[논문]LCA 기반 PSC 교량의 환경부하 특성분석에 대한 연구

조남호; 윤원건; 이완렬; 김경주

doi:10.12652/ksce.2016.36.2.0297

[국내논문] LCA 기반 PSC 교량의 환경부하 특성분석에 대한 연구
An Analysis of the Characteristics of Environmental Impact for PSC Beam Bridges using Life Cycle Assessment 원문보기

대한토목학회논문집 = Journal of the Korean Society of Civil Engineers, v.36 no.2, 2016년, pp.297 - 305

조남호 (중앙대학교 토목공학과) , 윤원건 (중앙대학교 토목공학과) , 이완렬 (중앙대학교 토목공학과) , 김경주 (중앙대학교 사회기반시스템공학부)

초록
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2015년부터 한국에서 시행된 "탄소배출권 거래제"로 인해 각 분야에서 환경문제에 대응하고자 하는 움직임이 커지고 있다. 특히 환경부하량의 정확한 산출이 어려운 건설 분야에서는 ISO 14040 Series의 LCA (Life Cycle Assessment)를 적용하여 환경부하량을 산출하고자 하는 움직임이 지속되고 있다. 본 연구에서는 PSC beam 교량의 시공중 발생하는 환경부하량을 전과정 평가(Life Cycle Assessment, LCA) 방법론을 기반으로 분석하였다. 총 34개의 교량을 대상으로 분석한 결과, 건설 자재별 환경부하량은 레미콘(53.3%), 선재(9.6%), 철근(7.8%), 시멘트(6.8%) 합판(5.5%), 에너지(5.2%) 순으로 도출되었으며, 환경 범주별 환경부하량은 지구온난화(45.5%), 자원고갈(30.4%), 인체독성(10.5%), 광화학산화물생성(8.9%) 순으로 도출되었다. 향후 LCA를 기획 및 설계 단계에서 도입한다면, 환경부하를 고려한 의사결정을 수행할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study aims to analyze characteristics of environmental load for the construction phase of PSC beam bridge based on Life Cycle Assessment. For detail computation of environmental load, the construction materials and energy consumption are derived from the BOQ, also connecting with environmental load by Korea LCI Database Information Network. The characteristic of environmental impact was analyzed by 25 cases and cut-off ratio was 80% to 94%. The result sorted by construction materials revealed that environmental load were 53.3% for ready-mixed concrete, 9.6% for wire rod, 7.8% for rebar, 6.8% for cement, 5.5% for plywood, and 5.2% for energy. Furthermore, the result of environmental impact revealed that 45.5% for global warming, 30.4% for abiotic resources depletion, 10.5% for human toxicity, and 8.9% for photochemical oxidant creation. In the future, we can make a decision considering environmental load based on LCA at design phase.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 PSC beam 교량의 환경부하 특성을 분석하기 위해 수행되었다.
2는 본 연구의 연구대상범위를 나타낸다. 본 연구에서는 건설자재 및 에너지 투입량을 산출하여 PSC beam 교량의 환경부하량을 평가하고자 하였다. 따라서 각 교량의 내역서와 수량산출서에 근거하여 자재목록을 산출하였으며, 휘발유, 경유 및 전기료를 바탕으로 에너지 소비량을 판단하였다.
본 연구에서는 국토해양부의 탄소배출량 산정 가이드라인과 산업통상자원부의 Korea Eco-Indicator (Lee, 1999) 환경성 지표 방법론을 동시에 적용하여 PSC (Pre-Stressed Concrete) beam 교량의 시공시 발생하는 환경부하량을 다양한 환경영향범주를 고려하여 평가하고자 하였다. 따라서 25개의 PSC beam 교량의 실시설계 데이터를 수집하여 8가지 환경부하 영향범주로 환경부하량을 산출하여 환경부하 배출 특성을 비교·분석하였다.
본 연구에서는 전과정 중 가공, 수송, 시공항목을 고려하여 PSC beam교의 환경부하량을 평가하는 것을 목표로 하였다.

제안 방법

PSC 교량의 환경부하 특성을 분석하기 위해 경간장과 폭원이 유사한 25개의 PSC beam교 사례에 대해 LCA 분석을 수행하였다. 다음의 Table 7은 본 연구에서 분석한 교량의 특성을 보여준다.
따라서 25개의 PSC beam 교량의 실시설계 데이터를 수집하여 8가지 환경부하 영향범주로 환경부하량을 산출하여 환경부하 배출 특성을 비교·분석하였다.
투입된 자재량과 국가 LCI DB의 환경부하량을 곱하면 환경부하량이 산출된다. 따라서 8개의 환경부하 영향범주에 맞춰 환경부하량을 산출하도록 하였으며, Eco-Point를 활용하여 총 환경부하량을 산출할 수 있도록 하였다.
본 연구에서는 건설자재 및 에너지 투입량을 산출하여 PSC beam 교량의 환경부하량을 평가하고자 하였다. 따라서 각 교량의 내역서와 수량산출서에 근거하여 자재목록을 산출하였으며, 휘발유, 경유 및 전기료를 바탕으로 에너지 소비량을 판단하였다.
현재 제공되는 국가 LCI DB의 물질 및 부품제조 항목의 시스템 경계는 주 원료물질을 채취하는 단계에서부터 제품이 출하되는 단계를 포함하고 있다. 따라서 건설 프로젝트에 이러한 기준들을 적용하기 위해 내역서 및 일위대가를 참조하여 강재의 가공 등에 적용되는 세부자재를 기반으로 하여 환경부하량을 산출하였다.
각 영향범주를 통해 산정되는 환경부하량의 측정단위가 서로 상이하기 때문에, 각 환경부하 영향범주를 동등 수준으로 비교할 필요성이 있다. 따라서 다음의 Fig. 3과 같이 분류화, 특성화, 정규화 및 가중화 과정을 통해 특성화값을 가중값으로 변환한 Eco-point 단위를 통해 환경영향 평가지표를 평가하였다.
따라서 이 항목에 대한 적정한 자재 및 투입장비(에너지)를 산출하기 위해 “국도건설공사 설계실무요령” 및 “표준품셈”을 참고하여 동일 공종의 항목을 적용함으로써 투입 자재 및 장비를 산출하였다.
또한, PSC beam교에 대한 환경부하량을 일관성 있도록 분석하기 위하여, 교량의 총길이를 기준으로 하여 단위 연장(m)당 환경부하량 및 비용을 산출하여 비교하였다.
본 연구에서는 신뢰성 있는 평가를 수행하기 위해 ISO 14040에서 제시된 LCA 평가 프로세스를 준용하였으며, 목록분석을 위해 국가 LCI (Life Cycle Inventory) DB를 우선적으로 적용하였다.
따라서 내역을 통해 작업된 BOQ (Bill of Quantity)를 기준으로 하여 LCI DB와 연계시킨다면, 시공 단계에서 발생하는 환경부하량을 산출할 수 있다. 본 연구에서는 우선적으로 내역을 통해 일위대가를 산출하고, 산출된 일위대가 목록에서 투입되는 자원 및 에너지를 환경부하량으로 변환하는 방법을 적용하였다.
본 연구에서는 환경부하 영향범주로 자원고갈, 산성화, 부영양화, 지구온난화, 오존층파괴, 광화학산화물생성, 생태계독성, 인체독성의 8가지를 고려하였다. 각 영향범주를 통해 산정되는 환경부하량의 측정단위가 서로 상이하기 때문에, 각 환경부하 영향범주를 동등 수준으로 비교할 필요성이 있다.
건설 분야에서 수행된 환경부하 평가 관련 연구개발 동향은 LCA 방법론을 적용하여 환경부하량을 평가하고자 하는 연구부터 환경부하량을 줄이기 위한 적용성 연구로 분류된다. 본 연구에서는 환경부하량 평가 관련 기존연구를 고려하였다. 다음의 Table 2는 환경부하량 평가방법론을 건설 현장에 적용한 사례를 나타낸다.
따라서 산업통상자원부에서는 환경 파괴로 인한 피해 범위, 임계 Damage, 상응되는 피해 수준 등을 국내 현실에 맞게 규정하고, 외국에서 개발된 환경성 지표 방법론을 개선한 한국형 Eco-indicator방법론인 Korea Indicator 환경성 지표 방법론을 구축하였다. 이 방법론은 자원고갈(Abiotic Resources Depletion, ARD), 산성화(Acidification, AD), 부영양화(Eutrophication, EU), 지구온난화(Global Warming, GW), 오존층파괴(Ozone Depletion, OD), 광화학산화물생성(Photochemical Oxidant Creation, POC), 생태계독성(Terrestrial Eco-Toxicity, TET), 인체독성(Human Toxicity, HT)의 8가지 환경부하 영향범주를 고려하여 환경부하를 평가할 수 있도록 한다.
또한 건설 프로젝트에서는 대상 공종 특성에 따라 다양한 자재가 적용되어 국가 LCI DB에 분석되지 않은 항목이 존재한다. 이를 해결하기 위해 우선적으로 국가 LCI DB 목록을 적용하였으며, 관련 배출계수가 존재하지 않는 경우, 유사 DB 및 해외 DB를 활용하여 환경부하량을 산출하였다. 예를 들어, 모래와 합판의 경우는 국가 LCI DB에서 아직까지 환경부하량에 대한 정보를 제공하지 않고 있기 때문에, 한국건설기술연구원에서 제공하는 정보를 이용하였으며, PVC, 아스팔트, 아세틸렌의 경우는 스위스에서 만들어져 세계적으로 많이 활용되고 있는 Ecoinvent에서 제공하는 해외DB를 적용하였다.
다음의 Table 4는 PSC beam을 제작할 때 투입되는 장비목록을 나타낸다. 장비의 경우 장비 자체의 환경부하량은 발생하지 않지만, 장비를 사용함으로써 소모되는 휘발유 및 경유, 전기료를 산정하여 환경부하량을 평가했다.
투입된 자재 및 에너지에 대한 환경부하량을 산출하기 위해서 LCI DB와 자재목록을 연계하는 작업을 수행하였다. 투입된 자재량과 국가 LCI DB의 환경부하량을 곱하면 환경부하량이 산출된다.
공종에 포함된 자재들의 규격 및 단위를 확인하여, 연계 LCI DB에 연결시키는 작업을 통해 환경부하량을 산출할 수 있다. 특히 자재의 경우 투입자재 자체의 환경부하량만을 고려하였으며, 가설로 인한 환경부하량은 장비의 연료소모량으로 분석하였다.

대상 데이터

따라서 이 기준을 만족하는 25개 사례에 대해 분석하였다.
다음의 Table 7은 본 연구에서 분석한 교량의 특성을 보여준다. 본 연구에서 분석한 교량은 총 25개 교량이며, 교량의 경간길이는 30m와 35m에 분포하여 있다. 또한 폭원은 4차로 교량만을 고려하여 약 21m의 폭원으로 구성되어 있으며, 기초형식은 대부분이 말뚝기초 혹은 혼합기초(말뚝기초 및 직접기초)로 구성되었다.

이론/모형

현재까지 토목 구조물의 환경부하 특성을 분석하고자 하는 연구가 지속되고 있지만, PSC beam 교량에 대해서 환경부하특성을 분석하지 않았다. 본 연구에서는 ISO 14040의 LCA 분석 프로세스에 의거하여 수행하였으며, 환경부하량을 평가하기 위해 한국환경산업기술원에서 제공하는 국가 LCI 데이터베이스 정보망을 활용하였다. 본 연구의 결과, PSC 교량의 환경부하량을 자재별로 분석하면, 53.
본 연구에서는 PSC beam 교량의 다양한 사례를 검토하여 환경부하량을 분석하기 위해 국토해양부에서 제시한 “시설물별 탄소배출량 산정 가이드라인”을 준용하였다.

성능/효과

34%를 차지한다. 그러나 각 자재별 환경부하 배출특성을 살펴보면, 레미콘의 경우 비용비중 19.22%임에 반하여 환경부하량 비중은 53.29%를 차지하고, 선재의 경우도 비용비중 4.15%임에 반하여 환경부하량 비중은 9.64%로 비용에 비해 높은 수준의 환경부하량을 발생시키는 것으로 분석되었다. 또한 철근의 경우 비용비중이 24.
대부분의 환경부하량은 지구온난화 및 자원고갈에 치우쳐져 있으며, 자원고갈, 지구온난화 2개 항목이 전체의 75.88%의 환경부하량을 대표하는 것으로 분석되었다.
또한 PSC beam교에 들어가는 대다수의 LCI 아이템의 환경부하량이 지구온난화와 관련이 있는 것으로 파악되었다. 따라서 이러한 LCI DB의 성향이 전체 환경부하량 중 약 46.24%가 지구온난화 항목에 기인하는 것으로 분석할 수 있다. 또한 자원고갈의 경우 대부분의 환경부하량이 연료(에너지)와 금속제품(철근, 형강, 열연코일) 및 레미콘으로 인해 발생하는 것으로 분석된다.
85%의 환경부하량이 분포되어 있다. 또한 PSC beam교에 들어가는 대다수의 LCI 아이템의 환경부하량이 지구온난화와 관련이 있는 것으로 파악되었다. 따라서 이러한 LCI DB의 성향이 전체 환경부하량 중 약 46.
또한 폭원은 4차로 교량만을 고려하여 약 21m의 폭원으로 구성되어 있으며, 기초형식은 대부분이 말뚝기초 혹은 혼합기초(말뚝기초 및 직접기초)로 구성되었다. 또한 분석한 교량의 Cut-off level은 80.51~94.18%, 평균 86.88%, 표준편차 3.75%내에서 산출되었다.
“산업통상자원부”에서는 8개 환경부하 영향인자에 대해 비교할 수 있는 환경영향 평가지표를 제시하고 있다. 목록분석 결과로 산출된 환경영향을 분석하기 위해 8개 환경지표를 구성한 후, 각 환경지표를 특성물질(예를 들어, 산성비는 SO₂, 지구온난화는 CO₂)의 양으로 특성화할 수 있다. 그러나 특성화된 환경지표에 대한 단위물질의 양이 서로 다르기 때문에 영향범주의 상대적인 영향을 정량화 하는데 있어서 정규화 과정은 매우 중요하다.
본 연구에서는 ISO 14040의 LCA 분석 프로세스에 의거하여 수행하였으며, 환경부하량을 평가하기 위해 한국환경산업기술원에서 제공하는 국가 LCI 데이터베이스 정보망을 활용하였다. 본 연구의 결과, PSC 교량의 환경부하량을 자재별로 분석하면, 53.29%가 레미콘에 의해 발생하였으며, 선재(9.64%), 철근(7.76%), 시멘트(6.78%) 합판(5.48%), 에너지(5.19%) 순으로 분포한 것을 파악했으며, 이는 개별 자재의 공사비 비율과는 다른 성향을 보인 것으로 분석되었다. 또한 환경부하 영향범주로 분석하면, 지구온난화(45.
다음의 Table 8은 PSC beam 교량에 대한 자재별 환경부하량 특성을 나타낸다. 비용 비중은 레미콘, 철근, 장비, 형강 항목이 전체의 87.16%를 차지하고 있었다. 이 항목의 전체 환경부하량은 71.

후속연구

이는 기존 연구들이 지구온난화를 일으키는 탄소배출량에 집중하여 수행되었지만, 기타 환경부하 영향범주를 고려할 필요성이 있다는 것을 시사한다. 향후 본 연구에서 도출한 환경부하 특성을 기반으로 기획 및 설계단계에서 환경부하량을 고려한 의사결정을 지원할 수 있는 모델을 구축할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	LCI DB란 무엇인가?	목록분석 단계를 수행하기 위해서는 필수적으로 LCI DB를 기반으로 분석을 수행해야한다. LCI DB란 원료의 추출, 수송, 추출된 원료를 건설자재로 가공하는 데에 발생하는 환경부하량을 정량화 해놓은 것을 말한다. 현재 국내에서 적용되는 LCI DB는 한국환경산업기술원에서 제공하는 국가 LCI 데이터베이스 정보망을 활용할 수 있다.
	ISO 14040에서 정의한 LCA란?	ISO 14040에서는 LCA란 “제품의 전과정에 걸쳐 소모되는 자원과 에너지 및 발생하는 배출물의 양을 정량화하여, 이들이 환경에 미치는 영향을 종합적으로 평가하는 환경영향 평가 기법”이라 정의하고 있다. 따라서 LCA는 환경관리 시스템을 구현하기 위한 하나의 도구로서 사용될 수 있으며, LCA 평가 안에는 다음의 Fig.
	Korea Indicator 환경성 지표 방법론이 환경부하를 평가할떄 고려하는 8가지 환경부하 영향범주는?	따라서 산업통상자원부에서는 환경 파괴로 인한 피해 범위, 임계 Damage, 상응되는 피해 수준 등을 국내 현실에 맞게 규정하고, 외국에서 개발된 환경성 지표 방법론을 개선한 한국형 Eco-indicator방법론인 Korea Indicator 환경성 지표 방법론을 구축하였다. 이 방법론은 자원고갈(Abiotic Resources Depletion, ARD), 산성화(Acidification, AD), 부영양화(Eutrophication, EU), 지구온난화(Global Warming, GW), 오존층파괴(Ozone Depletion, OD), 광화학산화물생성(Photochemical Oxidant Creation, POC), 생태계독성(Terrestrial Eco-Toxicity, TET), 인체독성(Human Toxicity, HT)의 8가지 환경부하 영향범주를 고려하여 환경부하를 평가할 수 있도록 한다.

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상세보기
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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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