[논문]온실가스 배출량 산정 방법 및 영향 요인 연구

최성훈; 장현호; 윤병조

doi:10.15683/kosdi.2020.09.30.550

온실가스 배출량 산정 방법 및 영향 요인 연구
GHGs Emissions Calculation Method and Influence Factors 원문보기

한국재난정보학회논문집 = Journal of the Society of Disaster Information, v.16 no.3 = no.49, 2020년, pp.550 - 557

최성훈 (Urban Science Institute, College of Urban Science, Incheon National University) , 장현호 (Urban Science Institute, College of Urban Science, Incheon National University) , 윤병조 (College of Urban Science, Incheon National University)

초록
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연구목적:온실가스는 전 세계적인 재난인 지구 온난화의 주요 원인 중 하나이다.본 연구에서는 도로부문 온실가스 배출량 산정을 기존의 구간평균속도에서 개별차량의 속도기반으로 정밀하게 산정할 때 영향을 주는 우선순위를 판별할 수 있는 요인을 찾아내는 목적을 가진다. 연구방법:고속도로의 일반 통행구간, 휴게소 구간, 진입구간, 합류부 구간의 기존 방법과 개별차량의 속도기반 배출량 산정 방법의 비교 분석을 진행한다. 연구결과:경부 고속도로의 총 6 구간에 대해 분석을 진행한 결과 속도의 표준편차와 구간의 혼잡이 큰 영향을 주는 결과가 나왔다. 결론: 기존의 온실가스 배출량 산정 방법과 개별차량의 속도기반 배출량 산정 방법을 비교하면 개별차량의 속도기반 방법이 더 정밀한 것은 확실하다. 하지만 이를 전국에 일괄 적용하기는 어렵기 때문에 본 연구에서는 기존 방법과 개별차량의 속도기반 방법을 비교하여 크게 차이가 나게 영향을 주는 요인을 제시한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: Greenhouse gases are one of the major causes of global warming, a global disaster. In this study, the priority that affects when calculating the GHG emissions in the road sector is accurately calculated based on the speed of individual vehicles from the existing section average speed. I have the purpose of finding a possible factor. Method: A comparative analysis is conducted between the conventional method of the general passage section, the rest area section, the entrance section, and the confluence section of the highway and the speed-based emission calculation method of individual vehicles. Result: As a result of analyzing a total of 6 sections of the Gyeongbu Expressway, it was found that the standard deviation of the speed and the congestion of the sections had a great influence. Conclusion: When comparing the existing GHG emission calculation method with the speed-based emission calculation method of individual vehicles, it is clear that the speed-based method of individual vehicles is more precise. However, since it is difficult to apply it all over the country, this study compares the existing method with the speed-based method of individual vehicles and presents factors that have a significant difference.

주제어

표/그림 (5)

표 Table 1. Emission Factor for Vehicle type
표 Table 2. Rest area section result
표 Table 3. General passage section
표 Table 4. The entrance section
표 Table 5. Highway confluence section

AI 본문요약
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문제 정의

두 문제를 동시에 고려하여 Data 수집을 순차적으로 진행하려면 그에 대한 기준이 필요하다. 그렇기에 본 연구에서는 고속도로에서의 도로 통행 특성별로 고속도로로의 진입구간, 휴게소 구간, 일반 통행구간, 고속도로간 합류기간으로 나누어 기존의 평균속도를 적용한 배출량 산정과 개별차량의 속도를 이용한 배출량 산정을 진행하여 비교분석을 통해서 영향요인을 파악하려고 한다.
하지만 전 구간의 도로에서 개별차량별 속도를 수집하는 것은 최종적으로 이루어져야 할 발전방향이지만 현재는 불가능하고 차차 이루어나가야 할 과제이다. 본 연구에서는 고속도로의 구간별로 기존의 배출량 산정 방법과 개별차량의 속도를 이용한 산정방법의 비교를 통해서 마이크로한 Data 수집을 우선시 할 때 좀 더 정밀한 배출량 산정이 이루어질 수 있는데 도움이 될 수 있도록 영향 요인을 분석하였다.

가설 설정

분석 구간의 검지기는 휴게소를 사이에 두고 설치되어 있기에 검지기의 정보만으로는 휴게소 이용차량을 판별하는게 불가능하다. 이에 휴게소에서 주차 후 화장실만을 이용하는데 5분의 시간이 소요된다고 가정을 하고 판별을 시작한다. 고속도로 구간이므로 식(1)과 같이 차량의 속도가 80km/h를 최저속도로 보고 차량의 통행시간이 해당속도로 구간을 통과할 시간과 휴게소 이용시간 5분(300초)을 합한 값을 넘어가게 되면 휴게소 이용차량으로 판단한다.

제안 방법

본 논문에서는 두 번째 경우로 온실가스 배출량 산정에 대하여 다루며, 이전에 Chang et al.(2019)와 함께한 연구 방법을 고속도로의 구간들을 나누어 분석을 진행하여 기존의 방법과 개별차량의 속도기반 방법의 배출량 산정값 차이가 클 때의 요인을 분석한다.
NIER(2013)에서는 차량의 상태에 따른 배출량 산정방법을 자세하게 다루었다. 배출원 분류체계를 엔진 가열, 엔진 미가열, 휘발유 증발 배출로 나누어 분류한 배출량 산정 방법을 다루었으며 시도별 자동차 등록 현황, 천연가스 보급현황, 전국 택시 대수, 자동차 주행거리, 고속도로 구간정보, 배출가스 저감장치 부착현황 등에 대해 다루었다.
오늘날 기술의 발전으로 차량의 Data 수집이 원활하게 이루어지고 있지만 국토 전체의 도로에 대한 Data를 수집하는 것은 어렵다. 본 연구에서는 그 점을 염두에 두고 고속도로를 일반 통행구간, 고속도로 진입구간, 고속도로간 합류구간, 휴게소 구간으로 나누어 분석을 진행하였다. 온실가스 배출량을 정밀하게 측정하기 위해 개별차량 속도기반 방법과 기존 방법과의 비교를 통해 배출량 산정을 진행할 때 어떠한 변수가 큰 영향을 미치는지에 대한 분석을 진행하였다.
우리나라에 등록된 차량의 대부분을 차지하는 연료를 대상으로 온실가스 배출계수식을 나타낸 식들이며 국내 운행되고 있는 차량의 비율은 시간에 따라 변하기 때문에 몇 년 단위로 실험을 실시해 새로운 배출계수식을 산출해낸다. 본 연구에서는 자료의 한계로 분류가 가능한 승용차, 버스, 트럭3가지 차종으로 분류하여 온실가스 배출량 산정을 진행한다. 배출계수식에 차량의 속도를 넣어 계산 하는 방식으로 다음과 같이 산정을 진행한다.
공간적 범위로는 고속도로 노선 중 경부고속도로를 대상으로 진행하였다. 분석 구간은 고속도로로 진입구간, 영동고속도로에서 경부고속도로로 합류하는 구간 일반적인 고속도로 통행구간, 휴게소 구간을 선택해 진행하였다.
산정된 기존 방법의 배출량과 개별차량 속도기반 배출량 산정 방법에 대해 구간의 통행량, 통행속도, 표준편차 등 영향을 주는 요인들에 대한 비교 분석을 진행한다.
NIER(2008)에서는 차량별로 배출계수식을 산출하는 실험을 진행하였다. 실험은 한국자동차공업협회에서 제공하는 차량별 자동차등록대수 자료를 토대로 시장점유율이 높은 차량모델 중 점유율이 80%이상 되는 차종을 대상으로 시험차량을 선정하여 진행되었고 실험결과를 기반으로 도로이동오염원에 대하여 Tier 1, 2, 3의 목표 온실가스인 CO₂, CH₄, N₂O에 대한 차종별 속도에 따른 배출계수식을 제시한다.
본 연구에서는 그 점을 염두에 두고 고속도로를 일반 통행구간, 고속도로 진입구간, 고속도로간 합류구간, 휴게소 구간으로 나누어 분석을 진행하였다. 온실가스 배출량을 정밀하게 측정하기 위해 개별차량 속도기반 방법과 기존 방법과의 비교를 통해 배출량 산정을 진행할 때 어떠한 변수가 큰 영향을 미치는지에 대한 분석을 진행하였다.
본 연구에서 배출량 산정을 진행할 때 국립환경과학원의 실험을 통해 나온 결과를 이용하는데 Table 1과 같다. 우리나라에 등록된 차량의 대부분을 차지하는 연료를 대상으로 온실가스 배출계수식을 나타낸 식들이며 국내 운행되고 있는 차량의 비율은 시간에 따라 변하기 때문에 몇 년 단위로 실험을 실시해 새로운 배출계수식을 산출해낸다. 본 연구에서는 자료의 한계로 분류가 가능한 승용차, 버스, 트럭3가지 차종으로 분류하여 온실가스 배출량 산정을 진행한다.
본 연구에서는 온실가스 배출량 산정 및 특성 분석 진행을 위해 고속도로에서는 구간검지 시스템을 운영 중인 한국도로공사의 DSRC 원시자료를 통해 만든DSRC 경로자료를 사용하였다. 자료는 차량ID, 차종, 검지기ID, 검지시각으로 구성되어 있으며 검지시각은 1일 86,400초를 기준으로 표기되어 있다.

대상 데이터

분석의 시간적 범위는 2015년 6월 16일부터 2015년 6월 22일까지 1주일간의 자료를 사용하였다. 공간적 범위로는 고속도로 노선 중 경부고속도로를 대상으로 진행하였다. 분석 구간은 고속도로로 진입구간, 영동고속도로에서 경부고속도로로 합류하는 구간 일반적인 고속도로 통행구간, 휴게소 구간을 선택해 진행하였다.
본 연구에서는 온실가스 배출량 산정 및 특성 분석 진행을 위해 고속도로에서는 구간검지 시스템을 운영 중인 한국도로공사의 DSRC 원시자료를 통해 만든DSRC 경로자료를 사용하였다. 자료는 차량ID, 차종, 검지기ID, 검지시각으로 구성되어 있으며 검지시각은 1일 86,400초를 기준으로 표기되어 있다.
분석의 시간적 범위는 2015년 6월 16일부터 2015년 6월 22일까지 1주일간의 자료를 사용하였다. 공간적 범위로는 고속도로 노선 중 경부고속도로를 대상으로 진행하였다.

성능/효과

그러므로 개별차량의 차종까지 포함한 데이터를 통한 온실가스 배출량 산정의 진행을 통한 분석이 필요하다고 판단된다. 또한 연구 진행에 연구 범위를 고속도로로 정해서 진행을 하였기에 차량의 평균속도가 배출계수식의 임계속도에 근접하게 나온 것을 확인 할 수 있다. 이에 도심부를 대상으로 한 개별 차량의 속도기준으로 배출량을 분석하는 연구가 필요하다고 판단된다.
방법론에 따라 분석을 진행한 결과 휴게소 구간은 Table 2와 같이 나왔는데 휴게소를 방문하는 차량을 제외한 결과를 보면 속도의 편차가 크게 나오지 않았으며 기존 방법에 비해서 개별차량 속도기반 배출량 산정 방법이 1% ~ 3% 과대 추정되거나 과소 추정되었다.
본 연구에서는 경부 고속도로의 6개 구간에 대해 분석을 진행하였는데 이전의 연구와는 다르게 대부분의 구간에서 개별 차량의 속도기반으로 배출량 산정을 진행할 때 기존에 과대 추정되고 있다는 결과로 분석되었다.
분석된 결과들을 종합해보면 고속도로 구간에서 개별차량 속도기반 배출량 산정 방법과 기존의 배출량 산정 방법을 비교해보면 차량의 평균속도 차이도 영향을 미치나 속도의 표준편차에 비해 적은 영향을 끼치고 혼잡이 발생하면 더 많은 영향을 주는 결과가 나왔다. 그렇기에 기존의 배출량 산정 방법을 개선해 나간다면 차량의 속도 편차가 큰 구간과 혼잡이 잦은 구간을 우선적으로 적용한다면 도로부문 온실가스 배출량 산정의 정확도가 올라갈 것으로 전망된다.

후속연구

분석된 결과들을 종합해보면 고속도로 구간에서 개별차량 속도기반 배출량 산정 방법과 기존의 배출량 산정 방법을 비교해보면 차량의 평균속도 차이도 영향을 미치나 속도의 표준편차에 비해 적은 영향을 끼치고 혼잡이 발생하면 더 많은 영향을 주는 결과가 나왔다. 그렇기에 기존의 배출량 산정 방법을 개선해 나간다면 차량의 속도 편차가 큰 구간과 혼잡이 잦은 구간을 우선적으로 적용한다면 도로부문 온실가스 배출량 산정의 정확도가 올라갈 것으로 전망된다.
본 연구에서는 첫 번째 문제인 시간적인 문제를 해결하기 위해서는 차량의 평균속도를 이용하지 않고 개별차량의 속도를 이용하면 완전히 해결되지는 않지만 좀 더 정밀한 온실가스 배출량 산정 진행이 가능해 진다.
본 연구의 한계점으로 국립환경과학원의 배출계수식을 적용할 때 자료의 한계로 승용차와, 버스, 트럭 3가지 종류의 차량으로 밖에 분류를 하지 못하고 배출량 산정을 진행한 것이 있다. 그러므로 개별차량의 차종까지 포함한 데이터를 통한 온실가스 배출량 산정의 진행을 통한 분석이 필요하다고 판단된다.
또한 연구 진행에 연구 범위를 고속도로로 정해서 진행을 하였기에 차량의 평균속도가 배출계수식의 임계속도에 근접하게 나온 것을 확인 할 수 있다. 이에 도심부를 대상으로 한 개별 차량의 속도기준으로 배출량을 분석하는 연구가 필요하다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	우리나라의 온실가스 감축 목표는 어떠한가?	우리나라는 파리협약 이전에는 온실가스 감축의무국이 아니었으나 2015년 파리협약 결과 개발도상국에서 벗어나 자발적 감축국에 포함되게 되었다. 우리나라는 온실가스 감축 목표를 2030년까지 BAU (Business As Usual) 대비 37%를 낮추기로 하고 범국가적인 정책을 수행하여 온실가스 감축을 위한 실질적인 노력을 하고 있다.
	온실가스 감축을 위한 정책 및 법규를 위해 선행되어야 하는 조건은 온실가스 배출량 산정이다. 이를 위해 우리나라의 경우는 어떤 추세를 따르고 있는가?	이 때 기초가 되는 기존의 배출량 산정의 정확성은 중요한 문제 중 하나이다. 전세계적으로 온실가스 배출량을 산정하는 방법을 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)가 제시한 3단계 가이드라인을 기초로 해서 진행하는 추세이며 우리나라도 그에 해당한다. 하지만 도로부문의 온실가스 산정 방법을 만들 당시 1990년대에는 차량의 Data 수집이 원활하지 못하였고 당시 가용 가능한 Data에 맞춘 온실가스 배출량 산정 방법이 만들어졌다.
	우리나라에서 온실가스를 배출하는 분야는 어떤 것이 있는가?	우리나라에서 온실가스를 배출하는 분야는 크게 4가지로 나누어져 있는데 2015년 국가 통계 기준으로 에너지 분야가 대부분인 93%를 배출하고 있고 산업 공정 분야가 8%, 농업 분야가 3.19%, 토지이용 부문이 –6.88%의 배출량을 가지고 있다. 본 연구에서 다루는 도로부문 온실가스 배출량 연구는 수송 부문으로 4가지 분야들 중에서 에너지 부문에 해당한다.

참고문헌 (7)

Chang, H.H., Choi, S.H., Yoon, B.J. (2019). "GHGs emissions based on individual vehicles speed." Journal of the Korea Society of Disaster Information, Vol. 15, No. 4, pp. 560-569.
Hong, D. H., Jang, D. I., Lee, S. J., Kim, S. I., Park, J.Y.(2017) Study on Air Pollutant Emission Estimation Method in Transportation Section, National Institute of Environmental Research, Korea.
Kim, Y.S., Chang, J.H. (2001). A Study on the Role of Seoul City Govemment implementing the UN Framework Convention Climate Change. Seoul Development Institude. 2001-R-12, Korea.
National Institute of Environmental Research (NIER) (2008). Establishment of Climate Change responding System for Transportation Sector (I). Nier 11-1480523-000361-01, Korea.
National Institute of Environmental Research (NIER) (2013). CAPSS Model National Air Pollutant Emission Estimation Manual. Nier-GP2013-097, Korea.
Rakha, H., Aerde. M.V., Ahn. K., Trani. A.A.(2000), Requirements for evaluating traffic signal control impacts on energyand emissions based on instantaneous speed and acceleration measurements. Transportation Research Record, no.1738, pp.56-67.
Ryu, B.Y., Bae, S.H. (2012). "Estimation of greenhouse gas in the urban area by using advanced traffic management systems - Case study of Daejeon." Journal of Transport Research, Vol. 19, No. 3, pp. 119-134.

저자의 다른 논문 :

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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