WEEK 17 · GEC20115 미시경제학

외부효과와 시장실패

부정적·긍정적 외부효과 · 피구세 · 코즈 정리 · 배출권거래제
시장 가격에 포함되지 않은 비용과 편익 — 경제학은 어떻게 이를 교정하는가?

📌 학습 목표

외부효과의 정의와 부정적·긍정적 외부효과의 차이를 구분하고 그래프로 표현한다
피구세·피구 보조금으로 외부효과를 내부화하는 원리와 최적세율 산정 방법을 이해한다
코즈 정리의 내용, 조건, 한계를 설명하고 현실 적용 가능성을 평가한다
배출권거래제와 직접규제를 비교하여 각각의 효율성·형평성 특성을 분석한다

🔥 현장 이슈: 낙동강 수질 오염과 외부효과

LIVE ISSUE · 2024~2025

구미 불산 누출에서 낙동강 페놀 오염까지 — 산업 외부효과의 현실

낙동강은 경북·경남 1,300만 명의 식수원이다. 2024년에도 낙동강 수계에서 총인·총질소 초과, 조류경보 반복 발령이 이어졌다. 상류 공장(구미산단, 포항산단)의 폐수 방류, 축산 분뇨, 비료 유출이 주요 원인이다. 이 오염 비용은 공장 생산 원가에 포함되지 않는다 — 전형적인 부정적 외부효과(negative externality)다.

1991년 두산전자 페놀 원액 30톤 낙동강 방류(부산 식수 오염) 사태는 한국 환경 규제의 전환점이 됐다. 이후 배출허용기준이 대폭 강화됐으나, 여전히 외부효과의 완전한 내부화는 미완의 과제다.

1,300만

낙동강 수계 의존 인구
경북·경남·부산·대구

8.4만원/톤

2024년 탄소배출권(KAU24) 가격
외부비용의 시장화 사례

720개사

배출권거래제 할당 대상
2015년 ETS 도입 이후

외부효과는 어느 경제 주체의 행위가 시장 가격 기구 밖에서 제3자에게 비용이나 편익을 발생시키는 현상이다. 공장이 폐수를 방류하면 하류 주민의 정수 비용이 증가하지만 공장은 이 비용을 부담하지 않는다. 결국 시장 가격은 사회 전체의 비용을 반영하지 못하고 자원 배분이 왜곡된다.

핵심 개념: 사적 한계비용(PMC) ≠ 사회적 한계비용(SMC) → 시장 균형 ≠ 사회 최적 → 시장실패 → 정부 개입 근거

📚 이론의 탄생: 외부효과 경제학

THEORY ORIGIN

피구에서 코즈까지 — 외부효과 처방의 두 패러다임

1920Pigou — The Economics of Welfare. 외부효과의 체계적 분석 및 세금·보조금으로 교정 가능하다는 주장. '피구세' 개념의 기원.

1960Coase — "The Problem of Social Cost" (Journal of Law and Economics). 재산권이 명확하고 거래비용이 없으면 시장 협상으로 외부효과를 해결할 수 있다는 코즈 정리 제시. 노벨경제학상 1991.

1968Hardin — 공유지의 비극. 공유 자원에서 개인의 합리적 행동이 집단적으로 최악의 결과를 낳는 메커니즘 분석 (Science, 162).

1972Baumol & Oates — 환경 규제 수단으로서 배출세(emission tax)의 이론적 근거 정립.

1974Weitzman — 가격 수단(세금)과 수량 수단(규제·허가)의 효율성 비교. 불확실성 하에서 어느 수단이 유리한지 분석.

1990미국 청정대기법 개정 — 황산화물(SO₂) 배출권거래제 도입. 코즈 정리의 정책 실현: 재산권(배출권)을 만들어 시장에서 거래.

2015한국 배출권거래제(ETS) 시행. 아시아 최초 국가 단위 탄소 시장. 2024년 3차 계획기간 진행 중.

외부효과의 두 가지 유형

부정적 외부효과 (Negative Externality)

생산·소비 행위가 제3자에게 비용을 부과. 사회적 한계비용(SMC) > 사적 한계비용(PMC). 시장은 사회 최적보다 과잉 생산. 예: 공장 오염, 흡연, 교통 혼잡, 항생제 남용.

긍정적 외부효과 (Positive Externality)

생산·소비 행위가 제3자에게 편익을 제공. 사회적 한계편익(SMB) > 사적 한계편익(PMB). 시장은 사회 최적보다 과소 생산. 예: 예방접종, 교육, R&D 연구, 벌꿀 생산(과수원 수분).

📊 외부효과 그래프 분석

그림 17-1 | 외부효과의 그래프 분석 — 부정적 외부효과(좌): 과잉생산·사중손실 | 긍정적 외부효과(우): 과소생산·사중손실

피구세와 피구 보조금

아서 피구(Arthur Pigou)는 외부효과를 시장 내부로 끌어들이는(내부화, internalization) 방법으로 세금과 보조금을 제안했다.

피구세(Pigouvian Tax): 최적 세율 = 사회 최적 생산량에서의 한계외부비용(MEC). 이 세율로 생산자에게 과세하면 PMC + 피구세 = SMC → 시장 균형이 사회 최적 $Q^*$로 이동.

피구 보조금(Pigouvian Subsidy): 최적 보조율 = 사회 최적에서의 한계외부편익(MEB). 생산자(소비자)에게 보조하면 PMB + 보조금 = SMB → 과소 공급 문제 해결.

⚖️ 코즈 정리와 배출권거래제

코즈 정리 (Coase Theorem, 1960)

코즈 정리

"재산권이 명확히 정의되고 거래비용이 없다면, 재산권을 누가 갖든 당사자 간 자발적 협상으로 사회 최적 결과가 달성된다."

핵심: 외부효과 문제는 재산권 미확정의 문제다. 재산권만 부여하면 시장이 스스로 해결한다.

예시: 공장(오염자)과 어부(피해자)가 있다. ①어부가 깨끗한 강에 대한 권리를 가지면: 공장은 오염 방지 비용 < 어부에게 지불할 보상액이면 오염 감소. ②공장이 오염 권리를 가지면: 어부는 피해 감소분이 오염 방지 보조액보다 크면 협상 제안. 어느 경우에도 최적 오염 수준은 같다.

코즈 정리의 한계: ①거래비용이 크면(당사자 다수, 정보 불완전) 협상 실패. ②재산권 초기 배분은 형평성에 영향 — 어민과 대기업의 협상 결과는 동일하지 않을 수 있음. ③환경오염의 경우 피해자가 광범위 → 집단행동 문제 발생.

배출권거래제 — 코즈 정리의 정책 실현

배출권거래제(ETS: Emission Trading Scheme)는 코즈 정리를 정책화한 것이다. 정부가 총 배출량 한도(cap)를 정하고 배출 권리를 재산권화(permit)한 후, 기업 간 시장 거래를 허용한다.

구분	직접규제(CAC)	피구세	배출권거래제(ETS)
수단	배출 기준 강제	오염 단위당 세금	배출 허가권 거래
비용 효율성	낮음 (기업별 감축비용 무시)	높음	높음 (한계감축비용 균등화)
총 배출량 확실성	보통	불확실 (가격→수량 불확정)	높음 (cap 고정)
형평성	동일 기준 → 일정 형평성	역진적 우려	초기 할당 방식이 핵심
한국 사례	대기환경보전법 배출허용기준	교통·에너지·환경세	K-ETS (2015~)

📜 역사 속 사례: 런던 대스모그(1952)

Great Smog of London — 외부효과의 비극적 결말

1952년 12월 5~9일, 영국 런던에서 5일간 짙은 스모그가 도시를 뒤덮었다. 가정용 석탄 난방과 공장 연기가 기온역전층과 결합해 발생한 이 사건으로 약 4,000명이 직접 사망하고 최대 12,000명의 추가 사망이 초래됐다. 연기를 내뿜은 공장과 가정은 이 비용을 시장가격으로 부담하지 않았다 — 전형적 부정적 외부효과다.

결과: 1956년 영국 청정공기법(Clean Air Act 1956) 제정 → 연기 없는 연료 의무화, 공장 굴뚝 높이 규제. 이는 세계 최초의 현대적 대기오염 규제 입법으로, '직접규제(CAC)'의 역사적 출발점이 됐다.

출처: Bell, M.L. et al. (2004). "Reassessment of the lethal London fog of 1952." Environmental Health Perspectives, 112(1), 6–8.

🧮 핵심 공식 정리

NEGATIVE EXTERNALITY — OPTIMAL PIGOU TAX

$SMC = PMC + MEC$

최적 피구세: $t^* = MEC\big|_{Q=Q^*}$

MEC: 한계외부비용 (Marginal External Cost) | $Q^*$: 사회 최적 생산량 → 피구세 = 사회 최적에서의 외부비용 크기

POSITIVE EXTERNALITY — OPTIMAL PIGOU SUBSIDY

$SMB = PMB + MEB$

최적 피구 보조금: $s^* = MEB\big|_{Q=Q^*}$

MEB: 한계외부편익 (Marginal External Benefit) | 보조금으로 PMB를 SMB 수준으로 상향

DEADWEIGHT LOSS FROM EXTERNALITY

$DWL = \frac{1}{2} \times (Q_M - Q^*) \times (SMC_{Q_M} - PMC_{Q_M})$

부정적 외부효과 하 사중손실 = 과잉생산된 구간에서 SMC와 PMC의 차이 삼각형 면적

🔢 계산 연습

예제 — 피구세 최적세율 산정

①수요: $P = 100 - Q$, 사적 한계비용: $PMC = 20 + Q$, 한계외부비용: $MEC = 10$ (일정)

②시장 균형: $100 - Q = 20 + Q$ → $Q_M = 40$, $P_M = 60$

③사회적 최적: $SMC = PMC + MEC = 30 + Q$. $100 - Q = 30 + Q$ → $Q^* = 35$, $P^* = 65$

④최적 피구세: $t^* = MEC = 10$

⑤$DWL = \frac{1}{2}(40-35)(10) = 25$

피구세 10원/단위 부과 → Q_M=40에서 Q*=35로 감소 → DWL 25 제거

예제 — 배출권거래제 비용 효율성

①기업 A 한계감축비용(MAC_A): $MAC_A = 2e_A$ (단위당 감축 비용이 증가), 기업 B: $MAC_B = 4e_B$

②총 감축 목표: $e_A + e_B = 30$. 비용 최소화 조건: $MAC_A = MAC_B$ → $2e_A = 4e_B$

③$2e_A = 4e_B$, $e_A + e_B = 30$ → $e_A = 20$, $e_B = 10$

④균형 배출권 가격: $p = 2 \times 20 = 40$ (= $4 \times 10 = 40$ ✅)

배출권 시장: A가 20단위, B가 10단위 감축 — 한계감축비용 균등화로 총비용 최소화

📖 핵심 용어

외부효과

Externality

外部效果

어느 경제 주체의 행위가 시장 가격 기구 밖에서 제3자에게 비용이나 편익을 발생시키는 현상.

사회적 비용

Social Cost

社會的費用

사적 비용(PMC)에 외부비용을 더한 비용. $SMC = PMC + MEC$. 효율적 자원 배분의 기준.

피구세

Pigouvian Tax

피구稅

부정적 외부효과를 교정하기 위해 생산자에게 부과하는 세금. 최적 세율 = 사회 최적 생산량에서의 MEC.

코즈 정리

Coase Theorem

코즈定理

재산권이 명확하고 거래비용이 없다면, 당사자 협상으로 외부효과가 사회 최적으로 해결된다.

시장실패

Market Failure

市場失敗

시장 기구가 파레토 효율적 자원 배분에 실패하는 상황. 외부효과·공공재·독점·정보 비대칭이 원인.

배출권거래제

Emission Trading Scheme

排出權去來制

정부가 총 배출 한도를 설정하고 배출 허가권을 시장에서 거래하게 하는 제도. 코즈 정리의 정책 구현.

내부화

Internalization

內部化

외부비용·편익을 가격에 반영시켜 시장 실패를 교정하는 과정. 피구세·보조금·배출권거래제가 수단.

한계감축비용

Marginal Abatement Cost

限界減縮費用

오염을 1단위 추가 감축할 때 드는 비용. 배출권 균형 가격 = 모든 기업의 한계감축비용 균등화.

🏢 기업 사례 분석

COMPANY CASE 01 · 탄소 배출

POSCO — 철강 생산과 탄소 외부비용 내부화

1포스코는 2023년 약 7,600만 톤 CO₂를 배출하여 국내 최대 배출 기업 중 하나다. 이 배출은 ETS 적용을 받는다. (출처: POSCO 지속가능경영보고서 2023)

2외부효과 유형: 탄소 배출로 인한 기후변화 비용은 SMC - PMC = MEC. 시장가격에 미포함 → 과잉 생산 유인.

3ETS 적용: 배출권 가격(2024년 약 8.4만원/톤) × 할당 초과 배출량 = 추가 비용. 이는 피구세 역할 — 생산 비용 상승 → 생산량 조정.

4수소환원제철: 2050년까지 석탄 기반 고로를 수소환원제철(HyREX)로 전환 계획 → MEC 제거 → SMC ≈ PMC → 외부효과 내부화의 기술적 해결.

5경제학적 평가: ETS는 배출 감축의 가장 비용 효율적 수단 — 단, 초기 무상 할당이 과다하면 피구세 효과가 희석. 한국 3기 ETS(2021~2025)는 유상 할당 비율 확대 중.

COMPANY CASE 02 · 긍정적 외부효과

삼성전자 — R&D 투자와 지식 파급 효과(spillover)

1삼성전자는 연간 약 25~28조 원의 R&D를 투자한다(2023년 기준). 이 연구 성과 중 상당 부분은 특허로 보호받지 못하거나, 인력 이동·모방을 통해 경쟁사와 산업 전체로 파급된다.

2외부효과: R&D의 사회적 수익률 > 사적 수익률 (MEB > 0) → 시장에 맡기면 사회 최적보다 과소 R&D 투자.

3정책 개입: 정부 R&D 세액공제(연구개발비 25% 세액공제), 산업기술개발 보조금 → 피구 보조금 역할.

4용인 반도체 클러스터: 삼성·SK하이닉스 집적 → 지식 파급·인력 공유·부품 생태계 형성 → 지역 전체 생산성 향상. 집적 효과 자체가 긍정적 외부효과.

5결론: R&D는 대표적 긍정적 외부효과 산업. 보조금 없이 시장에만 맡기면 사회 최적 대비 과소 투자 → 혁신 부족 → 장기 성장 훼손.

COMPANY CASE 03 · 교통 혼잡

카카오모빌리티 — 혼잡 외부효과와 도로 요금제

1카카오T 택시·대리 등 모빌리티 플랫폼은 차량 이동 수요를 집중시켜 출퇴근 시간대 교통 혼잡을 악화시킬 수 있다는 지적이 있다. 혼잡은 부정적 외부효과 — 내 차량이 도로를 사용하면 다른 이용자의 통행 시간이 늘어난다.

2혼잡통행료: 런던 혼잡세(Congestion Charge, 2003)는 피구세의 실증 사례. 도심 진입 차량에 15파운드/일 부과 → 교통량 30% 감소, 속도 향상.

3한국 적용: 서울 남산 1·3호 터널 혼잡통행료(2,000원), 가로변 주정차 단속 — 부분적 피구세. 2024년 GTX·지하철 확대는 긍정적 외부효과 창출.

4공유경제와 외부효과: 카풀 확대는 차량 대수 감소 → 혼잡 외부효과 감소 (긍정적 효과). 반면 라이드헤일링 빈차 순환(dead-heading)은 혼잡 악화 우려.

5결론: 플랫폼 경제도 외부효과로부터 자유롭지 않다. 교통 혼잡세, 주행세 등 피구세적 접근이 효율적 모빌리티 시장 설계의 핵심 도구다.

📍 지역 사례

LOCAL CASE · 경북·경남

낙동강 수질 관리와 외부효과 내부화의 현실

낙동강 유역의 구미·포항·안동 등 경북 산업지역에서 발생하는 수질 오염은 부산·경남 하류 지역 주민의 식수 처리 비용을 증가시킨다. 2022년 수질개선부담금 제도로 오염 원인자에게 비용을 일부 부과하지만, 실제 외부비용의 완전한 내부화에는 한계가 있다. 한국환경공단 낙동강유역본부(구미)가 오염 모니터링을 담당하며, 2024년 예산 기준 수질 개선 투자는 연간 수천억 원 규모다.

출처: 환경부 낙동강수계관리위원회, 낙동강수계 수질현황 보고서(2024); 한국환경공단 수질측정망 데이터(2024)

LOCAL CASE · 경북 경주·울진

원자력 발전과 핵폐기물 — 세대 간 외부효과

경주 월성·울진 한울 원전의 사용후핵연료는 수만 년 방사성 위험이 지속된다. 이는 현세대의 전기 생산 편익이 미래 세대의 핵폐기물 처리 비용으로 전가되는 세대 간 외부효과(intergenerational externality)다. 2023년 사용후핵연료 관리 비용은 kWh당 약 5원으로 추정되지만, 미래 세대에게 귀속되는 사회적 비용은 이보다 훨씬 클 수 있다.

출처: 한국수력원자력 사용후핵연료 관리 계획(2023); 원자력안전위원회 고준위방폐물 로드맵(2021)

✏️ 확인 문제

Q 01

어느 공장의 사적 한계비용은 $PMC = 10 + 2Q$, 수요는 $P = 70 - Q$, 한계외부비용은 $MEC = 6$이다. ①시장 균형량, ②사회 최적량, ③최적 피구세율, ④사중손실을 각각 구하시오.

①시장 균형: $70-Q=10+2Q$ → $Q_M=20$, $P_M=50$ ②사회 최적: $SMC=16+2Q$. $70-Q=16+2Q$ → $Q^*=18$, $P^*=52$ ③최적 피구세: $t^*=MEC=6$ ④DWL $=\frac{1}{2}(20-18)(6)=6$

Q 02

코즈 정리에 따르면, 강 상류 공장과 하류 어부가 있을 때 재산권을 누가 갖든 최적 오염 수준이 달성된다고 한다. 이것이 '효율성'을 보장하지만 '형평성'을 보장하지 못하는 이유를 설명하시오.

효율성: 최적 오염 수준(총잉여 극대화)은 재산권 귀속과 무관하게 동일 — 협상으로 달성. 형평성: 재산권이 공장에 있으면 어부가 공장에 돈을 지불해 감축 요청, 재산권이 어부에 있으면 공장이 어부에게 보상 지급. 동일한 오염 수준이지만 소득 분배는 정반대. → 코즈 정리는 효율성 달성을 보장하지만, 분배(누가 이익을 보는가)는 초기 재산권 배분에 의존한다.

Q 03

배출권거래제(ETS)와 피구세(탄소세)의 장단점을 비교하라. 불확실성(한계감축비용 불확실)이 있을 때 어느 수단이 더 유리한가?

ETS 장점: 총 배출량 확실(cap 고정). 단점: 가격 불안정, 시장 복잡성. 탄소세 장점: 비용 예측 가능, 행정 단순, 역진성 완화 가능(수입 재분배). 단점: 배출량 불확실. Weitzman(1974): 한계감축비용(MAC) 기울기 > 한계피해(MD) 기울기이면 세금이 유리; 반대면 수량 규제(ETS) 유리. 기후변화는 MD가 급경사(임계점 존재) → ETS(수량 확실성) 선호 근거.

💬 토론 주제

토론 1 — 탄소세 vs 배출권거래제: 한국의 선택은?

한국은 ETS를 운영하면서 탄소세 도입도 검토 중이다. 두 제도의 병존은 이중 과세인가, 아니면 보완적인가? 2030 NDC 목표(2018년 대비 40% 감축)를 달성하기 위해 한국이 채택해야 할 최적 조합은 무엇인가? 형평성(산업계·가계 부담 분배)과 효율성(비용 최소화) 관점에서 논하라.

토론 2 — 낙동강 수질 오염: 코즈 vs 피구

낙동강 상류 공장(오염자)과 하류 1,300만 주민(피해자) 간의 외부효과 문제에 코즈 정리를 적용할 수 있는가? 거래비용, 재산권 설정, 협상 비대칭성 측면에서 현실 적용의 한계를 논하고, 피구세(배출부과금) 접근이 더 현실적인 이유를 설명하라.

토론 3 — 플랫폼 경제의 새로운 외부효과

카카오·네이버·배달의민족 등 디지털 플랫폼은 어떤 외부효과를 만들어내는가? 데이터 수집(개인정보 침해 = 부정적 외부효과?), 네트워크 효과(긍정적 외부효과?), 플랫폼 노동자 착취(노동 외부효과?) 등을 구분하고, 이에 적절한 규제·세금 설계를 제안하라.

📚 참고문헌

Pigou, A. C. (1920). The Economics of Welfare. London: Macmillan. (외부효과 체계적 분석 원전)

Coase, R. H. (1960). The problem of social cost. Journal of Law and Economics, 3, 1–44. (코즈 정리 원전, 노벨경제학상 1991)

Weitzman, M. L. (1974). Prices vs. quantities. Review of Economic Studies, 41(4), 477–491. (세금 vs 수량 규제 효율성 비교)

Bell, M. L., Davis, D. L., & Fletcher, T. (2004). A retrospective assessment of mortality from the London smog episode of 1952. Environmental Health Perspectives, 112(1), 6–8.

환경부 (2024). 낙동강 수계 수질 및 수생태 현황 보고서 2024. 세종: 환경부.

환경부 (2024). 제3차 배출권거래제 기본계획(2021~2025) 이행현황. 세종: 환경부.

POSCO Holdings (2023). 2023 POSCO Holdings Sustainability Report. 포항: 포스코홀딩스.

한국환경공단 (2024). 수질측정망 운영결과 보고서. 인천: 한국환경공단.