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문제 정의
- 또한 기존의 항공부문 배출량 조사는 대부분 온실가스(특히 CO2)에 집중되어 있는 반면, 대기환경기준물질의 배출량에 관한 연구는 매우 드문 실정이다(Yoo, 2009; Kim과 Ahn, 2008). 따라서 본 연구는 국내 일반공항에서 항공기에 의한 대기오염물질과 온실가스의 배출량을 산정하여 시간적(연간, 계절별, 월별) 특성과 항공기 기종별, 운항모드별 특성을 살펴보았다. 그리고 각 공항 별로의 배출량도 상호 비교하였으며, 선행연구에서 이루어진 4대 주요 공항에서의 대기오염물질 및 온실가스의 배출량과도 비교하였다.
- 본 연구에서는 우리나라 11개 일반공항에서 2009~2010년 동안 항공기의 이·착륙(LTO)에 의해 배출되는 대기오염물질 및 온실기체의 배출량을 EDMS(오염물질 배출 및 확산모델)를 이용하여 산출하여 항공기 기종별, 운항모드별 배출량 특성을 살펴보았다.
- 이러한 항공배출량이 대기질에 미치는 영향이 점차 커져감에도 불구하고, 우리나라의 공항 및 주변 지역에서의 대기질 변화에 대한 수치 모의 연구는 전무하다. 향후, 본 연구에서 얻어지는 주요 결과는 선행연구(4대 주요 공항)의 결과와 함께 우리나라 전체 항공배출량이 기후변화 및 주변 대기질에 미치는 영향을 평가하기 위한 주요 기초자료로 활용하는데 그 목적이 있다.
제안 방법
- 한국공항공사에서 제공하는 항공기 기종별 LTO 횟수와 미국 연방항공국(Federal Aviation Administration, 2010)에서 개발한 항공기 오염물질 배출 및 확산모델(EDMS)로부터의 기종별, 운항모드별, 화학 종별 배출계수를 이용하여 배출량을 산출하였다. 11개 공항에서 운항하는 항공기를 B737, B767, B777, A300, A330, IL62, 기타 기종으로 분류하였다. 기타 기종은 A321기종으로 대체하여 항공기 배출량을 계산하였다.
- 따라서 본 연구는 국내 일반공항에서 항공기에 의한 대기오염물질과 온실가스의 배출량을 산정하여 시간적(연간, 계절별, 월별) 특성과 항공기 기종별, 운항모드별 특성을 살펴보았다. 그리고 각 공항 별로의 배출량도 상호 비교하였으며, 선행연구에서 이루어진 4대 주요 공항에서의 대기오염물질 및 온실가스의 배출량과도 비교하였다. 이러한 항공배출량이 대기질에 미치는 영향이 점차 커져감에도 불구하고, 우리나라의 공항 및 주변 지역에서의 대기질 변화에 대한 수치 모의 연구는 전무하다.
- 일반적으로 항공기 배출량 산정방법은 세 가지로 분류할 수 있다. 즉, 항공기의 연료사용량을 이용한 방법(Tier 1), LTO 횟수와 연료사용량의 혼용을 이용한 방법(Tier 2), LTO 횟수를 이용한 방법(Tier 3)으로 배출량을 산출한다. 한국교통연구원(Korea Transport Institute, 2009) 조사에 따르면, 대부분의 항공수송 배출량 연구는 연료사용량을 이용한 Tier 1 방법을 기초로 하여 산출되고 있다고 한다.
- 한국공항공사에서 제공하는 항공기 기종별 LTO 횟수와 미국 연방항공국(Federal Aviation Administration, 2010)에서 개발한 항공기 오염물질 배출 및 확산모델(EDMS)로부터의 기종별, 운항모드별, 화학 종별 배출계수를 이용하여 배출량을 산출하였다. 11개 공항에서 운항하는 항공기를 B737, B767, B777, A300, A330, IL62, 기타 기종으로 분류하였다.
대상 데이터
- 2009~2010년 동안 우리나라 4대 주요 공항(인천, 김포, 김해, 제주)과 일반공항의 총 LTO 횟수를 비교하여 보면, 일반공항의 총 LTO 횟수는 우리나라 4대공항 총 LTO 횟수의 10~11%를 차지하였다. 4대 주요 공항의 LTO와 배출량 자료는 선행연구(Song과 Shon, 2012b)의 결과를 이용하였다. 국내 일반공항 중 가장 많은 LTO 횟수를 보인 광주공항은 인천공항의 4.
- 1. Geographical location of 11 small scale airports (Daegu: RKTN, Gwangju: RKJJ, Muan: RKJB, Cheongju: RKTU, Yeosu: RKJY, Ulsan: RKPU, Sacheon: RKPS, Pohang: RKTH, Gunsan: RKJK, Wonju: RKNW, and Yangyang: RKNY).
- 기타 기종은 A321기종으로 대체하여 항공기 배출량을 계산하였다. 국내 일반공항의 기종별 LTO 횟수는 한국공항공사에서 제공하는 자료를 활용하였으며(Korea Airports Corporation, 2012), 모드별 할당시간(TIM)과 연료흐름(FF)은 EDMS으로부터 얻었다. 예를 들면, 모델에서 내정된 taxi-in과 taxi-out 시간은 각각 7분과 19분이 사용되었으며, take-off, climb-out, approach, startup 모드의 시간은 각각 0.
- 본 연구의 대상영역은 국내에 위치하고 있는 총 15개 공항 중 인천, 김포, 부산, 제주의 4대 주요 공항을 제외한 11개 국내 일반공항이다. 이들의 공항명과 ICAO의 코드는 다음과 같다.
이론/모형
- 따라서 세 방법 중 Tier 3 산출방법이 가장 신뢰도가 높은 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 LTO 횟수(Tier 3)를 이용한 항공기 배출량 산정법을 이용하였으며, 자세한 설명은 선행연구에 잘 나와 있다(Song과 Shon, 2012a). 요약하면, 항공기에 의한 배출은 크게 세 부분- 항공기의 LTO, 항공기의 cruise, LTO 후의 지상부대장비(GSE: Ground Support Equipment) 운행 - 으로 구분할 수 있다.
성능/효과
- 이들은 운항모드에 따라 서로 다름을 알 수 있다. 11개 공항에서 CO의 배출량은 항공기 운항모드 중 모드할당시간이 가장 긴 taxi-out(19분) 모드에서 가장 많이 배출되었고(전체배출량의 54~69% 차지), 2009~2010년 동안 최대 110 ton/y, 2010년도 평균 배출량이 30 ton/y 로 전년대비 약 10% 감소하였다. NOx의 배출량은 climb-out 모드에서 가장 많이 배출되었고(43~48%), 최대 28 ton/y, 2010년의 평균값이 3.
- 또한 국내 일반공항과 4대 주요 공항과 비교시, 일반공항에서의 LTO 횟수는 4대 공항의 10~11%를 차지하였으며, 대기오염물질 및 온실가스 배출량은 4대 공항의 5~14%를 차지하였다. 2009~2010년 동안, 국내 모든 공항(11개 일반공항과 4대 공항 모두 포함)에서 대기오염물질인 CO, NOx, VOCs, PM10의 총 배출량은 각각 4,523~4,760, 5,294~5,707, 831~851, 36~38 ton/y로산출되었으며, 온실가스인 CO2, CH4, N2O, H2O의 총배출량은 각각 1.1 x 106~1.2 x 106 , -1.9~-2.0, 19~20, 4.0 x 105~4.4 x 105 ton/y로 산출되었다.
- A300 기종 또한 각 공항에서 평균적으로 전체 LTO의 26%를 차지하였다. 2009년과 2010년에 B737과 A300 기종을 합한 LTO 횟수는 전체 기종의 LTO 횟수의 95% 이상을 차지한 것으로 나타났다.
- 계절별 특성을 보면, 대기오염물질과 온실가스의 배출량 변화(-5~5%)는 미미한 것으로 나타났다. 2년 동안 모든 공항에서CO, NOx, VOCs, PM10의 계절 평균 배출량은 각각 131, 76, 23, 0.75 ton/season로 나타났으며, 온실가스 CO2, N2O, CH4, H2O의 계절 평균 배출량은 각각 22,020, 0.40, -0.03, 8.6 ton/ season로 나타났다. 2010년도 대기오염물질과 온실가스의 계절별 배출량은 전년대비 CO, VOCs, PM10를 제외한 모든 물질에서 증가하였다.
- 1 x 106 ton/y)의 8%를 나타내었다. CH4 총 배출량(0.1 ton/y)은 4대 공항의 총 배출량(5,026~5,366 ton/y)의 5~6%를 차지하였으며, VOCs 총 배출량 (91~99 ton/y)은 4대 공항의 총 배출량(0.5~0.7 ton/y)의 5~7%를 보였다. N2O 총 배출량(0.
- 계절별 특성을 보면, 대기오염물질과 온실가스의 배출량 변화(-5~5%)는 미미한 것으로 나타났다. 2년 동안 모든 공항에서CO, NOx, VOCs, PM10의 계절 평균 배출량은 각각 131, 76, 23, 0.
- 항공 배출량은 항공기의 기종에 따라서도 변화한다. 기종별 배출량 특성을 보면, 사천, 군산, 원주 공항에서는 B737 기종에 의한 배출량이 전체 기종에 의한 배출량의 96% 이상이었고, 울산과 포항 공항은 2009년에는 B737에 의한 배출량이 81% 이상이었지만 2010년에는 51% 이상으로 감소하였고, 무안과 양양공항은 A300 기종에 의한 배출량이 69.9% 이상이었다. 청주(75.
- 대기오염물질 배출량 특성과 달리, 온실가스의 배출량은 대체적으로 증가하고 있는 것으로 나타났다. 온실가스의 경우, 2009~2010년도 CO2 연간 배출량의 변화는 394~21,217 ton/y, 2010년도 연평균은 8,270 ton/y으로 전년 대비 약 13% 증가하였다.
- N2O와 수증기의 경우도 taxiout 모드에서 가장 많이 배출되었고(각각 47~50%, 29~ 32%), 최대 182, 6,418 ton/y, 2010년의 평균배출량이 각각 74, 1,019 ton/y로 전년대비 별 차이가 없었다. 따라서 운항모드에서는 NOX와PM10를 제외한 대기오염물질 및 온실가스의 경우 taxi-out 모드가 주 배출모드인 것으로 나타났다.
- 국내 일반공항에서 가장 많은 LTO 횟수를 보인 공항은 광주공항이었으며, 항공기 대표기종은 B737로 전체의 60% 이상을 차지하였다. 또한 11개 일반공항 중 가장 많은 대기오염물질 및 온실가스를 배출한 공항은 광주공항이며, 가장 적은 배출량은 양양공항으로 나타났다. 항공기 운항모드별 배출량 비교시, taxi-out 모드에서 NOx와 PM10을 제외한 대기오염물질과 온실가스의 가장 많은 배출량이 산출되었고, NOx의 경우는 climb-out 모드에서 PM10의 경우는 approach 모드에서 가장 많은 배출량이 산출되었다.
- 항공기 운항모드별 배출량 비교시, taxi-out 모드에서 NOx와 PM10을 제외한 대기오염물질과 온실가스의 가장 많은 배출량이 산출되었고, NOx의 경우는 climb-out 모드에서 PM10의 경우는 approach 모드에서 가장 많은 배출량이 산출되었다. 또한 국내 일반공항과 4대 주요 공항과 비교시, 일반공항에서의 LTO 횟수는 4대 공항의 10~11%를 차지하였으며, 대기오염물질 및 온실가스 배출량은 4대 공항의 5~14%를 차지하였다. 2009~2010년 동안, 국내 모든 공항(11개 일반공항과 4대 공항 모두 포함)에서 대기오염물질인 CO, NOx, VOCs, PM10의 총 배출량은 각각 4,523~4,760, 5,294~5,707, 831~851, 36~38 ton/y로산출되었으며, 온실가스인 CO2, CH4, N2O, H2O의 총배출량은 각각 1.
- 5% 이상을 차지하였다. 즉 기종에 의한 배출량도 LTO 횟수에 대체적으로 비례함을 알 수 있었다(Table 2와 Fig. 2). 항공기 기종 중 가장 대표 기종인 B737에 대한 대기오염물질과 온실가스의 배출량 변화를 살펴보면 다음과 같다.
- 2010년도 대기오염물질과 온실가스의 계절별 배출량은 전년대비 CO, VOCs, PM10를 제외한 모든 물질에서 증가하였다. 증가량은 13(CO2)~49%(CH4)를 나타내었고, NOx와 VOCs의 경우는 각각 27%와 -8%의 변화를 나타내었다.
- 월변화를 보면, 2년 동안의 월평균 LTO횟수는 광주 878회, 청주 753회, 울산 743회, 대구 689회, 여수 474회, 포항 306회, 사천 181회, 군산 113회, 무안 87회, 원주 57회, 양양 공항은 22회 순으로 나타났다. 최대값을 나타내는 월은 공항에 따라 매우 다르게 나타났으며, 모든 공항의 월변화 폭은 2009년에는 월평균 +11.9%~-18.1% 범위, 2010년에는 +13%~-13% 범위 내에서 변화하였다. 2009년도 월별 변화폭이 가장 큰 공항은 군산공항(+12.
- 또한 11개 일반공항 중 가장 많은 대기오염물질 및 온실가스를 배출한 공항은 광주공항이며, 가장 적은 배출량은 양양공항으로 나타났다. 항공기 운항모드별 배출량 비교시, taxi-out 모드에서 NOx와 PM10을 제외한 대기오염물질과 온실가스의 가장 많은 배출량이 산출되었고, NOx의 경우는 climb-out 모드에서 PM10의 경우는 approach 모드에서 가장 많은 배출량이 산출되었다. 또한 국내 일반공항과 4대 주요 공항과 비교시, 일반공항에서의 LTO 횟수는 4대 공항의 10~11%를 차지하였으며, 대기오염물질 및 온실가스 배출량은 4대 공항의 5~14%를 차지하였다.
- 항공기에 의한 대기오염물질의 연간 배출량의 크기 순서는 CO, NOx, VOCs, PM10 순으로 나타났다(Tables 3~4과 Fig. 3). 2년(2009~2010년) 동안 개별 공항에서의 CO 연간 배출량 변화는 1.
후속연구
- 따라서 이러한 많은 VOCs 배출로 인해 공항으로부터 풍하측에 위치한 대도시의 오존농도는 증가할 것으로 예상할 수 있다. 현재 국내 영공에서의 항공기에 의한 대기오염물질과 온실가스 배출량 산정에 관한 연구를 진행하고 있으며, 향후 항공기에 의한 오염물질 배출이 주변지역 대기질에 미치는 영향을 보다 정확하게 평가하기 위하여 3차원 화학수송모델을 이용한 수치 모의 연구를 계획하고 있다.
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