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보리의 생산과정에서 발생하는 탄소배출량 산정 및 전과정평가 적용
Estimation of Carbon Emission and Application of LCA (Life Cycle Assessment) from Barely (Hordeum vulgare L.) Production System 원문보기

韓國土壤肥料學會誌 = Korean journal of soil science & fertilizer, v.43 no.5, 2010년, pp.722 - 727  

소규호 (국립농업과학원 농업환경부 기후변화생태과) ,  박정아 (에코네트워크(주)) ,  이길재 (농업기술실용화재단) ,  유종희 (국립농업과학원 농업환경부 기후변화생태과) ,  심교문 (국립농업과학원 농업환경부 기후변화생태과) ,  노기안 (국립농업과학원 농업환경부 기후변화생태과)

초록
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보리생산체계의 탄소성적을 평가하기 위하여 쌀보리, 겉보리, 맥주보리로 구분하여 LCI database 구축하고 전과정 영향평가를 통한 잠재적 환경영향을 평가하였다. LCI 구축을 위한 영농 투입물과 산출물에 대한 데이터 수집결과 맥주보리의 경우 전반적인 투입량이 맥종 중 가장 높았으며, 특히 비료투입량이 9.52E-01 kg $kg^{-1}$ two-rowed braley로 다른 품종에 비해 월등히 높았으며, 이에 따른 포장에서의 직접대기배출량 ($CO_2$, $CH_4$, $N_2O$)도 9.74E-02 kg $kg^{-1}$ two-rowed braley로 가장 높게 나타났다. LCI 분석 결과 쌀보리, 겉보리, 맥주보리의 탄소성적 값은 각각 1.25E+00 kg $CO_2$-eq. $kg^{-1}$ naked braley, 1.09E+00 kg $CO_2$-eq. $kg^{-1}$ hulled braley, 1.71E+00 $CO_2$-eq. $kg^{-1}$ two-rowed barley였다. 영농투입량이 가장 많은 맥주보리의 탄소성적이 가장 높았다. $CO_2$는 주로 비료생산공정과 보리생산에서 발생하며, 품종 중에서 맥주보리의 $CO_2$ 발생이 1.09E+00 kg $CO_2$ $kg^{-1}$ barley으로 가장 높았다. $N_2O$는 질소시비에 의한 재배 포장의 배출량이 가장 많았고, 특히 질소시비량이 가장 많은 겉보리가 재배 중 직접배출량이 가장 많았고 값은 7.55E-04 kg $N_2O\;kg^{-1}$ barley였다. 전과정 영향평가 수행결과 GWP의 특성화 값은 쌀보리, 겉보리, 맥주보리가 각각 1.25E+00, 1.09E+00, 1.71E+00 kg $CO_2$-eq. $kg^{-1}$이었고, GWP 값에 영향을 주는 보리생산체계의 주요 요인는 비료생산과 보리재배 작업이었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study was conducted to estimate the carbon footprint and to establish the database of the LCI (Life Cycle Inventory) for barely cultivation system. Barley production system was separated into the naked barley, the hulled barley and the two-rowed barley according to type of barley species. Based...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • LCI로 산정된 탄소성적의 공정별 기여도를 분석하였다. 보리생산 전과정을 비료 생산공정, 농약 생산공정, 에너지 생산공정, 농자재 생산 공정, 보리생산공정, 폐기물처리공정으로 구분하고, 온실가스 중 밭 작물생산에서 주로 발생하는 CO2, N2O를 대상으로 공정간 기여도를 비교하였다 (Fig.
  • 전과정 영향평가의 의무수행 사항인 분류화와 특성화에서 규정되는 환경영향범주와 그 단위는 Table 1과 같이 표시된다. 각 영향범주의 단위는 관련된 잠재적 환경영향을 대표하는 기준물질로 정해지며, 관련물질들은 기준물질에 대한 상응값을 적용하여 특성화 값을 산정하였다.
  • LCI로 산정된 탄소성적의 공정별 기여도를 분석하였다. 보리생산 전과정을 비료 생산공정, 농약 생산공정, 에너지 생산공정, 농자재 생산 공정, 보리생산공정, 폐기물처리공정으로 구분하고, 온실가스 중 밭 작물생산에서 주로 발생하는 CO2, N2O를 대상으로 공정간 기여도를 비교하였다 (Fig. 4). CO2는 비료생산과 보리생산에서 주로 발생하였고, 비료생산공정에서 가장 많은 발생하였다.
  • 보리생산체계의 탄소성적을 평가하기 위하여 쌀보리, 겉보리, 맥주보리로 구분하여 LCI database 구축하고 전과정 영향평가를 통한 잠재적 환경영향을 평가하였다. LCI 구축을 위한 영농 투입물과 산출물에 대한 데이터 수집결과 맥주보리의 경우 전반적인 투입량이 맥종 중가장 높았으며, 특히 비료투입량이 9.
  • 정의된 시스템 범위 및 경계는 Gate to gate (GtG)를 원칙으로 농작물 생산단계 (육묘, 정식, 재배, 수확)에 사용되는 원료물질 (종자, 묘), 보조 물질 (농약, 비료, 농자재 등), 에너지 (전기, 경유 등) 농작물의 투입물과 대기, 수계, 토양을 부하되는 배출물 및 투입물의 생산공정과 폐기물처리공정의 상·하위 공정(sub-system) 등을 포함하였다. 본 연구에서는 LCI D/B 구축 및 전과정평가를 수행할 때, 겉보리, 맥주보리, 쌀보리의 맥종별 구분하였으나, 시스템범위는 동일하게 적용하였다. 이는 맥종별로 비료시비량 등 세부적인 차이가 있으나 전체적인 작부체계는 차이가 없기 때문이다.
  • 본 연구에서는 파종에서 수확기까지 1년 1기작을 기준으로 보리의 종류를 겉보리, 쌀보리, 맥주보리로 구분하여 대상 작물에 대한 1차 농산물 및 농자재의 LCI D/B 구축과 탄소원단위 산정 및 전과정 영향평가를 수행하였다.
  • LCI D/B 구축을 위하여 영농 투입․배출물에 대한 관련 자료는 2007 농축산소득자료집 (RDA, 2008)을 중심으로 관련 통계, 문헌자료, 설문조사, 전문가 인터뷰, 현장방문을 통하여 수집하였다. 영농 투입량을 수집할 때 복합비료의 사용량은 유효성분사용량을 바탕으로 추정하였으며, 농약사용량은 작물별 농약 사용가중치를 적용한 지수를 사용하여 계산하였고 (KCPA, 2007), 연료 사용 및 비료 사용으로 인한 대기배출물은 IPCC 1996 배출계수를 통해 배출량을 산출하였다. 영농폐기물 배출 및 처리량은 농업폐기물 통계 (KWA, 2007, MIFAFF, 2004)등의 자료를 토대로 배출량을 산정하였다.
  • 정의된 시스템 범위 및 경계는 Gate to gate (GtG)를 원칙으로 농작물 생산단계 (육묘, 정식, 재배, 수확)에 사용되는 원료물질 (종자, 묘), 보조 물질 (농약, 비료, 농자재 등), 에너지 (전기, 경유 등) 농작물의 투입물과 대기, 수계, 토양을 부하되는 배출물 및 투입물의 생산공정과 폐기물처리공정의 상·하위 공정(sub-system) 등을 포함하였다.

대상 데이터

  • LCI D/B 구축을 위하여 영농 투입․배출물에 대한 관련 자료는 2007 농축산소득자료집 (RDA, 2008)을 중심으로 관련 통계, 문헌자료, 설문조사, 전문가 인터뷰, 현장방문을 통하여 수집하였다. 영농 투입량을 수집할 때 복합비료의 사용량은 유효성분사용량을 바탕으로 추정하였으며, 농약사용량은 작물별 농약 사용가중치를 적용한 지수를 사용하여 계산하였고 (KCPA, 2007), 연료 사용 및 비료 사용으로 인한 대기배출물은 IPCC 1996 배출계수를 통해 배출량을 산출하였다.
  • 3)를 사용하였다. 이때 시스템 상․하위 흐름 D/B는 국내 환경부, 지경부 D/B와 국내 구축물이 없는 경우 해외 D/B (스위스 Ecoinvent database)를 사용하였다.

데이터처리

  • 위와 같이 수집된 입출력 데이터를 LCI 평가도구인 PASS software로 분석하여 결과를 교토의정서 규정 6대 온실가스를 중심으로 CO2값으로 환산하여 나타내었다 (Fig 2). 여기서 6대 온실가스 (GHG, Green House Gas) 는 이산화탄소 (CO2), 메탄 (CH4), 아산화질소 (N2O), 수소불화탄소 (HFCs), 육불화황 (SF6), 과불화탄소 (PFCs) 이며, 밭농사에서 주로 배출되는 온실가스는 CO2, CH4, N2O이다 (IPCC 2001, Lee and Suh, 1993).

이론/모형

  • 영구 재사용이 가능한 농자재는 시설로 간주하여 이로 인한 환경영향은 고려하지 않았다. LCI 분석을 통한 탄소원 단위 성적과 전과정 평가를 위하여 지식경제부 산하 한국인정원에서 개발한 소프트웨어 (PASS 4.1.3)를 사용하였다. 이때 시스템 상․하위 흐름 D/B는 국내 환경부, 지경부 D/B와 국내 구축물이 없는 경우 해외 D/B (스위스 Ecoinvent database)를 사용하였다.
  • 보리의 전과정 평가 (LCA, Life Cycle Assessment)는 쌀보리, 맥주보리, 겉보리로 구분하여 국제표준화기구 (ISO, International Standard Organization)에서 제정한 환경경영체제에 관한 국제표준 ISO 14040의 규격에 의거하여 연구 목적 및 범위, 전과정 목록분석, 전과정 영향 평가, 해석의 단계를 거쳐 수행하였다 (ISO, 2006).
  • 영농 투입량을 수집할 때 복합비료의 사용량은 유효성분사용량을 바탕으로 추정하였으며, 농약사용량은 작물별 농약 사용가중치를 적용한 지수를 사용하여 계산하였고 (KCPA, 2007), 연료 사용 및 비료 사용으로 인한 대기배출물은 IPCC 1996 배출계수를 통해 배출량을 산출하였다. 영농폐기물 배출 및 처리량은 농업폐기물 통계 (KWA, 2007, MIFAFF, 2004)등의 자료를 토대로 배출량을 산정하였다. 여기서 농약병, 비료포대 등의 운부자재 포장에 대한 환경부하는 고려되지 않았고, 비료 사용으로 인한 직접토양배출물은 적합한 배출계수의 부재로 고려하지 않았다.
  • 전과정 영향평가를 위하여 지식경제부의 영향평가 방법 론을 대입한 PASS software를 사용하였다. 전과정 영향평가의 의무수행 사항인 분류화와 특성화에서 규정되는 환경영향범주와 그 단위는 Table 1과 같이 표시된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
국내에서 LCA를 적용한 환경평가의 대표적인 사례는 무엇인가? 국내에서 LCA를 적용한 환경평가의 대표적인 사례는 환경부에서 2001년 2월부터 시행한 환경성적표지제도이다. ISO/TR14025로 표준화된 Type Ⅲ의 환경성적표지제는 자사제품의 환경성을 주장하고자 하는 모든 당사자가 공인된 제3자의 인증을 통하여 제품에 대한 정량적인 환경정보를 소비자에게 알리는 제도로 LCA를 통해 제품의 정량적 환경정보를 도출하게 된다 (ISO 14025, 2006; 환경부, 2004).
우리나라 가을보리의 재배한계선은 어떻게 되는가? 보리는 겨울을 지나는 작물로서 겨울철 유휴농경지 활용이 가능하여, 우리나라에서는 벼-보리 이모작 재배의 작부형태로 많이 재배되고 있다. 우리나라 가을보리의 재배한계선은 1월 평균기온 -6℃이고 벼와 이모작의 가을보리는 -4℃, 봄보리는 -8℃이다 (Shim et al. 2004).
보리생산체계의 탄소성적을 평가하기 위하여 쌀보리, 겉보리, 맥주보리로 구분하여 LCI database 구축하고 전과정 영향평가를 통한 잠재적 환경영향을 평가한 결과는 무엇인가? 보리생산체계의 탄소성적을 평가하기 위하여 쌀보리, 겉보리, 맥주보리로 구분하여 LCI database 구축하고 전과정 영향평가를 통한 잠재적 환경영향을 평가하였다. LCI 구축을 위한 영농 투입물과 산출물에 대한 데이터 수집결과 맥주보리의 경우 전반적인 투입량이 맥종 중가장 높았으며, 특히 비료투입량이 9.52E-01 kg kg-1 two-rowed braley로 다른 품종에 비해 월등히 높았으며, 이에 따른 포장에서의 직접대기배출량 (CO2, CH4, N2O)도 9.74E-02 kg kg-1 two-rowed braley로 가장 높게 나타났다. LCI 분석 결과 쌀보리, 겉보리, 맥주보리의 탄소성적 값은 각각 1.25E+00 kg CO2-eq. kg-1 naked braley, 1.09E+00 kg CO2-eq. kg-1 hulled braley, 1.71E+00 CO2-eq. kg-1 two-rowed barley였다. 영농투입량이 가장 많은 맥주보리의 탄소성적이 가장 높았다. CO2는 주로 비료생산공정과 보리생산에서 발생하며, 품종 중에서 맥주보리의 CO2 발생이 1.09E+00 kg CO2 kg-1 barley으로 가장 높았다. N2O는 질소시비에 의한 재배 포장의 배출량이 가장 많았고, 특히 질소시비량이 가장 많은 겉보리가 재배 중 직접배출량이 가장 많았고 값은 7.55E-04 kg N2O kg-1 barley였다. 전과정 영향평가 수행결과 GWP의 특성화 값은 쌀보리, 겉보리, 맥주보리가 각각 1.25E+00, 1.09E+00, 1.71E+00 kg CO2-eq. kg-1이었고, GWP 값에 영향을 주는 보리생산체계의 주요 요인는 비료생산과 보리재배 작업이었다.
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참고문헌 (17)

  1. 농촌진흥청. 1989. 농업지대별 작목배치도. p. 741. 

  2. 환경부. 2004. 환경성적표지 작성지침 및 인증기준. 환경 부고시 제2004-26호. 

  3. 환경부. 2009. 탄소성적표지 인증제품 현황. 

  4. IPCC (Intergovernmental Pannel on Climate Change), 2001. Climate change 2001, Radioactive forcing of climate change, The scientific basis. Cambridge University press, UK. pp. 388-390. 

  5. IPCC. 2006. 2006 IPCC Guidelines for national greenhouse gas inventories, Prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme, Eggleston H. S., Buendia L., Miwa K., Ngara T. and Tanabe K. (eds). IGES, Japan. 

  6. Iserman, K. 1994. Agriculture's share in the emissions of trace gases affecting the climate and some cause oriented proposal for reducing this share, Environ. Pollut. 83:95-11. 

  7. ISO (International Organization for Standardization), 2006. ISO 14040:2006(E) Environmental Management - Life Cycle Assessment - Principles and Framework. 

  8. ISO 14025. 2006. Environmental labelling and declarations. Type III environmental declarations. Principles and procedures. International Standard. ISO, Geneva, pp. 25. 

  9. KCPA (Korea Crop Protection association). 2007. Agrochemical use guide book. Korea Crop Protection association. Seoul, Korea. 

  10. KCPA (Korea Crop Protection association). 2007. Agrochemical year book. Korea Crop Protection association. Seoul, Korea. 

  11. KFIA (Korea Fertilizer Industry Association). 2007. fertilizer production data. Korea Fertilizer Industry Association. Seoul, Korea. www. fert-kfia.or.kr. 

  12. KWA (Korea Waste Association). 2007. Agricultural waste data. Korea Waste Association. Seoul, Korea. www. kwaste. or. kr/data/ 

  13. Lee, S.K. and J.S. Suh. 1993. Emission of Greenhouse in the agricultural environment. 1. The cropping system and emssion of the greenhouse - $CO_{2}$ , $CH_{4}$ , $N_{2}O$ - under different cropping system. Journal of Korean soc. soil sci. fert. 26:49-56. 

  14. MIFAFF (Ministry for Food, Agriculture, Forestry and Fisheres). 2004. A study on Establishing effective management system for equipped agricultural input wastes. C2004-A1. Ministry for Food, Agriculture, Forestry and Fisheres. Seoul, Korea. 

  15. NAQS (National Agricultural production Quality management Service). 2006. cultivation trend of Major crops. 

  16. RDA (Rural Development Administration). 2008. 2007 Agro-livestock incomes data book. Rural Development Administration. Suwon, Korea. 

  17. Shim, K.M., J.T. Lee, Y.S. Lee, and G.Y. Kim. 2004. Recalssification of winter barley cultivation zone in Korea based on recent evidences and in climate change. Korean J. of Agricultural and Forest meteorology. 6: 218-234. 

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