국내 석유계 에너지원의 열량 및 탄소배출계수 변화 특성 연구 Study on Characteristics of Change in Calorific Value and Carbon Emission Factor of Domestic Petroleum Energy Source원문보기
국가 온실가스 인벤토리를 Tier 2 이상의 수준으로 향상시키기 위해서는 IPCC기본값 대신 국가 고유의 배출계수가 개발 및 이용되어야 한다. 국가 고유 배출계수는 에너지원 종류, 에너지 공정, 시간 추세에 따라 달라지기 때문에, 각 에너지원별 특성값을 파악하는 것은 정확한 인벤토리 구축에 중요한 부분을 차지한다. 국내 석유계 에너지원의 물성은 시간의 경과에 따라 큰 변화는 없었으며, 국내에서 고시되고 있는 에너지원별 열량환산기준 상의 석유계 에너지원에 대한 열량 및 탄소배출계수를 2013년과 2016년에 실제 시료를 수집하여 발열량, 탄소함량 및 탄소배출계수를 산정한 결과값과의 비교분석에서는 대체적으로 일정한 값을 유지하고 있는 것으로 나타났다. 또한, 석유계 에너지원별로 산출된 순발열량과 탄소배출계수는 2006 IPCC Guideline에 나타낸 값들과 비교하였으며, 대부분의 에너지원이 2006 IPCC G/L의 기본값 및 상한, 하한 범위내의 값을 나타내었다.
국가 온실가스 인벤토리를 Tier 2 이상의 수준으로 향상시키기 위해서는 IPCC 기본값 대신 국가 고유의 배출계수가 개발 및 이용되어야 한다. 국가 고유 배출계수는 에너지원 종류, 에너지 공정, 시간 추세에 따라 달라지기 때문에, 각 에너지원별 특성값을 파악하는 것은 정확한 인벤토리 구축에 중요한 부분을 차지한다. 국내 석유계 에너지원의 물성은 시간의 경과에 따라 큰 변화는 없었으며, 국내에서 고시되고 있는 에너지원별 열량환산기준 상의 석유계 에너지원에 대한 열량 및 탄소배출계수를 2013년과 2016년에 실제 시료를 수집하여 발열량, 탄소함량 및 탄소배출계수를 산정한 결과값과의 비교분석에서는 대체적으로 일정한 값을 유지하고 있는 것으로 나타났다. 또한, 석유계 에너지원별로 산출된 순발열량과 탄소배출계수는 2006 IPCC Guideline에 나타낸 값들과 비교하였으며, 대부분의 에너지원이 2006 IPCC G/L의 기본값 및 상한, 하한 범위내의 값을 나타내었다.
Country-specific emission factors should be developed and used instead of IPCC defaults to improve national GHG inventories to Tier 2 and above. Since the country-specific emission factors depend on the type of energy source, energy process, and time trend, identifying the value of each energy sourc...
Country-specific emission factors should be developed and used instead of IPCC defaults to improve national GHG inventories to Tier 2 and above. Since the country-specific emission factors depend on the type of energy source, energy process, and time trend, identifying the value of each energy source is an important part of building an accurate inventory. In this study, calorific value and carbon emission factor for petroleum energy sources on the basis of calorific value conversion standard for energy source, which are notified in Korea, are collected by 2013 and 2016, and calorific value, carbon content and carbon emission factor And a comparative analysis was conducted. In addition, net calorific values and carbon emission factors calculated for each petroleum based energy source are compared with those shown in 2006 IPCC Guideline.
Country-specific emission factors should be developed and used instead of IPCC defaults to improve national GHG inventories to Tier 2 and above. Since the country-specific emission factors depend on the type of energy source, energy process, and time trend, identifying the value of each energy source is an important part of building an accurate inventory. In this study, calorific value and carbon emission factor for petroleum energy sources on the basis of calorific value conversion standard for energy source, which are notified in Korea, are collected by 2013 and 2016, and calorific value, carbon content and carbon emission factor And a comparative analysis was conducted. In addition, net calorific values and carbon emission factors calculated for each petroleum based energy source are compared with those shown in 2006 IPCC Guideline.
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문제 정의
본 연구에서는 국내에서 고시되고 있는 에너지원별 열량환산기준 상의 석유계 에너지원에 대한 열량 및 탄소배출계수를 2013년과 2016년에 실제 시료를 수집하여 발열량, 탄소함량 및 탄소배출계수를 산정한 결과값과의 비교분석을 실시하였다. 또한, 석유계 에너지원별로 산출된 순발열량과 탄소배출계수는 2006 IPCC Guideline에 나타낸 값들과 비교하였다.
제안 방법
2006 IPCC G/L은 각 에너지원에 대한 순발열량과 탄소배출계수의 기본값 및 95 % 신뢰구간에서의 상한과 하한을 제시하고 있다. 2006년 에너지기본법에 제시된 국내 에너지원별 열량환산기준표의 순발열량, 2011년 개정된 에너지법 시행규칙의 에너지원별 열량환산기준표에 제시된 순발열량 및 탄소배출계수와 2016년 실제 분석한 석유계 에너지원의 순발열량 및 탄소배출계수에 대한 변화 비교 분석을 실시하였다. Fig.
2013년 국내 석유계 에너지원에 대해 순발열량, 탄소함량 및 탄소배출계수를 산출하고 2016년 동일한 종류의 시료에 대해 분석한 순발열량, 탄소함량 및 탄소배출계수를 비교분석 하였다. 순 발열량과 탄소함량은 해당 연도에 각 에너지원별로 채취한 각각의 시료에 대해 측정한 값들의 평균값을 사용하였다.
국내 석유계 에너지원의 열량 및 탄소배출계수산정을 위해 각 시료의 총발열량, 순발열량, 탄소 및 수소함량, 밀도를 분석하였다. 분석방법은 「석유제품의 품질기준과 검사방법 및 수수료에 관한 고시」에서 규정하는 품질기준 및 시험방법을 적용하였다.
또한, 황 함량은 정확한 발열량값의 산출에 영향을 주고, 밀도의 변화는 열량 및 탄소배출계수의 산정 시 영향을 미치므로 2013년 및 2016년의 석유계 에너지원에 대한 황 함량과 밀도의 변화를 비교하였으며(Fig. 1, Table 4), 일정 기간의 차이에도 황 함량과 밀도의 변화는 크지 않은 것으로 나타났다.
본 연구에서는 2007년부터 2016년까지 5년 단위로 고시된 국내 에너지법의 에너지원별 열량환산기준과 2013년, 2016년 국내에서 생산된 석유계 에너지원의 발열량, 탄소함량, 탄소배출계수의 실측값, 2006 IPCC G/L의 기본값 등과의 변화비교 분석을 실시하였다.
대상 데이터
이에 따라, 본 연구에서는 「에너지법 시행규칙」에서 대상으로 하는 에너지원을 대상으로 2013년과 2016년에 생산 및 소비가 이루어지는 석유계 액체 연료 17종을 실험 대상 에너지원으로 선정하였다. 연구에 사용된 시료는 각 제품이 생산되는 정유공장 및 석유화학회사로부터 수집하였으며, 시료는 금속제 캔을 이용하여 채취하였다. 시료의 수집은 연간대표성 확보를 위해 계절별로 겨울은 1월 ~ 2월, 봄은 4월 ~ 5월, 여름은 7월 ~ 8월, 가을은 10월 ~ 11월의 기간 동안 채취하였다.
국내에서는 2007년부터 2011년까지 석유계 에너지원 15종, 2012년부터 2016년까지 석유계 에너지원 17종에 대해서 에너지원별 열량환산기준을 고시하고 있으며, 각 기간별 적용하는 탄소배출계수도 함께 산정, 적용하고 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 「에너지법 시행규칙」에서 대상으로 하는 에너지원을 대상으로 2013년과 2016년에 생산 및 소비가 이루어지는 석유계 액체 연료 17종을 실험 대상 에너지원으로 선정하였다. 연구에 사용된 시료는 각 제품이 생산되는 정유공장 및 석유화학회사로부터 수집하였으며, 시료는 금속제 캔을 이용하여 채취하였다.
데이터처리
Fig. 5.는 2007년부터 2016년까지의 5년 단위의 탄소배출계수, 2013년과 2016년의 실제 분석한 탄소배출계수와 2006 IPCC G/L의 탄소배출 계수를 비교하였다. 용제와 중유형 부생연료유를 제외한 대부분의 에너지원이 2006 IPCC G/L과 유사한 값을 나타내었으며, 용제의 경우 2006 IPCC G/의 백유(white spirit) 및 SBP(industrial spirit)와 비교하였는데 용제의 순발열량값이 2006 IPCC G/L의 기본값보다 높아 탄소배출계수도 높게 나타났다.
본 연구에서는 국내에서 고시되고 있는 에너지원별 열량환산기준 상의 석유계 에너지원에 대한 열량 및 탄소배출계수를 2013년과 2016년에 실제 시료를 수집하여 발열량, 탄소함량 및 탄소배출계수를 산정한 결과값과의 비교분석을 실시하였다. 또한, 석유계 에너지원별로 산출된 순발열량과 탄소배출계수는 2006 IPCC Guideline에 나타낸 값들과 비교하였다.
이론/모형
분석방법은 「석유제품의 품질기준과 검사방법 및 수수료에 관한 고시」에서 규정하는 품질기준 및 시험방법을 적용하였다. 또한 고시에서 규정하지 않는 항공유 등은 KS 및 ASTM 시험방법을 적용하였다. 각 항목별 분석방법과 장비는 Table 2에 나타내었다.
[1][12] 시료에 포함된 황 성분은 연소 시 이산화황을 생성, 물과 반응하여 황산을 발생시키며, 측정된 발열량 값에서 황산 생성열을 빼주어야 정확한 총발열량 값을 산출 할 수 있다. 시료의 수소 및 탄소 함량 측정은 석유제품 및 윤활유의 수소, 탄소 및 질소 함량을 측정하는 표준시험방법인 ASTM D5291에 따라 측정하였으며, 시료의 수소함량은 총발열량으로부터 순발열량을 산출하는데 사용하고, 시료의 탄소함량은 탄소배출계수의 산정에 사용하였다.[1] 순발열량 값은 황함량과 수분함량을보정한 총발열량 값을 (1)식을 이용하여 산정하였다.[1][5-6][12]
성능/효과
1. 국내 석유계 에너지원의 물성은 자동차용 보통휘발유의 방향족 함량과 선박용 경유의 황 함량 품질기준이 일부 강화된 부분을 제외하고 큰 변화가 없었다.
2. 2007년부터 2016년까지 5년 단위의 국내 에너지원별 열량환산 기준에서 고시된 순발열량 및 탄소배출계수는 대체적으로 큰 변화없이 일정한 값으로 설정되었으며, 2013과 2016년의 실측된 분석값과도 큰 차이를 보이지 않았다.
3. 2007년부터 2016년까지 국내 에너지원별 열량환산기준, 2013년과 2016년 실측된 순 발열량 및 탄소배출계수의 분석값과 2006 IPCC G/L의 기본값과의 비교분석에서 대부분의 에너지원이 2006 IPCC G/L의 기본값 및 상한, 하한 범위내의 값을 나타내었으나 윤활기유와 중유형 부생연료유가 다소 벗어나는 값을 나타내었다.
Fig. 4.에2006년, 2011년 고시된 국내 에너지원별 열량환산기준표의 순발열량, 2013년 및 2016년 실측된 순발열량과 2006 IPCC 기본값, 하한 및 상한 값을 나타내었으며, 대부분의 에너지원이 비슷한 값을 보이며, 윤활기유를 제외하고는 2006 IPCCG/L의 상한과 하한 범위내의 값을 보였다. 2006 IPCC G/L의 윤활유는 윤활기유와 함께 엔진 오일과 같은 최종 제품도 포함하며, 윤활유는 윤활기유에 여러 가지 종류의 첨가제를 넣어 만들어지며 일반적으로 첨가제는 윤활기유에 비해 무겁고 금속 성분을 포함하는 경우도 있어 윤활기유에 비해 낮은 발열량값을 나타내므로 2006 IPCCG/L의 상한을 다소 초과하는 것으로 나타났다.
후속연구
본 연구는 국내에 고시된 에너지원별 열량환산기준과 실제 에너지원의 분석값, 2006년 IPCCG/L과의 비교분석을 통해 향후 국가 고유의 에너지원별 순발열량과 탄소배출계수의 산정을 위한 자료로 활용가능하며, 장기적인 실측 데이터를 통해 연료 특성 변화를 모니터링하여 적절한 탄소배출계수의 산정 주기 검토와 개발이 필요할 것이다
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
에너지 분야에서 배출되는 온실가스의 95 % 이상은 CO2 배출량이 차지하는 까닭은?
에너지 분야는 우리나라 전체 온실가스 배출량의 85 %, 이산화탄소(CO2) 배출의 90 % 이상의 기여도를 보이며[1-3], 온실가스 배출인벤토리에서 중요한 위치를 차지한다. 에너지 분야에서 배출되는 온실가스의 95 % 이상은 CO2 배출량이 차지하는데, 이는 연소과정에서 대부분의 탄소가 CO2로 즉시 배출되기 때문이다.[1][3]
CO2 배출량을 정확하게 산출할 수 있는 방법은?
CO2 배출계수는 연료의 탄소 함유량에 의존하며, CO2 배출량은 연료의 종류, 연소된 양, 연료의 배출계수를 기준으로 가장 정확하게 산출할 수 있다. 또한, CO2 배출계수를 산정하기 위해서는 발열량에 대한 정보도 필요하게 된다.
CO2 배출계수를 산정하기 위해 사용되는 발열량은 어떻게 구분되는가?
또한, CO2 배출계수를 산정하기 위해서는 발열량에 대한 정보도 필요하게 된다. 발열량은 연료가 완전 연소할 때 발생하는 열량으로 연소 가스 중의 수증기가 갖는 응축 잠열 및 현열을 포함하는 총발열량(gross calorific value)과 응축 잠열 및 현열을 제외한 순발열량(net calorific value)으로 구분된다.[1]
참고문헌 (15)
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