국산 구조용 집성재의 환경부하 정량화를 위한 온실가스 배출량 분석 Assessment of Carbon Emission for Quantification of Environmental Load on Structural Glued Laminated Timber in Korea원문보기
본 연구의 목적은 국산 구조용 집성재를 대상으로, 제조과정의 탄소배출을 정량화하고 탄소배출 저감방안을 제시하는 것이다. 총 2개소의 구조용 집성재 제조업체를 대상으로 원료, 수송, 제조 공정, 제조에 의한 에너지소비량 등을 현장 실사하였다. 현장에서 수집한 자료 및 구축된 전과정목록과 같은 관련문헌을 토대로 단위부피당 탄소배출을 정량화하였다. 국산 구조용 집성재의 제재 및 건조, 집성 공정별 온실가스 배출결과는 각각 31.0, 109.0, 94.2 kg $CO_2eq./m^3$으로 나타났다. 수입 구조용 집성재와 비교하였을 때 약 13% 온실가스를 적게 배출하는 것으로 나타났다. 또한 기존의 건조 에너지원을 바이오매스로 전환시에는 기존 대비 37%의 온실가스를 감축하여 친환경성을 제고할 수 있을 것으로 판단되었다. 본 결과는 향후 목조주택의 환경성을 규명하기 위한 전과정평가 수행 시, 투입된 목재제품의 전과정목록분석을 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.
본 연구의 목적은 국산 구조용 집성재를 대상으로, 제조과정의 탄소배출을 정량화하고 탄소배출 저감방안을 제시하는 것이다. 총 2개소의 구조용 집성재 제조업체를 대상으로 원료, 수송, 제조 공정, 제조에 의한 에너지소비량 등을 현장 실사하였다. 현장에서 수집한 자료 및 구축된 전과정목록과 같은 관련문헌을 토대로 단위부피당 탄소배출을 정량화하였다. 국산 구조용 집성재의 제재 및 건조, 집성 공정별 온실가스 배출결과는 각각 31.0, 109.0, 94.2 kg $CO_2eq./m^3$으로 나타났다. 수입 구조용 집성재와 비교하였을 때 약 13% 온실가스를 적게 배출하는 것으로 나타났다. 또한 기존의 건조 에너지원을 바이오매스로 전환시에는 기존 대비 37%의 온실가스를 감축하여 친환경성을 제고할 수 있을 것으로 판단되었다. 본 결과는 향후 목조주택의 환경성을 규명하기 위한 전과정평가 수행 시, 투입된 목재제품의 전과정목록분석을 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.
This study was aimed to quantify the amount of carbon dioxide emissions and to suggest suitable plans which consider the carbon emission reduction in the manufacturing process of the domestic structural glued laminated timber. Field investigation on two glued laminated timber manufacturers was condu...
This study was aimed to quantify the amount of carbon dioxide emissions and to suggest suitable plans which consider the carbon emission reduction in the manufacturing process of the domestic structural glued laminated timber. Field investigation on two glued laminated timber manufacturers was conducted to find out material flow input values such as raw materials, transportation, manufacturing process, and energy consumption during manufacturing process. Based on the collected data and the relevant literatures about life cycle inventory (LCI), the amount of carbon dioxide emission per unit volume was quantified. Results show that the carbon dioxide emissions for sawing, drying and laminating process are 31.0, 109.0, 94.2 kg $CO_2eq./m^3$, respectively. These results show 13% lesser amount of total carbon dioxide emissions compared with the imported glued laminated timber in Korea. Furthermore, it was decreased about 37% when the fossil fuel would be replaced with biomass fuel in drying process. Findings from this study is effectively used as the basic data on the life cycle assessment of wooden building.
This study was aimed to quantify the amount of carbon dioxide emissions and to suggest suitable plans which consider the carbon emission reduction in the manufacturing process of the domestic structural glued laminated timber. Field investigation on two glued laminated timber manufacturers was conducted to find out material flow input values such as raw materials, transportation, manufacturing process, and energy consumption during manufacturing process. Based on the collected data and the relevant literatures about life cycle inventory (LCI), the amount of carbon dioxide emission per unit volume was quantified. Results show that the carbon dioxide emissions for sawing, drying and laminating process are 31.0, 109.0, 94.2 kg $CO_2eq./m^3$, respectively. These results show 13% lesser amount of total carbon dioxide emissions compared with the imported glued laminated timber in Korea. Furthermore, it was decreased about 37% when the fossil fuel would be replaced with biomass fuel in drying process. Findings from this study is effectively used as the basic data on the life cycle assessment of wooden building.
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문제 정의
본 연구에서는 목조건축물에 기둥 또는 보의 형태로 다양하게 이용되는 국산 구조용 집성재를 대상으로 전과정 목록을 작성하고, 원료채취부터 제품생산까지 발생하는 이산화탄소 배출량 등 환경영향을 정량화하고자 하였다. 또한 기 구축된 해외 구조용 집성재 LCI DB와 비교분석하여 국내 구조용 집성재 제조공정의 온실가스 저감방안을 도출하고자 하였다.
본 연구에서는 국산 구조용 집성재를 대상으로 전과정 목록분석을 수행하여 생산단계까지 발생하는 투입물 및 산출물 목록을 작성하고, 이후 온실가스 배출량을 포함한 환경영향을 평가하였다. 기능단위 및 기준흐름을 구조용 집성재 1 m3 생산으로 선정하였으며, 시스템 경계는 원료물질을 채취하는 단계에서부터 원료물질의 수송, 목재제품 제조까지의 과정을 포함하는 Cradle to Gate로 정의하였다(Fig.
구조용 집성재는 강도성능이 우수하고 모양이나 크기의 제한없이 제조가 가능하여 목조건축분야에 널리 이용되고 있다. 본 연구에서는 목조건축물에 기둥 또는 보의 형태로 다양하게 이용되는 국산 구조용 집성재를 대상으로 전과정 목록을 작성하고, 원료채취부터 제품생산까지 발생하는 이산화탄소 배출량 등 환경영향을 정량화하고자 하였다. 또한 기 구축된 해외 구조용 집성재 LCI DB와 비교분석하여 국내 구조용 집성재 제조공정의 온실가스 저감방안을 도출하고자 하였다.
제안 방법
구조용 집성재 전과정 목록을 기반으로 환경영향 중 지구온난화에 미치는 영향을 분석하였다. 전과정 평가 전용프로그램인 Sima pro.
참여업체의 현장데이터를 우선 적용하는 원칙에 따라 설문서를 통하여 데이터를 수집하였다. 업체별 데이터 관리 수준은 공통적으로 제재, 건조, 집성단계별로 원목 및 중간제품 투입량을 각각 관리하지만 전기와 유류는 따로 구분하지 않고 공정 전체로 관리된다.
대상 데이터
분석대상은 국내 구조용 집성재 생산공장을 대상으로 현장여건 검토 및 사전협의를 통해 2개 공장을 선정하였으며, 자료는 2014년을 기준으로 수집하였다. 2개 공장에서 2014년에 생산된 구조용 집성재는 총 478 m3이다. 현장의 제품생산공정을 근거로 데이터 수집단위를 결정하였다.
구조용 집성재 생산에 투입 및 배출되는 원료물질, 보조물질, 유틸리티 등의 상위흐름 및 하위흐름 연결을 위하여 국가 LCI DB를 수집하였으며, 국내 데이터베이스로는 환경부와 산업통상자원부에서 개발한 LCI DB를 수집하였고, 미 구축된 LCI DB는 국외 LCI DB인 Ecoinvent를 이용하였다. 이용한 데이터 출처는 Table 1에 나타내었다.
분석대상은 국내 구조용 집성재 생산공장을 대상으로 현장여건 검토 및 사전협의를 통해 2개 공장을 선정하였으며, 자료는 2014년을 기준으로 수집하였다. 2개 공장에서 2014년에 생산된 구조용 집성재는 총 478 m3이다.
데이터처리
그리고 대상업체별로 복수의 목재제품을 생산하므로, 자원 및 에너지 할당 시 각 제품별 생산량에 따라 할당하고, 전기의 경우, 해당 제품의 가공면적으로 할당하였다. 업체별 데이터 합산방식으로 수평법을 적용하고 업체별 생산 기여도를 고려하여 가중 평균을 적용하였다. 수평법은 업체의 동일한 단위공정끼리 먼저 합산한 후에 합산된 공정들을 통합하는 방식으로, 연산이 복잡하고, 개별 업체의 특징을 반영하지 못한다는 단점이 있지만 업체의 데이터누출을 방지할 수 있다는 장점이 있다(KEITI,2006).
구조용 집성재 전과정 목록을 기반으로 환경영향 중 지구온난화에 미치는 영향을 분석하였다. 전과정 평가 전용프로그램인 Sima pro.7을 이용하여 지식경제부의 특성화인자를 적용하여 결과를 도출하였다. 구조용 집성재 생산이 지구온난화에 미치는 영향을 GWP (Global warming potential)로 나타내었다(Fig.
성능/효과
국산 구조용 집성재에 대해 원료채취단계부터 생산단계까지의 전과정목록을 작성하고 지구온난화에 미치는 영향을 평가한 결과 1 m3의 집성재 생산시 234.2 kg CO2 eq.의 온실가스를 배출하며, 수입재와 비교하였을 때 약 13% 온실가스를 적게 배출하는 것으로 나타났다. 또한 기존의 건조 에너지원을 바이오매스로 전환시에는 기존 대비 37%의 온실가스를 감축하여 친환경성을 제고할 수 있을 것으로 판단되었다.
국산 구조용 집성재의 제재 및 건조, 집성 공정별 GWP 결과는 각각 31.0 (12%), 109.0 (48%), 94.2 kg CO2 eq./m3 (40%)으로 나타났다. 전체 공정 중 건조공정으로 인한 GWP 결과가 전체 공정의 48% 비율로 가장 높다.
이와 같이 장비의 효율과 에너지원뿐만 아니라, 건조공정은 일반적으로 사용자의 패턴, 업체의 계획 등에 따라 차이가 발생하기 때문에, 건조단계의 환경영향에 차이가 발생할 수 있다. 따라서 국내 업체의 건조 공정에 투입되는 에너지원을 목재 펠릿과 같은 바이오매스로 전환하여, 건조공정에서 해외와 동일 수준인 22.2 kg CO2 eq./m3 만을 배출한다고 가정한다면 기존 대비 약 37%의 온실가스저감 효과를 보일 것으로 판단된다.
해상운송에 따른 이산화탄소 배출량이 약 75 kg CO2 eq/m3로 도출되었다. 따라서, 국산 구조용 집성재는 수입구조용 집성재에 비해 온실가스를 약 13% 덜 배출하는 것으로 나타났다.
후속연구
또한 기존의 건조 에너지원을 바이오매스로 전환시에는 기존 대비 37%의 온실가스를 감축하여 친환경성을 제고할 수 있을 것으로 판단되었다. 본 결과는 향후 목조주택의 환경성을 규명하기 위한 전과정평가 수행 시, 투입된 목재제품의 상위흐름 환경부하를 고려하기 위한 기초자료로 활용 가능하다. 뿐만 아니라 향후 목재제품 저장량 표시제도시행 시, 목재의 탄소저장량과 탄소배출량 병행 표기를 위한 기초자료로 활용 가능할 것으로 기대된다.
본 결과는 향후 목조주택의 환경성을 규명하기 위한 전과정평가 수행 시, 투입된 목재제품의 상위흐름 환경부하를 고려하기 위한 기초자료로 활용 가능하다. 뿐만 아니라 향후 목재제품 저장량 표시제도시행 시, 목재의 탄소저장량과 탄소배출량 병행 표기를 위한 기초자료로 활용 가능할 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
목재는 왜 환경부하가 적은 재료인가?
목재는 타 재료에 비해 가공 시 투입되는 에너지와 배출되는 온실가스 양이 적어 환경부하가 적은 재료로 각광받고 있다. 이러한 목재의 친환경성을 정량적으로 평가하고 타 재료와의 비교를 통해 대체효과를 정립하기 위한 전과정평가(Life Cycle Assessment, LCA)가 요구된다.
건조공정에 투입되는 에너지원의 직접연소 배출량을 계산할 때 국내와 해외 데이터베이스 간의 차이가 크게 나타난 이유는?
이것은 국내 업체에서 건조 단계의 공정 연료로 화석연료인 등유와 도시가스(LNG)를 사용하고 있으나 해외의 경우, 탄소중립연료인 우드칩(wood chip)을 사용하여 온실가스 배출량에 큰 차이가 발생하고 있다. 우드칩의 연소로 인하여 배출되는 CO2는 나무생장 시 대기 중에서 흡수된 biogenic CO2이기 때문에 이는 별도의 배출량으로 산정하지 않는다. 그러나 국내 건조공정에서는 에너지원으로 등유와 도시가스를 사용하기 때문에 연소로 인한 직접 배출량이 매우 높다.
우리나라의 목재 분야의 전과정평가의 현황은 어떤가?
(2013), Son et al. (2014), Kim(2015) 등 목조건축물 건설 및 투입되는 제재목, 합판 등에 한정하여 제품 생산 시 에너지소비 및 환경 영향평가만이 수행되었다. 따라서 목재제품의 친환경적 우수성을 입증하기 위해서는 보다 많은 목재제품에 대한 전과정목록 작성 및 정량적인 환경부하 자료의 축적이 필요하다.
참고문헌 (14)
Cha, J.H. 2009. Life cycle inventory analysis of larch lumber and evaluation of greenhouse gas reduction potential of wooden house. Doctoral thesis. Seoul National University.
IPCC. 2006. IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories.
ISO. 2006. International Standard Organization: ISO 14040 Environmental management -Life cycle assessment -Principles and framework.
Kang, K.S. 2010. Assessment of greenhouse gas emission reduction for larch timber beam wooden housing: an application of life cycle analysis approach. Master thesis. Seoul National University.
Kim, J.D. 2015. Estimation and reduction strategies of carbon emissions from manufacture of wood landscape facilities. Master thesis. Kangwon National University.
Korea Energy Agency. 2006. Application manual of energy-calory conversion standard.
Korea Environmental Industry & Technology Institute. 2006. Guideline for life cycle inventory database construction.
Korea Institute of Civil Engineering and building Technology. 2008. National database for environmental information of building products.
Ministry of Environment. 2009. Guideline for carbon labeling.
Ministry of Trade, Industry & Energy. 2015. Implementing regulations in energy law.
National Institute of Forest Science. 2013. Estimation of greenhouse gas emissions of korean major timbers using life cycle assessment.
National Institute of Forest Science. 2008. Wood properties of the useful tree species grown in Korea.
Son, W.L., Park, J.S., Kim, K.M. 2014. Life cycle assessment of timber arch-truss bridge by using domestic Pinus rigida glued-laminated timber. Journal of Korean Wood Science and Technology. 42(1): 1-12.
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