적을 구분하지 않으므로 자발적 수요 규모로 바로 해석할 수 없다. AstraZeneca가 신규 설비의 바이오메탄을 연 100 GWh 공급받기로 약정한 사례에서는 기업 자체 목표가 실제 구매로 이어졌다(Future Biogas, n.d.). 다만 작물 원료 기반의 장기 약정으로, 국내 생산조건이나 당기 구매량의 가격반응을 직접 설명하지는 않는다.

자발적 수요의 존재와 당기 가격에 대한 구매량 조정은 별개의 문제다. 장기 약정은 당기 조정을 제한할 수 있으며, 기준모형은 미약정 물량이나 계약 갱신 등을 통해 분석기간 중 조정 가능한 수요를 다룬다. 국내에서는 자체 목표가 있고 대체 감축수단과 비교한 비용 부담이 가능하며 환경속성의 사용 주장을 인정받을 수 있는 가스 사용기업이 잠재적 구매자가 된다. 이 연구는 국내 수요의 규모와 가격반응을 추정하지 않고, 두 요인을 모수로 두어 의무 확대의 생산효과를 분석한다.

Ⅲ. 인증서 가격의 분석 모형

바이오메탄 생산자는 물리적 가스와 인증서의 판매에서 수입을 얻는다. 이 수입 구조에서 가스 판매로 회수되지 않는 한계비용은 인증서 공급가격을 정하는 기준이 된다. 인증서 가격이 0과 대체이행 단가 사이에 있고 공급상한이 구속하지 않는 구간에서는, 다른 조건이 같을 때 생산비 상승은 인증서 가격을 높이고 천연가스 기준가격 상승은 이를 낮춘다. 이 장에서는 공급과 수요를 설정하고, 가격이 0인 경우부터 대체이행이 사용되는 경우까지 네 구간의 균형을 구분한 뒤, 주요 변수의 변화가 가격과 생산량에 미치는 영향을 분석한다.

1. 인증서 시장의 제도적 전제

이하에서 바이오메탄 인증서는 배관망에 주입된 바이오메탄의 환경속성을 물리적 가스와 분리해 등록부에 기록한 권리다. 인증서 시장이 성립하려면 생산량을 계량･검증하고, 인증서를 발행･이전한 뒤 최종 제출 또는 말소까지 추적할 수 있어야 한다. 특히 중복 발행과 중복 사용의 차단이 등록부 무결성의 핵심이다. 인증서의 발행부터 최종 사용까지의 흐름은 [그림 1]과 같다.

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[그림 1]

바이오메탄 인증서의 발행･이전･최종 사용

인증서는 물리적 가스와의 연결 방식에 따라 장부이전(book-and-claim)과 물질수지(mass balance) 방식으로 구분된다. 장부이전은 거래 유연성을, 물질수지는 추적 가능성을 높인다. 기능에 따라서는 자발조달･공시형, 지속가능성 또는 감축실적 입증형, 의무이행형으로 나눌 수 있다.

인증서 가격은 공급과 수요의 균형에서 결정되며, 수요가 형성되는 근거는 제도의 기능에 따라 달라진다. 자발조달･공시형 수요는 재생가스 사용 주장이나 공시를 위한 기업의 지불의사에서 형성된다. 생산･공급의무형 수요는 법정 의무량과 대체이행비용에 따라 정해진다. 같은 인증서를 두 용도 가운데 하나에 최종 사용할 수 있는 경우에는 의무이행 수요와 자발적 수요가 함께 가격형성에 영향을 미친다.

기준모형은 배관망에 주입된 바이오메탄의 일정한 에너지량에 대응해 인증서 하나를 발행하고, 그 인증서를 의무이행에 제출하거나 자발적 사용 주장을 위해 말소하는 시장을 상정한다. 인증서 한 단위는 두 용도 가운데 하나에만 최종 사용할 수 있으므로, 의무이행 수요와 기업의 자발적 수요는 같은 인증서 공급을 놓고 경쟁한다. 이러한 권리의 배타적 사용은 두 수요를 합산하기 위한 제도적 전제다. 여기서 의무이행 수요는 바이오가스 생산목표나 별도의 바이오메탄 공급의무 가운데 인증서로 이행하도록 정한 부분이다.

기준모형은 현행 바이오가스 생산실적 거래시장을 그대로 묘사하지 않는다. 현행 생산실적과 바이오메탄의 환경속성 인증서가 각각 발행되어 같은 생산량에 대해 독립적으로 사용될 수 있다면, 두 권리의 수급은 따로 분석해야 하며 이 연구의 수요 합산식과 구축효과를 그대로 적용할 수 없다. 이 연구는 현행 생산실적의 거래가격을 추정하기보다, 배타적 최종 사용을 전제하는 인증서 시장의 가격형성 원리를 분석한다.

2. 환경속성의 분리와 이중가격

배관망에 주입된 바이오메탄은 천연가스와 물리적으로 구별되지 않으므로, 환경속성은 인증서로 분리되어 거래된다. 생산자가 받는 단위당 가격은 가스 판매가격과 인증서 가격의 합이다.

(1)

p_{b} = p_{g} + p_{c}

여기서 $p_{b}$ 는 바이오메탄 생산자가 수취하는 총가격, $p_{g}$ 는 천연가스 기준가격, $p_{c}$ 는 인증서 가격이다. 천연가스 기준가격은 생산자가 물리적 가스 판매로 실제 수취하는 순기준가격으로, 압축･주입･밸런싱 등 망 이용 비용을 차감한 값으로 해석한다.

기준모형에서는 품질 기준을 충족해 배관망에 주입된 바이오메탄이 천연가스를 대체할 수 있다고 본다. 이는 가스 품질에 관한 가정이다. 이와 별도로, 분석 대상 바이오메탄의 공급 변화가 훨씬 큰 가스시장에서 정해지는 기준가격에 미치는 영향은 무시한다. 이에 따라 $p_{g}$ 는 인증서 시장 밖에서 주어지는 변수로 처리하고, 환경속성에 대한 대가는 $p_{c}$ 에 반영한다. 물리적 대체가능성만으로 가격의 외생성이 성립하는 것은 아니며, 이 가정은 가스시장으로의 가격 피드백을 제외하기 위한 근사다. 양의 생산이 이루어지고 공급상한이 구속하지 않는 경쟁균형에서는 인증서 가격이 한 단위를 추가로 생산하는 비용 가운데 순가스 판매수입으로 회수되지 않는 부분, 즉 잔여한계비용과 일치한다. 인증서 수량은 바이오메탄의 에너지량으로 측정하며, $p_{b}$ , $p_{g}$ , $p_{c}$ 는 모두 동일한 에너지 단위당 가격으로 표시한다.

인증서 시장에서는 공급자와 수요자가 모두 가격수용자라고 가정한다. 물리적 가스 거래가 지역적으로 집중되어 있다고 해서 인증서 시장이 곧 비경쟁적인 것은 아니지만, 가스와 환경속성의 계약상 결합이나 거래상대방의 협상력은 이 가정의 적용 가능성에 영향을 준다. 가스가격이 시장 전체 공급량에 반응하더라도 생산자가 가격을 수용하면, 양의 생산과 용량 비구속 조건 아래에서 가격과 한계비용의 관계는 유지된다. 그러나 가스가격을 고정한 아래의 비교정학은 달라진다. 개별 기업이 자신의 거래량으로 가격에 영향을 미치는 경우에는 해당 기업의 최적화 조건과 시장균형을 다시 설정해야 한다. 이하의 결과는 경쟁적 인증서 거래와 주어진 순가스 수취가격을 전제로 해석한다.

자발적 선택에 반영되지 않는 환경편익이 있으면 공급이 사회적으로 바람직한 수준에 미달할 수 있다. 의무 부과는 이에 대응하는 수단이다. 이하의 모형은 의무수준이 주어진 상황에서 인증서 가격이 어떻게 형성되는지를 분석하며, 적정 의무수준이나 후생 변화는 다루지 않는다.¹⁾

3. 기준모형: 공급･수요와 수량 회계

인증서 공급량은 바이오메탄의 에너지량과 일대일로 대응한다고 가정한다. 인증서 간 품질 차이는 없으며, 한 이행기간에 발행된 인증서는 다음 기간의 의무이행에 사용할 수 없다. 이 모형은 Amundsen and Mortensen(2001, 2002)의 녹색인증서 모형을 가스 부문에 맞게 변형한 것이다. 생산자의 한계비용을 다음과 같이 둔다.

(2)

M C (Q) = c_{0} + γ Q, γ > 0

바이오메탄 생산을 늘리려면 원료를 추가로 수거하고 기존 정제･고질화 설비의 가동을 확대해야 한다. 추가 원료의 수거･처리비와 설비 운영비가 늘면서 한계비용이 상승할 수 있다. 생산량 증가에 따른 한계비용의 상승 정도를 $γ$ 로 둔다.

$c_{0}$ 는 생산량이 적을 때 생산자가 체감하는 기초 한계비용이다. 정제･고질화의 운전비용이 여기에 포함되며, 원료 반입수수료와 부산물 판매수입, 단위당 생산보조금은 이를 낮추는 항목으로 처리한다. 같은 수입을 다른 항목에서 다시 차감하지 않는다. 기술개선은 실제 자원비용을 낮추는 반면, 생산보조금은 생산자가 체감하는 비용만 낮춘다. 식 (2)의 한계비용과 이로부터 도출하는 공급곡선은 주어진 설비와 거래조건 아래의 당기 공급반응이며, 이미 지출한 고정비의 회수나 신규 설비투자는 따로 다루지 않는다. 발전･열 이용 등 다른 활용경로를 포기하는 기회비용도 공급의 경제성에 영향을 주지만, 이 모형은 활용경로의 선택을 내생적으로 결정하지 않는다.

생산자는 물리적 가스 가격 $p_{g}$ 와 인증서 가격 $p_{c}$ 를 함께 수취한다. 기초 한계비용에서 순기준가격을 뺀 값을 $a$ 로 두면, 이는 생산량이 적을 때의 잔여한계비용이며 순가스 수입이 기초 한계비용보다 크면 음수가 될 수도 있다. 생산량은 음수가 될 수 없으므로 공급함수는 다음과 같다.

(3)

S (p_{c}) = m a x \{0, \frac{p_{c} - a}{γ}\}, a = c_{0} - p_{g}

식 (3)에 따르면 인증서 가격이 $a$ 보다 높을 때에만 양의 공급이 나타난다. 설비･배관의 상한은 5절 3항에서 따로 다룬다.

인증서를 구매하는 주체는 의무주체와 기업이다. 의무주체가 해당 이행기간에 바이오메탄 인증서로 충족해야 하는 수량은 $M$ 이다. $M$ 은 해당 이행기간의 법정 의무량으로 정해져 있으므로 가격에 따라 변하지 않는다. 인증서 가격이 대체이행 단가 $P$ 보다 낮으면 의무주체는 이 수량을 인증서로 충족한다.²⁾ 기업은 공시나 재생가스 사용 주장을 위해 인증서를 자발적으로 구매하며, 가격이 오르면 구매량을 줄인다. 기준가격 $p_{r}$ 주변의 자발적 수요는 다음과 같다.

(4)

D_{v} (p_{c}) = \max \{0, V_{r} - δ (p_{c} - p_{r})\}, δ > 0

여기서 $V_{r}$ 은 기준가격 $p_{r}$ 에서 기업이 자발적으로 구매하는 수량이다. $p_{r}$ 은 기업의 자발적 구매량을 표시하기 위한 수요 기준가격이며, 천연가스 기준가격 $p_{g}$ 와는 구별된다. 양의 자발수요 구간에서 $δ$ 는 인증서 가격이 한 단위 상승할 때 구매량이 감소하는 정도이며, 가격에 대한 수요량 기울기의 절댓값이다. 이는 수요의 가격탄력성과 구별된다. 가격이 0일 때의 잠재적 자발수요를 $V \equiv V_{r} + δ p_{r}$ 로 두면 식 (4)는 $D_{v} = \max \{0, V - δ p_{c}\}$ 로 쓸 수 있고, 자발적 구매가 사라지는 가격은 ${\bar{p}}_{v} = V / δ$ 다. 선형 수요는 분석 구간에서의 근사이며, 가격 0까지 외삽할 경험적 근거가 없다면 가격이 0인 구간은 이론적 경계사례로 해석한다.

의무주체는 시장가격을 주어진 것으로 보고 인증서 제출량 $x$ 와 대체이행량 $A$ 를 선택한다. 가격이 0이어도 필요한 의무량만 제출한다고 보면 $x + A = M$ 이다. 인증서 가격이 대체이행 단가보다 낮으면 $x = M$ , $A = 0$ 이고, 가격이 $P$ 와 같을 때에는 두 수단을 함께 사용할 수 있다. 여기에 당기에 최종 사용되지 않은 인증서 상당 물량 $U$ 를 두면, 생산량과 인증서의 최종 사용은 다음과 같이 연결된다.

(5)

x + A = M, Q = x + D_{v} (p_{c}) + U, Q = S (p_{c})

$U$ 는 발행한 뒤 폐기한 인증서뿐 아니라 발행하지 않은 적격 물량까지 포함하는 회계상의 변수이며, 등록부에 남아 있는 재고와는 다르다. 미사용 물량은 비용 없이 포기할 수 있고, 이월이 없으므로 다음 기간의 사용가치도 없다. 인증서의 최종 사용량은 $T = x + D_{v} = Q - U$ 이며, 자체생산분을 그대로 제출하는 경우가 있으므로 $T$ 가 실제 시장 매매량과 같지는 않다. 이하에서 신규 생산은 의무량 변화에 따른 분석기간의 추가 생산량이며, 신규 설비의 건설이나 자본축적과는 다르다.

경쟁, 자유로운 미발행과 포기, 동일 권리의 배타적 사용, 그리고 대체이행 단가에서 자발수요가 소멸한다는 조건 아래에서는 다음 상보성 조건이 성립한다.

(6)

0 \leq p_{c} \leq P, U \geq 0, p_{c} U = 0, A \geq 0, (P - p_{c}) A = 0

양의 가격에서는 미사용 물량이 없고, 대체이행 단가보다 낮은 가격에서는 대체이행을 쓰지 않는다. 식 (6)은 기준모형의 설정에서 나온 조건이며 모든 인증서 시장에 공통된 규칙은 아니다. 인증서의 최저가격이 0인 것은 남는 물량을 발행하지 않거나 비용 없이 포기할 수 있기 때문이고, 대체이행 단가 $P$ 는 의무주체가 지불할 수 있는 최고가격이다.

4. 네 구간의 균형과 가격의 경제적 의미

1) 구간의 판별과 균형

식 (5)와 식 (6)을 함께 풀면 균형은 의무량과 모수에 따라 네 구간으로 나뉜다. 다음 보조기호를 사용한다.

(7)

κ = \frac{1}{1 + γ δ}, p_{c}^{0} = κ \{a + γ (M + V)\}, p_{M} = a + γ M

$p_{c}^{0}$ 는 자발수요가 양수라는 조건에서 계산한 가격이며, $p_{M}$ 은 의무수요만을 공급으로 충족할 때 계산한 가격이다. 실제 균형가격은 각 구간의 조건에 따라 결정된다. 이하에서는 양의 의무량 $M > 0$ 을 전제로, 자발수요 소멸가격이 대체이행 단가보다 낮고( $0 < {\bar{p}}_{v} < P$ ) 대체이행 단가에서 양의 공급이 존재하는( $P > a$ ) 경우를 살펴본다. 이 경우의 균형은 <표 1>과 같다. 경계의 중복을 피하기 위해 자발수요가 정확히 0이 되는 점은 Ⅲ구간에, 가격이 정확히 $P$ 가 되는 점은 Ⅳ구간에 둔다. 경계에서 가격과 물량은 연속이지만 양쪽의 미분은 다를 수 있다.

<표 1>

의무량에 따른 네 구간의 균형

구간	판별 조건	가격과 생산량	자발수요와 그 밖의 물량
Ⅰ 가격 0	$S (0) ≧ M + V$	$p_{c} = 0, Q = S (0)$	$D_{v} = V, A = 0$ $U = Q - M - V$
Ⅱ 두 수요 공존	$S (0) < M + V$ $M < S ({\bar{p}}_{v})$	$p_{c} = p_{c}^{0}$ $Q = \frac{M + V - δ a}{1 + γ δ}$	$D_{v} = V - δ p_{c} > 0$ $U = A = 0$
Ⅲ 의무수요만 존재	$S ({\bar{p}}_{v}) ≦ M < S (P)$	$p_{c} = p_{M}, Q = M$	$D_{v} = U = A = 0$
Ⅳ 대체이행 사용	$M ≧ S (P)$	$p_{c} = P, Q = S (P)$	$D_{v} = U = 0, A = M - Q$

주: $M > 0$ , $0 < {\bar{p}}_{v} < P$ , $P > a$ 인 경우다. Ⅳ구간의 시작점 $M = S (P)$ 에서는 $A = 0$ 이며, 대체이행이 실제로 양수가 되는 것은 $M > S (P)$ 일 때다.

식 (7)의 두 가격을 이용하면 균형가격은 구간별로 다음과 같이 정해진다.

(8)

p_{c}^{*} = \{\begin{cases} 0, & p_{c}^{0} \leq 0, \\ p_{c}^{0}, & 0 < p_{c}^{0} < {\bar{p}}_{v}, \\ p_{M}, & {\bar{p}}_{v} \leq p_{M} < P, \\ P, & p_{M} \geq P \end{cases}

식 (8)의 균형가격은 구간 경계에서 연속이다. 항등식 $p_{c}^{0} = κ p_{M} + (1 - κ) {\bar{p}}_{v}$ 에서, 균형가격이 자발적 구매가 사라지는 가격에 도달하는 순간 의무이행 수요만 남을 때의 가격도 같은 수준에 도달함을 알 수 있다. Ⅰ구간과 Ⅱ구간의 경계에서는 $p_{c}^{0} = 0$ , Ⅲ구간과 Ⅳ구간의 경계에서는 $p_{M} = P$ 가 성립한다.

의무이행 수요 확대가 생산에 미치는 영향은 균형이 놓인 구간에 따라 달라진다. 가격이 0이고 미사용 물량이 남아 있으면 의무 확대는 기존 잉여를 흡수한다. 자발적 구매가 남아 있는 구간에서는 추가 의무가 신규 생산과 자발적 구매 감소로 나뉜다. 자발적 구매가 소멸하고 가격상한과 공급상한이 구속하지 않으면 생산량은 의무량과 같은 크기로 늘어난다. 대체이행 단가에서 공급되는 양보다 의무량이 많아지면 추가 의무는 대체이행으로 충족된다. [그림 2]는 의무량을 가로축에 두고 네 구간의 가격과 물량을 한 그림에 정리한 것이다.

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[그림 2]

의무량에 따른 네 구간의 가격과 물량

<표 1>의 네 구간은 위의 모수 조건을 전제로 한다.³⁾ 특히 ${\bar{p}}_{v} > P$ 이면 대체이행 단가에서도 자발수요가 남으므로, $P$ 만으로 전체 시장가격의 상한이 보장되지는 않는다. 앞서의 $P > a$ 조건을 유지하고 공급상한이 없는 경우, $D_{v} (P) > S (P)$ 이면 의무주체가 대체이행을 선택하더라도 자발수요를 충족할 공급이 부족하여 균형가격이 $P$ 를 넘는다. 반면 $D_{v} (P) ≦ S (P)$ 이면 균형가격은 $P$ 이하에서 형성된다.

2) 인증서 가격의 경제적 의미

인증서 가격은 생산자의 공급조건과 의무주체의 이행비용을 연결한다. 양의 생산이 이루어지고 공급상한이 구속하지 않는 경쟁균형에서, 생산자는 가스와 인증서의 단위당 수입 합계가 한계비용과 같아지는 수준까지 생산한다. 의무주체에게 인증서가 한계이행수단이면 인증서 가격은 제출의무를 한 단위 줄일 때 절감되는 비용이다. 따라서 인증서 가격이 0과 대체이행 단가 사이에 있는 Ⅱ･Ⅲ구간에서는 다음 관계가 성립한다.

(9)

p_{c} = M C (Q) - p_{g} = λ

여기서 $λ$ 는 의무이행 제약의 잠재가격이다. 잠재가격은 시장가격을 주어진 것으로 보는 의무주체의 한계이행비용이며, 정부가 정한 보조금 단가나 사회적으로 최적인 탄소 가격과는 다르다. 자발적 구매가 남아 있는 Ⅱ구간에서는 균형가격이 자발수요 곡선상 한계 구매자의 지불 의사와도 일치한다.

생산자 측의 등식 $p_{c} = a + γ Q$ 는 공급이 양수이고 용량 상한이 구속하지 않으면 Ⅳ구간에서도 성립하며, 이때 $p_{c} = P = a + γ Q$ 이다. 공급 상한이 구속하면 생산자의 가격조건은 $p_{c} = a + γ Q + μ_{Q}$ 로 바뀐다. $μ_{Q} ≧ 0$ 는 의무 제약의 잠재가격 $λ$ 와 구별되는 용량제약의 희소가치다.

의무 주체의 잠재가격은 다음 비용 최소화 문제에서 확인할 수 있다. 의무 주체는 시장가격을 주어진 것으로 보고 인증서 제출량 $x$ 와 대체이행량 $A$ 를 선택한다.

(10)

\min_{x, A ≧ 0} p_{c} x + P A s . t . x + A ≧ M

인증서 가격이 대체이행 단가보다 낮으면 의무주체는 인증서를 사용하므로 $λ = p_{c}$ 이다. 대체이행이 한계수단이면 $λ = P$ 이며, 기준모형의 Ⅳ구간에서는 인증서 가격과 대체이행 단가가 같아진다.

5. 구간별 비교정학과 정책효과

1) 가격과 생산량의 비교정학

<표 2>는 각 구간 안에서 다른 변수를 고정한 채 주요 변수가 바뀔 때 균형가격과 생산량이 어떻게 달라지는지를 정리한 것이다. 공존구간(Ⅱ)에서 $κ$ 는 생산비나 천연가스 기준가격의 변화가 인증서 가격에 반영되는 정도이고, 의무이행 수요나 자발적 구매 규모가 늘어날 때의 가격 반응은 $γ κ$ 다. 이하에서 $κ$ 는 비용 변화의 가격전가계수, $γ κ$ 는 수요 변화의 가격 반응 계수다. $V_{r}$ 과 $δ$ 의 변화에서는 $p_{r}$ 을 고정하므로, $δ$ 가 변하면 $V$ 도 함께 변한다.

<표 2>

구간별 비교정학: 균형가격과 생산량

변수	Ⅰ 가격 0	Ⅱ 두 수요 공존	Ⅲ 의무수요만	Ⅳ 대체이행
(가) 균형가격 $p_{c}$ 에 대한 효과
$\partial p_{c} / \partial M$	0	$γ κ$	$γ$	0
$\partial p_{c} / \partial c_{0}$	0	$κ$	1	0
$\partial p_{c} / \partial p_{g}$	0	$- κ$	$- 1$	0
$\partial p_{c} / \partial γ$	0	$κ Q$	$M$	0
$\partial p_{c} / \partial V_{r}$	0	$γ κ$	0	0
$\partial p_{c} / \partial δ$	0	$γ κ (p_{r} - p_{c})$	0	0
$\partial p_{c} / \partial P$	0	0	0	1
(나) 균형생산량 $Q$ 에 대한 효과
$\partial Q / \partial M$	0	$κ$	1	0
$\partial Q / \partial c_{0}$	$- 1 / γ$	$- δ κ$	0	$- 1 / γ$
$\partial Q / \partial p_{g}$	$1 / γ$	$δ κ$	0	$1 / γ$
$\partial Q / \partial γ$	$- Q / γ$	$- δ κ Q$	0	$- Q / γ$
$\partial Q / \partial V_{r}$	0	$κ$	0	0
$\partial Q / \partial δ$	0	$κ (p_{r} - p_{c})$	0	0
$\partial Q / \partial P$	0	0	0	$1 / γ$

주: 각 구간 내부에서 다른 변수를 고정한 편미분이며, 경계점에서는 구간 전환을 따로 계산해야 한다. $δ$ 의 변화에서는 $V_{r}$ 과 $p_{r}$ 을 고정한다. Ⅰ구간은 $M > 0$ , Ⅳ구간은 $P > a$ 이므로 공급이 양수이며, 공급이 0인 예외에는 적용하지 않는다. 공급상한이 구속하는 경우는 3항에서 다룬다.

공존구간에서 기초 한계비용의 변화가 인증서 가격에 반영되는 비율과 의무 확대의 신규 생산 전환율은 모두 $κ$ 이며, 의무량 한 단위 증가에 따른 가격 상승폭은 $γ κ$ 다. 자발수요가 소멸하고 가격상한과 공급상한이 구속하지 않는 Ⅲ구간에서는 생산량이 의무량만큼 증가하고, 기초 한계비용의 변화도 인증서 가격에 같은 크기로 반영된다. 따라서 공존구간에서 정의한 계수 $κ$ 는 Ⅲ구간의 생산 전환율에 적용되지 않는다.

<표 2>에서 자발적 구매 규모 $V_{r}$ 과 구매량 조정 정도 $δ$ 는 서로 다른 방식으로 작용한다. $V_{r}$ 이 늘면 공존구간의 수요와 가격, 생산량이 함께 높아지는 반면, $δ$ 가 커지면 비용과 수요 변화에 대한 가격반응이 작아진다. 공급 측 정책의 효과도 구분해야 한다. 균형이 공존구간(Ⅱ)에 머무르고 다른 조건이 일정할 때, 기초 한계비용 $c_{0}$ 의 하락은 인증서 가격을 낮추고 생산량을 늘리지만 신규 생산 전환율 $κ$ 자체는 바꾸지 않는다. 한계비용 상승 속도 $γ$ 가 완만해지면 의무 확대에 따른 가격 상승폭 $γ κ$ 는 줄고 신규 생산 전환율 $κ$ 는 높아진다. 다만 이때 비용 변화가 인증서 가격에 반영되는 비율 $κ$ 도 함께 높아지므로, 비용충격의 가격전가와 수요충격의 가격반응은 구분해야 한다.

다른 변수를 고정하고 균형이 같은 구간에 머무르는 범위에서 천연가스 기준가격이 한 단위 상승하면, 공존구간의 인증서 가격은 $κ$ 만큼 낮아지고 Ⅲ구간의 가격은 한 단위 낮아진다. 이러한 가격전가율은 해당 충격에 대한 구간 내부의 반응이다. 실제 가격의 변동성은 충격의 크기와 지속성, 변수 간 관계, 구간 전환에도 좌우되므로, 정태적 비교정학만으로 관찰가격의 분산이 줄어든다고 단정할 수는 없다. 천연가스 가격 변화가 생산비나 의무수준, 대체이행 단가에도 영향을 미치면 순효과는 달라질 수 있다.

자발적 구매 규모와 구매량의 가격반응은 제도의 영향을 받을 수 있지만 정부가 직접 정하는 정책변수는 아니다. 기업의 자발조달 목표와 공시 수요는 구매 규모를 늘릴 수 있는 반면, 장기계약으로 물량이 고정되면 계약기간 중의 구매량 조정은 제한될 수 있다. 계약대금이 가격에 연동된다는 사실만으로 약정물량을 변경할 수 있는 것은 아니며, 계약기간 중의 물량 조정은 계약조건에 달려 있다. 등록부의 신뢰성이나 공시제도 개선이 구매 규모와 가격반응에 미치는 영향은 실증적으로 확인해야 한다.

2) 구축량의 상한

공존구간에서 의무량을 늘리면 인증서 가격이 상승하고 일부 기업은 자발적 구매를 줄인다. 이에 따라 의무 증가분은 추가 생산과 기존 자발적 구매 감소로 나뉜다. 의무 증가분 가운데 추가 생산으로 이어지는 비율이 신규 생산 전환율이며, 구간 내부의 작은 의무량 변화에 대해 다음 관계가 성립한다.

(11)

\frac{\partial Q}{\partial M} = κ, - \frac{\partial D_{v}}{\partial M} = 1 - κ

식 (11)은 공존구간에서 작은 의무량 변화에 대한 결과이며, 자발수요가 소멸한 뒤까지 연장되지 않는다. 의무량을 유한하게 늘리면 초기 자발수요의 크기가 총 구축량을 제한한다. 정책변화 전후의 두 균형에서 대체이행과 미사용 물량이 없고 이월을 고려하지 않으면 식 (5)에서 다음 관계를 얻는다.

(12)

∆ M - ∆ Q = D_{v, 0} - D_{v, 1} ≦ D_{v, 0}

첨자 0과 1은 정책변화 이전과 이후를 가리킨다. 양 끝 균형에서 대체이행과 미사용 물량이 없고 이월을 고려하지 않는다는 앞의 조건 아래에서, 총 구축량의 상한은 초기 자발수요다. 이 상한은 수량 회계에서 도출되므로 선형 수요나 용량 비구속 가정을 추가로 요구하지 않는다. 동일한 비감소 공급함수와 비증가 자발수요함수를 유지한 채 의무량만 늘리면 $∆ Q ≧ 0$ 이므로, $∆ M > 0$ 에 대해 신규 생산 전환율의 하한은 $∆ Q / ∆ M ≧ \max \{0, 1 - D_{v, 0} / ∆ M\}$ 이다. 초기 자발수요가 작으면 의무 확대에 따른 구축의 총물량도 제한된다. 따라서 구축효과의 정책적 크기는 국소적인 구축률뿐 아니라 초기 자발수요의 규모와 의무 확대 폭을 함께 고려해 판단해야 한다.

대체이행과 미사용 물량까지 포함하면 추가 의무의 충족 경로는 다음과 같이 나뉜다.

(13)

∆ M = ∆ Q - ∆ D_{v} - ∆ U + ∆ A

추가 의무는 생산 증가, 자발적 구매 감소, 미사용 물량 소진 또는 대체이행 증가로 충족된다. 다른 모수를 고정하고 동일 구간 안에서 의무량만 늘리면, Ⅰ구간에서는 $- ∆ U$ , Ⅱ구간에서는 $∆ Q - ∆ D_{v}$ , Ⅲ구간에서는 $∆ Q$ , Ⅳ구간에서는 $∆ A$ 가 의무 증가분을 충족한다. 변화가 여러 구간에 걸치면 각 구간의 조정이 함께 나타난다. 대체이행 증가나 미사용 물량 소진은 기존 자발적 구매의 감소와 구분되므로 구축효과에 포함하지 않는다.

초기 균형이 공존구간에 있고 다른 모수를 고정한 채 의무량만 늘리며, 그 변화 범위에서 가격상한과 용량상한이 구속하지 않으면 총 구축량과 생산 증가량은 다음과 같다.

(14)

D_{v, 0} - D_{v, 1} = \min \{(1 - κ) ∆ M, D_{v, 0}\}, ∆ Q = ∆ M - \min \{(1 - κ) ∆ M, D_{v, 0}\},

자발수요가 남아 있는 동안 생산 증가의 기울기는 $κ$ 이고, 소멸한 뒤에는 1이다. 가격상한에 이르면 Ⅳ구간의 식으로 넘어가야 한다. [그림 3]은 초기 자발수요가 다를 때 의무 확대 폭에 따른 총 구축량과 생산 증가량을 비교한 것이다. 초기 생산 증가의 기울기는 모두 같지만, 초기 자발수요가 작을수록 빨리 소멸해 이후 기울기가 1이 된다.

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[그림 3]

초기 자발수요에 따른 총 구축량의 상한

3) 설비･배관의 공급상한

지금까지는 설비･배관이 생산을 제한하지 않는다고 가정하였다. 고질화 설비와 배관이 감당할 수 있는 최대 생산･주입량을 $\bar{Q}$ 로 두면 생산량은 다음과 같다.

(15)

Q = \min \{\bar{Q}, S (p_{c})\}, \bar{Q} > 0

용량상한이 구속하면 생산자의 가격조건은 $p_{c} = a + γ \bar{Q} + μ_{Q}$ 가 된다. 여기서 $μ_{Q} ≧ 0$ 는 시장가격을 주어진 것으로 볼 때 생산용량을 한 단위 늘려 얻는 한계가치다. 용량이 구속하면서 자발적 구매가 남는 경우의 인증서 가격을 $p_{c}^{\cap}$ 로 표시한다. $M < \bar{Q}$ 이고 이 가격이 $0 < p_{c}^{\cap} < {\bar{p}}_{v}$ 와 $p_{c}^{\cap} > a + γ \bar{Q}$ 를 만족하면 다음 균형이 성립한다.

(16)

p_{c} = p_{c}^{\cap} \equiv \frac{M + V - \bar{Q}}{δ}, Q = \bar{Q}, D_{v} = \bar{Q} - M; \frac{\partial p_{c}}{\partial M} = \frac{1}{δ}, \frac{\partial Q}{\partial M} = 0, \frac{\partial D_{v}}{\partial M} = - 1

이 경우 추가 의무는 모두 자발적 구매 감소로 충족된다. 따라서 용량제약이 없는 공존구간의 신규 생산 전환율 $κ$ 는 적용되지 않는다. 같은 조건이 유지되는 범위에서 용량을 늘리면 생산이 증가하고 인증서 가격은 낮아지며, 용량제약이 해소되면 앞의 비제약 구간 분석이 적용된다.

의무량이 용량보다 큰 경우( $\bar{Q} < M$ )에는 기준모형의 $0 < {\bar{p}}_{v} < P$ , $P > a$ 조건 아래에서 $p_{c} = P$ , $Q = \min \{\bar{Q}, S (P)\}$ , $A = M - Q$ 가 된다. $S (P) > \bar{Q}$ 이면 실제 생산이 용량으로 제한되므로, 이 조건이 유지되는 범위에서 용량 확대가 생산을 늘린다. 반면 $S (P) < \bar{Q}$ 이면 수익성이 생산을 제한하므로 물리적 용량만 늘려도 생산량은 변하지 않는다.

물리적 용량이 생산을 제한하더라도 생산량이 인증서의 최종 사용 수요보다 많으면 미사용 물량이 남아 인증서 가격이 0일 수 있다. 이 경우에도 가스 판매수입 때문에 용량제약의 희소가치 $μ_{Q}$ 는 양수일 수 있다. 따라서 용량제약만으로 인증서 가격이 반드시 양수가 되는 것은 아니다.

설비･배관의 제약이 실제 생산을 제한하면 의무 확대에 따른 생산반응은 용량제약이 없는 경우보다 작아질 수 있다. 자발적 구매가 남아 있는 상태에서 생산량이 상한에 이르면 추가 의무는 기존 자발적 구매를 대체하고, 의무량이 가용 공급을 넘으면 부족분은 대체이행으로 충족된다. 용량 확충의 효과는 물리적 용량 부족과 대체이행 단가에서의 수익성 부족을 구분해 판단해야 한다.

Ⅳ. 제도 유형별 가격형성: 미국과 유럽

이 장에서는 미국과 유럽의 주요 인증서 제도를 비교한다. 먼저 인증서 1단위가 무엇을 표시하는지 살펴본다. 제도에 따라 인증서는 에너지량, 온실가스 감축량, 연료량, 재생원산지 등 서로 다른 대상을 표시하며, 이 표시대상이 권리 단위다. 비교의 축은 각 제도가 기준모형의 어느 가정, 즉 에너지량 단위의 권리, 동일 권리의 배타적 최종 사용, 단일 이행기간, 정액의 대체이행 단가를 충족하는가에 있다. 각 제도는 기준모형의 특정 요소를 설명하는 비교사례로 다루며, 서로 다른 제도의 거래량과 가격을 모아 동일한 인증서에 의무이행 수요와 자발적 수요가 공존한다는 실증 근거로 삼지는 않는다.

해외 인증서의 관찰가격은 당기 생산비와 수요뿐 아니라 이월 재고, 미래 의무수준에 대한 기대, 권리의 유효기간, 다른 의무에 대한 적격성, 검증･거래 여건을 함께 반영한다. 이 연구의 단일기간 균형가격은 이러한 요소를 모두 포함한 관찰가격의 추정치가 아니라, 특정 제도 조건 아래의 가격형성을 설명하는 기준이다.

이월이 허용되면 기존 재고의 방출과 미래 사용을 위한 보유가 당기의 가용 물량을 바꾸므로, 이월 도입이 현재 가격에 미치는 순효과를 일률적으로 정할 수 없다(Amundsen et al., 2006). 중첩 의무 역시 각 범주의 적격성과 대체관계를 통해 가격에 영향을 주지만, 이는 단일기간에도 작동하는 제도적 요인이다. 따라서 이월과 중첩 의무의 효과를 정태 기준가격에 더해지는 고정적인 프리미엄으로 해석하지 않는다. 부적격 또는 검증 위험은 해당 권리의 할인요인으로, 규제 강화 기대는 프리미엄으로 작용할 수 있다. 검증 신뢰성의 개선은 부적격성에 관한 불확실성을 줄일 수 있으나, 부적격 위험에 따른 할인도 함께 줄어 가격이 오를 수 있으므로 가격수준에 미치는 순효과는 따로 판단해야 한다.

경쟁적 거래 아래에서 인증서 가격은 해당 권리가 완화하는 제약의 한계가치와 연결된다. 실제 제도가 다기간･다중제약 구조를 지니면 그 구조를 반영한 한계가치와 비교해야 하며, 관찰가격이 이 연구의 정태 기준가격과 다르다는 사실만으로 잠재가격 해석 자체가 성립하지 않는다고 볼 수는 없다. 의무가 없는 자발시장에서는 환경속성에 대한 기업의 지불의사로 형성되는 수요와 적격 인증서 공급의 균형에서 가격이 결정된다. 이하의 비교는 이러한 제도 차이가 가격의 해석에 어떤 조건을 추가하는지에 초점을 둔다.

1. 미국: 중첩 의무와 탄소집약도 크레딧

1) 재생연료기준(RFS)과 RIN

미국 재생연료기준(Renewable Fuel Standard, RFS)에서 의무이행의 단위는 재생연료가 생성하는 RIN이다. RFS에서는 재생연료의 범주별 의무가 중첩되어 있으며, 셀룰로스(D3) RIN은 셀룰로스 의무뿐 아니라 상위의 첨단 및 전체 재생연료 의무에도 적격성을 지닌다. 이에 따라 D3 RIN 가격은 해당 권리가 완화하는 여러 의무제약의 한계가치와 연결되며, 한 범주의 의무만 분리한 한계비용으로 해석하기 어렵다. 또한 이월 가능성과 이용 가능한 대체이행수단이 현재와 미래의 수급을 연결한다. 서로 다른 환경정책이 함께 작동할 때 각 정책의 가격･생산 효과가 달라질 수 있다는 일반적 논의는 배출권 규제와 재생전력 할당의 상호작용을 분석한 Böhringer and Rosendahl(2010)에서도 볼 수 있다.

셀룰로스 면제 크레딧(Cellulosic Waiver Credit, CWC)이 제공되고 해당 경로를 이용할 수 있는 경우에는 CWC와 적격 첨단 RIN을 결합하여 이행할 수 있다.⁴⁾ 따라서 CWC 가격만을 D3 RIN의 가격상한으로 해석해서는 안 되며, 해당 경로가 대체하는 의무의 범위와 결합비용을 함께 확인해야 한다.

2) 저탄소연료기준(LCFS)

캘리포니아 저탄소연료기준(Low Carbon Fuel Standard, LCFS)은 인증서 1단위가 바이오메탄 1에너지단위에 대응하는 제도가 아니라, 탄소집약도 차이에 따라 이산화탄소 환산 톤(tCO₂e) 크레딧이 발생하는 제도다. 같은 에너지량을 공급하더라도 연료의 탄소집약도가 기준 탄소집약도보다 낮을수록 더 많은 크레딧이 발생한다. 연료 $j$ 의 크레딧 발생량을 다음과 같이 쓸 수 있다.

(17)

C_{j} = E_{j} θ_{j}, θ_{j} = \frac{C I^{s t d} - C I_{j}}{10^{6}} .

여기서 $E_{j}$ 는 MJ 단위의 공급 에너지량이고(1 MWh=3,600 MJ), $C I^{s t d}$ 와 $C I_{j}$ 는 각각 gCO₂e/MJ 단위의 기준 및 연료 탄소집약도다. 이에 따라 발생계수 $θ_{j}$ 의 단위는 tCO₂e/MJ이며, 크레딧 발생량 $C_{j}$ 는 tCO₂e로 측정된다. 이 식은 에너지효율비를 1로 둔 단순화이며, 발생계수가 음이면 크레딧 적자가 발생한다. 따라서 에너지단위당 환경속성 수입은 크레딧 가격에 발생계수를 곱한 $p^{L C F S} θ_{j}$ (달러/MJ)가 되고, MWh당 크레딧 수입으로 환산하면 $3, 600 p^{L C F S} θ_{j}$ 가 된다. 동일한 크레딧 가격 아래에서 연료별 에너지단위당 크레딧 수입의 차이는 탄소집약도 차이에 따른 발생계수로 설명된다. 다만 크레딧 가격 자체는 전체 크레딧 공급, 의무수요와 이월 재고에 따라 달라진다. 탄소집약도가 음(-)인 가축분뇨 기반 재생천연가스가 같은 가격과 적격성 조건에서 높은 단위수입을 얻는 것도 이 발생계수 차이 때문이다. 발생계수는 크레딧 가격에 더해지는 항이 아니라, tCO₂e 단위 의무제약의 잠재가격인 크레딧 가격을 연료의 에너지단위당 수입으로 환산하는 계수이며, 연료별 크레딧 공급량을 결정한다.

LCFS 크레딧은 이월이 가능하므로 당기 가격에는 기간 간 수급이 함께 반영된다. 또한 크레딧 정산시장(Credit Clearance Market, CCM)은 정해진 최대가격 아래에서 크레딧 부족분을 정산하도록 하는 비용완화장치이고, 이와 별도로 LCFS 크레딧 이전거래 전반에는 최대거래가격이 적용된다.⁵⁾

정리하면 LCFS 크레딧 가격은 감축실적의 수급과 이월을 반영한 tCO₂e당 가격이며, CCM과 최대거래가격은 비용완화의 경계를 형성한다. 발생계수는 이 가격을 연료의 에너지단위당 크레딧 수입으로 환산하고 연료별 크레딧 공급량을 좌우한다.

최근 동향을 보면, 2024년 개정은 2025년 7월부터 탄소집약도 감축 일정을 강화하였다. 감축 일정이 강화되었음에도 2025년 평균 관찰가격은 전년보다 낮았다. 이 기간에는 크레딧 재고와 신규 공급 등 다른 수급요인도 함께 변했으므로, 이러한 가격 변화만으로 제도 개정의 순효과를 식별하기는 어렵다.

청정연료생산 세액공제(45Z)는 크레딧 시장 밖에서 생산자를 지원하는 별도의 제도다. 적격 생산량에 비례하여 실현되는 지원액은 생산량 증가에 따라 추가로 수취되는 범위에서 생산자의 사적 순한계비용을 낮출 수 있으며, 지원액은 탄소집약도에 따라 달라진다.

2. 유럽: 자발적 원산지부터 의무반환까지

1) 원산지보증(GO)과 지속가능성 증명(PoS)

유럽의 원산지보증(Guarantee of Origin, GO)과 지속가능성 증명(Proof of Sustainability, PoS)은 모두 기준모형이 다루는 생산･공급의무형 인증서와 다르며, 두 제도의 성격도 서로 다르다. GO는 재생가스 사용을 주장하기 위해 자발적으로 거래･말소하는 MWh 단위 인증서다. 국가, 인도연도, 원료 등에 따른 가격 차이는 구매자의 평가와 해당 속성을 갖춘 인증서의 공급조건을 함께 반영한다. 반면 PoS는 유럽연합 재생에너지지침(Renewable Energy Directive, RED)의 지속가능성 및 온실가스 감축기준 충족을 입증하는 물질수지 기반의 규제상 증빙이다. PoS에는 대체로 독립된 시장가격이 형성되지 않으며, PoS의 가치는 RED 적격 연료의 가격 프리미엄에 반영된다. 유럽연합이 승인한 인증체계에 붙는 자발적 인증체계(voluntary scheme)라는 명칭은 사업자가 인정된 인증체계를 통해 적격성을 입증하는 방식을 가리키며, 규제상 필요한 지속가능성 요건 자체가 선택사항이라는 뜻은 아니다. 따라서 GO 가격은 환경속성에 대한 자발적 수요와 적격 인증서 공급의 균형을, PoS의 내재가치는 적격성 렌트를 주로 반영하며, 어느 쪽도 생산･공급의무의 한계이행비용으로 해석하기는 어렵다.

2) 프랑스 CPB: 의무반환형 인증서

프랑스 바이오가스 생산증명(Certificats de Production de Biogaz, CPB)은 에너지량 단위의 반환의무와 정액의 부담금을 갖춘 제도라는 점에서 비교 대상 가운데 기준모형과 비교하기 쉬운 사례다. CPB는 가스공급사업자의 반환의무와 연결되고, 미반환 CPB 한 단위에는 100유로의 정액 부담금이 부과된다. 공식 안내에 따르면 이 부담금을 납부한 시점에 해당 의무가 종결된다. 따라서 100유로는 해당 반환의무에 대한 대체이행 단가이며, 아래의 정태 비교조건에서는 의무주체의 최고지불가격이 된다.

정액의 대체이행 단가가 가격형성에 미치는 역할을 살펴보기 위해, CPB 발행계수를 1로 두고 자발적 수요와 이월을 제외하며 공급상한이 구속하지 않는 정태적 비교사례를 설정한다. 다른 인증서 발행경로와의 선택도 이 비교에서는 제외한다. 양의 반환의무 $M$ 에 대해 제약 없이 계산한 가격을 $p_{M} = c_{0} - p_{g} + γ M$ 으로 두면, 정태 기준가격은 다음과 같이 쓸 수 있다.

(18)

p_{C P B}^{s t a t i c} = \max \{0, \min (p_{M}, 100)\} .

이 식은 실제 CPB의 공급곡선이나 거래가격을 추정한 결과가 아니라, Ⅲ장의 기준모형에 CPB의 정액 대체이행 단가를 적용한 비교 기준이다.

유럽에너지거래소(European Energy Exchange, EEX)가 2025년 전체에 대해 공표한 CPB 평균가격은 85.72유로/CPB다.⁶⁾ 이 값은 거래소 체결가가 아니라 등록부에 신고된 매도가격과 생산자에게 지급된 단위금액을 기초로 공표된 값이다. 시장 초기라는 사정을 고려하여 2025년에는 하나의 가격만 공표되었으며, 월별 평균가격의 공표는 2026년 1월부터 이루어졌다. 또한 첫 반환기간 이전의 자료이므로 미래 이행수요와 유효기간의 영향을 포함할 수 있어, 이를 단일기간 현물균형가격으로 직접 해석하기는 어렵다. 인증서 가격과 생산 에너지량당 수입도 구별해야 한다. 설비 $i$ 가 1 MWh당 $k_{i}$ 개의 CPB를 발행하면 생산 에너지량당 인증서 수입은 $k_{i} p_{C P B}$ (유로/MWh)이므로, 발행계수가 1인 설비에서만 인증서 가격이 MWh당 인증서 수입과 같다.

이러한 한계에도 CPB는 반환의무와 정액의 대체이행 단가를 갖추고 있어, 앞서 설정한 정태적 비교조건 아래에서 기준모형과 연결하여 해석할 수 있다. 다만 발행계수, 5년 유효기간, 국가 내 거래 제한은 관찰가격을 정태 기준가격에서 벗어나게 하는 요인이며, CPB의 기간 간 요인이 다른 제도보다 작다는 경험적 근거가 있는 것은 아니다. 동일 물량에 GO와 CPB를 함께 발행할 수 없다는 규칙도 두 인증서가 같은 권리이거나 같은 시장을 이룬다는 뜻이 아니라, 생산자가 적격 물량을 어느 권리로 발행할지 선택해야 한다는 뜻이다.

3) 독일 THG-Quote: 감축의무 크레딧

독일 온실가스 감축의무(Treibhausgasminderungs-Quote, THG-Quote)는 의무형 크레딧의 가격을 해석할 때 적격 공급과 검증･정책 여건의 변화를 함께 고려해야 하는 사례다. 화석연료 공급자는 정해진 비율만큼 온실가스를 감축해야 하며, 의무는 단계적으로 상향된다. 이월 규정과 검증 여건이 RFS･LCFS와 다르므로, 관찰가격의 해석에 추가되는 조건도 다르다.

검증･정책 위험은 두 경로로 가격에 영향을 준다. 부적격 크레딧을 보유할 위험은 해당 권리의 할인요인으로 작용할 수 있고, 부적격 공급의 시장 유입은 인식되는 적격 공급을 늘려 시장가격을 낮출 수 있으며, 공급 인정의 취소나 검증 강화는 반대 방향의 공급효과를 낳을 수 있다. 이와 달리 초과이행은 당해 연도의 크레딧 공급을 늘려 의무이행의 한계비용을 낮추는 요인이다. 2023~2024년에는 수입 감축 크레딧의 적격성 논란과 검증 위험, 초과이행이 가격 하락 요인으로 지목되었다. 반면 의무목표 상향은 이행에 필요한 감축실적을 늘리고, 첨단 바이오연료 이중계산 폐지는 동일한 연료 공급량에 대해 인정되는 실적을 줄인다. 두 변화는 다른 조건이 일정할 때 크레딧 희소성을 높이는 방향으로 작용한다. 특히 2025년과 2026년에는 전년도 초과이행분과 일부 전년도 이행옵션의 당해 의무 사용이 한시적으로 제한되며, 해당 물량은 신청에 따라 2027년 의무에 사용할 수 있다.⁷⁾

3. 제도 유형별 종합

바이오메탄 관련 권리는 에너지량 단위의 제출권, 온실가스 감축실적, 원산지보증 및 지속가능성 증명 등으로 구분되며, 단위와 사용 규칙에 따라 가격의 해석도 달라진다. CPB는 반환의무와 정액의 대체이행비용이라는 점에서 기준모형과 비교할 수 있으나, 발행계수와 다년도 유효기간을 함께 고려해야 한다. RFS에서는 중첩 의무와 이월을, LCFS에서는 감축실적에 따른 크레딧 발생과 이월을 구분해 살펴볼 필요가 있다. GO의 가격은 환경속성 수요와 공급의 균형에서 형성되며, PoS의 가치는 적격 연료의 프리미엄에 반영될 수 있다. 따라서 한국형 제도의 권리 단위와 사용 규칙을 정하는 일은 그 가격을 어떤 제약의 한계가치로 해석할 수 있는지를 함께 정하는 일이다. 제도별 표시대상과 의무 부과 방식에 따라 가격의 의미가 어떻게 달라지는지는 표 3><에, 관찰가격과 비용완화 기준의 비교는 <표 4>에 정리하였다.

<표 3>

제도 유형별 권리 단위와 가격형성 원리

유형	제도	권리 단위	의무･이월･대체이행	가격의 경제적 의미
생산･공급의 무형	프랑스 CPB	CPB 개수(적격 에너지량에 발행계수 적용)	반환의무; 발행 후 5년 유효; 100유로 정액 부담금	반환의무와 정액 대체이행비용의 영향을 받는 가격; 발행계수와 다기간 수급은 별도 고려
중첩 규제의무형	미국 RFS D3 RIN	갤런 환산 RIN	중첩의무; 당해･익년 이월; CWC+첨단 RIN 결합	중첩된 의무의 희소성과 기간 간 수급을 함께 반영한 가격
탄소집약도 크레딧형	캘리포니아 LCFS	tCO₂e 크레딧	CI 기준 의무; 무기한 이월; CCM･크레딧 최대거래가격	감축실적의 수급과 이월을 반영한 tCO₂e당 가격; 발생계수를 통해 연료별 단위수입으로 환산
감축의무 이행형	독일 THG-Quote	tCO₂e 크레딧	감축의무; 2025･2026년 전년도분 사용 한시 제한, 2027년 이연 가능; 정액 과징금	감축의무와 적격 이행수단의 공급 및 검증･정책 여건을 반영한 가격
자발조달･공 시형	유럽 GO	바이오메탄 MWh	자발적 사용･공시; 법정 의무기간 간 이월･대체이행 없음; 유효기간 내 이전･말소	환경속성에 대한 자발적 수요와 적격 인증서 공급의 균형에서 형성되는 가격
규제 적격성 증명형	유럽 PoS	지속가능성 속성(RED 적격성)	RED 지속가능성･감축기준 충족 증빙	독립된 제출권 가격이 아니라 적격 연료의 거래조건과 프리미엄에 반영되는 가치

<표 4>

제도별 관찰가격과 비용완화 기준

제도	권리 단위	관찰가격(기준시점)	대체이행수단 또는 비용완화 기준
프랑스 CPB	€/CPB	85.72 (2025년 공표 평균)	미반환 1단위당 100 정액 부담금
캘리포니아 LCFS	$/tCO₂e	60 (CY2025 공표 평균)	크레딧 최대거래가격 268.90 (2025.6.~2026.5.); CCM
미국 RFS D3 RIN	$/RIN-상당 갤런	—	CWC 1.91 (2025 이행연도) + 첨단 RIN 결합; CWC 단독으로는 대체이행수단이 아님
독일 THG-Quote	€/tCO₂e	—	정액 과징금

주: CPB 가격은 EEX가 2025년 전체에 대해 공표한 85.72유로/CPB이며, 등록부에 신고된 매도가격과 생산자에게 지급된 단위금액을 기초로 한다. LCFS 가격은 CARB의 2025년 12월 보고서에 제시된 CY2025 평균가격이다. 두 값은 거래소의 단일 현물 체결가격이 아니다. RFS D3 RIN과 THG-Quote의 관찰가격은 이 표에서 생략하였다. EPA는 D3를 포함한 분리 RIN의 주별 거래량 가중평균가격을 공표하지만, 이를 다른 제도의 공표가격과 비교하려면 권리의 빈티지와 자료의 집계기준을 함께 맞춰야 한다. 각 제도의 비용완화 기준은 법적 성격, 이용 가능성 및 이월구조가 다르므로 관찰가격과 비용완화 기준의 비율을 희소성이나 규제강도의 직접 비교지표로 해석하지 않는다. 출처: EEX; CARB; U.S. EPA.

인증서 가격을 의무이행의 한계비용으로 해석하려면 해당 권리의 적격 용도와 이행수단을 먼저 확인해야 한다. 이월이나 중첩 의무가 있는 제도에서는 기간 간 수급과 복수의 의무제약을 포함해 해석해야 하며, 이를 제외한 정태 기준가격과 관찰가격이 일치할 필요는 없다. 이 연구의 제도 비교는 이러한 적용 조건을 구분하기 위한 것이며, 제도별 관찰가격으로 기준모형의 계수나 효과의 상대적 크기를 추정하는 것은 아니다.

Ⅴ. 정책 시사점과 결론

1. 분석 결과의 국내 적용

현행 바이오가스 생산목표제의 이행대상과 배관망에 주입한 바이오메탄의 환경속성은 구별된다. 생산목표 강화가 고질화와 배관 인입을 자동으로 유도하지는 않으며, 바이오메탄의 공급 유인은 추가 비용과 가스･인증서 수입뿐 아니라 발전･열 이용의 상대수익에도 좌우된다. 발전 부문의 REC 등 정책수입은 이러한 이용경로 선택의 기회비용에 영향을 미친다.

기준모형의 구축효과는 의무이행과 자발적 사용 주장이 동일한 인증서를 배타적으로 사용하는 경우에 적용된다. 생산실적과 환경속성이 별도 권리로 발행되어 독립적으로 사용된다면 두 수요를 곧바로 합산할 수 없다. 또한 환경속성의 계약상 귀속과 한국 배출권거래제(Korean Emissions Trading Scheme, K-ETS)의 배출량 산정상 인정은 구별되며, 분리형 인증서의 취득･말소만으로 법정 배출량 차감이 인정된다고 전제할 수 없다.

인증서 구매와 대체이행의 비용 비교에는 인증서가 해당 의무의 이행수단으로 인정되고 납부로 같은 의무가 종결되는 조건이 필요하다. 따라서 현행 생산목표 미달 과징금을 바이오메탄 인증서의 가격상한으로 바로 적용할 수는 없다.

정책효과 역시 균형구간과 공급제약에 따라 달라진다(Ⅲ장 <표 2>). 다른 조건이 같고 의무수요만 존재하며 가격 상･하한과 공급상한이 구속하지 않는 구간을 유지하면, 한계비용 하락은 인증서 가격을 낮추지만 생산량을 늘리지는 않는다. 용량 확충의 당기 생산효과도 실제 용량제약 여부에 달려 있다.

2. 결론 및 연구 한계

이 연구는 의무이행 수요와 자발적 수요가 동일한 바이오메탄 인증서를 사용하는 시장의 가격과 생산량을 정태 부분균형모형으로 분석하였다. 가격이 0과 대체이행 단가 사이에 있고 공급상한이 구속하지 않으면 인증서 가격은 생산자의 잔여한계비용이자 의무주체의 한계이행비용이다. 의무 확대는 균형구간에 따라 기존 잉여의 소진, 신규 생산과 자발적 구매 감소, 대체이행 증가로 이어진다. 자발적 수요가 소멸하고 가격 상･하한과 공급상한이 구속하지 않으면 의무 증가분이 모두 생산 증가로 전환된다.

구축효과의 규모와 정책적 중요성은 자발적 수요의 가격반응뿐 아니라 초기 규모에도 달려 있다. 이월을 고려하지 않고 대체이행과 미사용 물량이 변하지 않으면, 의무 증가분 중 자발적 구매 감소로 충족되는 총량은 초기 자발적 수요를 넘을 수 없다. 따라서 자발적 수요가 작은 시장에서는 구축효과의 절대 규모도 제한된다. 해외 제도 비교는 권리의 표시대상과 최종 사용, 대체이행･이월･검증 조건에 따라 가격 해석이 달라진다는 점을 확인하였다.

분석은 경쟁적 거래, 외생적 순가스가격과 단일 이행기간을 전제로 한다. 국내 자발적 수요와 실제 구축효과를 추정하거나 최적 의무량을 도출하지 않았으며, 도입 초기라는 이유만으로 국내 시장의 균형구간을 단정할 수도 없다. 국내 효과의 실증 추정과 시장지배력･이월･설비투자를 포함한 확장은 후속 연구로 남는다.

Acknowledgements

이 논문의 내용은 저자의 개인 의견이며 소속 기관의 공식 견해가 아님을 밝힙니다.

The views expressed are those of the author.

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각주

[4] 1) 인증서 제도가 사유화하는 것은 공공재인 기후 편익 자체가 아니라, 특정 환경속성을 자신에게 귀속시켜 주장할 수 있는 등록부상 청구권이다. 천연가스 기준가격과 한계비용은 동일한 인도지점에서 측정하며, 기준가격에서 차감한 비용은 한계비용에 중복해 포함하지 않는다.

[5] 2) 의무수요 M은 현행 바이오가스 생산목표량 전체가 아니라, 기준모형의 가상적 통합시장에서 바이오메탄 인증서로 이행하도록 정한 부분이다. 여기서 필요한 인증서 수량은 시장에서 실제 매매된 물량이 아니라 자체생산분을 포함한 총 제출수요이며, 양도 가능한 자체생산분에도 시장가격의 기회비용이 적용된다.

[6] 3) 자발수요가 처음부터 없으면( $V = 0$ ) 두 수요의 공존구간은 나타나지 않는다. 자발수요가 가격에 반응하지 않는 경우( $δ = 0$ )에는 유한한 소멸가격을 정의할 수 없으므로 따로 다루어야 한다. 또한 $P ≦ a$ 이고 자발수요가 $P$ 에서 이미 소멸하면 바이오메탄 생산 없이 의무량 전부를 대체이행으로 충족할 수 있다. 이 경우 의무이행의 한계비용은 $P$ 이지만, 실제 거래가 없는 인증서 시장에서 하나의 거래가격이 관측된다고 볼 수는 없다.

[7] 4) CWC 가격은 청정대기법 산식으로 정해지며 2025 이행연도 가격은 1.91달러/RIN-상당 갤런이었다. CWC는 EPA가 해당 연도에 제공하는 경우에 한해 이용할 수 있으며 거래･이월이 불가능하다. 출처: U.S. EPA.

[8] 5) 크레딧 최대가격은 2016년 톤당 200달러를 소비자물가지수로 조정한 값으로, CCM과 일반 크레딧 이전거래에 모두 적용된다. 2026년 6월부터 적용 값은 275.39달러다. 출처: 캘리포니아 대기자원위원회(California Air Resources Board, CARB).

[9] 6) 출처: EEX, French Registry for Biogas Production Certificates 및 Issuing Data and Price of CPB. 인증서 1단위는 바이오메탄 1MWh에 대응하되 설비 연령･유형에 따라 조정계수가 적용될 수 있고, 발행 후 5년간 유효하다. 첫 반환기간은 2026~2028년이며, 동일 바이오메탄 물량에는 GO와 CPB를 동시에 발행할 수 없다.

[10] 7) 독일 세관(Zoll) 자료 기준 감축의무 비율은 2025년 10.6%, 2026년 12%다.

Korean Energy Economic Review ISSN:1599-7057(Print) 에너지경제연구

Preview

Price Formation of Biomethane Certificates: Comparisons of U.S. and European Schemes and Their Implications

ABSTRACT

MAIN

[그림 1]

바이오메탄 인증서의 발행･이전･최종 사용

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

<표 1>

의무량에 따른 네 구간의 균형

(8)

[그림 2]

의무량에 따른 네 구간의 가격과 물량

(9)

(10)

<표 2>

구간별 비교정학: 균형가격과 생산량

(11)

(12)

(13)

(14)

[그림 3]

초기 자발수요에 따른 총 구축량의 상한

(15)

(16)

(17)

(18)

<표 3>

제도 유형별 권리 단위와 가격형성 원리

<표 4>

제도별 관찰가격과 비용완화 기준

Acknowledgements

References

각주