본 연구에서는 전과정평가 방법론을 활용하여 액체 이산화탄소 제조 공정에 대한 전과정목록 DB를 구축하였다. 특성화와 정규화 결과, 액체 이산화탄소의 제조는 자원소모, 지구온난화 범주가 주로 영향을 미치며, 다음으로 산성화, 부영양화, 광화학적산화물생성 순이었다. 투입물의 기여도에서는 대부분의 영향범주에서 전력이 가장 높았으며 산성화와 부영양화에는 대기배출이 높은 기여도를 나타내었다. 오존층 파괴 범주의 경우 암모니아가 주된 원인이었다. 본 액체 이산화탄소 LCI DB를 통하여 탄소성적표지 등의 국가적 차원의 환경 전략 활용이 활성화되기를 기대한다.
본 연구에서는 전과정평가 방법론을 활용하여 액체 이산화탄소 제조 공정에 대한 전과정목록 DB를 구축하였다. 특성화와 정규화 결과, 액체 이산화탄소의 제조는 자원소모, 지구온난화 범주가 주로 영향을 미치며, 다음으로 산성화, 부영양화, 광화학적산화물생성 순이었다. 투입물의 기여도에서는 대부분의 영향범주에서 전력이 가장 높았으며 산성화와 부영양화에는 대기배출이 높은 기여도를 나타내었다. 오존층 파괴 범주의 경우 암모니아가 주된 원인이었다. 본 액체 이산화탄소 LCI DB를 통하여 탄소성적표지 등의 국가적 차원의 환경 전략 활용이 활성화되기를 기대한다.
In this research, life cycle inventory database (LCI DB) was developed for liquid CO2 employing life cycle assessment (LCA) methodology. As are result of characterization and normalization process, production of liquid CO2 puts on environmental impact in the order of resource depletion, global warmi...
In this research, life cycle inventory database (LCI DB) was developed for liquid CO2 employing life cycle assessment (LCA) methodology. As are result of characterization and normalization process, production of liquid CO2 puts on environmental impact in the order of resource depletion, global warming, acidification, eutrophication and photochemical oxidation, and among a wide variety of input, electricity contributes in most of the impact categories. Air emission plays a key role in the acidification and eutrophication while ammonia affects most on the ozone depletion. It is anticipated that development of liquid CO2 LCI DB makes it possible for national environmental strategies to be more activated including environmental labeling scheme.
In this research, life cycle inventory database (LCI DB) was developed for liquid CO2 employing life cycle assessment (LCA) methodology. As are result of characterization and normalization process, production of liquid CO2 puts on environmental impact in the order of resource depletion, global warming, acidification, eutrophication and photochemical oxidation, and among a wide variety of input, electricity contributes in most of the impact categories. Air emission plays a key role in the acidification and eutrophication while ammonia affects most on the ozone depletion. It is anticipated that development of liquid CO2 LCI DB makes it possible for national environmental strategies to be more activated including environmental labeling scheme.
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문제 정의
이에 본 연구에서는 다양한 용도로 사용되는 액체 이산화탄소의 LCI 데이터베이스 구축을 통해, 액체 이산화탄소가 사용된 공정이나 제품을 생산하는 기업의 정확한 환경영향평가 및 제품환경전략 수립을 위한 의사결정과 탄소성적표지 및 환경성적표지에서 신뢰할 수 있는 결과를 도출할 수 있도록 방향성을 제시하고자 한다.
이에 본 연구에서는 다양한 용도로 사용되는 액체 이산화탄소의 LCI 데이터베이스 구축을 통해, 액체 이산화탄소가 사용된 공정이나 제품을 생산하는 기업의 정확한 환경영향평가 및 제품환경전략 수립을 위한 의사결정과 탄소성적표지 및 환경성적표지에서 신뢰할 수 있는 결과를 도출할 수 있도록 방향성을 제시하고자 한다.
이 연구의 목적은 식음료용의 탄산가스 및 산업에서 냉매로 사용되는 액체 이산화탄소에 대하여 LCI DB를 구축하는 것이며, 이는 기업에서 생산하는 제품과 연관된 환경 평가에서 신뢰성 있는 결과를 도출하기 위한 기반을 제공할 수 있도록 한다.
가설 설정
2) 제조 공정 내에서 냉각수 용도로 사용되는 공업용수의 경우 배출 시 처리되는 시설 및 장비가 없으므로, 자연 증발로 가정하였다.
3) 원료물질인 기체 이산화탄소는 타 제품의 생산 공정에서 부산물로 생산되므로 환경부하는 없는 것으로 가정하였다.
제안 방법
본 연구의 시스템 경계는 인근 화학업체에서 부산물로 생산된 기체 이산화탄소를 파이프라인을 통해 운송받아, 압축, 냉각, 건조, 정제, 액화시켜 충전시키는 단계까지로 선정하여 Gate to Gate로 정의하였다.
데이터 범주는 원료물질, 보조물질, 용수, 에너지, 제품, 대기 및 수계배출물, 폐기물로 분류하였다(Table 2).
1) 액체 이산화탄소와 드라이아이스는 생산량 데이터의 부재로 업계 전문가의 자문을 통해 판매 비율을 기준으로 생산량을 도출하였다.
액체 이산화탄소와 드라이아이스는 생산 공정이 하나의 공정으로 이루어져 있어, 질량정보를 기준으로 하였다. 질량비에 따른 할당은 액체 이산화탄소 85%, 드라이아이스 15% 질량비로 하였다.
액체 이산화탄소의 생산 공정은 업체별 기술적 특성에 있어 차이가 없었으며, 업체별 공정흐름도(process flow diagram)를 근거로 현장데이터 수집단위인 단위공정을 결정하였다. 작성된 공정흐름도는 Figure 1과 같다.
액체 이산화탄소의 생산 공정은 업체별 기술적 특성에 있어 차이가 없었으며, 업체별 공정흐름도(process flow diagram)를 근거로 현장데이터 수집단위인 단위공정을 결정하였다. 작성된 공정흐름도는 Figure 1과 같다.
액체 이산화탄소를 생산하는 공정에서 발생하는 대기배출물은 원료가스 내 각 물질의 비율과 손실량을 고려하여 산정하였다. 원료가스 1 kg 당 대기오염물질 발생량 비율은 아래 산출식을 이용하여 산소를 20%, 탄화수소를 80%로 산출하였다.
액체 이산화탄소를 생산하는 공정에서 발생하는 대기배출물은 원료가스 내 각 물질의 비율과 손실량을 고려하여 산정하였다. 원료가스 1 kg 당 대기오염물질 발생량 비율은 아래 산출식을 이용하여 산소를 20%, 탄화수소를 80%로 산출하였다.
액체 이산화탄소를 생산하는 공정에서 발생하는 대기배출물은 원료가스 내 각 물질의 비율과 손실량을 고려하여 산정하였다. 원료가스 1 kg 당 대기오염물질 발생량 비율은 아래 산출식을 이용하여 산소를 20%, 탄화수소를 80%로 산출하였다.
액체 이산화탄소를 생산하는 공정에서 발생하는 대기배출물은 원료가스 내 각 물질의 비율과 손실량을 고려하여 산정하였다. 원료가스 1 kg 당 대기오염물질 발생량 비율은 아래 산출식을 이용하여 산소를 20%, 탄화수소를 80%로 산출하였다.
각각의 단위공정별 데이터를 기능단위인 액체 이산화탄소 1 kg 기준으로 계산하였으며 전과정평가 소프트웨어인 TOTAL을 사용하여 전과정 목록분석을 수행하였다. 액체 이산화탄소 생산의 LCI DB 구축 결과에서 주요 목록항목을 Table 5에 나타내었다.
각각의 단위공정별 데이터를 기능단위인 액체 이산화탄소 1 kg 기준으로 계산하였으며 전과정평가 소프트웨어인 TOTAL을 사용하여 전과정 목록분석을 수행하였다. 액체 이산화탄소 생산의 LCI DB 구축 결과에서 주요 목록항목을 Table 5에 나타내었다.
액체 이산화탄소 1 kg 생산 시 시스템경계에서 어느 물질이 환경에 영향을 미치는지 주요 기여도를 규명하기 위해 구축한 LCI DB를 이용하여 전과정 영향평가를 수행하였다. TOTAL 소프트웨어와 EDP 2013방법론을 사용하였으며, 광화학적산화물생성, 자원소모, 산성화, 부영양화, 지구온난화, 오존층파괴로 총 6개의 영향범주를 고려하였다[8].
액체 이산화탄소 1 kg 생산 시 시스템경계에서 어느 물질이 환경에 영향을 미치는지 주요 기여도를 규명하기 위해 구축한 LCI DB를 이용하여 전과정 영향평가를 수행하였다. TOTAL 소프트웨어와 EDP 2013방법론을 사용하였으며, 광화학적산화물생성, 자원소모, 산성화, 부영양화, 지구온난화, 오존층파괴로 총 6개의 영향범주를 고려하였다[8]. 특성화(characterization), 정규화(normalization) 순서로 수행하였으며 정규화 인자는 Table 6에 제시하였다.
액체 이산화탄소 1 kg 생산 시 시스템경계에서 어느 물질이 환경에 영향을 미치는지 주요 기여도를 규명하기 위해 구축한 LCI DB를 이용하여 전과정 영향평가를 수행하였다. TOTAL 소프트웨어와 EDP 2013방법론을 사용하였으며, 광화학적산화물생성, 자원소모, 산성화, 부영양화, 지구온난화, 오존층파괴로 총 6개의 영향범주를 고려하였다[8]. 특성화(characterization), 정규화(normalization) 순서로 수행하였으며 정규화 인자는 Table 6에 제시하였다.
본 연구에서는 액체 이산화탄소 제조의 전과정 목록 DB를 구축하여 제조 시 발생하는 환경부하량을 전과정평가를 적용하여 정량화했으며 6가지 영향범주에 대하여 분석하였다. 특성화와 정규화 결과, 액체 이산화탄소의 제조는 자원소모(41.
대상 데이터
데이터는 액체 이산화탄소의 제조단계는 현장데이터를 사용했으며, 그 상위 및 하위공정의 기술계 흐름은 공개된 일반 데이터(국가 및 해외 LCI 데이터베이스)를 사용하였다(Table 3).
데이터 수집은 업체의 현장데이터를 우선 적용했으며, 국가 데이터베이스의 사용은 원료물질, 보조물질, 에너지 등의 상위흐름 및 하위흐름 연결을 위한 데이터베이스를 활용하는 것으로 환경부와 산업통산자원부에서 개발한 LCI 데이터베이스와 Ecoinvent 등 해외 데이터베이스를 활용하였다(Table 4).
데이터 수집은 업체의 현장데이터를 우선 적용했으며, 국가 데이터베이스의 사용은 원료물질, 보조물질, 에너지 등의 상위흐름 및 하위흐름 연결을 위한 데이터베이스를 활용하는 것으로 환경부와 산업통산자원부에서 개발한 LCI 데이터베이스와 Ecoinvent 등 해외 데이터베이스를 활용하였다(Table 4).
이론/모형
4) 실측치 수집이 어려운 연료 연소에 의한 대기배출물은 IPCC (1996) 배출계수를 적용하여 산출하였다.
성능/효과
정규화 단계는 기능단위가 하나의 영향범주에 미치는 영향을 일정지역, 기간 영향범주에 기여하는 총 환경영향으로 나누는 과정이며 영향범주 간 상대적인 비교가 가능하게 된다. 정규화 결과, 자원소모(41.84%), 지구온난화(35.02%)가 주로 영향을 미치며, 다음으로 산성화(14.43%), 부영양화(8.57%), 광화학적산화물생성(0.13%)이 낮은 기여도를 보였다. 자원소모와 지구온난화 범주 모두 특성화 결과에서 전력이 90% 이상 기인했다(Table 8).
본 연구에서는 액체 이산화탄소 제조의 전과정 목록 DB를 구축하여 제조 시 발생하는 환경부하량을 전과정평가를 적용하여 정량화했으며 6가지 영향범주에 대하여 분석하였다. 특성화와 정규화 결과, 액체 이산화탄소의 제조는 자원소모(41.84%), 지구온난화(35.02%) 범주가 주로 영향을 미치며, 다음으로 산성화(14.43%), 부영양화(8.57%), 광화학적산화물생성(0.13%)이 낮은 기여도를 보였다. 물질별 기여도로는 오존층 파괴를 제외한 나머지 영향범주의 주요 기여도에서 전력이 가장 높게 나타났으며 산성화와 부영양화는 전력 외에 대기배출이 40%이상의 기여도를 보여줬다.
본 연구에서는 액체 이산화탄소 제조의 전과정 목록 DB를 구축하여 제조 시 발생하는 환경부하량을 전과정평가를 적용하여 정량화했으며 6가지 영향범주에 대하여 분석하였다. 특성화와 정규화 결과, 액체 이산화탄소의 제조는 자원소모(41.84%), 지구온난화(35.02%) 범주가 주로 영향을 미치며, 다음으로 산성화(14.43%), 부영양화(8.57%), 광화학적산화물생성(0.13%)이 낮은 기여도를 보였다. 물질별 기여도로는 오존층 파괴를 제외한 나머지 영향범주의 주요 기여도에서 전력이 가장 높게 나타났으며 산성화와 부영양화는 전력 외에 대기배출이 40%이상의 기여도를 보여줬다.
13%)이 낮은 기여도를 보였다. 물질별 기여도로는 오존층 파괴를 제외한 나머지 영향범주의 주요 기여도에서 전력이 가장 높게 나타났으며 산성화와 부영양화는 전력 외에 대기배출이 40%이상의 기여도를 보여줬다. 오존층 파괴 범주의 경우 폐수처리 58.
13%)이 낮은 기여도를 보였다. 물질별 기여도로는 오존층 파괴를 제외한 나머지 영향범주의 주요 기여도에서 전력이 가장 높게 나타났으며 산성화와 부영양화는 전력 외에 대기배출이 40%이상의 기여도를 보여줬다. 오존층 파괴 범주의 경우 폐수처리 58.
액체 이산화탄소 1 kg 생산 시 LCIA 특성화 결과 값을 Figure 2와 Table 7에 나타냈다. 영향범주 별 주요 환경인자를 살펴보면, 오존층파괴를 제외한 나머지 영향범주의 주요 기여도는 전력으로 나타났으며, 산성화와 부영양화는 전력 외에 대기배출이 40% 이상의 기여도를 보여줬다. 나머지 오존층 파괴는 폐수처리가 58.
후속연구
아직 국내 LCI DB 구축현황은 산업적 요구를 충족시킬 만큼 충분하지 못하며 기술의 미반영 문제로 신뢰성이 부족한 실정이다. 향후 액체 이산화탄소를 사용하는 제품의 친환경적 설계와 환경적합성 평가 등을 위해 신뢰성 있는 결과를 도출하는데 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
참고문헌 (9)
Song, M. S., Kim, H. J., and Lee, S. H., "Analysis on the Carbon Emission Value of Chamaecyparis Obtusa Based on the Fertilization Methods," J. Korean Forest Soc., 0, 189 (2014).
Jeon, Y. S., Kim, Y. C., and Kim H. T., "A Study on Competitiveness and GHG Mitigation Effect of IGCC and Carbon Capture Technology According to Carbon Tax Change," J. Energy Eng., 17(2), 54-66 (2008).
Park, J. H., "Applying Proviso of Subsidy and Countervailing Agreement to Emission Trading Right," Korean J. Int. Economic Law, 5, 99-126 (2011).
Lim, H. S., Chun, Y. Y., Lee, K. M., and Kim, Y. K., "Building of Life Cycle Inventory (LCI) Database for Aluminum (Al) Car-Body of Electric Motor Unit (EMU)," 2006 Spring Confer. Korean Soc. Railway, 5, 33-40 (2006).
Kim, Y. D., and Park, P. J., "Development of National Life Cycle Inventory Database on Irrigation Water by Agricultural Dam," J. Korean Soc. Agric. Eng., 53(3), 59-64 (2011).
Kim, H. J., Kwon, Y. S., Choi, Y. G., Chung, C. K., Baek, S. H., and Kim, Y. W., "Life Cycle Assessment on the Reuse of Glass Bottles," Clean Technol., 15(3), 224-230 (2009).
Jang, S. H., "Life Cycle Assessment of a Pressure Rice Cooker," M.S dissertation, Ajou University, 2007.
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