[논문]LCA기법을 이용한 천연펄프의 환경 영향 평가

김형진; 조병묵; 황용우; 박광호

문제 정의

본 연구에서는 천연펄프 제조를 위한 원료 취득, 원료 수송, 제품의 생산단계에서 발생하는 환경부하 및 영향을 조사하여, 지류관련 제품에 대한 LCA 수행을 위한 기초 자료를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
단, 해외에서 조목 공정을 거친 후 칩화 되어 국내에 들어오는 경우에 대해서는 해외에서 분석한 자료를 인용하였다. 원칙적으로 국내의 실정을 반영한 자료를 현장에서 직접 수집하고자 하였으며, 국내에 관련 자료가 없거나 수집이 불가능한 경우에는 기 평가된 관련 문헌과 전문가들의 검증을 통해 가장 객관적이고 보편화된 자료를 활용하고자 하였다.
이에 본 연구에서는 천연펄프에 대한 환경부하를 LCA기법을 이용하여 평가함으로써, 펄프의 life cycle에서 발생하는 환경오염물질을 목록화하여 제시하고, 이들이 환경에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 이는 지류관련 제품에 대한 LCA 수행 시 필수적인 환경 정보를 제공하는데 그 의의가 있으며, 향후 관련 기업의 환경친화적 제품설계(DfE: Design for Environment), EMS (Environmental Management System) 그리고 기타 제품의 환경개선에 필요한 기초 자료로 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 현재 환경부에서 시행중인 환경 성적 표지 제도(Type Ⅲ)10)에 대응할 수 있는 근거자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
전과정 목록분석만으로는 비교대상이 되는 제품들의 상대적인 환경성 우위만을 판별할 수 있을 뿐이고, 대상 제품 자체의 환경성을 파악하기는 곤란하다. 전과정 영향평가는 전과정 목록분석 결과를 이용하여 잠재적인 환경영향을 평가하는 것을 목적으로 한다. 즉, 환경에 미치는 영향정도를 정량적으로 계산하여 주어진 시스템이 환경에 미치는 영향을 종합적으로 평가하는 것이다.
전과정 영향평가는 전과정 목록분석 결과를 이용하여 잠재적인 환경영향을 평가하는 것을 목적으로 한다. 즉, 환경에 미치는 영향정도를 정량적으로 계산하여 주어진 시스템이 환경에 미치는 영향을 종합적으로 평가하는 것이다. 이러한 영향평가는 현재 다양한 평가방법이 계속 개발 중에 있지만, ISO 14040s에서 영향평가 단계는 Fig.

제안 방법

Table 2에서 나타낸 바와 같이 나무 1 kg을 조림하기 위해 1.4 g의 디젤이 소비되며 벌목 시에는 나무 1 kg 생산 시 1.7 g의 디젤과 0.4 g의 가솔린이 소비되고 있으며, 원료 취득을 위한 조림과 벌목에서의 디젤과 가솔린 소비량을 가지고 목록분석을 수행하였다.
그러나, 본 연구에서는 Fig. 2에서 나타낸 바와 같이, 순수하게 국내산 목재를 이용하여 천연펄프로 만들어지는 흐름과, 해외에서 생산된 목재를 이용하여 천연펄프로 제조 후 수입되어 국내에서 종이 및 지류제품이 만들어지는 흐름에서의 경우는 연구 대상으로 포함하지 않았으며, 국내에서 펄프를 제조하는 경우인 흐름, 즉 해외에서의 조림→해외에서의 목재생산→해외에서의 칩제조→국내에서의 천연펄프로의 제조 등으로 진행되는 과정을본 연구의 시스템 경계로 설정하였다. 포장→운송→사용→재활용 및 소각 및 매립의 단계는 고려해야 할 경우의 수가 많을 뿐만 아니라 자료의 한계로 인해 고려하지 않았다.
본 연구에서는 세계적으로 가장 많이 사용되는 영향평가 방법인 Eco-indicator 956), Ecopoint6>, 그리고 국내에서 연구된 Korean EcoTndicator'"를 사용하여 영향평가를 수행하였으며, 이들 결과를 상호비교하였다. 그러나, 상기의 각 방법론들은 환경영향범주를 각각 달리 설정하고 있기 때문에 본 연구에서는 각 방법론에서 비교적 공통적으로 사용되고 있는 자원고갈(Abiotic Resources Depletion; ARD), 지구온난화(Global Warming; GW), 오존층(Ozone Layer Depletion; OD), 광화학 산화물생성 (Photochemical Oxidant Creation; POC), 산성비(Acidification; AC), 부영양화(Eutro phica-tion; EU), 생태독성 (Eco-toxicity; ET), 인간독성(Human Toxicity; HT)의 8가지를 환경 영향범주로 설정하였다.
본 연구에서는 Fig. 1에서와 같이 ISO 1404011)의 rLCA Principle and Frameworkj 에서 제시하고 있는 목적 및 범위설정(Goal and Scope Definition), 전과정 목록분석 (Life Cycle Inventory Analysis), 전과정 영향평가(Life Cycle Impact Assessment), 결과해석(Interpretation) 등의 4단계를 통하여 LCA를 수행하였다.
본 연구에서는 백상지, 식품포장용 원지, 종이컵원지 등과 같이 제지 및 지류관련제품의 주원료로 사용되고 있는 펄프에 대한 환경 영향을 LCA를 수행함으로써 분석해보았으며, 펄프의 각 단계별 목록분석 결과를 이용하여 영향평가 방법론별 평가결과를 비교 분석하였다. 동일한 목록분석 결과 값을 가지고 영향평가를 하였지만, 각 방법론별 환경영향이 상당한 차이를 나타내었는데, 이는 각 방법마다 환경영향범주에 대한 가중정도가 다르기 때문이다.
본 연구에서는 세계적으로 가장 많이 사용되는 영향평가 방법인 Eco-indicator 956), Ecopoint6>, 그리고 국내에서 연구된 Korean EcoTndicator'"를 사용하여 영향평가를 수행하였으며, 이들 결과를 상호비교하였다. 그러나, 상기의 각 방법론들은 환경영향범주를 각각 달리 설정하고 있기 때문에 본 연구에서는 각 방법론에서 비교적 공통적으로 사용되고 있는 자원고갈(Abiotic Resources Depletion; ARD), 지구온난화(Global Warming; GW), 오존층(Ozone Layer Depletion; OD), 광화학 산화물생성 (Photochemical Oxidant Creation; POC), 산성비(Acidification; AC), 부영양화(Eutro phica-tion; EU), 생태독성 (Eco-toxicity; ET), 인간독성(Human Toxicity; HT)의 8가지를 환경 영향범주로 설정하였다.
규명하고 검토하는 단계이다. 본 연구에서는 환경영향 범주별로 영향이 큰 물질들을 선정하여 key factor로 구성하였는데, 여기서 구성된 key factor 들은 개선계획을 세울 때 우선적으로 개선 대상에 포함시키게 된다. Table 7에는 각 영향평가 방법론별 key factor를 영향범주별로 정리하여 나타내었다.
본 연구의 목록분석 결과를 외국의 연구 결과13,14)와 비교하여 신뢰도를 검증하고, 어떤 부분에서 환경영향의 차이가 발생하는지를 고찰하였다. 외국의 예로서 본 연구에서 분석한 제품과 동일한 제품을 선정하였으며, 분석 범위도 본 연구에서와 같이 원료취득, 원료수송, 제조까지의 동일한 시스템 범위 내에서 평가한 결과를 이용하였다.
2.2 수송단계
수송부문에 대한 목록분석으로서 수입된 칩의 항만 도착에서 펄프제조 회사까지를 분석하였다. 이때 원료 수송거리는 평균 20 km이며, 수송 시 사용되는 트럭은 순적재 중량이 29.
이에 본 연구에서는 연구범위에서 설명한 바와 같이 해외로부터의 칩 수입에 대해서만 고려하였다. 원료취득단계에서는 Table 2에서 나타낸 바와 같이, 국내에 수입되는 칩 제조용 목재에 대하여 조림과 벌목 시 소비되는 에너지량13,14)을 고려하여 분석하였다.
펄프제조에 대한 원료취득단계에서 의 목록분석은 국내에서의 펄프생산을 기초로 한 자료조사를 토대로 분석하였다. 현재, 국내 제지산업에서는 펄프생산을 위해 원료 칩 조달의 80%를 수입에 의존하고 있으며, 단 20%만을 국내에서 조달하고 있다.
또한 펄프를 제조하는 과정에서 BC유, 전력 등의 에너지가 소비되며, 이로 인해 SOx, NOx 등의 대기오염물질이 배출되는 것으로 나타났다. 폐수처리장에서의 수질오염물질 데이터와 슬러지, 폐유, 폐목재 등의 폐기물도 각각 정리하여 나타내었다.

대상 데이터

)는 LCA를 수행하는 기본적인 단위 즉, 시스템이 나타내는 성능 지수를 의미하는데 이는 목적을 서술할 때 발생할 수 있는 모호성을 피하고 범위 선정의 근거를 확실히 하기 위해 반드시 필요하다. 본 연구에서 대상 제품은 펄프 1 ton을 기준으로 하여 기능단위를 설정하였다.
따라서 동종 제품의 모든 업체를 대상으로 자료를 수집하여 평균을 구한다는 것은 대단히 어 려우며, 또한 그 평균값이 관련 제품을 대표한다고도 볼 수 없다. 본연구에서는 천연펄프를 생산하고 있는 국내의 한 업체를 대상으로 자료를 수집하였다. 단, 해외에서 조목 공정을 거친 후 칩화 되어 국내에 들어오는 경우에 대해서는 해외에서 분석한 자료를 인용하였다.
영향평가는 전 절에서 고려한 3가지 영향평가 방법론을 이용하였으며, 수행결과를 본 연구의 결과 값과 비교하였다. 비교를 위한 외국자료는 캐나다에서 분석된 것으로, 크라프트 표백펄프를 1 ton 생산 시 투입되고 배출되는 목록분석 자료이며, Table 8에 캐나다에서 분석한 목록분석의 결과 값과 국내의 결과 값을 비교하여 나타내었다. 한 예로 펄프 1 ton 을 생산 시 목재 칩의 투입량이 캐나다의 경우가 국내보다 4H) kg정도가 많았으며, 배출량을 비교하면 지구온난화에 가장 크게 기여하는 물질인 CO₂의 경우, 캐나다에서 L02E+06 g정도 더 많이 배출되었고 산성비에 크게 기여하는 물질인 NOx는 6.
외국의 예로서 본 연구에서 분석한 제품과 동일한 제품을 선정하였으며, 분석 범위도 본 연구에서와 같이 원료취득, 원료수송, 제조까지의 동일한 시스템 범위 내에서 평가한 결과를 이용하였다. 영향평가는 전 절에서 고려한 3가지 영향평가 방법론을 이용하였으며, 수행결과를 본 연구의 결과 값과 비교하였다.

데이터처리

LCA수행결과를 가지고 영향범주별 주요 영향물질을 추적해 본 결과, 자원고갈, 지구온난화, 생태독서 인간독성 등에 대한 환경 영향이 큰 것으로 나타났다. 또한, 본 연구의 결과 값과 외국 관련산업의 연구사례를 비교하여 연구 결과의 신뢰성을 검증하였다.
외국의 예로서 본 연구에서 분석한 제품과 동일한 제품을 선정하였으며, 분석 범위도 본 연구에서와 같이 원료취득, 원료수송, 제조까지의 동일한 시스템 범위 내에서 평가한 결과를 이용하였다. 영향평가는 전 절에서 고려한 3가지 영향평가 방법론을 이용하였으며, 수행결과를 본 연구의 결과 값과 비교하였다. 비교를 위한 외국자료는 캐나다에서 분석된 것으로, 크라프트 표백펄프를 1 ton 생산 시 투입되고 배출되는 목록분석 자료이며, Table 8에 캐나다에서 분석한 목록분석의 결과 값과 국내의 결과 값을 비교하여 나타내었다.

성능/효과

5에 나타내었다. Eco-indicator 95를 이용한 영향평가 결과, 인간독성에 대한 환경영향이 6.16E+03(Persorryear/f.u)로 약 60%를 차지했으며, 다음으로는 산성비가 16%, 지구온난화가 12%를 차지하는 것으로 나타났다. 또한, Ecopoint의 경우, 인간독성에 대한 환경영향이 5.
동일한 목록분석 결과 값을 가지고 영향평가를 하였지만, 각 방법론별 환경영향이 상당한 차이를 나타내었는데, 이는 각 방법마다 환경영향범주에 대한 가중정도가 다르기 때문이다. LCA수행결과를 가지고 영향범주별 주요 영향물질을 추적해 본 결과, 자원고갈, 지구온난화, 생태독서 인간독성 등에 대한 환경 영향이 큰 것으로 나타났다. 또한, 본 연구의 결과 값과 외국 관련산업의 연구사례를 비교하여 연구 결과의 신뢰성을 검증하였다.
나타내었다. 각 영향평가 방법론별 결과를 보면, Eco-indicator 에서는 자원고갈에 대한 영향을, Ecopoint에서는 자원고갈, 오존층파괴, 생태독성에 대한 영향을 고려하지 않고 있다. 이는 방법론 별로 중요시 하는 영향범주만을 평가항목으로 선정하고 있기 때문이다.
Table 4에서와 같이, 펄프 1 ton을 생산하기 위하여 약 1, 985 kg의 목재칩이 주원료로 사용되며, 수산화나트륨, 염소산나트륨, 알럼, 황산 등이 부원료로 첨가되는 것으로 나타났다. 또한 펄프를 제조하는 과정에서 BC유, 전력 등의 에너지가 소비되며, 이로 인해 SOx, NOx 등의 대기오염물질이 배출되는 것으로 나타났다. 폐수처리장에서의 수질오염물질 데이터와 슬러지, 폐유, 폐목재 등의 폐기물도 각각 정리하여 나타내었다.
u)로 약 60%를 차지했으며, 다음으로는 산성비가 16%, 지구온난화가 12%를 차지하는 것으로 나타났다. 또한, Ecopoint의 경우, 인간독성에 대한 환경영향이 5.86E+05 (Ecopoint/f.u)로 약 36%를 차지했으며, 다음으로는 산성비가 24%, 지구온난화가 17%를 차지하는 것으로 나타났으며, Korean eco-indicator의 경우, 자원고갈에 대한 환경영향이 4.90E+00 (Persorryear/f.u)로 약 88%를 차지했으며, 다음으로는 생태독성이 8%, 지구온난화가 2%를 차지하는 것으로 나타났다.
88%)가 key factor로 나타났으며, 지구온난화의 key factor는 모든 방법에서 CO₂, CH₄ 물질이 공통적으로 나타났다. 생태독성은 Korean eco-indicator와Eco-indicator 95에서만 고려하고 있는데, 전자의 경우 PAH's(86.70%)와 Toluene (4.20%)가 그리고, 후자의 경우 Cd(37.96%) Ni (23.38%), Pb( 16.36%) 등의 물질이 key factor가 되는 물질로 나타났다. 이러한 key factor들은 환경영향을 저감하기 위한 방침이나 대책을 강구할 때 중요한 자료가 된다.
자원고갈을 고려하고 있는 방법인 Korean eco-indicator에서는 Oil(94.67%), Natural gas (4.88%)가 key factor로 나타났으며, 지구온난화의 key factor는 모든 방법에서 CO₂, CH₄ 물질이 공통적으로 나타났다. 생태독성은 Korean eco-indicator와Eco-indicator 95에서만 고려하고 있는데, 전자의 경우 PAH's(86.
캐나다 자료에 대한 영향평가 결과와 본 연구의 영향평가를 비교해 본 결과, 전체적인 경향은 비슷하게 나타나 연구결과의 신뢰성을 검증할 수 있지만, 환경 영향의 크기는 다소 차이를 나타내었다. 예를 들어, Korean eco-indicator에서는 국내의 영향평가 결과가 캐나다의 영향평가 결과보다 5.
비교를 위한 외국자료는 캐나다에서 분석된 것으로, 크라프트 표백펄프를 1 ton 생산 시 투입되고 배출되는 목록분석 자료이며, Table 8에 캐나다에서 분석한 목록분석의 결과 값과 국내의 결과 값을 비교하여 나타내었다. 한 예로 펄프 1 ton 을 생산 시 목재 칩의 투입량이 캐나다의 경우가 국내보다 4H) kg정도가 많았으며, 배출량을 비교하면 지구온난화에 가장 크게 기여하는 물질인 CO₂의 경우, 캐나다에서 L02E+06 g정도 더 많이 배출되었고 산성비에 크게 기여하는 물질인 NOx는 6.70E+02 g정도 더 많이 배출되었다. 이와 반대로 SOx의 경우에는 국내의 자료가 5.
세계적으로 이러한 영향평가 방법론의 차이점을 해결하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있는 것도 이러한 이유에 기인한다고 할 수 있다. 한편, 전체적인 영향평가 결과에서는 자원고갈, 인간독성, 생태독성, 지구온난화 등에 대한 환경영향이 가장 많이 차지하고 있음을 알 수 있다.

후속연구

수 있을 것이다. 또한, 평가결과에 따라 필요한 경우 EMS(환경경영시스템)방침, 목표 등의 변경을 위한 기초 자료를 제공할 수 있을 것이다. 또한, 2002년부터 제품의 환경성적표지제도(Type Ⅲ)가 본격적으로 시행되고 있는 현 시점에서, 이에 탄력적으로 대응할 수 있는 근거를 마련하였다고 할 수 있을 것이다.
이에 본 연구에서는 천연펄프에 대한 환경부하를 LCA기법을 이용하여 평가함으로써, 펄프의 life cycle에서 발생하는 환경오염물질을 목록화하여 제시하고, 이들이 환경에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 이는 지류관련 제품에 대한 LCA 수행 시 필수적인 환경 정보를 제공하는데 그 의의가 있으며, 향후 관련 기업의 환경친화적 제품설계(DfE: Design for Environment), EMS (Environmental Management System) 그리고 기타 제품의 환경개선에 필요한 기초 자료로 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 현재 환경부에서 시행중인 환경 성적 표지 제도(Type Ⅲ)10)에 대응할 수 있는 근거자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
한편, 본 연구에서 수행된 LCA결과는 종이와 관련된 기업의 환경친화적인 제품 설계(DfQ어) 활용될 수 있을 것이며, 환경친화적 대안을 선택하는데 활용될 수 있을 것이다. 또한, 평가결과에 따라 필요한 경우 EMS(환경경영시스템)방침, 목표 등의 변경을 위한 기초 자료를 제공할 수 있을 것이다.
판단에 많은 어려움이 있었다. 향후, 보다 신뢰성 있는 LCA를 수행하기 위해서는 표준화된 공정과 범위설정, 기능단위 등에 관한 표준 가이드라인, 그리고 국가 차원의 공용 데이터베이스가 구축되어 각 제품의 LCA수행에 활용되어져야 할 것이다.

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