Analysis of the Health Effects and Social Welfare Impacts of Policy Improvements Targeting Particular Matter Levels

Abstract

PM2.5의 발생요인 중 수송부문의 도로에서 발생하는 PM2.5는 시민들이 쉽게 노출되어 건강 위해성을 미칠 수 있는 오염물질로 호흡을 통해 폐로 유입되고 인간의 질병 및 사망에 부정적인 영향을 미친다. 수송부문 미세먼지와 관련한 실증분석 연구는 미세먼지 정책 대안에 대한 타당성 및 근거를 마련하는 데 매우 중요하다. 본 연구의 목적은 수송부문의 경유차 미세먼지 발생이 질병으로 인한 사망률에 영향을 미치는 지 확인하고, PM2.5 저감을 위한 정책이행 방향을 검토하여 PM 정책 개선에 따른 사회적 후생 효과를 파악하는 데 있다. 첫 번째 연구는 경유차의 PM2.5 배출량이 호흡기질환 및 허혈성 심장질환으로 인한 사망률에 미치는 영향을 분석하고, 이에 영향을 미치는 요인들을 파악하는 것을 목적으로 한다. 연구 수행을 위해 2015년부터 2019년까지 수도권 지역의 자치구 및 시･군 데이터를 활용하여 지역 간 공간 인접성을 고려한 공간 패널 모델을 적용하였으며, 연구의 주요 결과는 다음과 같다. 첫째, 경유차의 PM2.5 배출량이 높을수록 호흡기계 질환으로 인한 사망률이 높아지는 것을 확인하였다. 경유차의 PM2.5 배출량은 PM2.5 배출의 원인 중 하나이므로 PM2.5 배출이나 PM2.5 농도에 비하여 호흡기계 질환으로 인한 사망률에 미치는 영향을 적게 줄 수 있는데, 그럼에도 불구하고 호흡기로 인한 사망률에 유의한 결과가 도출된 점은 긴요한 발견이라고 할 수 있다. 둘째, PM2.5의 2차 생성물인 SO2는 허혈성 심장질환으로 인한 사망률에 양(+)의 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 공간더빈모형 분석을 통해 해당 지역에서 발생하는 SO2가 인근 지역의 허혈성 심장질환 사망률에 영향을 미치고, 인근 지역의 SO2는 해당 지역의 종속변수에도 양(+)의 영향을 미침을 밝혔다. 셋째, 수도권과 중소도시의 더미변수를 생성한 후 경유차의 미세먼지 배출량과의 상호작용 항을 이용하여 비수도권과 수도권의 차이를 살펴본 결과, 경유차의 PM2.5 배출량이 증가할 때 비수도권이 수도권보다 호흡기 사망률의 영향을 상대적으로 더 많이 받는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 비수도권과 수도권의 인프라 차이가 작용한 것으로 판단되며, 호흡기 질환으로 인한 사망률에 다양한 요인이 영향을 미칠 수 있으므로 향후 의료 및 환경 인프라를 고려하여 지역별 차이를 심층적으로 살펴볼 필요가 있다. 본 연구는 경유차의 PM2.5 배출량이 호흡기와 심혈관계로 인한 사망률이 미치는 영향을 공간상관성을 고려하여 분석할 경우 기존 논문과 어떤 차이가 있는지를 검토하였으며, 연구의 의의 및 차별성은 아래와 같다. 첫째, 분석모형에서 공간자기상관성을 고려하여 추정치가 과소 또는 과대 추정될 가능성을 방지하였다. 공간자기상관성을 확인하기 위해 연속 데이터에 적합하고, 지역간 거리가 가까울수록 서로 상호작용하거나 영향을 미칠 가능성이 높을 때 적용할 수 있는 역거리 가중치(IDW) 방식을 선택하다. 둘째, 본 연구는 국가대기정책 지원시스템(CAPSS)의 도로 이동오염원의 대기오염물질 배출량 산정방법을 활용하여 경유차의 PM2.5 발생량을 산출하여 모형의 주요 변수로 활용하였다. 연구 결과에서 경유차의 PM2.5 배출량의 변수가 호흡기로 인한 사망률에 유의한 영향관계를 미치고 있음을 밝혔다. 셋째, 온도와 습도가 높을수록 호흡기와 심혈관계로 인한 사망률에 영향을 주는 것으로 나타났으며, SO2의 경우 심혈관계로 인한 사망률에만 유의하게 양의 영향을 미치는 것으로 나타났다. 공간더빈모형 분석 결과에서 해당 지역에서 발생하는 SO2는 인근 지역의 허혈성 심장질환 사망률에 영향을 미치고, 인근 지역의 SO2는 해당 지역의 종속변수에도 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이는 공간상관성을 고려하지 않은 일반 계량모형에서는 밝혀내지 못했던 것으로, 특히 IDW 방식을 통한 공간가중치 행렬을 구성할 때 그 특징이 명확해짐을 확인하였다. 넷째, 중국의 기상요인을 고려하기 위해 중국의 산둥성(Shandong Provinces), 허베이성(Hebei Provinces), 장수성(Jiangsu Provinces)의 기온, 상대적 흡도 및 강수량의 월별 평균 자료를 고려하였다. 국외 변수에 대한 고려는 미세먼지 관련 연구에서 중요하며, 향후 인접 국가 간 연구도 향후 수행될 필요가 있다. 다섯째, 비수도권의 호흡기에 의한 사망률은 수도권보다 경유차의 PM2.5 배출량으로부터의 영향을 상대적으로 더 많이 받는 것으로 나타났다. 이러한 차이는 비수도권과 수도권의 의료·환경 인프라 때문으로인 것으로 판단되며, 지역별 차이가 나타나는 이유에 대한 추가적인 연구의 필요성을 제기하였다. 추가 연구를 통해 비수도권이 경유차의 PM2.5 배출량으로부터의 영향을 상대적으로 더 많이 받는 것이 확인된다면 PM2.5로부터 시민들의 건강을 보호하기 위해 비수도권에 PM2.5 대피소를 설치하는 단기적인 대책 마련이 필요할 것으로 보인다. 두 번째 연구는 차종별(승용, 승합, 화물), 규모별(소형, 중형, 대형) 경유자동차의 PM2.5 발생량이 한국의 미세먼지 농도에 미치는 영향을 분석하였으며, 대도시와 중소도시에 따라 결과에 차이가 있는지 파악하였다. 분석결과는 다음과 같다. 첫째, 경유 승용, 승합 및 화물차의 PM2.5 발생량은 모두 한국의 미세먼지 농도에 유의한 영향을 미치며, 이 중 화물차가 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 둘째, 화물차 중 소형 화물차의 PM2.5 발생량이 종속변수에 가장 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 소형 화물차가 중대형 화물차에 비해 10년 이상 노후된 차량이 가장 많고, 특히 영업용 소형 화물차는 주로 택배나 배달 차량이 많아 승용차 대비 주행거리가 높아 나타난 결과로 판단된다(이규진, 2018). 셋째, 대도시에서 대형 승용차, 소형 승합차, 중형 화물차의 PM2.5 발생량은 중소도시보다 한국의 미세먼지 농도에 미치는 영향이 큰 것으로 나타났다. 이는 수도권을 포함한 대도시는 인구가 밀집되어 교통체증이 발생하는 경우가 많아 나타난 결과로 보여지며, 수도권을 중심으로 고농도 미세먼지가 발생한다는 현실을 반영한다. 연구 결과에 따른 시사점은 아래와 같다. 첫째, 경유차종 중 화물차의 PM2.5 발생량이 한국의 미세먼지 농도에 더 큰 영향을 미치고 있으므로 조기폐차 및 저공해차 운행 등의 경유차 대책에서 화물차를 중심으로 제도 개선과 이행이 필요할 것으로 사료된다. 특히 화물차 시장에서 단기적으로는 경유차 대체가 가능한 연료 차량의 보급을 확대해야 하고, 중장기적으로는 미세먼지 무배출 화물차를 보급하는 전략을 병행해야 할 필요가 있다(한진석, 2020). 둘째, 차종별 규모를 고려할 때, 소형 화물차의 PM2.5 발생량이 한국의 미세먼지 농도에 더 큰 영향을 주고 있기 때문에 미세먼지 대책에서 차종 및 규모에 따라 세부 대책을 마련해야 하며, 특히 노후된 차량이 많은 소형 화물차를 중심으로 미세먼지 저감 대책을 개선해야 한다. 셋째, 대형 승용차, 소형 승합차 및 소형 화물차의 PM2.5 발생량이 대도시에서 한국의 PM2.5에 더 큰 영향을 미치는 결과는 지역별 맞춤형 미세먼지 저감 대책의 중요성을 증명하고 있으며, 정부가 지자체별로 미세먼지 관리 수립 대책을 마련하고 평가하는 체계를 마련하는 것이 시급하다. 연구는 기존 선행연구들을 통해 부문별로 대표변수를 도출하여 분석하고 한국의 정책방향을 점검했다는 점에서 의의를 가지며, 특히 차종별(승용, 승합, 화물), 규모별(소형, 중형, 대형)로 세분화하여 경유차의 PM2.5 발생량이 한국에 미세먼지에 주는 영향을 분석한 점은 연구의 차별성으로 강조될 수 있다. 세 번째 연구는 본 연구의 목적은 현재 우리나라의 PM 문제를 해결하고 디젤연료 및 차량에 대한 PM 정책 관련 정책 및 관리방향에 대한 전문가(정부 공무원 및 연구원)의 의견을 분류하는 것이다. 연구결과 경유정책에 대한 전문가들의 인식은 경유규제 옹호형, 경유규제 소극형, 정부예산지원형, 여론 민감대응형으로 구분된다. Q-방법론과 시스템 사고분석 결과를 토대로 보면, 비효율적인 경유정책의 주요 원인은 부처의 역할 부재, 이해관계자에게 정보 전달 부족, 시민참여 불확실성 등이다. 전문가들은 정책에 대한 국민들의 반발에 대해 우려하며, 이로 인해 정책 시행이 지연되고 있다. 따라서 다음과 같은 시사점을 검토할 필요가 있다. 첫째, 4개 유형 중 매개적 역할을 할 수 있는 집단을 찾아야 한다. 4개 유형 중 정부예산지원형은 정책의 장단점을 강조하고 개선의 필요성을 대부분 수용할 뿐만 아니라 정책효과를 긍정적으로 평가하기 때문에 중재자 역할을 하기에 최적의 그룹이다. 중재자 역할을 할 수 있는 단체를 선택한 뒤 시민권 참여를 원하는지, 어떤 형태의 자금을 지원할지 피드백을 받을 필요가 있다. 둘째, 부처 간 이해와 정리를 높이기 위해 부처의 기능과 역할을 재고해야 한다. 또한 이해관계자들 간의 보다 건전하고 지속적인 협력을 위해 부처 간 역할과 기능에 대한 더 나은 이해가 고려되고 재정의될 필요가 있다. 네 번째 연구에서는 조건부 평가방법을 이용하여 정책 개선을 통해 대기오염으로 인한 사망 가능성을 0.0001 감소시키는 시나리오에 대한 응답자의 지불의사금액(WTP)를 도출하였다. 통제변수를 포함하여 이중경계 양분선택형(DBDC) 분석 결과에 따르면 평균 지불의사금액은 연간 41,643원(월 평균 3,470원)이며, 납부거부 응답자를 포함할 경우 평균 지불의사금액은 연간 22,397원(월 평균 1,866원)이다. PM2.5로 인한 사망률을 1만분의 1 수준으로 감소시키기 위한 경제적 가치는 연간 약 8,940억원(8940만90만7100원)에 달한다. 통계적 생명가치의 가치는 0.4164억원이며, 10년 지급기간을 적용하여 도출된 통계적 생명가치는 약 41억 643만원으로 추정되었다. 지역 별로 미세먼지 정책 개선을 통해 사망 가능성을 0.0001 감소시키는 시나리오에 대한 지불의사금액에 차이가 존재할 수 있으므로, 향후 연구를 통해 차이가 발생하는 원인에 대해 규명해야 할 필요가 있다. 또한 국내외 연구 비교연구를 통해 미세먼지로 인한 조기사망률 감소에 대한 효용 수준 및 위치를 파악함으로써 국내 미세먼지 저감 대책 및 시민 건강보호를 위한 예산 계획 시 참고 자료로 활용될 수 있다. 본 논문은 미세먼지 분석 연구에 대한 일반 시민들의 공감과 이해를 증대시키기 위해 미세먼지 수송부문의 현황 및 건강 영향에 대한 이해, 미세먼지 저감을 위한 수송부문 정책 이행 방향 제시, 정책 개선에 따른 사회적 후생효과 분석의 논리적 흐름으로 구성하였으며, 향후 수송부문 미세먼지 정책 개선 및 사회정책적 이슈 대응을 위해 방향성을 타진할 수 있는 기초 자료로 활용되기를 기대한다.

Among the causes of PM2.5, PM2.5 generated from roads in the transportation sector is a pollutant that can easily be exposed to citizens and cause health risks. It enters the lungs through breathing and negatively affects human diseases and deaths. Empirical analysis studies related to PM2.5 in the transportation sector are critical in establishing the validity and basis for alternatives to PM2.5 policies. This study aims to determine whether the generation of PM2.5 from diesel vehicles in the transportation sector affects the mortality rate of disease and to identify the social welfare effects of PM policy improvement by reviewing the policy implementation direction for PM2.5 reduction. The first study aims to analyze the effect of PM2.5 emissions from diesel vehicles on the mortality rate of respiratory diseases and other cardiovascular disease and to identify the factors that affect them. A spatial panel model was applied in this study to consider the spatial adjacency between regions by using autonomous district, city, and county data in the metropolitan area from 2015 to 2019. The main results of the study are as follows. First, it was confirmed that the higher the PM2.5 emission of diesel vehicles, the higher the mortality rate of respiratory diseases. Since PM2.5 emissions from diesel vehicles are one of the causes of PM2.5 emissions, the effect on the mortality rate of respiratory diseases may be smaller than that of PM2.5 emissions or concentrations. However, it is significant in that it is an important finding about the mortality rate of respiratory diseases. Second, SO2, a secondary product of PM2.5, was found to have a positive (+) effect on the mortality rate of other cardiovascular disease. In addition, through Spatial Durbin Model analysis, it was found that SO2 generated in the area affects the other cardiovascular disease mortality rate in the neighboring area, and SO2 in the neighboring area has a positive (+) effect on the dependent variable in the area. Third, after generating dummy variables for the metropolitan area and small and medium-sized cities, the difference between the non-metropolitan area and the metropolitan area was examined using the interaction term with the PM2.5 emissions of diesel vehicles. It was found to be more affected by respiratory mortality than metropolitan areas when PM2.5 emissions from diesel cars increased. These results are attributed to the difference in infrastructure between non-metropolitan and metropolitan areas since various factors can affect the mortality rate of respiratory diseases. Therefore, it is necessary to examine regional differences in-depth in the future by considering medical and environmental infrastructure. This study examines how the PM2.5 emissions of diesel vehicles differ from existing research papers when analyzing the effect of the mortality rate of respiratory and cardiovascular systems in consideration of spatial correlation. The significance and differentiation of the study are as follows. First, the analysis model prevented the possibility of underestimating or overestimating the estimate by considering spatial autocorrelation. To confirm spatial autocorrelation, we selected an Inverse Distance Weighting (IDW) method that is suitable for continuous data as it can be applied when the closer the distance between regions is, the higher the possibility of interacting or influencing each other. Second, this study calculated PM2.5 emissions of diesel vehicles using the National Clean Air Policy Support System (CAPSS) method of calculating air pollutant emissions from road non-point pollutant sources and used them as the main variable of the model. The study results showed that the variable of PM2.5 emissions of diesel vehicles had a significant effect on the mortality rate from the respiratory tract. Third, the higher the temperature and humidity, the more positive the mortality rate of the respiratory and cardiovascular systems was found. Furthermore, in the case of SO2, only the mortality rate of the cardiovascular system was found to have a significant positive effect. In the spatial Durbin model analysis, it was found that SO2 generated in the area affects other cardiovascular disease mortality rate of the nearby area, and SO2 in the neighboring area also affects the dependent variable. This was not found in the general econometric model that did not consider spatial correlation. It was confirmed that the characteristics became clear when constructing the spatial weight matrix through the IDW method. Fourth, to consider meteorological factors in China, monthly average temperature, relative absorption, and precipitation data in Shandong Provinces, Hebei Provinces, and Jiangsu Provinces in China were considered. Consideration of foreign variables is essential in PM2.5-related studies, and studies between neighboring countries need to be conducted in the future. Fifth, it was found that the respiratory mortality rate in non-metropolitan areas was relatively more affected by PM2.5 emissions from diesel vehicles than in metropolitan areas. This difference is likely due to the medical and environmental infrastructure of non-metropolitan and metropolitan areas. The need for additional research on the reason for regional differences has been raised. Suppose further research confirms that the non-metropolitan area is relatively more affected by the PM2.5 emissions of diesel cars. In that case, short-term measures to install PM2.5 shelters in the non-metropolitan area will be needed to protect citizens' health from PM2.5. The second study analyzed the effect of PM2.5 emissions from diesel vehicles by vehicle type (passenger car, van, cargo) and size (small, medium, large) on PM2.5 concentration in Korea and identified whether there were differences in results depending on large and small cities. The analysis results are as follows. First, the amount of PM2.5 generated by diesel passenger cars, vans, and trucks all significantly affected the concentration of PM2.5in Korea, and trucks were found to have the most significant effect. Second, it was found that the amount of PM2.5 generated by small trucks among cargo trucks significantly influenced the dependent variable. This result is believed to be the result of the fact that there are more small trucks that are ten years older compared to medium and large trucks. In particular, small trucks for business use have a higher mileage than passenger cars (Kyujin Lee, 2018). Third, the PM2.5 generation of large passenger cars, small vans, and medium-sized cargo trucks in large cities was found to have a more significant impact on the concentration of PM2.5 in Korea than in small and medium-sized cities. This is seen as a result of the fact that large cities, including the metropolitan area, are densely populated and often experience traffic jams, and reflects the reality that high concentrations of PM2.5 occur in the metropolitan area. The implications of the study results are as follows. First, among diesel vehicles, the amount of PM2.5 generated by trucks significantly impacts the concentration of PM2.5 in Korea. Therefore, improving and implementing the system centered on trucks in diesel vehicle measures such as early scrapping and low-emission vehicle operation is considered necessary. In particular, it is necessary to expand the supply of fuel vehicles that can replace diesel vehicles in the short term in the truck market and to combine strategies to supply PM2.5-free trucks in the mid-to-long term (Hhan, 2020). Second, considering the size of each car type, the PM2.5 generation of small trucks has a more significant impact on Korea's PM2.5 concentration. Therefore, detailed measures should be prepared according to the type and size of PM2.5 measures, especially for small trucks with many old vehicles. Third, the PM2.5 generation of large passenger cars, small vans, and small trucks significantly impact Korea's PM2.5 in large cities, proving the importance of customized PM2.5 reduction measures by region, and the government must establish and evaluate PM2.5 management measures for each local government. The study is significant because it derives and analyzes representative variables by sector through previous studies and examines Korea's policy direction. In particular, the study's differentiation can be emphasized by analyzing the effect of the PM2.5 generation of diesel vehicles on Korea's PM2.5 concentration by vehicle types (passenger car, van, cargo) and size (small, medium, large). The third study aims to solve the current PM problem in Korea and classify the opinions of experts (government officials and researchers) on policies and management directions related to PM policies for diesel fuel and vehicles. As a result of the study, experts' perceptions of diesel policy are divided into advocacy type, passive regulation type, government budget support type, and public opinion sensitive response type. Based on the Q-methodology and system accident analysis results, the main causes of inefficient diesel policy are the lack of role of ministries, lack of information delivery to stakeholders, and uncertainty of citizen participation. Experts are concerned about the public backlash against the policy, delaying its implementation. Therefore, it is necessary to review the following implications. First, finding a group that can mediate among the four types is necessary. Among the four types, the government budget support type is the best group to serve as a mediator because it not only emphasizes the strengths and weaknesses of the policy and accepts most of the need for improvement but also positively evaluates the policy effects. After selecting an organization that can act as a mediator, it is necessary to receive feedback on whether it wants to participate in citizenship and what funding it will provide. Second, the functions and roles of ministries should be reconsidered to enhance understanding and organization among ministries. Furthermore, a better understanding of inter-ministerial roles and functions must be considered and redefined for more sustained and continuous stakeholder cooperation. In the fourth study, respondents' willingness to pay (WTP) was derived for a scenario that reduces the possibility of death due to air pollution by 0.0001 through policy improvement using the conditional evaluation method. According to the results of the Double Bounded Dichotomous Choice (DBDC) analysis, including control variables, the average willingness to pay is KRW 41,643 per year (on average KRW 3,470 per month). The average willingness to pay is KRW 22,397 per year (on average KRW 1,866 per month), including those who refuse to pay. The economic value to reduce the mortality rate due to PM2.5 to one in ten thousand of the level is about KRW 894 billion (KRW 89.4 million 9007,100) per year. The statistical life value is calculated as KRW 0.4164 billion, and the statistical life value derived by applying a 10-year payment period was estimated to be about KRW 4.114 billion. In future studies, there may be differences in willingness to pay due to the improvement of PM2.5 by region. Furthermore, the cause of such differences needs to be investigated. In addition, if the level of utility for reducing premature mortality rates due to PM2.5 is identified through a comparison of domestic and foreign studies, it can be used as basic data for establishing measures for PM2.5 and health protection. This study consists of understanding the current status and health effects of PM2.5 in transportation, presenting policies for reducing PM2.5, and analyzing social welfare effects according to policy improvement. This study is expected to be used as basic research material to improve PM2.5 policy and respond to social policy issues in the future.