최근 낙농업은 지구온난화 등 환경에 미치는 영향 문제에 직면하고 있다. 특히 젖소로부터 발생하는 장내발효 메탄가스와 젖소를 사육하는데 필요한 사료작물의 재배에 의한 여러 환경영향이 이슈가 되고 있다. 유럽에서는 Product Environmental Footprint (PEF)라는 통합적 라벨링제도를 통해 공산품뿐만 아니라 낙농제품 등과 같은 각종 농업생산물에 대한 환경영향 산정 방법론을 연구하고 있는 실정이다. 이 연구에서는 전과정평가(Life cycle assessment, LCA)를 이용하여 국내 낙농우(젖소)의 전과정에 대해 전과정 단계별로 환경영향을 산정하고 주요이슈를 규명하였다. 시스템 경계는 젖소를 위한 사료작물 재배, 사료가공, 전소 관리와 가축분뇨처리(cradle-to-gate)이다. 기능단위는 1 kg의 우유(Fat Protein Corrected Milk, FPCM(유지 및 단백질 보정유)) 생산이다. 국내 낙농우(젖소) 시스템의 환경영향은 사육단계, 사료작물 재배단계가 분뇨처리단계 및 사료생산 단계보다 더 많은 환경영향범주에서 주요 전과정 단계로 규명되었다. 이에 농장 내 우유 생산과정 환경영향을 저감하기 위해서는 사육 시 장내발효 메탄가스 발생 억제기술 개발, 농장 기기 장비의 에너지효율 개선, 작물 재배 시 발생하는 침출수 관리 및 사료작물 재배 시 비료의 유실방지 기술 개발 등이 주요 환경이슈를 개선하기 위한 방안으로 판단된다.
최근 낙농업은 지구온난화 등 환경에 미치는 영향 문제에 직면하고 있다. 특히 젖소로부터 발생하는 장내발효 메탄가스와 젖소를 사육하는데 필요한 사료작물의 재배에 의한 여러 환경영향이 이슈가 되고 있다. 유럽에서는 Product Environmental Footprint (PEF)라는 통합적 라벨링제도를 통해 공산품뿐만 아니라 낙농제품 등과 같은 각종 농업생산물에 대한 환경영향 산정 방법론을 연구하고 있는 실정이다. 이 연구에서는 전과정평가(Life cycle assessment, LCA)를 이용하여 국내 낙농우(젖소)의 전과정에 대해 전과정 단계별로 환경영향을 산정하고 주요이슈를 규명하였다. 시스템 경계는 젖소를 위한 사료작물 재배, 사료가공, 전소 관리와 가축분뇨처리(cradle-to-gate)이다. 기능단위는 1 kg의 우유(Fat Protein Corrected Milk, FPCM(유지 및 단백질 보정유)) 생산이다. 국내 낙농우(젖소) 시스템의 환경영향은 사육단계, 사료작물 재배단계가 분뇨처리단계 및 사료생산 단계보다 더 많은 환경영향범주에서 주요 전과정 단계로 규명되었다. 이에 농장 내 우유 생산과정 환경영향을 저감하기 위해서는 사육 시 장내발효 메탄가스 발생 억제기술 개발, 농장 기기 장비의 에너지효율 개선, 작물 재배 시 발생하는 침출수 관리 및 사료작물 재배 시 비료의 유실방지 기술 개발 등이 주요 환경이슈를 개선하기 위한 방안으로 판단된다.
Recently the dairy cow industry have faced environmental issues such as eutrophication, global warming, etc. An LCA was used to quantify the environmental impact of a dairy cow system and to identify key issues contributing to the impact. The system boundary crop cultivation for feeding dairy cow, f...
Recently the dairy cow industry have faced environmental issues such as eutrophication, global warming, etc. An LCA was used to quantify the environmental impact of a dairy cow system and to identify key issues contributing to the impact. The system boundary crop cultivation for feeding dairy cow, feed production, rearing and manure management (cradle-to-gate). The functional unit was 1 kg of milk (fat protein corrected milk, FPCM) produced. Rearing and cultivation of feed crops stages in system boundary to the environmental impact of the domestic dairy cow system were dominant issues. Techniques such as suppression of enteric fermentation, improvement of the energy efficiency of farm equipment and apparatuses, management of leachate generated during the crop cultivation, and development of controling the loss of fertilizer during crop production would be necessary for the improvement of the environmental key issues of the dairy cow system.
Recently the dairy cow industry have faced environmental issues such as eutrophication, global warming, etc. An LCA was used to quantify the environmental impact of a dairy cow system and to identify key issues contributing to the impact. The system boundary crop cultivation for feeding dairy cow, feed production, rearing and manure management (cradle-to-gate). The functional unit was 1 kg of milk (fat protein corrected milk, FPCM) produced. Rearing and cultivation of feed crops stages in system boundary to the environmental impact of the domestic dairy cow system were dominant issues. Techniques such as suppression of enteric fermentation, improvement of the energy efficiency of farm equipment and apparatuses, management of leachate generated during the crop cultivation, and development of controling the loss of fertilizer during crop production would be necessary for the improvement of the environmental key issues of the dairy cow system.
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문제 정의
이 연구의 목적은 우유를 생산하는 낙농우(젖소)에 대한 LCA를 수행하여 여러 환경영향범주의 특성화 결과값 및 가중치부여 영향값을 산출하는 것이다. 또한, 낙농우 시스템에서 환경영향에 크게 기여하는 전과정단계 및 주요 발생 원을 규명하고, 대응방안을 도출하는 것이다.
이는 우유생산을 위해서는 암소의 임신이 꼭 필요한 과정이고 이로 인하여 송아지가 꾸준히 생산되고 있다. 이 송아지의 일부를 농장에서 사육하고 사육한 송아지는 향후 우유 생산 능력이 저하된 젖소와 대체하는 세대교체에 사용되기 때문에 이번 연구에 포함시켜 환경영향을 산정하였다.
이 연구에서는 젖소 관련 통계의 평균을 이용한 가상의 농장을 기준으로 환경영향을 평가하였다.
이 연구의 목적은 우유를 생산하는 낙농우(젖소)에 대한 LCA를 수행하여 여러 환경영향범주의 특성화 결과값 및 가중치부여 영향값을 산출하는 것이다. 또한, 낙농우 시스템에서 환경영향에 크게 기여하는 전과정단계 및 주요 발생 원을 규명하고, 대응방안을 도출하는 것이다.
1) 그러나 온실가스 배출을 제외한 다른 환경영향범주(예: 산성화, 부영양화 등)에 대한 연구는 미비하다. 이러한 이유로 국내 농장 내 우유 생산과정에 걸쳐 여러 환경영향범주를 대상으로 환경영향을 정량적으로 평가하는 것을 연구 목적으로 설정하였다(Cf. 국내 낙농업의 우유생산용 젖소는 홀스타인종 젖소 단일품종으로서 젖소로 칭함)
제안 방법
1, 2009)의 자료를 통해 해외 사료작물에 대한 정보 및 제초제, 살충제, 비료와 같은 농업용품에 관한 투입물/산출물 정보를 수집하였다.8) 또한 대상 농장의 젖소 사료 섭취량과 사료원별 배합비 정보를 통해 사료원별 사용량을 산정하였다.
젖소 사육시스템은 사료급여, 착유공정 등을 포함한다. 또한 젖소를 사육할 때 장내발효 유래 온실가스의 경우 사육 단계의 배출물로 간주하였다. 사육 시스템의 시스템 경계를 Fig.
메탄 변환계수(Methane Conversion Factor, MCF(S,k))와 아산화질소 변환계수는 각각 22%와 0.01 kg N2O/kg N excreted (cattle and swine deep bedding (cont.) (> 1 month, No mixing))을 이용하였다.
전과정 영향평가의 첫 단계인 분류화는 예상되는 환경영향의 유형을 토대로 목록분석 결과로 도출된 투입물, 산출물들을 해당 영향범주로 분류하는 과정이다. 분류화를 통해 각 환경영향범주 별로 데이터를 정리한 후 특성화를 수행하여 각 환경영향범주 별 잠재적 환경영향을 산정하였다.24) 환경영향범주는 Guinee 등2)이 제시한 환경영향범주중 생태독성과 인간독성을 제외한 6가지(지구온난화, 산성화, 오존층 고갈, 무생물 자원 고갈, 광화학적 산화물 생성, 부영양화)를 평가 대상으로 선정하였다.
이들 에너지는 축사의 냉·난방 기기, 우유 저장시설과 분뇨처리 시설에서 사용되는 에너지로써 에너지 사용량이 기기별로 측정되지 않아 환경영향 산정 시 사육단계에 총량으로 적용하였다.
그러나 국내 농축산부문의 제반 공정 및 작물에 관한 LCI (Life Cycle Inventory) DB (Database)가 부족하여 LCA 수행에 많은 어려움이 있다. 이를 극복하기 위하여 부족분에 대해서는 국외 LCI DB를 활용하였다.
젖소의 주요 기능은 우유 생산이다. 이에 기능단위는 우유 1 kg (Fat Protein corrected Milk, FPCM)으로 설정하였다. 기능단위를 이와 같이 설정한 이유는 같은 기능(품질)을 갖는 우유간의 환경영향의 비교를 위해 우유의 품질을 고려한 단위인 1 kg의 FPCM가 타당할 것으로 판단했기 때문이다.
대상 데이터
분류화를 통해 각 환경영향범주 별로 데이터를 정리한 후 특성화를 수행하여 각 환경영향범주 별 잠재적 환경영향을 산정하였다.24) 환경영향범주는 Guinee 등2)이 제시한 환경영향범주중 생태독성과 인간독성을 제외한 6가지(지구온난화, 산성화, 오존층 고갈, 무생물 자원 고갈, 광화학적 산화물 생성, 부영양화)를 평가 대상으로 선정하였다.
이는 LCA 분석 결과의 범용성을 기하기 위함이다.5,6) 단, 통계자료에 없는 일부 항목은 경기도 및 강원도에 위치한 실제 농장의 데이터를 적용하였다. 이 가상의 농장의 사육두수는 송아지, 비육우 포함 68두이고, 축사 형태는 톱밥깔짚이며, 분뇨처리 시스템은 스크류식 퇴비화 공정이다.
수입작물의 투입물, 배출물 데이터는 해외 LCI DB를 이용하였다.7) 국내산작물은 표준영농교본으로부터 데이터를 수집하여 투입물, 배출물 데이터를 확보하였다.8~13) Fig.
각 공정의 투입물과 배출물 데이터는 현장 조사 및 문헌연구와 Ecoinvent(국외 LCI DB) 및 국가 LCI DB 정보망에 구축된 LCI DB를 이용하여 수집하였다.19) 이 연구에서 고려한 모든 투입물/산출물은 Table 3과 같으며 아래에 각 투입물/산출물 산정 과정을 제시하였다.
국내에서 생산된 사료작물에 대한 투입물/산출물 데이터는 농촌진흥청에서 발간한 표준영농교본을 바탕으로 수집되었다.8~13) 해외에서 수입한 사료작물의 경우는 해외에 구축된 사료작물에 관한 LCI DB를 이용하였다.
사료작물 재배 투입물에는 종자와 농업용수, 살충제, 제초제, 비료, 농기계 사용에 따른 에너지, 수입 사료작물의 운송에 소요된 에너지가 있다. 대상 사료작물은 옥수수, 밀, 콩(이상 수입산), 유채, 귀리, 보리, 호밀짚, 볏짚(이상 국내산)이다. 수입작물의 투입물, 배출물 데이터는 해외 LCI DB를 이용하였다.
분뇨처리 시스템의 투입물/산출물은 정부 발간 자료를 통해 수집하였다.14) 분뇨처리에 의한 메탄 및 이산화질소 배출량은 국가 온실가스 인벤토리 보고서21)와 Baek 등23)이 제시한 방법을 이용하여 산정하였다.
사료작물 가공 시스템의 투입물/산출물은 국내 사료 생산업체 A를 통해 사료공장에 대한 현장데이터를 수집하였으며 Table 8에 그 결과를 제시하였다. 단, 업체 A는 회사 이름 공개를 원하지 않아 구체적인 정보는 기재하지 않았다.
서울우유 협동조합에서 제공한 통계자료를 통하여 축사에서 일어나는 사육 단계의 투입물/산출물 데이터를 수집하였다.5) 장내발효에 의한 메탄 발생량은 IPCC 가이드라인에서 제공한 방법에 따라 계산하였다.
대상 사료작물은 옥수수, 밀, 콩(이상 수입산), 유채, 귀리, 보리, 호밀짚, 볏짚(이상 국내산)이다. 수입작물의 투입물, 배출물 데이터는 해외 LCI DB를 이용하였다.7) 국내산작물은 표준영농교본으로부터 데이터를 수집하여 투입물, 배출물 데이터를 확보하였다.
Table 2에는 연구 대상 농장의 일반적 정보를 기술하였다. 연구 대상 농장에서 사육하는 젖소 중 아직 우유를 생산하지 못하는 송아지, 비육암소 및 출산 전 암소가 포함되어있다. 이는 우유생산을 위해서는 암소의 임신이 꼭 필요한 과정이고 이로 인하여 송아지가 꾸준히 생산되고 있다.
5,6) 단, 통계자료에 없는 일부 항목은 경기도 및 강원도에 위치한 실제 농장의 데이터를 적용하였다. 이 가상의 농장의 사육두수는 송아지, 비육우 포함 68두이고, 축사 형태는 톱밥깔짚이며, 분뇨처리 시스템은 스크류식 퇴비화 공정이다. 시스템 경계를 Fig.
이론/모형
14) 분뇨처리에 의한 메탄 및 이산화질소 배출량은 국가 온실가스 인벤토리 보고서21)와 Baek 등23)이 제시한 방법을 이용하여 산정하였다.
5) 장내발효에 의한 메탄 발생량은 IPCC 가이드라인에서 제공한 방법에 따라 계산하였다.21) 축사에서 사용하는 에너지는 전력 120,643.
성능/효과
국내 낙농우(젖소) 시스템의 환경영향은 사육단계, 사료 작물 재배단계가 분뇨처리단계 및 사료생산단계보다 더 많은 환경영향범주에서 주요 전과정 단계로 규명되었다.
사료작물 재배단계와 사육단계가 총 6개의 환경영향범주중 각각 4개, 3개의 영향범주에서 주요이슈로 밝혀졌다. 사료 생산단계는 6가지 환경영향범주에서 0.1~1.8%의 기여도를 보이고 있으며 분뇨처리 단계는 지구온난화와 광화학 스모그 환경영향범주에서 10%가량의 기여도를 보이고 있다.
사료작물 재배단계와 사육단계가 총 6개의 환경영향범주중 각각 4개, 3개의 영향범주에서 주요이슈로 밝혀졌다. 사료 생산단계는 6가지 환경영향범주에서 0.
) (> 1 month, No mixing))을 이용하였다. 연구 대상 농장에서 일년 동안 분뇨처리로 인한 메탄과 이산화질소 배출량은 각각 1,331.7 kg과 57.2 kg 으로 계산되었다.
사료작물 재배단계의 경우 산성화와 부영양화 영향범주의 특성화 값이 높은 이유는 작물 재배에 사용되는 인, 질소, 칼륨 비료에 의한 영향으로 판단된다. 전과정 목록분석 결과에 따르면 사료작물 재배단계에서 배출되는 NO3-와 NH3의 양이 전과정에서 배출되는 NO3-와 NH3의 양의 약 83%로 나타났다. 특히 부영양화의 경우 우리와 유사하게 비료를 사용하는 일본의 사례와 비교해 보아도 3.
후속연구
이는 농지로부터 유출되는 비료와 토양으로 침투되는 비료에 의한 것으로 볼 수 있다. 따라서 비점오염원 관리, 침출수 관리, 투입된 비료의 유실 방지 기술 개발 등을 통해 환경영향을 개선할 수 있을 것이다.
사료작물 재배단계의 경우, 작물 재배에 사용하는 비료 유실과 비료 사용에 따른 침출수가 주요 요인으로 나타났다. 따라서 작물 재배 시 발생되는 침출수 관리와 비료 유실방지 기술개발을 통해 환경영향을 저감할 수 있을 것으로 판단된다.
반면에 이 연구는 평균적인 가상의 농장을 기준으로 수행되었기 때문에 젖소 농가의 지리적, 기후적 환경의 차이 및 농장 시스템의 차이에 따른 환경영향의 차이를 파악할 수는 없다. 따라서 향후에는 농장의 지리적, 기후적 환경변화, 축사 형태와 분뇨처리 방법에 따른 젖소의 환경영향 비교 연구가 필요하며 이를 통해 국내 실정에 알맞은 친환경 축사 형태를 도출하는데 기여할 수 있을 것이다.
국내 젖소의 경우 총 사료 섭취량 중 조사료의 비중이 높기 때문에 해외의 경우보다 높은 메탄발생량을 보이는 것으로 사료된다. 하지만 이번 연구에서는 조사료의 품질에 대한 고려는 이루어지지 않았기 때문에 향후 추가적인 연구를 통해 보완할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
농장 내 우유 생산과정의 범주는?
농장 내 우유 생산과정에는 사료작물 재배부터 사료작물 가공, 사육, 착유, 분뇨처리 등의 모든 과정이 포함된다. 그러나 국내 농축산부문의 제반 공정 및 작물에 관한 LCI (Life Cycle Inventory) DB (Database)가 부족하여 LCA 수행에 많은 어려움이 있다.
낙농우 시스템은 어떻게 구성되어 있는가?
낙농우 시스템은 사료작물 재배, 사료작물 가공, 사육, 분뇨처리의 4가지 하위 시스템(sub-system)으로 구성된다. 각 하위 시스템에 포함되는 주요 활동 및 세부 공정에 대한 정보를 Table 1에 기술하였다.
젖소가 섭취할 사료의 원재료인 사료작물에 무엇이 있나?
사료작물 재배 투입물에는 종자와 농업용수, 살충제, 제초제, 비료, 농기계 사용에 따른 에너지, 수입 사료작물의 운송에 소요된 에너지가 있다. 대상 사료작물은 옥수수, 밀, 콩(이상 수입산), 유채, 귀리, 보리, 호밀짚, 볏짚(이상 국내산)이다. 수입작물의 투입물, 배출물 데이터는 해외 LCI DB를 이용하였다.
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