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문제 정의
- 본 연구는 시멘트 산업 분야의 국내 특성을 반영한 산업 및 공정 시설별 CO2 배출 특성을 규명하고 배출계수를 체계적으로 개발하는 것을 목적으로 하였다. 이는 배출권거래제 및 대기오염방지설비의 설계, 오염저감계획의 수립 등 정책 수립에 주요한 정보로 사용될 수 있으며, 뿐만 아니라 국제적으로도 국가 간 기후변화협약과 생물다양성협약 등 각종 국제 환 경협 약, UNEP 및 OECD 등 환경 관련 국제기구 및 주요 국가 간 환경협력 방안 및 대응 모색에 유용한 정보로 사용될 것이다.
- 본 연구에서는 실측에 의한 CO2 배출량과 IPCC 가이드라인에서 제시하는 배출량 산 정식에 따른 이론적 배출량을 함께 분석함으로써 산업장별 이론적 배출량과 실측 배출량을 비교하고, 이를 통하여 최종산정된 실측 배출계수의 국내 적용가능성을 검증하고자 하였다. 표 1은 실측배출량과 배출량 계산시 사용된 농도, 유량 등을 나타낸 것이고 표 2는 IPCC 산정 지침에 따른 산업공정 부문의 이론적 배출량과 사용된 배출계수, 활동도를 나타낸 것이다.
- 본 연구에서는 우리나라 시멘트 산업부문의 배출원 분류체계에 맞추어 국내 특성을 반영한 산업 및 공정 시설별 CO2 배출 특성 및 배출계수를 개발하기 위해 대표적인 사업장 5개를 선정하여 배출 특성을 파악함과 동시에 배출계수를 산정하였고, 이를 미국 EPA의 배출계수와 비교. 평가하였다.
제안 방법
- 1994년 3월에 50개국 이상이 가입함에 따라 발효되었으며 2001년 9월 7일까지 186개국이 가입하였고, 우리나라는 1993년 12월 47번째로 기후변화협약에 가입하였다. 특히 지난 1997년 12월 일본의 교토에서 개최된 기후변화협약 저13차 당사국총회 (Conference of the Parties, COP)에서 CO?, CH4, N2O, PFCs, HFCs, SF6 등 6가지 가스를 지정하여 Annex I 국가들의 온실가스 배출량 감축을 주요 내용으로 하는 교토의 정서 (Kyoto Protocol)를 채 택했다.
- 조사대상 사업장의 선정은 총 4단계로 이루어지는데, 1단계에서는 SODAM 에 등록된 해당 업종 1~3종 사업장을 조사하였고, 2 단계는 1단계에서 조사된 사업장 중 연료사용이 많은 상위 50% 사업장을 우선 대상으로 하여 그 중 NOX 배출량을 고려하여 선정하였다. 3단계는 업종 대표성 및 업종별 대기 배출 특성을 고려하여 배출시설 및 방지시설현황을 고려하여 실질적인 조사대상 표본사업 장을 선정하였다. 마지막으로 4단계에서는 사업장 방문을 통하여 단위공정 및 최종 생산물을 분석하여 5개 사업장을 최종 선정하였다.
- G-250 (HORI-BA))장비로서 측정범위는 0~20 vol%, 측정항목은 CO2, NO* SO2, CO, 6 이다. CO2 측정은 최종 배출구(굴뚝)에서 직접 실측하였으며, CO, NOX 등은 기타 물질은 공정상황을 판단하기 위하여 함께 분석하였다. 측정방법은 EPA Test method 3A 및 대기공정 시 험방법의 NDIR (Non-dispersive Infrared) 방법을 이용하였다.
- IPCC 산정지침에 따른 산업공정부문과 에너지부문의 사업장별 이론적 CO2 배출 총량을 각각 계산하여 그. 림 4에 나타내었다.
- IPCC 지침에 따른 산업공정 부문 시멘트의 CO2 이론적 배출량은 석회석이 생석회로 소성될 때 발생하는 공정배출인 경우 사업장 자료인 크링커 중 생석회함량, co2 변환율과 실측할 당시의 활동도(크링커생산량)를 산정식에 적용하여 산정하였다. 현장 조사시 획득한 사업장의 생석회 함량은 0.
- 토대로 산정되었다. 국외 배출계수의 경우 직접적으로 배출계수를 제시한 경우는 그대로 나타내 었고, 탄소 함량 및 배출량 산정 식으로 나타난 경우는 본 연구에서 개발된 국내의 탄소 함량을 산 정식에 대입하여 배출계수를 추정하여 나타내었다.
- 달라진다. 따라서 계수 개발 시에 필요한 측정 지점별 배출량과 활동도의 상관관계는 매우 중요하며 이러한 평가를 위하여 회귀식을 이용, 배출계수 산정에 필요한 두 자료를 평가하였다(그림 6). 그림 6에서 보면 굴뚝별 실측 배출량과 활동도(크링커 생산량)는 선형적인 관계를 갖는 것으로 나타났으며, r2값이 0.
- 64) 로 IPCC에서 제시한 값과 거의 유사하였다. 또한, 공정 배출량 외에 킬른 내부에서 연료 연소(폐기물 연료 연소)를 통하여 소성 반응하여 최종 연소 크링커를 생산하게 되는데, 이때 발생하는 CO2 양을 추가로 산정하였다. 이 부분의 배출량은 연료로 사용되는 폐기물 종류별 탄소 함량과 투입량을 가지고 산정하였다.
- 3단계는 업종 대표성 및 업종별 대기 배출 특성을 고려하여 배출시설 및 방지시설현황을 고려하여 실질적인 조사대상 표본사업 장을 선정하였다. 마지막으로 4단계에서는 사업장 방문을 통하여 단위공정 및 최종 생산물을 분석하여 5개 사업장을 최종 선정하였다.
- 배출계수는 각 생산 공정별 배출시설 및 방지시설의 오염물질 배출량을 알 수 있는 기본 인자이므로 배출량 산정에 분모가 될 수 있는 원료투입량, 제품생산량, 연료사용량을 공정별로 파악하고 이를 각 공정별 배출시설의 활동도로 고려하여 산정하였다. 식 (4) 는 배출계수 산정 식을 나타낸 것이다.
- 배출량 분석은 실측 배출량 및 IPCC에서 제시하고 있는 산정지침에 따른 이론적 배출량을 비교하며 수행하였다. 실측 배출량은 co2 실측 평균 농도와 TMS 유량을 통하여 산정하였고, IPCC의 이론적 배출량 산정 방법은 가이드라인에서 제시된 산정식과 사업장 현장 조사시 획득한 활동도를 이용하여 산정하였으며, 구체적인 배출량 산정 식은 다음과 같다 (IEA, 1999; IPCC, 1996).
- 사업장 현장 조사는 시멘트 제조공정에 대한 CO2 배출원 조사표를 이용하여 공정분석, 원료 및 부원료 사용현황, 제품 생산현황, CO2 배출기여 인자 등을 조사하였다. 배출원 조사표는 일반정보, co2 예상 배출원, CO2 배출원 현황, 공정해석, 활동도, 배출 특성값, 배출시설 상세정보, 연료 연소 부분으로 구성되어있다.
- 시멘트 사업장에서는 폐기물의 재활용 및 우수한 열량공급원으로써 고무칩 및 폐타이어와 화석연료를 사용하기 때문에 전체 배출량에 대한 이 부분의 배출량 기여도를 판단할 필요가 있다. 실측에 의한 co2 배출량의 경우 모든 배출인 자가 포함되기 때문에 IPCC 산정지침에 따른 배출량과의 정확한 비교 및 검증을 위하여 산업공정 및 에너지부문의 배출량을 구분하여 분석하였다. 그 결과 연소에 의한 배출량의 경우 총배출량의 30~40%로 무시할 수 없는 양이 배출되는 것으로 나타났다.
- 조사대상 배출원에서 배출되는 온난화 가스 중 CO2는 실측을 하였고, 사업장의 측정대상 굴뚝에 대하여 전수 조사를 실시하였다. 측정 시간은 공정의 부하 변동에 따른 배출 특성을 파악하고자 측정 농도의 변화율이 일정해질 때까지 5초 간격으로 실시간 측정하였으며, 단위 시설의 공정주기가 반영되도록 하였다
- Guidline을 참고하였다. 조사대상 사업장의 선정은 총 4단계로 이루어지는데, 1단계에서는 SODAM 에 등록된 해당 업종 1~3종 사업장을 조사하였고, 2 단계는 1단계에서 조사된 사업장 중 연료사용이 많은 상위 50% 사업장을 우선 대상으로 하여 그 중 NOX 배출량을 고려하여 선정하였다. 3단계는 업종 대표성 및 업종별 대기 배출 특성을 고려하여 배출시설 및 방지시설현황을 고려하여 실질적인 조사대상 표본사업 장을 선정하였다.
- 전수 조사를 실시하였다. 측정 시간은 공정의 부하 변동에 따른 배출 특성을 파악하고자 측정 농도의 변화율이 일정해질 때까지 5초 간격으로 실시간 측정하였으며, 단위 시설의 공정주기가 반영되도록 하였다
대상 데이터
- 채택되었다. 1994년 3월에 50개국 이상이 가입함에 따라 발효되었으며 2001년 9월 7일까지 186개국이 가입하였고, 우리나라는 1993년 12월 47번째로 기후변화협약에 가입하였다. 특히 지난 1997년 12월 일본의 교토에서 개최된 기후변화협약 저13차 당사국총회 (Conference of the Parties, COP)에서 CO?, CH4, N2O, PFCs, HFCs, SF6 등 6가지 가스를 지정하여 Annex I 국가들의 온실가스 배출량 감축을 주요 내용으로 하는 교토의 정서 (Kyoto Protocol)를 채 택했다.
이론/모형
- 실측 배출량은 co2 실측 평균 농도와 TMS 유량을 통하여 산정하였고, IPCC의 이론적 배출량 산정 방법은 가이드라인에서 제시된 산정식과 사업장 현장 조사시 획득한 활동도를 이용하여 산정하였으며, 구체적인 배출량 산정 식은 다음과 같다 (IEA, 1999; IPCC, 1996).
- 보완 연구를 통한 질적 향상이 무엇보다 중요하다고 할 수 있다. 이를 위하여 미국 EPA 의 AP-42(U.S. EPA, 2000, 1997)에서 제시한 신뢰도평가 방법에 준하여 계수의 등급을 부여하였다. 평가는 자료 및 배출계수 등급 평가를 이용한다.
- 조사대상 사업장 선정은 국립환경과학원의 대기 배출원 및 배출량 조사 프로그램 (Source Data Management Program, SOD AM) 을 활용하였으며 (국립환경연구원, 2004, 2002), 기후변화에 관한 정부간기구(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) 등의 Guidline을 참고하였다. 조사대상 사업장의 선정은 총 4단계로 이루어지는데, 1단계에서는 SODAM 에 등록된 해당 업종 1~3종 사업장을 조사하였고, 2 단계는 1단계에서 조사된 사업장 중 연료사용이 많은 상위 50% 사업장을 우선 대상으로 하여 그 중 NOX 배출량을 고려하여 선정하였다.
- CO2 측정은 최종 배출구(굴뚝)에서 직접 실측하였으며, CO, NOX 등은 기타 물질은 공정상황을 판단하기 위하여 함께 분석하였다. 측정방법은 EPA Test method 3A 및 대기공정 시 험방법의 NDIR (Non-dispersive Infrared) 방법을 이용하였다.
성능/효과
- 하지만 5호기, 8호기는 다른 스택에 비해 낮은 농도로 일정한 패턴을 보였다. C, D, E사업장의 각각의 스택은 비교적 일정한 농도변동을 알 수 있었다.
- 51 및 0.952톤의 CO?가 배출되는 것으로 나타났으며, 본 연구에서 산정된 배출계수가 IPCC보다는 높으나 미국 EPA값과는 유사한 값을 갖는 것으로 나타났다. 이러한 차이가 나는 이유는 IPCC 배출계수의 경우 클링커 내 생석회 분율 및 생석회와 이산화탄소 몰비를 통하여 추정된 산업공정 부문만이 고려된 배출계수이기 때문이다.
- 실측에 의한 co2 배출량의 경우 모든 배출인 자가 포함되기 때문에 IPCC 산정지침에 따른 배출량과의 정확한 비교 및 검증을 위하여 산업공정 및 에너지부문의 배출량을 구분하여 분석하였다. 그 결과 연소에 의한 배출량의 경우 총배출량의 30~40%로 무시할 수 없는 양이 배출되는 것으로 나타났다.
- 것으로 나타났다. 그러나 연소에 의한 배출량을 고려하지 않고 IPCC 산정지침에 따른 공정 배출량만을 산정하여 비교하였을 경우, 실측에 의한 배출량이 IPCC에 따른 배출량보다 약 40% 정도 더 큰 것으로 나타났다.
- 그림 3의 실측 그래프에서 순간 피크가 나타나는 농도값에 대해서는 CO, 02 등 기타 물질들과의 분석 및 검증을 통하여 공정상황을 판단하고, 유효한 데이타로서 가치가 있는지를 판단하여 최종 배출계수 산정시에 적용하였다. 그림 3의 실측농도를 살펴본 결과 5개 사업장 19개 소성 시설 스택의 CO? 농도가 17~20%의 농도 값으로 일정한 패턴을 나타내었으나, A사업 장에서는 7개의 스택 중 2개의 스택 (3호기, 5호기)이 비교적 높은 농도변동이 나타남을 알 수 있었다. B 사업장에서는 9개의 스택 중 대부분이 비슷한 농도였으며, 농도변동이 일정함을 알 수 있었다.
- 7로써 비교적 신뢰도가 높은 것으로 나타났다. 따라서 배출계수 산정에 직접 이용된 배출량 및 활동도는 우수한 신뢰도를 갖는 것으로 판단되며 최종 산정된 배출계수의 신뢰도 또한 향상될 것으로 판단된다.
- 본 연구의 실측을 통한 기술형태별 배출계수는 Tier 2 수준의 배출량을 산정할 수 있게 해주고, Tier 1 수준의 배출량보다 더 자세하고 정확한 것이 특징이며 국제적 인 추세도 Tier 2 수준의 배출량을 권고하고 있다. 특히 이러한 배출계수는 고정연소 공정배출원 등 모든 배출인 자가 포함된 값이라는 특징이있다.
- 요약하면, IPCC의 산업공정 중 배출량 산정식에는 연료사용에 관한 항이 없기 때문에 실측 배출량과 차이가 났으며, 그 항을 보정해 줌으로써 유사한 배출량으로 최종 산정되었다.
- 65로 IPCC에서 제시한 값과 유사하였고, 5개 사업장에서 조사된 연소에 의한 배출량을 고려하지 않은 IPCC 산정지침에 따른 공정 배출량 (평균 8, 929 ton/day)보다 실측에 의한 배출량(평균 15, 382ton/day)이 약 40% 정도 더 큰 것으로 나타났다. 이를 검증하기 위해 연소에 의한 배출량까지 고려하여 배출량을 산정한 결과 IPCC 산정지침에 따른 배출량(연소+공정)이 13, 745 ton/day로 유사한 값으로 나타났다.
- 일반적으로 소성 시설의 경우 연속식 공정으로 공정변화가 거의 없으므로 실측 농도 값의 경우도 변화가 거의 없이 일정한 패턴을 가짐을 확인할 수 있었다. 그림 3의 실측 그래프에서 순간 피크가 나타나는 농도값에 대해서는 CO, 02 등 기타 물질들과의 분석 및 검증을 통하여 공정상황을 판단하고, 유효한 데이타로서 가치가 있는지를 판단하여 최종 배출계수 산정시에 적용하였다.
- 조사대상 사업장의 현장 조사 결과, 사업장의 생석 회함량이 0.64~0.65로 IPCC에서 제시한 값과 유사하였고, 5개 사업장에서 조사된 연소에 의한 배출량을 고려하지 않은 IPCC 산정지침에 따른 공정 배출량 (평균 8, 929 ton/day)보다 실측에 의한 배출량(평균 15, 382ton/day)이 약 40% 정도 더 큰 것으로 나타났다. 이를 검증하기 위해 연소에 의한 배출량까지 고려하여 배출량을 산정한 결과 IPCC 산정지침에 따른 배출량(연소+공정)이 13, 745 ton/day로 유사한 값으로 나타났다.
- 최종적으로, 연소에 의한 배출량 및 공정 배출량을 고려한 IPCC에 따른 배출량과 실측에 의한 배출량을 비교한 결과 약간의 차이는 있었지만, 대체적으로 유사하게 나타났다. 차이가 나는 부분은 IPCC의 배출량 산정식의 경우, 활동도인 크링커 생산량과 배출계수로 판단할 수 있는 크링커 내 생성회 함량, 이산화탄소 및 탄소의 몰비로 나타나기 때문에, 이것은 이상적인 연소상태에서만 정확한 배출량이 될 것으로 판단된다.
후속연구
- 또한 배출량의 신뢰성을 고려하면 실측에 의한 방법론으로 일원화하는 것이 바람직하나 세분화된 업종과 시설별로 대표성 있는 배출계수를 지속적으로 개발할 수 있는 연구기반을 마련하는 것이 필요하다.
- 본 연구에서 개발된 CO2 배출계수는 교토협약에 따라 가까운 장래에 온실가스 의무감축국으로 포함될 가능성이 있어 이에 대한 국가적인 전략개발이 마련되어야 하며, 온실가스감축에 대비한 대책 마련시 기초적인 자료로 활용될 것으로 사료된다. 또한 배출량의 신뢰성을 고려하면 실측에 의한 방법론으로 일원화하는 것이 바람직하나 세분화된 업종과 시설별로 대표성 있는 배출계수를 지속적으로 개발할 수 있는 연구기반을 마련하는 것이 필요하다.
- 하였다. 이는 배출권거래제 및 대기오염방지설비의 설계, 오염저감계획의 수립 등 정책 수립에 주요한 정보로 사용될 수 있으며, 뿐만 아니라 국제적으로도 국가 간 기후변화협약과 생물다양성협약 등 각종 국제 환 경협 약, UNEP 및 OECD 등 환경 관련 국제기구 및 주요 국가 간 환경협력 방안 및 대응 모색에 유용한 정보로 사용될 것이다.
- 배출원 조사표는 일반정보, co2 예상 배출원, CO2 배출원 현황, 공정해석, 활동도, 배출 특성값, 배출시설 상세정보, 연료 연소 부분으로 구성되어있다. 특히 공정별 CO2 배출 특성 및 배출인자에 대한 상세 정보는 현장 조사 및 배출원 조사표를 이용하여 최종 구축되었으며, 이 부분은 향후 국내 산업 특성을 반영한 배출계수를 산정할 경우 필수적인 자료로 활용될 수 있다.
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