Vol. 4, No. 1, 2013, pp. 27～39
국가 온실가스 인벤토리 품질 향상을 위한 무연탄 분류 방법 및 배출계수 개발
Development of Classification Method for Anthracite and CO2 Emission Factor to Improve the Quality of
National GHG Inventory
김승진*․이정우**․이시형**․사재환***․최봉석**․전의찬****,† Kim, Seungjin*, Lee, Jeongwoo**, Lee, Seehyung**, Sa, Jae-Hwan***,
Choi, Bong-Suk** and Jeon, Eui-Chan****,†
*세종대학교 기후변화협동과정, **세종대학교 지구환경과학과
***세종대학교 환경에너지연구소, ****세종대학교 환경에너지융합학과
*Cooperate Course for Climate Change, Sejong University
**Department of Earth & Environmental Sciences, Sejong University
***Environment & Energy Institute, Sejong University
****Department of Environment and Energy, Sejong University
요 지
본 연구에서는 국내에서 사용되는 무연탄을 국내무연탄, 원료용 수입무연탄, 연료용 수입무연탄으 로 분류하여 각각의 발열량 및 온실가스 배출계수를 산정하였다. 본 연구에서 산정된 온실가스 배 출계수는 국내무연탄이 111,477±4,508 kg CO2/TJ, 원료용 수입무연탄이 108,358±4,033 kg CO2/TJ, 연료용 수입무연탄이 103,927±8,367 kg CO2/TJ로 산정되었다. 산정된 배출계수를 이용한 온실가스 배출량은 6,216,942 ton CO2로 무연탄을 상세히 구분하지 않고 산정한 온실가스 배출량보다 12.7%
적게 나타났다.
이에 따라, 무연탄을 상세히 분류하여 활동자료를 수집하는 것이 무연탄의 활동자료를 통합하여 수집하는 것보다 정확한 온실가스 배출량을 산정할 수 있다고 판단된다. 또한, 국내에서 사용되고 있는 무연탄의 경우 IPCC에서 제시하고 있는 무연탄과 특성이 다르기 때문에 국가 온실가스 인벤 토리 향상을 위해 무연탄을 용도별로 분류하여 산정해야 한다.
키워드 : 기후변화, 온실가스, 배출계수, 무연탄, 석탄
ABSTRACT
In this study, the anthracite coal being used as fuel in Korea were classified into different ty-
†Corresponding author : E-mail: [email protected]
접수일자: 2013. 1. 2 / 수정일자: 2013. 1. 31(1차), 2013. 3. 8(2차) / 채택일자: 2013. 3. 8
pes. These types include the domestically produced anthracite, imported anthracite used as raw ma- terial, and imported anthracite used as fuel. Each of the calorific values and greenhouse gas emi- ssion factors were calculated. The calculation of greenhouse gas emission factors resulted in the domestically produced anthracite as 111,477±4,508 kg CO2/TJ, the imported anthracite used as raw material as 108,358±4,033 kg CO2/TJ, and anthracite used as fuel was displayed as 103,927±8,367 kg CO2/TJ. Additionally, the amount of greenhouse gas emission based on these calculated emi- ssion factors was displayed as 6,216,942 ton CO2, which resulted as 12.7% lower than the green house gas emission amount which was calculated without distinguishing anthracite coal in details.
Therefore, collecting activity data through a detailed classification of anthracites facilitate a more accu- rate calculation of greenhouse gas emission amount compared to collecting activity data through combination. Furthermore, since the anthracite coal used domestically possesses characteristics diffe- ring from the anthracite coal proposed by the IPCC, anthracite coal should be classified for each pur- pose and calculated for the improvement of the national greenhouse gas inventory.
Key words : Climate Change, Greenhouse Gas, Emission Factor, Anthracite, Coal
1. 서론
효과적인 온실가스 감축 및 저감잠재량 평가를 위해서는 각 발생원별 온실가스 배출량을 파악하 여야 한다. 온실가스 인벤토리를 구축하기 위해 서는 카테고리별로 정확한 분류 및 기준, 신뢰성 높은 온실가스 배출계수와 활동도 자료가 필요하 다. 2006 IPCC 가이드라인에서는 온실가스 인벤 토리의 카테고리를 자세히 분류하여 제시하고 있 으나, 대다수의 국가들이 NIR 작성 시 자국의 배 출특성에 맞는 카테고리에 따라 활동도 통계 및 배출계수 확보에 많은 노력을 기울이고 있다.
IPCC Good Practice Guidance와 2006 IPCC Gui- deline에서는 각 국가의 고유배출계수가 있는 경 우에는 기본배출계수에 앞서서 국가고유배출계수 를 적용하도록 권고하고 있으며, 선진국에서도 이러한 고유배출계수를 개발하는 연구가 진행되 고 있다(AGO, 2001; US EPA, 2000). 우리나라 의 경우, 화력발전소에서 사용되는 무연탄의 배 출계수 연구가 진행된 바 있지만(Jeongwoo Lee, 2012; 이시형, 2009; 전의찬, 2007), 철강산업 등 에서 사용하는 수입 무연탄의 온실가스 배출계수
에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 또한, 우리 나라의 2011년 에너지 수급밸런스를 살펴보면 무 연탄은 국내탄과 수입탄으로 구분되어 있으며, 수입탄의 비율이 83%를 차지하고 있어 수입탄에 대한 온실가스 배출계수 마련이 시급한 실정이다 (에너지경제연구원, 2012).
우리나라는 에너지법 시행규칙에 석탄을 국내 무연탄 및 연료용 수입무연탄, 원료용 수입무연 탄, 연료용 유연탄, 원료용 유연탄, 아역청탄, 코 크스 등으로 자세히 분류하고 있으며, 5년마다 에너지열량 환산기준을 고시⋅개정하고 있다(에 너지관리공단, 2010). 그러나 석탄의 국내 사용통 계는 에너지법과 다르게 석탄을 분류하고 있다.
통계청의 국가통계포털(KOSIS : Korean Statisti- cal Information Service)에서는 석탄을 무연탄과 유연탄으로 분류하고 있으며, 에너지통계연보에 서는 국내⋅외 무연탄 및 연료용 유연탄, 원료용 유연탄 등으로 제시하고 있다(에너지경제연구원, 2011). 우리나라는 석탄부분의 온실가스 배출량 산정 시 에너지통계연보에서 제시하고 있는 석탄 수급통계와 1999 IPCC G/L의 기본배출계수를 이용하고 있어, 보다 정확한 온실가스 배출량 산
정을 위해서는 국내에서 사용하는 석탄의 분류 방식을 정립하고, 우리나라의 고유배출계수를 개 발할 필요가 있다.
따라서, 본 연구에서는 현재 우리나라에서 사 용되고 있는 석탄 중 무연탄의 활동도 자료가 우 리나라 온실가스인벤토리 작성에 적합하게 분류 되어 있는지를 살펴보고자 한다. 또한, 우리나라 실정에 적합한 무연탄 분류 방식을 제시하고, 온 실가스 배출계수를 산정하고자 한다.
2. 연구 방법
2.1 국내․외 석탄 분류
우리나라 에너지법 시행규칙 제5조의 에너지 열량 환산기준에서는 석탄의 발열량을 국내무연 탄, 연료용 수입무연탄, 원료용 수입무연탄, 연료 용 유연탄, 원료용 유연탄, 아역청탄 등으로 구분 하여 제시하고 있으며(에너지경제연구원, 2011), 국내 사업장에서 사용되고 있는 석탄 또한 국내 무연탄, 연료용 수입무연탄, 원료용 수입무연탄, 연료용 유연탄, 원료용 유연탄, 아역청탄 등으로 구분되고 있다. 이와 달리, 국가통계포털(KOSIS
; Korean Statistical Information Service)에서는 석탄을 무연탄과 유연탄으로만 분류하고 있으며, IPCC에서는 Anthracite(무연탄), Coking Coal(원 료용 유연탄), Other Bituminous Coal(연료용 유 연탄), Sub-Bituminous Coal(아역청탄) 등으로 구
Table 1. Classification of coal
Energy act of Korea KOSIS IPCC
Domestically produced anthracite
Anthracite Anthracite
The imported anthracite for use as raw material The imported anthracite For use as fuel
Coking coal
Bituminous coal
Coking coal
Other bituminous coal Other bituminous coal
Sub-bituminous coal Sub-bituminous coal
분하고 있다(IPCC, 2006; IPCC, 1996). 이와 같 은 국내⋅외 석탄분류에 대한 내용을 Table 1에 나타내었다.
2.2 사업장 자체 통계자료 신뢰성 평가 본 연구에서는 무연탄을 대량으로 사용하는 사 업장 자체 통계자료(국내무연탄, 원료용 수입무연 탄, 연료용 수입무연탄)를 수집하여 연구를 진행 하였다. 사업장 자체 통계자료는 사업장의 2007년 부터 2011년까지의 항차별 입하량 및 발열량 분 석, 원소분석, 공업분석 값을 포함하고 있으며, 우리나라 에너지통계연보의 무연탄 수급데이터의 약 60.7%에 해당하는 양이다(에너지경제연구원, 2012). 사업장 자체 통계자료의 신뢰성은 해당사 업장에서 실제로 사용하는 석탄시료를 균등하게 분배하여 해당사업장과 세종대학교 실험실에서 발열량 분석, 원소 분석, 공업 분석을 실시한 뒤 비교하는 방법을 이용하여 평가하였다(Jeongwoo Lee, 2012).
2.3 인수식 순발열량 산정방법
온실가스의 배출량을 산정할 때에는 식 (1)과 같이 연료사용량을 연료의 무게가 아닌 연료연소 에 의해 발생하는 열량(TJ)으로 사용하며, 이에 따라 연료별 발열량을 산정할 필요가 있다.
GHG Emissions
= Fuel consumption × Emission factor (1)
GHG emissions : Greenhouse gas emission by fuel type (kg GHG)
Fuel consumption : Calorific value depends on fuel combustion (TJ)
Emission factor : Greenhouse gas emission fac- tor by fuel type (ton/TJ)
연료의 발열량은 단위량의 연료가 완전 연소되 는 경우 발생하는 열량으로 정의된다. 석탄은 다 른 연료와는 달리 수분과 회분을 다량으로 포함 하고 있기 때문에 석탄의 분석 결과 값은 수분과 회분의 포함 여부에 따라 인수식 기준(As Recei- ved Base), 기건식 기준(Air Dried Base), 건식 기준(As Dry Base) 등으로 구분된다(에너지관리 공단, 2006). 이와 같이 석탄은 분석상태 표시기 준에 따라 발열량 값이 달라지므로 그 사용목적 에 적합한 기준을 선택하여 사용하여야 한다(전 의찬, 2010; 전의찬, 2007; 전의찬, 2006).
본 연구에서는 IPCC에서 제시하는 인수식 기 준을 사용하였다. 석탄의 인수식 발열량을 산정 하기 위해서는 먼저 기건식 발열량을 분석한 후, 식 (2)에서 보는 바와 같이 석탄의 고유수분을 이용하여 건식 발열량으로 환산해야 한다. 건식 발열량은 식 (3)에서 보는 바와 같이 석탄의 전 수분을 이용하여 인수식 발열량으로 환산한다 (ASTM D 3180, 2012; 이슬기, 2012; 에너지관 리공단, 2010; IPCC, 2006).
GCV (dried basis) = GCV (air dried basis) ÷ {(100 — IM) ÷ 100} (2) GCV (as received basis) = GCV (dried basis)
× {(100 — TM) ÷ 100} (3)
GCV : Gross calorific value (kcal/kg) IM : Inherent moisture (%)
TM : Total moisture (%)
석탄의 발열량은 연소과정에서 발생하는 수증 기의 응축열의 포함 여부에 따라 총발열량과 순 발열량으로 구분되며, 일반적으로 발열량 분석기 를 이용하여 산정한 발열량은 수증기의 응축열을 포함한 총발열량으로 나타난다(에너지관리공단, 2010; 김진수, 2009; 윤석경, 2008). IPCC에서는 배출계수 산정시 순발열량을 사용하므로 식 (4) 를 이용하여 총발열량을 순발열량으로 변환하였 다. 이때 이용한 인수식 수소함량은 건식 수소함 량과 전수분량을 식 (5)를 이용하여 변환한 값이 다(ASTM D 5865, 2012; IPCC, 2006).
NCV (as received basis) = {GCV (as received basis) — 5.72 × (H (as received basis) × 9)} (4) H (as received basis) = {H (dried basis) × (100 — TM) ÷ 100} + (0.1119 × TM)
(5) GCV : Gross calorific value (kcal/kg) NCV : Net calorific value (kcal/kg) H : Hydrogen contents (%) TM : Total moisture (%)
2.3.1 발열량 분석 방법
본 연구에서는 발열량을 측정하기 위해 IKA사 의 자동열량 분석기(IKA-C2000, Germany)를 사용 하였으며, 분석용 시료는 고감도 전자저울(Me- ttler Toledo-AB204S, Swizerland)을 이용하여 0.0001 g까지 정확히 정량하였다. 냉각수는 증류수를 사 용하고, 수온은 20℃로 설정하여 Isoperibolic at 25℃ mode로 분석하였다(ISO 1928, 2009; KS E 3707, 2006; ASTM D 2015-91, 1991).
2.3.2 원소 분석 방법
본 연구에서는 석탄의 수소함량 및 탄소함량을 측정하기 위해 자동원소분석기(Thermo Finnigan- Flash EA 1112, USA)를 이용하였으며, 길이 2
m의 ParaQX 컬럼을 사용하였다. 분석은 동적 플 래시 연소 방식으로 화합물을 산화시켜 컬럼으로 분리시킨 후, TCD 검출기를 이용하여 분석하였 다(ASTM D 3176-89, 2002; ASTM D 3178-89, 2002).
2.3.3 공업 분석 방법
본 연구에서는 석탄의 수분 및 회분, 휘발분 등을 정량화하기 위해 열중량분석기를 사용하여 공업분석을 실시하였다. 수분의 경우, 105℃, 휘 발분은 940℃에서 질소를 주입하여 감량되는 양 을 측정하였으며, 시료측정 시 각 항목 당 해당 온도에서 3차례 측정 후 변동 편차가 0.5 mg 이 하가 될 때까지 분석하였다(ISO 17246, 2010).
2.4 석탄분석의 정도관리
발열량 분석기는 표준시료인 Benzoic acid(제 조사: IKA, 발열량: 26,460±37.7 J/g)를 이용하여 5회 반복 분석을 통한 재현성 평가를 진행하였으 며, 그 결과를 Table 2에 나타내었다. 평균 발열 량은 26,461±12.2 J/g으로 표준시료 발열량과의 오차범위가 17 J/g 이하인 26,444∼26,473 J/g이
Table 2. Repetition test of calorific value ana- lysis using standard sample
Time Mass of
standard (g)
Gross calorific value (J/g)
1 0.5327 26,465
2 0.5324 26,469
3 0.5341 26,444
4 0.5328 26,473
5 0.5333 26,452
Mean 26,461
SD 12.2
RSD (%) 0.05
Fig. 1. Repetition test of elemental analysis for carbon and hydrogen.
고, 상대표준편차는 0.05%로 매우 우수한 재현성 을 보였다.
원소분석의 재현성 평가는 표준시료인 BBOT (2,5-bis(5-tert-butyl-benzoxazolyl) thiophene : C=
72.59%, H=6.06%, N=6.54%, S=7.43%, O=7.42
%)를 이용하여 실시하였다. 재현성은 표준시료를 각 원소함량을 입력한 상태와 입력하지 않은 Unknown 상태에서 각각 분석하여 그 결과를 비 교하여 평가하였으며, 그 결과를 Fig. 1에 나타내 었다. 원소함량을 입력한 표준시료(standard)의 경 우 탄소와 수소의 함량은 각각 72.59%와 6.06%
로 분석되었으며, 표준시료의 원소함량을 입력하 지 않고 분석한 시료(unknown)도 탄소와 수소함 량이 72.84%, 6.11%로 거의 동일한 분석결과를 나타내었다.
공업분석의 경우, 0.75% Sulfur Coal PROX- X, 3% Sulfur Coal PROX-X, 5% Sulfur Coal PROX-X(IARM HC30075C, IARM HC30300B, IARM HC30500B, Dry Basis Analysis)를 표준시 료로 하여 재현성 평가를 진행하였으며, 공업분 석의 표준시료 분석결과는 Table 3에 나타내었 다. 각 분석항목별 표준편차(SD)는 수분의 경우 0.01∼0.02%이고, 휘발분의 경우 0.02∼0.17%, 재의 경우 0.01∼0.12%, 고정탄소의 경우 0.01∼
0.17%로 우수한 재현성을 보였다.
Table 3. Repetition test of proximate analysis for moisture, volatile matter, ash and fixed carbon
Sample type Weight (mg)
Contents (%)
Moisture Volatile
Matter Ash Fixed Carbon
0.75% Sulfur coal PROX-X
1 953.7 2.02 33.68 6.88 57.42
2 961.8 2.04 33.67 6.87 57.42
3 951.1 2.06 33.65 6.89 57.40
Mean 2.04 33.67 6.88 57.41
SD 0.02 0.02 0.01 0.01
RSD(%) 0.98 0.05 0.15 0.02
3% Sulfur coal PROX-X
1 966.3 1.04 35.43 8.53 55.00
2 968.8 1.07 35.69 8.53 54.71
3 953.2 1.07 35.37 8.55 55.01
Mean 1.06 35.50 8.54 54.91
SD 0.02 0.17 0.01 0.17
RSD(%) 1.63 0.48 0.14 0.31
5% Sulfur coal PROX-X
1 954.1 1.35 30.41 21.11 47.13
2 959.4 1.35 30.35 21.02 47.28
3 968.2 1.37 30.29 20.88 47.46
Mean 1.36 30.35 21.00 47.29
SD 0.01 0.06 0.12 0.17
RSD(%) 0.85 0.20 0.55 0.35
2.5 온실가스 배출계수 산정방법
본 연구에서는 IPCC에서 제시한 연료 분석 방 법을 이용하여 석탄의 CO2 배출계수를 산정하였 다(Quick and Brill, 2002, IPCC, 1996). 석탄의 주요 성분은 탄소(C), 수소(H), 질소(N), 황(S), 수분(Moisture), 재(Ash) 등이며, 이 중 탄소와 수 소함량 그리고 수분량은 배출계수를 산정하는데 매우 중요한 요인이다(전의찬, 2006). 원소분석을 통해 얻은 건식 탄소함량을 식 (6)을 통해 인수 식 탄소함량으로 변환하였으며, 인수식 탄소함량 과 순발열량 그리고 IPCC에서 제안하는 산화율
을 이용하여 식 (7)과 같이 탄소배출계수를 산정 하였다(IPCC, 1996).
C (as received basis) = C (dried basis) × {(100 — TM) ÷ 100} (6) C emission factor = {C (as received basis) ÷ 100} ÷ NCV (as received basis) (7)
C : Carbon contents (%) TM : Total moisture (%)
NCV : Net calorific value (MJ/kg)
C emission factor : Carbon emission factor (kg C/GJ)
CO2 배출계수는 탄소배출계수에 CO2 중의 탄 소의 중량을 적용하여 식 (8)에서 보는 바와 같 이 산정하였다(IPCC, 1996).
CO2 emission factor = C emission factor × (44 ÷ 12) (8)
CO2 emission factor : Carbon dioxide emi- ssion factor (ton CO2/TJ)
C emission factor : Carbon emission factor (kg C/GJ)
3. 연구 결과
3.1 사업장 자체 통계 자료의 신뢰성 확보 결과
본 연구에서는 무연탄을 대량으로 사용하는 사 업장에서 수집한 사업장 자체 통계자료의 신뢰성 을 확보하기 위해 해당사업장에서 무연탄 시료를 채취하였다. 채취한 시료는 균등하게 분배하여 해당사업장 및 세종대학교 실험실에서 발열량 분 석, 원소 분석, 공업 분석을 실시한 뒤, 결과 값을 상호 비교하여 신뢰성을 확인하였다. 각 실험실 에서 분석한 결과는 Table 4의 실험실간의 분석 허용차를 만족해야 한다(ASTM D7582-10, 2010;
KS E 3709, 2009; ASTM D5373-02, 2007).
Table 5에서 보는 바와 같이 발열량의 차이는 67
∼246 kcal/kg, 탄소의 경우 0.3∼1.0%, 수소의 경우 0.1∼0.5%, 휘발분의 경우 0.1∼0.7%, 재의
Table 4. Tolerance of analysis in laboratory
Category Calorific value C H Volatile matter Ash
J/g % % % %
Tolerance of
interior 167 0.4 0.2 0.4 0.4
Tolerance of
interloculus 335 1.5 0.7 1.4 0.8
경우 0.1∼0.6%로 실험신간 분석 허용차를 만족 하고 있음을 알 수 있다.
3.2 사업장 자체 통계자료
본 연구에서는 사업장 자체 통계자료 중 온실 가스의 배출량을 산정할 때 필요한 석탄의 종류 별 입하량 및 C와 H 함유량, 전수분, 고유수분, 기건식 총발열량 데이터를 받아 인수식 순발열량 및 온실가스 배출계수를 계산하였다. 국내무연탄 은 총 295개, 원료용 수입 무연탄은 총 53개, 연 료용 수입 무연탄은 총 205개의 통계자료를 받아 Table 6에 정리하였다.
국내무연탄의 평균 탄소함량과 수소함량은 각 각 63.0±1.0, 1.0±0.3%, 원료용 수입무연탄은 78.6
±3.2, 1.2±0.6%, 연료용 수입무연탄은 61.0±5.4, 1.9±0.6%이다. 탄소함량과 수소함량 자료는 발열 량 분석 자료의 기건식 총발열량을 인수식 순발 열량으로 변환할 때와 CO2 배출계수를 산정할 때 사용되는 중요한 자료이며, 탄소함량과 수소 함량은 건식기준이기 때문에 인수식 기준으로 변 환하기 위해 전수분이 필요하다.
국내산 무연탄의 평균 고유수분과 전수분은 4.2
±0.7, 8.7±1.5%, 원료용 수입무연탄의 경우 3.5
±1.4, 8.1±3.0%, 연료용 수입무연탄의 경우 2.2±
0.5, 9.4±1.5%인 것을 알 수 있었다. 고유수분과 전수분 자료는 탄소함량과 수소함량 자료와 마찬 가지로 발열량 분석 자료의 기건식 총발열량을 인수식 순발열량으로 변환할 때와 CO2 배출계수
Table 5. Result of analysis of anthracite
Category Institution Calorific value C H Volatile matter Ash
J/g % % % %
Domestically produced anthracite 1
‘12-08 Taebaek
Laboratory 22,219 66.9 0.8 4.6 29.2
Workplace 21,973 66.6 1.0 4.7 29.0
Error 246 0.3 0.2 0.1 0.2
Domestically produced anthracite 2
‘12-08 Hwasun
Laboratory 19,113 59.9 0.9 4.8 37.8
Workplace 19,046 60.9 1.2 5.5 37.6
Error 67 1.0 0.3 0.7 0.2
Domestically produced anthracite 3
‘12-09 Gyeongdong
Laboratory 20,005 58.1 1.1 5.8 31.5
Workplace 20,247 58.4 1.0 5.6 32.1
Error 242 0.3 0.1 0.2 0.6
The imported anthracite for use as raw material 1
‘12-08 China
Laboratory 23,269 59.4 1.0 6.0 24.8
Workplace 23,165 58.7 1.2 6.4 24.9
Error 104 0.7 0.2 0.4 0.1
The imported anthracite for use as raw material 2
‘12-09 Vietnam
Laboratory 20,755 61.2 3.0 8.8 36.6
Workplace 20,847 62.2 2.5 8.9 36.3
Error 92 1.0 0.5 0.1 0.3
The imported anthracite for use as raw material 3
12-09 Vietnam
Laboratory 20,384 69.6 1.2 6.8 33.8
Workplace 20,526 70.1 1.0 7.3 33.6
Error 142 0.5 0.2 0.5 0.2
The imported anthracite for use as fuel
‘12-09
Laboratory 27,792 81.1 1.6 3.9 10.8
Workplace 27,675 81.9 1.9 3.4 10.4
Error 117 0.8 0.3 0.5 0.4
The imported anthracite for use as fuel ‘12-10
Laboratory 28,480 85.2 1.2 3.7 9.4
Workplace 28,326 84.7 1.4 4.0 9.1
Error 154 0.5 0.2 0.3 0.3
The imported anthracite for use as fuel ‘12-10
Laboratory 26,979 79.3 2.1 2.8 12.5
Workplace 26,883 80.3 1.8 2.5 12.6
Error 96 1.0 0.3 0.3 0.1
The imported anthracite for use as fuel ‘12-11
Laboratory 24,937 77.4 1.6 6.8 17.6
Workplace 25,091 76.7 1.2 6.9 17.4
Error 154 0.7 0.4 0.1 0.2
Table 6. Statistical data of workplace
Category Consumption C H IM TM Calorific
value
ton % % % % MJ/kg
Domestically produced
anthracite 6,927,676 63.0±1.0 1.0±0.3 4.2±0.7 8.7±1.5 20.0±1.3 The imported anthracite
for use as raw material 6,474,704 78.6±3.2 1.2±0.6 3.5±1.4 8.1±3.0 27.0±1.4 The imported anthracite
for use as fuel 4,629,266 61.0±5.4 1.9±0.6 2.2±0.5 9.4±1.5 21.3±1.8
를 산정할 때 사용되는 중요한 자료이다.
국내무연탄의 평균 기건식 총발열량은 20.0±
1.3 MJ/kg, 원료용 수입무연탄은 27.0±1.4 MJ/
kg, 연료용 수입무연탄은 21.3±1.8 MJ/kg으로 조 사되었다. IPCC에서 제공하는 발열량은 인수식 순발열량이므로 수집된 무연탄 발열량을 IPCC에 서 제공하는 무연탄 발열량과 비교하기 위해서는 본 연구의 무연탄 기건식 총발열량을 고유수분과 전수분을 이용하여 인수식 총발열량으로 변환한 후 수소함량을 이용하여 인수식 순발열량으로 변 환하여 사용하여야 한다. 국내무연탄은 대부분 발 전소에서 연료용으로 사용하고 있으며, 수입 무 연탄의 경우 철강산업에서 원료용으로 사용하는 것과 발전소에서 연료용으로 사용하고 있는 것으 로 나누어진다. 발전소에서 사용하는 수입 무연 탄은 철강산업과 사용 용도가 다르기 때문에 성 상에 차이가 있으므로 구분할 필요가 있다.
3.3 분류 방식에 따른 발열량 및 배출계수 비교
3.3.1 무연탄의 인수식 순발열량 산정 및 IPCC와 비교 결과
본 연구에서는 무연탄의 기건식 총발열량을 인 수식 순발열량으로 변환하여 우리나라 에너지법 시행규칙 및 IPCC에서 제시한 인수식 순발열량
과 비교하였다. 그 결과, Table 7에서 보는 바와 같이 국내에서 사용되고 있는 무연탄은 종류에 따라서 발열량 차이가 큰 것을 알 수 있었으며, 국내무연탄과 연료용 수입무연탄의 발열량은 각 각 18.9±1.1 MJ/kg, 18.9±1.8 MJ/kg으로 원료용 수입무연탄의 24.4±0.9 MJ/kg에 비해 약 22.5%
낮음을 알 수 있었다. 국내무연탄과 원료용 수입 무연탄의 경우 우리나라 에너지법 시행규칙에서 제시한 인수식 순발열량과 비슷한 값을 보였으 며, 연료용 수입무연탄의 경우는 본 연구가 1.7 MJ/kg 낮게 나타났다. 또한, 본 연구에서 산정한 인수식 순발열량은 IPCC에서 제시하고 있는 발 열량과 차이가 큰 것으로 나타났다. 국내무연탄 과 연료용 수입무연탄의 경우 IPCC에서 제시한 인수식 순발열량의 하한 값보다도 낮게 산정되었 으며, 원료용 수입무연탄은 하한 값보다는 높지 만 평균값보다는 낮게 나타났다.
3.3.2 무연탄 CO2 배출계수 산정 및 IPCC와 비교 결과
본 연구에서 산정된 무연탄 CO2 배출계수는 Table 8에서 보는 바와 같다. 국내무연탄의 CO2
배출계수는 111,477±4,508 kg/TJ, 원료용 수입무 연탄은 108,358±4,033 kg/TJ, 연료용 수입무연탄 은 103,927±8,367 kg/TJ로 산정되었다. 발열량의 경우 국내무연탄과 연료용 수입무연탄이 거의 같
Category
This study Energy act of Korea IPCC Net calorific value
(as received basis)
Net calorific value (as received basis)
Net calorific value
(as received basis) Lower Upper Domestically produced
anthracite 18.9±1.1 18.6
27.7 21.6 32.2
The imported anthracite
for use as raw material 24.4±0.9 24.4 The imported anthracite
for use as fuel 18.9±1.7 20.6
Table 7. Comparison of calorific value in fuel type Unit : MJ/kg
Category This study IPCC
CO2 emission factor CO2 emission factor Lower Upper Domestically produced
anthracite 111,477±4,508
98,300 94,600 101,000
The imported anthracite
for use as raw material 108,358±4,033 The imported anthracite
for use as fuel 103,927±8,367
Table 8. Comparison of carbon dioxide emission factor in fuel type Unit : kg/TJ
은 값을 나타내고 있지만 CO2 배출계수의 경우 탄소함량에 따라 값이 달라지기 때문에 탄소함량 이 연료용 수입 무연탄보다 높은 국내무연탄이 CO2 배출계수가 7.3% 높게 나타났다.
IPCC에서 제시하고 있는 무연탄 CO2 배출계 수와 비교하였을 때 본 연구의 무연탄 CO2 배출 계수는 103,927∼111,477 kg/TJ로 IPCC의 98,300 (94,600∼101,000) kg/TJ에 비해 최고 13.4% 높 은 것으로 나타났으며, IPCC의 배출계수 상한 값 보다 더 높게 산정되었다.
3.4 분류 방식에 따른 무연탄 CO2 배출량 비교
IPCC에서는 무연탄을 산업 및 주거용에 이용 되는 높은 등급의 석탄으로 무수무회기준 10%
이하의 휘발분 및 높은 탄소 함유량을 가지는 석 탄으로 정의하고 있다(IPCC, 2006). 국내에서 사 용되는 무연탄도 무수무회기준 10% 이하의 휘발 분과 높은 탄소 함유량을 가지고 있다. 그러나 국내무연탄과 연료용 수입무연탄의 경우, 회분함 량이 높아 인수식 기준으로 변환하면 탄소함량 및 발열량이 낮게 나타난다. 따라서 국내의 무연 탄 분류는 IPCC와 같이 통합하는 것보다는 국내 무연탄, 원료용 수입무연탄, 연료용 수입무연탄으 로 분류하여 활동자료를 수집하는 것이 필요하다 고 판단된다.
본 연구에서는 무연탄을 통합하여 활동자료를 수집할 때(Method A)와 무연탄을 국내무연탄, 원 료용 수입무연탄, 연료용 수입무연탄으로 각각 분류하여 활동자료를 수집할 때(Method B)의 CO2 배출량을 비교해 보았다. Method A에서는
Category CO2 emissions Total
Method A Anthracite 7,133,186 7,133,186
Method B
Domestically produced anthracite 1,146,552
6,216,942 The imported anthracite
for use as raw material 3,831,826 The imported anthracite
for use as fuel 1,238,564
Deference (%) 12.7
Table 9. Comparison of carbon dioxide emissions in 2011 unit : ton CO2
IPCC에서 제시하는 인수식 순발열량과 CO2 배 출계수를 적용하였으며, Method B에서는 본 연 구에서 산정한 무연탄 종류별 인수식 순발열량과 CO2 배출계수를 적용하였다. 연료 소비량으로는 사업장 자체 통계자료 중 2011년 무연탄 입하량 자료를 사용하였으며, 2011년 무연탄 총 입하량 은 약 2,619,000 ton이었다. 이중 국내무연탄의 입하량은 약 543,000 ton, 연료용 수입무연탄의 입하량은 약 1,447,000 ton, 원료용 수입무연탄의 입하량은 약 629,000 ton으로 조사되었으며, 각 Method에 따른 CO2 배출량 산정결과를 Table 9 에 나타내었다. Method B에 의해 산정된 무연탄 CO2 배출량은 6,216,942 ton CO2로, Method A 에 의해 산정된 7,133,186 ton CO2에 보다 약 12.7% 낮게 산정되었다.
4. 결론 및 고찰
본 연구에서는 국내에서 무연탄을 대량으로 사 용하고 있는 사업장을 대상으로 무연탄의 종류별 온실가스 배출계수를 개발하고, 분류 방식에 따 른 온실가스 배출량을 산정하였다. 무연탄 종류 별 발열량의 경우 국내무연탄은 18.9±1.1 MJ/kg 으로 나타났으며, 원료용 수입무연탄의 경우에는 24.4 ±0.9 MJ/kg, 연료용 수입무연탄의 경우는 18.9± 1.7 MJ/kg으로 산정되었다. 국내무연탄과 원료용 수입무연탄의 경우, 우리나라 에너지법
시행규칙에서 제시한 인수식 순발열량과 비슷한 값을 보였으며, 연료용 수입무연탄의 경우는 본 연구가 1.7 MJ/kg 낮게 나타났다. 이는 현재 에 너지법 시행규칙에서 제시하고 있는 인수식 순발 열량이 2009년까지의 데이터로 만들어졌으며, 연 료용 수입무연탄의 경우 2009년까지 품질이 좋은 석탄을 대량으로 수출하던 북한이 2010년부터 발 열량이 낮고 회분이 높은 무연탄을 수출했기 때 문으로 판단된다.
무연탄의 종류별 배출계수의 경우 국내무연탄 은 111,477±4,508 kg/TJ, 원료용 수입무연탄은 108,358±4,033 kg/TJ, 연료용 수입무연탄은 103,927
±8,367 kg/TJ로 산정되었다. 이는 IPCC에서 제시 하고 있는 무연탄 CO2 배출계수에 비해 최고 13.4% 높은 값을 갖는 것으로 나타났다.
또한, 무연탄을 통합하여 온실가스 배출량을 산정할 때와 국내무연탄, 원료용 수입무연탄, 발 전용 수입무연탄으로 분류하여 산정할 때의 온실 가스 배출량을 비교한 결과, 무연탄을 국내무연 탄, 원료용 수입무연탄, 발전용 수입무연탄으로 분류하여 온실가스 배출량을 산정하는 것이 무연 탄을 통합하여 온실가스 배출량을 산정하는 것보 다 약 12.7% 적게 발생하는 것으로 나타났다.
따라서, 무연탄의 경우 활동자료를 통합하여 수집하는 것보다 종류별로 분류하여 수집하는 것 이 국가 온실가스 인벤토리의 품질을 향상시킬 수 있다고 판단되며, 국내에서 사용되고 있는 무
연탄의 경우 IPCC에서 제시하고 있는 무연탄과 특성이 다르기 때문에 국가 온실가스 인벤토리 향상을 위해 무연탄을 용도별로 분류하여 산정해 야 한다.
사 사
본 연구는 2012년도 지식경제부의 재원으로 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수 행한 연구과제입니다. (No. 20100092)
본 연구는 환경부 “기후변화대응 환경기술개발 사업”으로 지원받은 과제입니다.
참고문헌
김진수, 이시형, 명수정, 정재학, 이성호, 김기현, 배위섭, 전의찬, 2009, 우리나라 B-C유 사용 발전시설의 온실가스 배출계수 개발, 환경영 향평가, 18권 2호, 69-78.
윤석경, 명수정, 장태혁, 김진수, 이시형, 김기현, 전의찬, 2008, 시멘트산업의 CO2 배출계수 개 발 및 대체연료 사용에 의한 온실가스 저감량 산정 연구, 한국대기환경학회지, 24권 2호, 189-195.
이슬기, 김승진, 조창상, 전의찬, 2012, 목질계 바 이오매스 중 대체연료 우드칩의 온실가스(CO2) 배출계수 개발 및 저감 효과, 한국기후변화학 회지, 3권 3호, 211-224.
이시형, 김진수, 이성호, 사재환, 김기현, 전의찬, 2009, 국내무연탄 화력발전소의 온실가스 배 출계수 개발 -CH4, N2O를 중심으로-, 한국대 기환경학회지, 25권 6호, 562-570.
에너지경제연구원, 2012, 에너지통계연보.
에너지관리공단, 2010, 발열량 고시개정을 위한 에너지원별 분석 및 연구.
전의찬, 사재환, 이성호, 정재학, 김기현, 배위섭, 2006, 에너지사용시설의 온실가스 배출특성 연구 - 유연탄화력발전소의 이산화탄소를 중심
으로 -, 한국대기환경학회지, 22권 1호, 107-116.
전의찬, 명수정, 정재학, 이성호, 사재환, 노기환, 김기현, 배위섭, 2007, 무연탄 화력발전소의 이산화탄소 배출계수 개발, 한국대기환경학회 지, 23권 4호, 440-448.
전의찬, 사재환, 2010, 연료와 CO2 농도분석을 이용한 아역청탄 화력발전소의 온실가스 배출 계수 개발, 한국환경보건학회지, 36권 2호, 128- 135.
AGO, 2001, Technical Guidelines (Generator Effi- ciency Standards) Version 1.2, Australian Gr- eenhouse Office, 14-33.
ASTM D 2015-91, 1991, Standard Test Method for Gross Calorific Value of Coal and Coke by the Adiabatic Bomb Calorimeter.
ASTM D 3176-89, 2002, Standard Practice for Ultimate Analysis of Coal and Coke.
ASTM D 3178-89, 2002, Standard Test Methods for Carbon and Hydrogen in the Analysis Sample of Coal and Coke.
ASTM D 3180, 2012, Standard Practice for Cal- culating Coal and Coke Analyses from As- Determined to Different Bases.
ASTM D 5373-02, 2007, Standard Test Methods for Instrumental Determination of Carbon, Hy- drogen, and Nitrogen in Lab Samples of Coal and Coke.
ASTM D 5865, 2012, Standard Test Method for Gross Calorific Value of Coal and Coke.
ASTM D 7582-10, 2010, Standard Test Methods for Proximate Analysis of Coal and Coke by Macro Thermogravimetric Analysis.
IPCC, 1996, Revised 1996 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories.
IPCC, 2006, 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories.
ISO 17246, 2010, Coal - Proximate Analysis.
ISO 1928, 2009, Solid Mineral Fuels - Determi- nation of Gross Calorific Value by the Bomb Calorimetric Method and Calculation of Net Calorific Value.
Lee, Jeongwoo, Jinsu Kim, Seungjin Kim, Gikyo Im, Seehyung Lee, and Eui-Chan Jeon, 2012, Development of a country-spcific CO2 emis- sion factor for domestic anthracite in Korea, 2007-2009, Environ. Sci. Pollut. Res., 19, 2722-2727.
KS E 3707, 2006, Determination of calorific value of coal and coke.
KS E 3709, 2009, Coal and coke-general rules for sampling, analysis and testing.
Lee, Seehyung, Jinsu Kim, Jeongwoo Lee, and Eui-Chan Jeon, 2012, A study on methane and nitrous oxide emissions characteristics from anthracite circulating fluidized bed pow- er plant in Korea, The Scientific World Jour- nal doi:10.1100/2012/468214.
Quick, J. C., and T. Brill, 2002, Provincial var- iation of carbon emissions from bituminous coal: influence of inertinite and other factors, Int. J. Coal Geol., 49, 263-275.
US EPA, 2000, Carbon Dioxide Emissions from the Generation of Electric Power in the Uni- ted States.
