[논문]국내 수송용 연료의 물성 및 CO2 배출계수 산정연구

강형규; 도진우; 하종한; 나병기

doi:10.5855/energy.2014.23.3.072

국내 수송용 연료의 물성 및 CO2 배출계수 산정연구
A study on Property and CO2 Emission Factor of Domestic Transportation Fuel 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.23 no.3, 2014년, pp.72 - 81

강형규 (한국석유관리원) , 도진우 (한국석유관리원) , 하종한 (한국석유관리원) , 나병기 (충북대학교 화학공학과)

초록
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기후변화에 관한 정부 간 패널기구(IPCC)는 온실가스 배출통계 작성과 관련한 국제적 기준을 정한 보고서에 따라 온실가스 배출통계의 정밀도 및 난이도를 고려하여 Tier 1/2/3의 세 가지의 방법론을 제시하였다. 국내의 경우 기존의 인벤토리 구축은 우리나라 전체 에너지소비량을 교통수단별 배출계수를 적용하여 산출하는 Top-down 방식으로 이루어 졌었고, 배출계수는 승용차의 계속적인 증가와 도로 구간 변화가 반영되지 못한 국내 교통상황에서 진행되었다. 온실가스 배출량 산정에 있어 $CO_2$의 배출량은 연료에 따른 탄소 함량으로 산정 하는 것이 보다 정확한 배출량 산정을 할 수 있다고 IPCC에서 제시함에 따라 정확한 배출량 산정을 위해 수송용 연료에 대하여 국가 고유 탄소 함량을 월별 또는 계절별 분석을 통하여, 국가 온실가스 통계의 정확도 제고와 최신 배출통계를 통해 앞선 기후변화 대응 대책 수립을 가능하게 할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC) suggested the three methodology, Tier 1/2/3, considering with the accuracy and difficulty of greenhouse gas emission statistics according to the report determined as the international criterion. In Korea, the existing inventory building was made by the Top-down approach applying with the emission factors for transportation in the entire energy consumption, the emission factors were investigated under the domestic traffic situation which did not reflect by the continuing increase of vehicle and the change of road section. From the suggestion of IPCC, which it is estimated that the emission estimation of $CO_2$ in greenhouse gas emission could be calculated more accurate by the carbon content according to the fuel, the establishment of measures to respond to climate change from the latest greenhouse gas emissions statistics will be able to improve the accuracy of national statistics using monthly or seasonally the analysis of carbon content about the transportation fuels.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 국내 교통부문에 사용되는 휘발유, 경유, LPG 등의 수송용 연료에 대한 특성을 파악하고, CO2 배출계수를 개발하여 교통부문의 수송용 연료에 대한 온실가스 배출량을 산정하고자 한다.

제안 방법

Tier 1의 CO2 배출량 산정식과 동일하나, 개별 국가의 연료에 대한 고유 탄소함유량과 발열량을 적용하여 CO2 배출량을 산정한다.
각 부문별, 사업장의 배출시설 및 감축기술단위별 고유 CO₂배출계수와 발열량을 적용하여 CO₂배출량을 산정한다.
국내 수송용 연료의 특성을 파악하기 위하여 각 연료의 탄소함량, 순발열량 및 밀도를 분석하였고, 분석방법은 『석유제품의 품질기준과 검사방법 및 수수료에 관한 고시』 및 『액화석유가스의 품질기준과 검사방법·검사수수료 및 검사 소요경비 지원방법 등에 관한 고시』 에서 규정하는 품질기준 및 시험방법을 적용하였다.
휘발성 시료의 경우, 시료의 손실을 막기 위해 젤라틴 캡슐에 넣은 후 측정하였고, 비휘발성 시료의 경우, 시료를 직접 시료 컵에 담아 측정하였다. 또한 황 함량 측정값을 보정한 총발열량을 산출하였다.
본 연구에서는 국내 수송용 연료에 대하여 물리적 특성을 분석하고, 온실가스 배출량 산정 시 필요한 국가고유탄소함량과 CO2배출계수 등에 대한 결과를 산출하였다.
배출량을 산정한다. 연료의 탄소 및 수소의 구성비, 밀도, 순발열량을 이용하여 국가고유탄소함유량을 산출한다.

대상 데이터

국내 수송용 연료의 CO₂ 배출계수 개발을 위하여 실제 국내에서 제조되어 유통되어지는 자동차용 휘발유, 자동차용 경유, 선박용 경유, A중유, C중유, 항공유(JET A-1, JP-8), 액화석유가스(LPG)와 천연가스(CNG) 9종의 연료를 대상으로 국내 4개 정유사, 액화석유수입사 및 한국가스공사를 대상으로 시료를 확보하였다.

이론/모형

각 연료의 밀도는 KS M ISO 12185 시험방법을 적용하였으며, 일정량의 시료를 밀도시험기(DMA 4500, Anton Paar)에 주입하여 측정하였다.
각 연료의 발열량 분석은 KS M 2057 시험방법을 적용하였으며, 봄베 열량계(6400 Calorimeter, Paar)에 시료 0.3 ~ 0.5 g을 이용하여 총발열량을 측정하였다. 휘발성 시료의 경우, 시료의 손실을 막기 위해 젤라틴 캡슐에 넣은 후 측정하였고, 비휘발성 시료의 경우, 시료를 직접 시료 컵에 담아 측정하였다.
각 연료의 수분 분석은 KS M ISO 12937 시험방법의 전기량적정법을 이용하였으며, 시료 1 ~ 2 ml을 채취해서 0.1 mg 단위까지 무게를 측정한다. 일정량의 시료를 적정기(MKC-520, KEM)에 주입한 후 다시 무게를 0.
각 연료의 탄소(C)와 수소(H) 함유량은 ASTM D 5291 시험방법을 적용하였으며, 시료 1 ~ 2 mg을 원소분석기(FLASH 2000, Thermo Finnigam)를 이용하여 측정하고 시료의 탄소 및 수소함량은 각각 탄소 배출계수와 순발열량 산출에 사용하였다.
각 연료의 황분분석은 KS M ISO 8754 시험방법을 적용하였고, 표준물질을 이용하여 검량선을 작성한 X선 형광분석기 (SLFA-2800, Horiba)에 시료 5 ~ 10 ml를 주입하여 시료내의 황 함량을 측정하였다.⁽⁷⁾
국내 수송용 연료의 특성을 파악하기 위하여 각 연료의 탄소함량, 순발열량 및 밀도를 분석하였고, 분석방법은 『석유제품의 품질기준과 검사방법 및 수수료에 관한 고시』 및 『액화석유가스의 품질기준과 검사방법·검사수수료 및 검사 소요경비 지원방법 등에 관한 고시』 에서 규정하는 품질기준 및 시험방법을 적용하였다. 고시에서 규정하지 않는 항공유 등은 KS 및 ASTM 시험방법을 적용하였다. 각 항목별 분석법과 장비는 Table 3에 나타내었다.
석유제품의 발열량 측정은 KS M 2057 시험방법을 적용하였으며, 총발열량 값을 측정 후 시료의 황함량과 수분함량을 보정하였다. 순발열량 값은 황함량과 수분함량을 보정한 총발열량 값을 (1)식을 이용하여 산정하였다.

성능/효과

1) 연료별 밀도 (kg/L)는 자동차용 휘발유 0.711, 자동차용 경유 0.827, 선박용 경유 0.844, A중유 0.890, C중유 0.986, 항공유(JET-1) 0.792, 항공유(JP-8) 0.802, 액화석유가스 0.571 [kg/L]로 산출되었다.
2) 탄소비율 (%)은 자동차용 휘발유 83.27, 자동차용 경유 85.86, 선박용 경유 86.69, A중유 87.45, C중유 86.27, 항공유(JET-1) 85.98, 항공유(JP-8) 85.71 [%]로 산출되었다.
3) 순발열량 (MJ/kg)은 자동차용 휘발유 42.71, 자동차용 경유 42.35, 선박용 경유 42.48, A중유 41.54, C중유 39.92, 항공유(JET-1) 42.64, 항공유(JP-8) 42.54, 액화석유가스 45.7094, 천연가스 49.1476 [MJ/kg]로 산출되었고, IPCCG/L.
4) 국내 연료의 CO2 배출계수 (kg/TJ)는 자동차용 휘발유 71,500, 자동차용 경유 74,341, 선박용 경유 74,827, A중유 77,201, C중유 79,238, 항공유(JET-A1) 73,927, 항공유 (JP-8) 73,937[kg/TJ]로 산출되었고, IPCC G/L에 제시된 CO2 배출계수와 비교해보면 국내 연료가 전체적으로 높게 나타났다.
3 %를 차지했다. 에너지 중 전환부문은 1990 ~ 2006년 동안 10.2 %의 높은 연평균 증가율을 기록하였고, 에너지 부문에서 차지하는 비중이 35.3 %로 가장 높은 점유율을 나타내었다. 그 다음으로 산업, 수송, 가정·상업, 탈루성, 공공·기타 부문의 순서로 비중이 높게 나타났고, 가정·상업과 공공·기타 부문의 온실가스 배출량은 감소세에 있다.
배출계수와 순발열량을 나타낸 것이다. 정유사별로 결과값에는 큰 차이는 없었으며, CO₂ 배출계수는 71,500 kg/TJ, 순발열량은 42.71 MJ/kg로 산정되었다.
최종 CO2 배출계수는 73,937 kg/TJ, 순발열량은 42.54 MJ/kg로 산정되었다.
배출계수와 순발열량을 나타낸 것이다. 최종 CO₂ 배출계수는 74,827 kg/TJ, 순발열량은 42.48 MJ/kg로 산정되었다.
배출계수와 순발열량을 나타낸 것이다. 최종 CO₂ 배출계수는 77,201 kg/TJ, 순발열량은 41.54 MJ/kg로 산정되었다.
배출계수와 순발열량을 나타낸 것이다. 최종 CO₂ 배출계수는 79,238 kg/TJ, 순발열량은 39.92 MJ/kg로 산정되었다.
최종 CO2 배출계수는 73,927 kg/TJ, 순발열량은 42.54 MJ/kg로 산정되었다.
배출계수와 순발열량을 나타낸 것이다. 최종 CO₂배출계수는 74,341 kg/TJ, 순발열량은 42.35 MJ/kg로 산정되었다.

후속연구

(2) 따라서, 국내 연료특성이 반영된 배출량 산정으로 효율적인 온실가스 저감 정책의 수립과 정확한 정책 시행에 따른 효과를 증명할 수 있을 것으로 생각된다.
국내 석유제품에 대한 지속적인 연료 특성변화 추이를 파악해야 할 것이며, 향후 바이오 연료 등을 포함한 석유대체연료에 대한 정확한 데이터 수집이 필요하다. 또한 CO₂ 뿐만 아니라 국내 실정에 맞는 CH₄, NO₂등과 같은 non-CO₂ 배출계수 개발 및 산정에 관한 연구가 필요하다.
또한 CO2 뿐만 아니라 국내 실정에 맞는 CH4, NO2 등과 같은 non-CO2 배출계수 개발 및 산정에 관한 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	우리나라는 에너지 사용에 따른 온실가스 배출량 산정 시 사용하는 것은?	우리나라는 에너지 사용에 따른 온실가스 배출량 산정 시 IPCC 가이드라인에서 제시하는 배출계수 (Tier 1)를 사용하고 있다.(3)
	2009년 기준 전체 온실가스 배출량에서 국내 교통부문 온실가스 배출량이 차지하는 비율은?	국내 교통부문 온실가스 배출량은 2009년 기준 전체 온실가스 배출량의 13.6 %를 차지하고 있으며 특히 교통부문에서 배출되는 온실가스 중 약 95 % 이상이 수송용 연료에서 기인한다.(1)
	국내 연료특성이 반영된 배출량 산정으로 효율적인 온실가스 저감 정책의 수립과 정확한 정책 시행에 따른 효과를 증명할 수 있을 것으로 예상하는 이유는?	IPCC 가이드라인에서 제시하는 배출계수를 사용하였을 경우 국가 고유의 연료특성이 반영되지 않는 단점이 있고, 기후변화협약 교토의정서에 따른 의무감축국도 UN에 제출하는 국가 온실가스 배출량 보고 서 작성 시 대부분 Tier 2나 Tier 3 수준의 배출계수 를 적용하고 있다.(2) 따라서, 국내 연료특성이 반영된 배출량 산정으로 효율적인 온실가스 저감 정책의 수립과 정확한 정책 시행에 따른 효과를 증명할 수 있을 것으로 생각된다.

참고문헌 (8)

Hong, J. H., Kang, D. I., Lee, T. W., Lee, D. M., Lee, S. E., Moon, J. H., Lim, J. H., Kim, D. S., "Establishment of Climate Change Responding System for Transportation Sector(II) - Development of Bottom-up Type GHGs Emission factor for Vehicles -", Transportation Pollution research Center, National Institute of Environmental Research, 2009
Joe, J. H., Shin, S. S., Jung, G. H., "Establishing Greenhouse Gas National Inventroy Management System in Korea" The Korea Transport Institiute, 2008
Kim, J. Y., Kang, D. I., Lee, J. T., Kim, J. S., Lim, C. S., Kim, S. M., Lim, J. H., Lee, S. G., Lim, T. H., Kim, S. K., Hong, H. K., Moon, J. H., "Establishment of Climate Change Responding System for Transportation Sector(II) - Development of Bottom-up Type GHGs Emission factor for Vehicles -", Transportation Pollution research Center, National Institute of Environmental Research, 2010
교통안전공단, "국가 교통부문 온실가스 배출량 보고서", 2010
IPCC Guidelines, 2006.
Kim, T. H., Lee, S. I., Kim, Y. I., Rho, J. H., "Comparison Study of Generated Greenhouse Gas(GHG) Amount Estimation from Road Transportation", J. of Korean Soc. Civ. Eng, Vol. 58, No. 9, pp. 67-73, 2010
International Organization for Standardization, "Petroleum products-Determination of sulfur content-Energy-dispersive X-ray fluorescence spectrometry, ISO 8754, 2003
Jeon, E. C., Myeong, S. J., Jeong, J. H., Lee, S. H., Sa, J. W. Roh, G. H., Kim, K. H. and Bae, W. S., Development of Emission Factors for Greenhous Gas ( $CO_{2}$ ) from Anthracite Fired Power Plants in Korea, J. Korean Soc. Atmos. Eniron., Vol. 23, No. 4, pp. 440-448, 2007

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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