정부의 녹색성장 국가전략에 따라 철도로의 수송수요 전환은 수송분야의 온실가스 총 배출량을 저감하는 대표적인 방안 중 하나이다. 이에 수송수단간 온실가스 배출량을 비교하기 위해 철도분야의 연구가 다양하게 진행되어 왔으나, 대부분 운영단계 위주이며 건설단계는 제외되어 있다. 본 연구에서는 철도건설 시 온실가스 배출량을 평가하기 위해 A 노선의 토목, 궤도, 건축, 전철전력 공사 일부를 대상으로 선정하였다. 철도건설의 주요 온실가스 배출원은 중장비의 연료사용으로 전체 온실가스 배출량 중 토목공사가 96% 이상을 차지하였으며, 배출원단위는 2.191톤 $CO_2e/m$이었다. 토목공사를 세부적으로 살펴보면, 공종별 온실가스 배출원단위가 토공, 터널, 교량, 정거장의 순으로 나타났다. 향후 추가적으로 시스템 경계를 확장하여 철도운영, 유지보수, 폐기 단계를 포함한 전과정적인 접근을 통해 철도 전체의 온실가스 배출량을 산정하는 것이 필요하다.
정부의 녹색성장 국가전략에 따라 철도로의 수송수요 전환은 수송분야의 온실가스 총 배출량을 저감하는 대표적인 방안 중 하나이다. 이에 수송수단간 온실가스 배출량을 비교하기 위해 철도분야의 연구가 다양하게 진행되어 왔으나, 대부분 운영단계 위주이며 건설단계는 제외되어 있다. 본 연구에서는 철도건설 시 온실가스 배출량을 평가하기 위해 A 노선의 토목, 궤도, 건축, 전철전력 공사 일부를 대상으로 선정하였다. 철도건설의 주요 온실가스 배출원은 중장비의 연료사용으로 전체 온실가스 배출량 중 토목공사가 96% 이상을 차지하였으며, 배출원단위는 2.191톤 $CO_2e/m$이었다. 토목공사를 세부적으로 살펴보면, 공종별 온실가스 배출원단위가 토공, 터널, 교량, 정거장의 순으로 나타났다. 향후 추가적으로 시스템 경계를 확장하여 철도운영, 유지보수, 폐기 단계를 포함한 전과정적인 접근을 통해 철도 전체의 온실가스 배출량을 산정하는 것이 필요하다.
According to governmental policies for green growth, the increase in the traffic volume of railroad is a representative method to reduce total greenhouse gas (GHG) emitted from transport. Comprehensive assessment for the GHG emission of railroad has been studied to compare the difference of transpor...
According to governmental policies for green growth, the increase in the traffic volume of railroad is a representative method to reduce total greenhouse gas (GHG) emitted from transport. Comprehensive assessment for the GHG emission of railroad has been studied to compare the difference of transport modes just in the operating step excluded the construction step. The purpose of this study was to evaluate GHG emissions in railroad construction sector. The targets were some construction works for civil, track, building, and electric system in A line. The GHG emission source of constructing railroad infrastructure was mainly the energy consumption of heavy equipments. As a result, the civil construction sector showed more than 96% of total GHG emissions and its specific GHG emission was 2.191 ton $CO_2e/m$. Also, the specific GHG emissions of civil construction works were of the order: earthworks > tunnels > bridges > station. In future, it will be required to calculate the overall GHG emission of railroad through life cycle approaches including operation, maintenance and disposal step.
According to governmental policies for green growth, the increase in the traffic volume of railroad is a representative method to reduce total greenhouse gas (GHG) emitted from transport. Comprehensive assessment for the GHG emission of railroad has been studied to compare the difference of transport modes just in the operating step excluded the construction step. The purpose of this study was to evaluate GHG emissions in railroad construction sector. The targets were some construction works for civil, track, building, and electric system in A line. The GHG emission source of constructing railroad infrastructure was mainly the energy consumption of heavy equipments. As a result, the civil construction sector showed more than 96% of total GHG emissions and its specific GHG emission was 2.191 ton $CO_2e/m$. Also, the specific GHG emissions of civil construction works were of the order: earthworks > tunnels > bridges > station. In future, it will be required to calculate the overall GHG emission of railroad through life cycle approaches including operation, maintenance and disposal step.
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문제 정의
온실가스 배출측면에서 수송수단별 비교 평가는 현재까지 대부분 운행단계의 에너지소비량을 기준으로 이루어지고 있으나, 최근에는 선진국을 중심으로 인프라 건설단계, 차량제작단계, 유지보수단계, 폐기단계 등을 모두 포함한 전과정적인 접근을 추진하고 있다. 본 연구에서는 철도건설단계의 온실가스 배출량을 평가하기 위하여 A 노선 일부 구간의 설계자료를 이용하여 배출량과 배출원단위를 산정하였다. 철도건설의 온실가스는 주로 사용되는 건설장비의 연료소비에 의해 발생하였으며, 특히 토목분야가 전체 온실가스 배출량의 대부분을 차지하였다.
국내에서는 국토해양부의 ‘건설기술진흥 기본계획’에 따라 최근 건설 시설물에 대한 탄소배출량 산정기법이 연구(2010)되었으나, 구체적인 온실가스 통계시스템 확보 등은 아직까지 실질적으로 부족하며, 게다가 철도건설현장에 적용한 사례는 거의 없는 실정이다[8]. 이에 본 연구에서는 국내 철도건설단계에서의 온실가스 배출량을 평가하기 위하여 대상 노선을 선정하고 주요 배출원인 건설장비를 대상으로 토목, 궤도, 건축, 전철전력 분야에 대한 온실가스 배출량 및 배출원단위를 산정하였다.
가설 설정
사용된 화석연료량과 단위 연료 당 온실가스 배출량을 나타내는 배출계수를 이용하여 온실가스 배출량을 산정한다. 이동연소 배출원의 온실가스 배출계수는 Table 4와 같이 IPCC 2006 가이드라인에서 제시하는 비도로(off-road) 수송의 배출계수를 적용하며, 이때, 휘발유의 경우에는 4행정(4-stroke)으로 가정한다[9]. 또한 고정연소 배출원의 온실가스 배출계수는 IPCC 2006 가이드라인에서 제시하는 건설부문의 연료원별 배출계수를 적용한다(Table 5)[9].
제안 방법
철도건설현장의 직접배출원에 대한 온실가스 배출량을 산정하는 방법은 연료종류별 사용량을 기준으로 계산하는 방법과 건설장비의 특성을 고려한 배출계수를 이용하여 계산하는 방법으로 구분할 수 있다[9]. 그러나 현재까지 건설장비에 대한 배출계수가 종류별로 구체적으로 존재하지 않기때문에 본 연구에서는 연료종류별 사용량을 기준으로 Table 2와 같은 계산식을 이용하여 직접배출원의 온실가스 배출량을 산정하였다[9].
먼저 ‘건설공사 표준품셈’의 건설기계경비 산출 부분을 바탕으로 건설기계별 주 연료와 시간 당 연료사용량(l/hr)을 파악한다. 다음으로 공종별로 작업에 따른 사용 건설기계 종류 및 해당 건설기계의 시간당 작업량(Q, [m3/hr])을 조사한다. 시간 당 작업량을 토대로 해당 설비의 단위 작업 당 설비운영시간(1/Q, [hr/m3])을 산정하고, 단위 작업 당 설비운영시간과 시간당 연료사용량을 곱하여 단위 작업 당 연료사용량을 계산한다.
본 연구에서는 철도건설현장의 온실가스 배출량을 평가하기 위하여 A 노선 공사구간 중 노반 4개 공구를 큰 경계로 토목, 건축, 궤도, 전철전력(전차선, 송변전, 신호통신) 공사 부문별로 일정구간을 선정하였다. 온실가스 배출량 산정을 위한 활동도 자료로는 실제 현장의 건설장비 사용에 따른 에너지소비량에 대한 데이터를 수집하기 어렵기 때문에 최초설계자료(1999)인 단가산출서 및 설계내역서를 기반으로 Fig.
만약 해당 연료가 에너지기본법의 순발열량 목록에 존재하지 않을 경우, IPCC 2006 가이드라인에서 제시하는 연료원별 순발열량을 사용한다. 사용된 화석연료량과 단위 연료 당 온실가스 배출량을 나타내는 배출계수를 이용하여 온실가스 배출량을 산정한다. 이동연소 배출원의 온실가스 배출계수는 Table 4와 같이 IPCC 2006 가이드라인에서 제시하는 비도로(off-road) 수송의 배출계수를 적용하며, 이때, 휘발유의 경우에는 4행정(4-stroke)으로 가정한다[9].
다음으로 공종별로 작업에 따른 사용 건설기계 종류 및 해당 건설기계의 시간당 작업량(Q, [m3/hr])을 조사한다. 시간 당 작업량을 토대로 해당 설비의 단위 작업 당 설비운영시간(1/Q, [hr/m3])을 산정하고, 단위 작업 당 설비운영시간과 시간당 연료사용량을 곱하여 단위 작업 당 연료사용량을 계산한다. 공종별로 필요한 작업과 해당 작업의 총 작업수량을 파악하여 공사 전체에 걸쳐 연료종류별 총 사용량을 산정한다.
1과 같이 인벤토리를 작성하였다. 이를 위해 단가산출서의 산출근거 목록에 따라 코드, 공종명, 수량, 단위, 장비코드 등을 먼저 입력하였고, 장비코드에 따라 중기목록표에서 사용 중기명과 시간당 연료사용량 등을 입력하여 앞서 언급한 산출식에 따라 A 노선의 분야별 온실가스 배출량을 계산하였다.
유럽의 UIC(2008)에서는 고속철도의 인프라건설을 포함하여 운영, 유지보수, 폐기의 전 과정에 걸친 탄소발자국 산정 결과를 보고하였다[4]. 이를 위해 터널, 궤도, 교량, 신호통신 등 주요 철도 인프라에 대해 사용 건설재료 및 장비를 포함한 온실가스 인벤토리를 구축하였다. 미국 EPA(2009)에서는 철도를 포함한 건설산업 전체의 주요 온실가스 배출원을 파악하여 연료효율 증대, 공회전 방지, 노후장비 교체, 바이오 연료 사용 등과 같은 건설장비 개선 및 건설자재 재활용률 증대를 통한 저감방안별 온실가스 감축효과를 제시하고 있다[5].
대상 데이터
본 연구에서는 철도건설현장의 온실가스 배출량을 평가하기 위하여 A 노선 공사구간 중 노반 4개 공구를 큰 경계로 토목, 건축, 궤도, 전철전력(전차선, 송변전, 신호통신) 공사 부문별로 일정구간을 선정하였다. 온실가스 배출량 산정을 위한 활동도 자료로는 실제 현장의 건설장비 사용에 따른 에너지소비량에 대한 데이터를 수집하기 어렵기 때문에 최초설계자료(1999)인 단가산출서 및 설계내역서를 기반으로 Fig. 1과 같이 인벤토리를 작성하였다. 이를 위해 단가산출서의 산출근거 목록에 따라 코드, 공종명, 수량, 단위, 장비코드 등을 먼저 입력하였고, 장비코드에 따라 중기목록표에서 사용 중기명과 시간당 연료사용량 등을 입력하여 앞서 언급한 산출식에 따라 A 노선의 분야별 온실가스 배출량을 계산하였다.
이론/모형
이동연소 배출원의 온실가스 배출계수는 Table 4와 같이 IPCC 2006 가이드라인에서 제시하는 비도로(off-road) 수송의 배출계수를 적용하며, 이때, 휘발유의 경우에는 4행정(4-stroke)으로 가정한다[9]. 또한 고정연소 배출원의 온실가스 배출계수는 IPCC 2006 가이드라인에서 제시하는 건설부문의 연료원별 배출계수를 적용한다(Table 5)[9]. 온실가스 총배출량을 CO2 량으로 환산하기 위하여 CH4 배출량과 N2O 배출량은 IPCC 2차 보고서에서 발표한 각각의 지구온난화 지수(GWP)를 곱하여 식(2)와 같이 CO2 환산량(CO2e)으로 전환한다[11].
성능/효과
Table 7은 선정된 구간을 대상으로 A 노선 건설현장의 분야별 온실가스 배출량을 평가하기 위하여 총 배출량 및 공사구간 1m당 배출원단위를 나타낸 것이다. A 노선 대상구간 건설단계에서 발생하는 온실가스 총 배출량은 약 10.7만톤 CO2e로 산정되었으며, 토목분야가 전체의 96% 이상을 차지하였다. 토목분야의 주요 온실가스 배출원은 공구별로 다소 차이점이 발생하였으나, 전반적으로 토공작업의 흙 운반 및 적재와 터널공사의 버럭 처리에서 사용되는 덤프트럭 및 로우더 장비의 경유 사용이 해당되었다.
반면에 건설장비의 사용이 적은 건축 및 전철전력 분야의 온실가스 배출량은 전체의 1% 미만이었다. 결론적으로 철도건설현장은 다수의 건설장비에 의한 에너지 사용에 따라 높은 온실가스 배출량이 발생할 것으로 평가되었다. 또한 본 연구의 시스템 경계에는 포함하지 않았으나, 철도건설 시 사용되는 자재소모도 추가적인 온실가스 배출원으로 고려될 수 있다.
또한 건축분야도 토목공사, 철골공사, 부대공사 등에서 장비가 사용되나, 대부분이 공사가 인력으로 이루어지기 때문에 온실가스 배출량이 매우 적었다. 공사구간 1m당 온실가스 배출원단위는 배출량이 높은 토목분야가 2.191톤 CO2e/m로 가장 높게 나타났다. 궤도 및 전철전력분야의 온실가스 배출원단위는 각각 0.
프랑스 SNCF(2009)는 기존의 운영단계에서 철도의 수송량 대비 온실가스 배출원단위 저감을 위한 노력을 진행하였으나, 최근에는 건설단계를 통해 철도 전체의 탄소발자국을 줄이기 위해 다양한 활동을 추진하고 있다[6]. 신규노선을 건설하여 TGV를 30년간 운행 시 약 390만 톤 CO2e가 발생되는 것으로 예측되었으며, 50% 이상의 온실가스가 철도차량 및 역사의 운영단계에서 사용되는 전기에너지에서 배출되었으나 철도건설단계도 약 20% 정도를 차지하고 있는 것으로 산정되었다. 일본 철도건설기관인 JRTT(2009)는 공사를 발주하고 감리하는 입장에서 철도건설공사의 자재 및 에너지 투입량을 토대로 온실가스 배출량을 산정하고, 건설업체에서 보고하는 데이터와 별도로 전반적인 관리를 시행하고 있다[7].
후속연구
또한 본 연구의 시스템 경계에는 포함하지 않았으나, 철도건설 시 사용되는 자재소모도 추가적인 온실가스 배출원으로 고려될 수 있다. 따라서 본 연구를 토대로 향후 자재사용까지 범위를 확장하여 철도건설단계의 온실가스 배출평가뿐만 아니라 운행단계의 데이터와 연계하여 전과정에 걸친 철도의 탄소발자국 산정 연구가 추가적으로 수행되어야 할 것이다.
그러나 철도차량의 운행에 따른 에너지 소비만을 고려하고 있기 때문에 신규노선의 도입에 따른 수송수단 선정 시 인프라 건설을 포함한 연구가 여전히 부족하다[3]. 따라서 철도산업의 시스템 경계를 확장하여 인프라 건설단계에서부터 운영, 유지보수, 폐기 단계를 포함하는 전과정적인 접근을 통해 철도의 온실가스 배출량을 평가할 수 있는 연구가 필요하다.
결론적으로 철도건설현장은 다수의 건설장비에 의한 에너지 사용에 따라 높은 온실가스 배출량이 발생할 것으로 평가되었다. 또한 본 연구의 시스템 경계에는 포함하지 않았으나, 철도건설 시 사용되는 자재소모도 추가적인 온실가스 배출원으로 고려될 수 있다. 따라서 본 연구를 토대로 향후 자재사용까지 범위를 확장하여 철도건설단계의 온실가스 배출평가뿐만 아니라 운행단계의 데이터와 연계하여 전과정에 걸친 철도의 탄소발자국 산정 연구가 추가적으로 수행되어야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
온실가스 감축에 관심이 쏠리는 배경은 무엇인가?
최근 이상기후 현상에 따른 피해사례가 전 세계적으로 빈번히 발생하면서 지구온난화의 주요 원인인 온실가스 감축에 대한 국제사회의 움직임이 더욱 현실화되고 있다. 특히 2008년부터 2012년까지 교토의정서 상의 온실가스 1차 의무감축기간이 중반을 넘어가면서 2013년부터 시작되는 포스트 교토체제에서의 신규 감축목표 수립과 정책방향 설정에 대한 논의가 활발히 전개되고 있다.
철도건설현장의 온실가스 주요 배출원은 무엇으로 나뉘는가?
철도건설현장의 온실가스 주요 배출원은 사용되는 중장비의 에너지 소비로 화석연료 연소에 의한 직접배출원(direct emission)과 전력사용에 의한 간접배출원(indirect emission)으로 나눌 수 있다[9]. 직접배출원은 이동식 건설장비가 포함되는 이동연소(mobile combustion) 배출원과 고정장비가 포함되는 고정연소(stationary combustion) 배출원으로 다시 분류할 수 있다.
철도건설단계의 온실가스배출량을 평가한 결과는 무엇인가?
본연구에서는 철도건설단계의 온실가스 배출량을 평가하기 위하여 A 노선 일부 구간의 설계자료를 이용하여 배출량과 배출원단위를 산정하였다. 철도건설의 온실가스는 주로 사용되는 건설장비의 연료소비에 의해 발생하였으며, 특히 토목 분야가 전체 온실가스 배출량의 대부분을 차지하였다. 토목 분야의 공종별 온실가스 배출원단위는 토공 > 교량 > 터널 > 정거장의 순으로 나타났다. 반면에 건설장비의 사용이 적은 건축 및 전철전력 분야의 온실가스 배출량은 전체의 1% 미만이었다. 결론적으로 철도건설현장은 다수의 건설장비에 의한 에너지 사용에 따라 높은 온실가스 배출량이 발생할 것으로 평가되었다. 또한 본 연구의 시스템 경계에는 포함하지 않았으나, 철도건설 시 사용되는 자재소모도 추가적인 온실가스 배출원으로 고려될 수 있다. 따라서 본 연구를 토대로 향후 자재사용까지 범위를 확장하여 철도건설단계의 온실가스 배출평가뿐만 아니라 운행단계의 데이터와 연계하여 전과정에 걸친 철도의 탄소발자국 산정 연구가 추가적으로 수행되어야 할 것이다.
참고문헌 (12)
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Henning Schwarz (2008) Carbon footprint of high-speed railway infrastructure (pre-study); Methodology and application of high speed railway operation of European railways, UIC, pp. 11-20.
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Intergovernmental Panel on Climate Change (1995) IPCC second assessment: Climate Change 1995 - The Science of Climate Change, Cambridge University Press, pp. 21.
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