[논문]벌크선박과 유조선의 온실 가스 배출 인벤토리 분석

임남균; 이승룡

doi:10.5394/kinpr.2010.34.3.189

문제 정의

본 연구에서는 화물을 싣고 운항하는 화물 선박의 데이터를 활용하여, 실 선박의 온실 가스 배출량을 정량적으로 추정하기 위한 접근을 시도하였다. 이러한 연구는 향후 국가적 차원에서 온실가스 배출량에 대한 감축 정책이나 관련 자료의 활용에 중요한 데이터로 사용될 수 있기 때문에 중요할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 전과정평가의 화물선박에 대한 적용을 위해 LCA의 핵심적인 단계의 하나인 운항단계의 온실배기가스 인벤토리 분석을 실시하였다. 대상 선박은 국내 ‘S’사 소속의 광탄선과 일본 ‘I’‘사 소속 유조선을 모델로 삼았다.
화물의 종류에 따라 운항 형태가 달라지기 때문이다. 이를 위해서는 정기선 및 부정기선을 모두 포함한 데이터를 분석하여야 하지만, 데이터 확보의 어려움으로 본 연구에서는 그 기초 연구로서 우선 광탄선과 유조선을 모델로 삼았다. 분석에 사용한 기본 자료는 두 선박의 항해 실적 데이터로부터 획득하였으며 벌크선박의 경우 2002년 7월부터 2006년 1월, 유조선의 경우 2003년 1월부터 2006년 11월까지의 Abstract log book(이후 ‘Ab-log’이라 함)과 SHIP'S PARTICULAR, 화물 운송량, 기항지, 항로 등에 대한 정보를 사용하였다.
본 연구에서는 화물선의 운항 중에 배출되는 배기 가스량을 분석하기 위하여 두 종류의 화물선이 항해 중에 소비한 에너지를 바탕으로 배출 가스량을 추정하였다.
본 연구에서는 두 화물선이 화물 운송을 하는데 있어서, 화물 1톤을 1마일 운송하는데 소요된 배출 가스량을 분석하였다. 이러한 방식은 화물선의 고유 업무인 화물운송 업무에서 얼마의 선박 배기 가스가 방출되는지 알 수 있는 자료로 활용될 수 있다.

제안 방법

이러한 연구는 향후 국가적 차원에서 온실가스 배출량에 대한 감축 정책이나 관련 자료의 활용에 중요한 데이터로 사용될 수 있기 때문에 중요할 것으로 판단된다. 이를 위하여 벌크선박(Bulk Carrier), 유조선(Oil Tanker) 두 선박을 모델로 설정하여 다년 간의 항해 실적 자료를 분석하였다. 분석된 자료를 활용하여, 두 선박이 화물 수송할 때 발생하는 온실 가스량을 정량적으로 분석 제시하였다.
이를 위하여 벌크선박(Bulk Carrier), 유조선(Oil Tanker) 두 선박을 모델로 설정하여 다년 간의 항해 실적 자료를 분석하였다. 분석된 자료를 활용하여, 두 선박이 화물 수송할 때 발생하는 온실 가스량을 정량적으로 분석 제시하였다.
의 발열량의 비를 이용한 연구(木原,2004)를 인용하였다. F.O.의 발열량은 9,600kcal/kg이고 D.O.의 발열량은 10,200kcal/kg이므로 D.O.의 발열량은 F.O의 약 1.06배이므로, 이를 이용하여 배출 유해가스를 계산하였다. 이렇게 얻은 결과는 Table 5와 같다.
이 결과를 이용하여 화물 1톤을 1마일 운송하는데 발생하는 대기오염 물질(g/ton-mile)을 표시한 것이 Table 8이다. 계산 방법으로는 첫 항차부터 마지막 항차까지 발생한 대기 오염물질 총량을 총 항해 거리의 합과 화물량의 항차별 곱으로 나누어 구하였다. 화물 1톤을 1마일 운송 시 발생하는 대기오염물질량을 구하는 공식은 식 (1)과 같다.
벌크선과 동일한 방법으로 유조선의 분석을 실시하였다. 대상 기간인 2003년 1월부터 2006년 11월까지 총 46개월 동안의 데이터를 분석하였다.
사용된 총 에너지량을 바탕으로 배출 오염가스의 총량을 계산하였다. 그 결과는 Table 10과 같다.
지금까지 두 선박이 화물 1톤을 1마일 수송할 때 발생시키는 배기 가스량을 분석하였다. 벌크선박과 유조선을 비교하여 보면 화물 1톤을 1마일 운송하는데 발생되는 대기오염물질 양은 유조선에서 5.
첫째, 선박 운항중 온실가스 인벤토리 추정을 위하여, 두 종류의 화물선인 벌크선박, 유조선을 모델로 삼아 선박 운항 시 발생하는 배기 가스양을 정량적으로 분석 시도하였다.

대상 데이터

대상 선박은 국내 ‘S’사 소속의 광탄선과 일본 ‘I’‘사 소속 유조선을 모델로 삼았다.
분석에 사용한 기본 자료는 두 선박의 항해 실적 데이터로부터 획득하였으며 벌크선박의 경우 2002년 7월부터 2006년 1월, 유조선의 경우 2003년 1월부터 2006년 11월까지의 Abstract log book(이후 ‘Ab-log’이라 함)과 SHIP'S PARTICULAR, 화물 운송량, 기항지, 항로 등에 대한 정보를 사용하였다.
벌크선박의 경우, 약 51개월간 약 25만 마일의 항해를 수행한 실적의 데이터가 사용되었다. 주로 한국, 일본, 호주를 왕래하며 총 3,906,536 톤의 광탄석 화물을 수송하였다. 두 번째 대상 선박인 유조선은 약 46개월간 약 30만 마일을 운행하였다.
주로 한국, 일본, 호주를 왕래하며 총 3,906,536 톤의 광탄석 화물을 수송하였다. 두 번째 대상 선박인 유조선은 약 46개월간 약 30만 마일을 운행하였다. 한국, 일본, 중동, 호주 등지를 항해하면서 총 4,742,835 톤을 수송하였다.
두 번째 대상 선박인 유조선은 약 46개월간 약 30만 마일을 운행하였다. 한국, 일본, 중동, 호주 등지를 항해하면서 총 4,742,835 톤을 수송하였다. 두 선박이 분석 대상 기간 동안 항해한 항로를 그림으로 표현한 것이 Fig.
화물선의 배기 가스 인벤토리 대상물질은 소비 연료 즉 Feul Oil(이하 F.O.) 과 Diesel Oil(이하 D.O.) 입력항목에 대한 기관 운전에 따른 출력항목인 대기오염물질(CO2, Nox, Sox, CO, HC, PM, CH4, NMVOC, N2O)을 설정하였다. 통상 선박이 운항 중 발생하는 위해물질 중 선체 외판에 도료된 페인트 등에 의한 오염원을 제외하였고, 순수하게 소비하는 에너지와 그에 따른 배출가스를 분석대상물질로 삼았다.
) 입력항목에 대한 기관 운전에 따른 출력항목인 대기오염물질(CO2, Nox, Sox, CO, HC, PM, CH4, NMVOC, N2O)을 설정하였다. 통상 선박이 운항 중 발생하는 위해물질 중 선체 외판에 도료된 페인트 등에 의한 오염원을 제외하였고, 순수하게 소비하는 에너지와 그에 따른 배출가스를 분석대상물질로 삼았다. 연료 중 타 연료에 비하여 그 사용량이 미비한 윤활유의 경우 본 연구에서는 분석대상에서 제외하였다.
벌크선과 동일한 방법으로 유조선의 분석을 실시하였다. 대상 기간인 2003년 1월부터 2006년 11월까지 총 46개월 동안의 데이터를 분석하였다. 이 기간 동안 사용한 총 에너지량은 Table 9와 같이 나타났다.
두 선박에 대한 분석 대상 기간 중 항해일수, 항해거리, 정박일수, 화물수송량 및 주요 항로는 Table 2와 같다. 벌크선박의 경우, 약 51개월간 약 25만 마일의 항해를 수행한 실적의 데이터가 사용되었다. 주로 한국, 일본, 호주를 왕래하며 총 3,906,536 톤의 광탄석 화물을 수송하였다.

이론/모형

분석방법의 기존 연구(임, 2008) 방식을 채용하였다. 이 방식은 선박의 항해 및 정박기간 중 사용한 총 에너지량을 파악하고 이를 바탕으로 배출되는 오염 배기가스량을 도출하는 방법이다.
이 방식은 선박의 항해 및 정박기간 중 사용한 총 에너지량을 파악하고 이를 바탕으로 배출되는 오염 배기가스량을 도출하는 방법이다. 통상 선박에서 사용하는 연료소비에 따른 가스 배출량은 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change) 가이드 라인(IPCC, 1996)을 따라 추정할 수 있다. Table 3은 선박에서 주로 사용되는 F.
선박에서 사용되는 연료는 그 종류에 따라, 탄소 및 황 함유량이 다소 차이가 있으며 이는 배출 가스량에 영향을 미친다. 따라서 본 논문의 계산에 사용한 기준은 IPCC 가이드라인에 제시된 통상의 해상 연료유에 대한 표준 탄소 및 황함유량을 인용하였다. Table 4는 해상에서 사용되는 F.

성능/효과

8배의 차이를 보였다. 또한 각 기관별 발생 분포를 보면 주기관에서 총 발생 이산화탄소의 87%를 발생시켰으며, 발전기에서 12%, 보조 보일러에서 0.4%의 비율로 각각 발생시킨 것으로 나타났다.
6과 같다. CO2의 발생량의 83%는 주기관에서 발생하였으며 발전기와 보조 보일러에서 각 8%씩 발생한 것으로 분석되었다. 단 이 결과는 선박 건조 년수에 따른 오염량 변화를 고려하지 않고 IPCC에서 제시한 일반적인 선박의 평균값을 이용한 점을 감안하여야 한다.
둘째, 3년 10개월(33,258hours)간의 유조선 항해자료를 분석한 결과 F.O.의 사용량은 51,382.9 톤이였고 D.O.는 각각 161.5톤이였다. 또한 운송한 화물의 총량은 4,742,384.
셋째, 벌크선박의 경우, 4년 3개월(36,737hours)동안 항해한 자료를 이용 분석한 결과 F.O. 총 사용량은 35,043.9 톤이였고 D.O.는 4,676.9 톤이였으며 운송한 화물의 총량은 각각 3,906,536 톤이였다.
넷째, 두 선박을 비교한 결과, 한국 및 호주를 주로 항해하며 광탄석을 수송하는 90,000G/T 급 벌크선박의 경우, 3.6 (g/t-mile)의 이산화탄소를 배출하는 것으로 나타났다. 또한 한국, 일본, 동남아시아, 호주를 주 항로로 삼고 있는 54,000G/T의 유조선의 경우 5.
다섯째, 두 선박의 이산화탄소 배출량의 차이는 총톤수 차이 및 운반 화물 대비 연료 소비량에 따른 화물 수송 효율에 기인한 것으로 추정된다. 단, 두 선박이 규모가 각각 5만톤급, 9만톤급으로 상이하여 동일한 조건하에서 비교할 수 없는 데이터 임을 감안하여야 한다.

후속연구

본 연구에서는 화물을 싣고 운항하는 화물 선박의 데이터를 활용하여, 실 선박의 온실 가스 배출량을 정량적으로 추정하기 위한 접근을 시도하였다. 이러한 연구는 향후 국가적 차원에서 온실가스 배출량에 대한 감축 정책이나 관련 자료의 활용에 중요한 데이터로 사용될 수 있기 때문에 중요할 것으로 판단된다. 이를 위하여 벌크선박(Bulk Carrier), 유조선(Oil Tanker) 두 선박을 모델로 설정하여 다년 간의 항해 실적 자료를 분석하였다.
본 연구에서는 두 화물선이 화물 운송을 하는데 있어서, 화물 1톤을 1마일 운송하는데 소요된 배출 가스량을 분석하였다. 이러한 방식은 화물선의 고유 업무인 화물운송 업무에서 얼마의 선박 배기 가스가 방출되는지 알 수 있는 자료로 활용될 수 있다. 또한 운송 구역 예를 들면 연안, 원양 그리고 운송되는 화물의 종류 즉 건화물, 일반화물, 유류 등으로 구분하여 화물 1톤을 1마일 운송하는데 방출되는 배기 가스량을 구분 비교하는데 유용하게 사용될 수 있는 장점이 있다.
또한 모델 벌크선박의 경우 모델 유조선에 비하여 선박 총 톤수가 166% 크기 때문에 수송효율이 높은 것도 한 원인으로 생각된다. 단, 이 결과는 벌크선박과 유조선의 일반화된 경향을 나타내는 자료로 사용되기에는 한계가 있는 특정 사례의 조건임을 감안하여야 한다.
본 연구에서 분석한 데이터 결과 값은 선박의 크기, 항로, 운반 화물 등의 영향에 따라 다소 변경이 가능할 것으로 예상된다. 하지만, 본 연구에서 설정한 항로, 선박크기, 운반화물 등의 경우라면 대략 그 정도의 배기가스를 배출하고 있다는 것을 의미한다.
하지만, 본 연구에서 설정한 항로, 선박크기, 운반화물 등의 경우라면 대략 그 정도의 배기가스를 배출하고 있다는 것을 의미한다. 따라서 향후 다양한 항로, 다양한 선종, 크기에 따라 운항실적에 따른 데이터를 분석하면 보다 체계적이고 일반화된 선박 운항에 따른 온실가스 인벤토리 설계가 가능할 것이다. 이런 점에서 향후 컨테이너 선 및 부정기 운항선박의 데이터 분석이 요구된다.
따라서 향후 다양한 항로, 다양한 선종, 크기에 따라 운항실적에 따른 데이터를 분석하면 보다 체계적이고 일반화된 선박 운항에 따른 온실가스 인벤토리 설계가 가능할 것이다. 이런 점에서 향후 컨테이너 선 및 부정기 운항선박의 데이터 분석이 요구된다.
이러한 데이터는 해운 산업의 총 배기물질 규제 정책 수립에 귀중한 자료로 사용될 수 있을 것으로 판단되며, 향후 다양한 선종, 운항 조건에 따른 폭넓은 운항 데이터 수집, 분석이 요구된다. 다양한 선종, 규모, 항해구역에 따른 일반화된 배기 가스 배출량의 D/B가 개발되면 해운산업 전반의 배기물질에 대한 전반적인 데이터 획득이 가능하므로, 이를 바탕으로 에너지 총규제 정책에 참조 자료로 활용될 수 있기 때문이다.
아울러 본 연구의 계산식에서 데이터는 IPCC가 제시하고 있는 일반적인 선박의 값을 사용하였으므로, 선박의 연령, 당시 엔진부하 등에 따른 영향을 면밀히 고려하지 못한 한계성이 존재한다. 따라서 실선 운항 중 배기 가스량을 장기간 실측 하여 축적한다면 보다 정확한 선박 배기가스량 추정이 가능할 것으로 판단된다.
아울러 본 연구의 계산식에서 데이터는 IPCC가 제시하고 있는 일반적인 선박의 값을 사용하였으므로, 선박의 연령, 당시 엔진부하 등에 따른 영향을 면밀히 고려하지 못한 한계성이 존재한다. 따라서 실선 운항 중 배기 가스량을 장기간 실측 하여 축적한다면 보다 정확한 선박 배기가스량 추정이 가능할 것으로 판단된다. 이는 또 하나의 향후 연구과제의 하나이다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	ISO는 환경규제에 대한 규격의 필요성을 인식하여 개발한 것은 무엇인가?	이러한 국제적인 움직임과 맞물려, ISO(국제 표준화 기구)는 환경규제에 대한 규격의 필요성을 인식하여, 국제규격으로 ISO 14000시리즈를 개발하기도 하였다. 이 속에서 환경감시, 평가, 전과정평가(Life Cycle Assessment : 이하 LCA) 등의 분과위원회를 구성하여 환경경영 시스템에 대한 국제규격을 개발하고 있다(ISO, 1997).
	선박에 대한 온실 가스 분석을 위해서 다양한 선종에 대한 데이터 분석이 요구되는 이유는 무엇인가?	선박에 대한 온실 가스 분석을 위하여서는 다양한 선종에 대한 데이터 분석이 요구된다. 화물의 종류에 따라 운항 형태가 달라지기 때문이다. 이를 위해서는 정기선 및 부정기선을 모두 포함한 데이터를 분석하여야 하지만, 데이터 확보의 어려움으로 본 연구에서는 그 기초 연구로서 우선 광탄선과 유조선을 모델로 삼았다.
	교토의정서는 무엇을 규정하고 있는가?	최근 지구 환경보호에 대한 관심이 증대되면서 온실가스 규제에 대한 국제적 움직이 활발해 지고 있다. 1997년에는 교토의정서가 탄생되어 선진국가들에게 5년 단위의 공약기간을 정해 2008년-2012년까지 36개국 선진국 전체의 배출량을 1990년대비 5.2%까지 감축할 것을 규정하고 있다.

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