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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 자연환경의 가치를 경제활동과 동일한 척도로 평가할 수 있는 에머지 개념을 이용하여 낙동강 정수처리시스템의 생태ㆍ경제성을 평가해 낙동강 하류의 수질개선 방안 모색은 물론 취수원 다변화와 같은 대안 검토에 필요한 근거 자료로 활용하고자 하였다.
제안 방법
- (1) 영속성 에너지원의 점유율(% Renew.) : 대상 시스템에 유입되는 에너지원의 전체 에머지량은 환경 자원(R), 내부 보유자원(N) 그리고 경계 밖으로부터 교역과 교환을 통해 유입되는 구매자원(F)의 에머지합[Yield (Y), Fig. 1, equation (1)]으로 계산되고, 이중 환경자원이 차지하는 에머지 비율을 계산[% Renew., Fig. 1 equation (2)]하여 점유율로 나타내었다.
- 수돗물 생산에 투입되는 에너지원이 가지는 실질적인 역할과 가치를 동일한 척도로 평가하기 위해서 Table 2에 에머지 평가표를 나타내었다. 낙동강 정수처리 시스템의 에너지 시스템 다이어그램을 바탕으로 한 해 동안 수돗물 생산을 위해 정수처리 시스템에 투입되는 에너지원별 에너지(J/yr), 물질(g/yr) 또는 화폐(won/yr)의 값을 각종 통계자료 및 문헌 등을 통해 구한 후 이 값에 각각의 태양 에너지변환도를 곱하여 에머지 값을 산정하는 방법으로 에머지 분석표를 작성하였다. 수돗물 에머지 평가표에서 구한 에머지 값을 기초로 분석대상 시스템을 비교하고, 그 특성을 파악하기 위해 Fig.
- 1에 에너지 시스템 언어에서 사용되는 주요 기호들과 이들의 의미를 제시하였다. 낙동강 정수처리시스템은 자연환경적 요인과 경제적인 요인이 결합된 시스템이므로 수돗물 생산에 기여하는 자연환경자원과 경제활동 간의 상호관계를 에너지 시스템 다이어그램을 통해 나타내었다. Odum (1996)이 제안한 에너지 시스템 언어를 이용하여, 시스템의 자연환경과 경제활동의 생산, 소비, 재순환 등의 변화를 전체적으로 파악(top-down)하기 위해 에너지 시스템 다이어그램을 작성한다.
- 낙동강 정수처리 시스템의 에너지 시스템 다이어그램을 바탕으로 한 해 동안 수돗물 생산을 위해 정수처리 시스템에 투입되는 에너지원별 에너지(J/yr), 물질(g/yr) 또는 화폐(won/yr)의 값을 각종 통계자료 및 문헌 등을 통해 구한 후 이 값에 각각의 태양 에너지변환도를 곱하여 에머지 값을 산정하는 방법으로 에머지 분석표를 작성하였다. 수돗물 에머지 평가표에서 구한 에머지 값을 기초로 분석대상 시스템을 비교하고, 그 특성을 파악하기 위해 Fig. 1과 같이 에머지 지표들을 계산한다. 시스템에 유입되는 에머지를 강우 등의 지구 활동에 의한 환경 에너지원의 emergy (R)와 시스템 내부의 보유에너지원의 emergy (N), 그리고 경계 밖으로부터 유입되는 화석연료, 전기, 그리고 각종 재화와 용역의 구매 emergy (F)로 구분하여 영속성 에너지원의 점유율(% Renew.
- 1과 같이 에머지 지표들을 계산한다. 시스템에 유입되는 에머지를 강우 등의 지구 활동에 의한 환경 에너지원의 emergy (R)와 시스템 내부의 보유에너지원의 emergy (N), 그리고 경계 밖으로부터 유입되는 화석연료, 전기, 그리고 각종 재화와 용역의 구매 emergy (F)로 구분하여 영속성 에너지원의 점유율(% Renew.), Emergy 생산비(Emergy Yield Ratio: EYR), 환경부하율(Environmental Loading Ratio: ELR), Emergy 지속성 지수(Emergy Sustainability Index: EmSI) 등의 emergy 지표들을 계산하였다.
- 에너지 시스템 다이어그램 작성단계는 크게 5단계로 구분되며, 첫째, 분석하고자 하는 대상의 시스템 경계를 설정하는 것이며, 본 시스템의 공간적 경계는 취수장 및 정수장으로 하고 공정의 경계는 취수에서 정수생산까지로 하였다. 둘째, 설정된 시스템의 경계를 기준으로 시스템에 영향을 미칠 수 있는 외부 요소들을 파악하는 것으로 정수처리 시스템의 운영과정에 필요한 연료, 재화와 용역 등 외부 구입요소뿐만 아니라, 태양, 바람, 비, 하천 등의 자연요소도 포함한다.
- 환경 생태학적 개념인 에머지 평가법을 이용하여 낙동강 하류의 생태·경제성을 평가해 본 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
이론/모형
- 낙동강 정수처리시스템은 자연환경적 요인과 경제적인 요인이 결합된 시스템이므로 수돗물 생산에 기여하는 자연환경자원과 경제활동 간의 상호관계를 에너지 시스템 다이어그램을 통해 나타내었다. Odum (1996)이 제안한 에너지 시스템 언어를 이용하여, 시스템의 자연환경과 경제활동의 생산, 소비, 재순환 등의 변화를 전체적으로 파악(top-down)하기 위해 에너지 시스템 다이어그램을 작성한다.
- 낙동강 정수처리시스템의 생태ㆍ경제성 평가를 위한 모델의 작성에는 미국의 생태학자인 Odum이 개발한 에너지 시스템 언어가 이용되었다(Odum, 1983; 1994). 에너지 시스템 언어는 분석하고자 하는 시스템의 성분들과 이들 사이의 연결 관계를 특별한 의미들이 부여된 기호들을 이용하여 시각적으로 나타내며, 이를 통해 전체 시스템의 유기적인 관계를 종합적으로 파악할 수 있도록 해준다.
성능/효과
- 1. 낙동강 원수로부터 얻는 재생 가능한 에머지량은 수돗물 1톤당 1.43E+11 sej/m3으로 수돗물 톤당 투입되는 총 에머지량의 약 14% 정도이며, 연간 수돗물 생산에 약 144억 emwon의 자연환경 자원을 무상으로 공급받고 있었다.
- 2. 낙동강 하류의 정수처리 시스템의 에머지 산출비율(EYR)은 1.16으로 자원으로서의 가치보다는 소비재의 성격을 나타내었고, 에머지 지속성 지수(EmSI)의 경우는 0.18로 나타나 지속성이 낮은 시스템으로 평가되었다.
- 3. 낙동강 하류의 정수장에서 생산된 수돗물의 톤당 투입 에머지량은 1.06E+12 sej/m3, 수돗물의 에너지 변환도는 214,436 sej/J로 나타나 낙동강 원수의 톤당 에머지량(1.38E+12 sej/m3) 및 에너지변환도(28,554 sej/J)와 비교하면 대략 7.6배 정도 높아 수돗물을 생산하는 데 많은 양의 에머지가 투입되는 것으로 나타났다. 이를 에머지에 기초한 거시경제적 가치로 환산하면 기존 경제적 비용만을 고려했을 때보다 2.
- 낙동강 정수처리 시스템의 유입 항목은 재생가능 에머지, 건설단계 투입 에머지, 운영단계 투입 에머지로 구분하였고 최종산물인 수돗물의 에머지값을 맨 아래에 나타내었다. 낙동강 정수처리 시스템에서 수돗물을 생산하기 위해 투입한 총 에머지량은 2.74E+20 sej/yr이고, 수돗물 톤당 투입된 에머지량은 1.06E+12 sej/㎥이며 이를 이용하여 계산한 수돗물의 에너지 변환도는 2.14E+05 sej/J로 나타났다.
- 5%의 에머지를 무상으로 공급받고 있는 것이다. 낙동강 정수처리 시스템은 건설과정에 5.10E+18 sej/yr (1.9%)의 에머지가 투입되었고, 운영단계에 2.32E+20 sej/yr (84.6%)의 에머지를 투입하고 있으며 이중 전기의 에머지량이 1.21E+20 sej/yr(44.6%)으로 가장 큰 비중을 차지하고 있는 것으로 나타났다(Fig. 3).
- 낙동강 정수처리시스템의 재생가능한 자원인 낙동강 원수에 대한 에머지 평가표는 Table 1과 같다. 낙동강 정수처리시스템 영향을 미칠 수 있는 낙동강 원수의 유역면적은 8,657.3 km2이며, 이 유역에는 9.41E+20 sej/yr의 강우가 유입되었고, 이를 기준으로 한 낙동강 원수의 에너지 변환도는 2.86E+04 sej/J로 나타났다.
- 셋째, 시스템 내부 구성요소를 파악하는 것이며, 넷째, 시스템의 외부 요소와 내부 구성요소간의 상호작용을 파악하고 연결하는 것이다. 다섯째, 외부 에너지원을 에너지변환도(transformity)가 낮은 순으로 왼편에서 오른편으로 시스템의 경계외부에 차례로 배열하고, 시스템 경계 밖의 외부 에너지원으로부터 시작하여 내부 에너지, 물질 그리고 화폐의 흐름에 따라 선을 연결하여 다이어그램을 완성한다.
- 6배 정도 높아 수돗물을 생산하는 데 많은 양의 에머지가 투입되는 것으로 나타났다. 이를 에머지에 기초한 거시경제적 가치로 환산하면 기존 경제적 비용만을 고려했을 때보다 2.7배 높은 비용이 소모되었다.
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