기후변화협약 제3차 국가보고서 작성을 위한 기반구축연구 (제2차년도)

기후변화협약 제3차 국가보고서 작성을 위한 기반구축연구 (제2차년도)

임 재 규

참여연구진

연 구 책 임 자 : 선임연구위원 임재규

연구참여기관 : 환경관리공단 최경식

연세대학교 김호석

아-태 에너지연구소 정용헌

서 언

기후변화협약 제4조 1항 및 제12조 그리고 당사국총회 결정(decision 10/cp.2) 에 의거한 기후변화협약 당사국들의 국가보고서(National Communication) 작성 및 제출에 대한 의무는 대한민국에게 특별한 의미를 가지고 있다. 즉, 선발개 도국이자 OECD 회원국으로서 세계 각국의 관심 대상이 되고 있는 한국은, 온 실가스 배출 동향 및 전망, 온실가스 감축을 위한 정책 및 조치의 추진 현황, 지구온난화를 방지하기 위한 여러 가지 제반 대책 및 활동(연구, 교육, 홍보 등) 등을 수록하도록 되어 있는 국가보고서를 통하여 지구온난화 방지를 위한 노력, 입장, 그리고 업적들을 세계에 명확히 전달하고 홍보할 필요가 있다. 따 라서 한국의 입장에서는 심도 있는 연구와 관련자료 수집 및 정확한 분석을 통하여 국가보고서를 작성하고 제출해야 한다. 기후변화협약에 의거하여 각 국 가가 제출하는 국가보고서는 자국의 기후변화협약 대응 기초연구 수준을 종합 적으로 보여주는 중요한 보고서로서, 향후 온실가스 감축 의무부담 협상 시 중 요한 자료로 활용될 전망이다.

그동안 한국은 제1차 및 제2차 국가보고서를 1998년과 2003년에 정식 으로 제출한 바 있다. 특히 제2차 국가보고서 작성을 위하여 2002 년~2003년에 걸쳐 에너지경제연구원을 중심으로 총 12개 기관이 참여하 는 산․학․연 공동작업이 이루어진 바 있다. 2년간의 준비기간 동안 국가 보고서의 정확도 및 신뢰도 개선을 위한 관련 기초연구 및 기반구축의 필요성이 심각하게 대두되었다. 즉, 향후 제출해야 할 제3차 국가보고서 에서는 보다 일관성 있고 투명하며 상호 비교 가능한 정보를 제시할 수 있도록 관련 분야에 대한 체계적인 기초연구의 필요성이 제기된 것이다.

연 구 분 야

배출 통계 및 전망

•배출통계 관리체제 유지/보완

•배출통계 신뢰성 제고 방안

•배출전망 방법론 개발 및 운영

•배출전망치 신뢰성 제고 방안

정-산-학-연인적네트워크구축및운영 연구분야별자문위원단 구성및 운영 국내외 워크샵 참여를통한정보수집및 분석 신뢰성 높은 제3차 국가보고서 작성 및 제출

기후변화 대응 중장기 전략 수립 기반 신뢰성신뢰성높은높은제제33차차국가보고서국가보고서작성작성및및제출제출

기후변화

기후변화대응대응중장기중장기전략전략수립수립기반기반

부문별 정책효과 분석

•부문별 온실가스 감축정책 검토/분석

•부문별 정책효과 및 우선순위 도출

•분석모형의 개발 및 운영

•정책효과 시나리오 전망 및 개선

기후변화의 과학적 분석

•기후변화의 체계적 관측 시스템 구축

•기후변화의 생태적 취약성 평가

•국내 기후변화 적응조치 개발

•체계적 적응시스템 개발 및 운영

교육, 훈련 및 홍보

•해외 우수사례 검토 및 적용 타당성

•부문별 프로그램 검토 및 분석

•부문 연계를 통한 효과적 시스템 구축

•연구개발 사업 검토 및 개선 방향

연 구 분 야

배출 통계 및 전망

•배출통계 관리체제 유지/보완

•배출통계 신뢰성 제고 방안

•배출전망 방법론 개발 및 운영

•배출전망치 신뢰성 제고 방안

정-산-학-연인적네트워크구축및운영 연구분야별자문위원단 구성및 운영 국내외 워크샵 참여를통한정보수집및 분석 신뢰성 높은 제3차 국가보고서 작성 및 제출

기후변화 대응 중장기 전략 수립 기반 신뢰성신뢰성높은높은제제33차차국가보고서국가보고서작성작성및및제출제출

기후변화

기후변화대응대응중장기중장기전략전략수립수립기반기반 신뢰성 높은 제3차 국가보고서 작성 및 제출

기후변화 대응 중장기 전략 수립 기반 신뢰성신뢰성높은높은제제33차차국가보고서국가보고서작성작성및및제출제출

기후변화

기후변화대응대응중장기중장기전략전략수립수립기반기반

부문별 정책효과 분석

•부문별 온실가스 감축정책 검토/분석

•부문별 정책효과 및 우선순위 도출

•분석모형의 개발 및 운영

•정책효과 시나리오 전망 및 개선

기후변화의 과학적 분석

•기후변화의 체계적 관측 시스템 구축

•기후변화의 생태적 취약성 평가

•국내 기후변화 적응조치 개발

•체계적 적응시스템 개발 및 운영

교육, 훈련 및 홍보

•해외 우수사례 검토 및 적용 타당성

•부문별 프로그램 검토 및 분석

•부문 연계를 통한 효과적 시스템 구축

•연구개발 사업 검토 및 개선 방향

이와 같은 배경 하에, 『기후변화협약 제3차 대한민국 국가보고서 작 성을 위한 기반구축연구』라는 제목의 본 연구사업이 에너지경제연구원 의 기본연구사업으로서 3년(2004년~2006년) 동안의 산․학․연 협동연구사 업으로선 진행되고 있다. 본 연구사업은 국가보고서의 정확도 및 신뢰도 의 획기적 개선을 위하여, 우리나라의 온실가스 배출통계 및 전망, 부문 별 온실가스 저감정책 효과분석 및 정책효과 시나리오 전망, 기후변화

취약성 평가 및 적응체계 구축, 기후변화 관련 교육 및 홍보체제 개선 등의 분야에 대한 기초연구를 수행하며, 이를 기반으로 기후변화협약에 대한 우리나라의 장기 기본전략 수립 및 체계적 대응체제 구축을 위한 기초 자료를 제시한데 목적을 두고 있다.¹⁾

제1차년도(2004년) 연구사업에서는 (1) 폐기물부분의 배출통계 기반 개 선 (2) 임업부분의 배출통계 기반 개선, (3) 에너지부분의 온실가스 감축 정책효과 분석을 위한 하향식(Top-Down) 모형 개발, (4) 기후변화 취약 성, 영향 및 적응조치 시스템 구축 방안 등 총 4개의 세부 연구사업들이 관련 연구기관 및 학계와의 협동연구를 통하여 추진된 바 있다.

폐기물부문에서 기존에 사용하던 배출통계 작성 방법론의 개선을 위 한 연구가 이루어졌으며, 임업부문의 온실가스 배출통계 작성에 있어서 지난 제9차 당사국총회에서 채택된 IPCC 우수실행지침(Good Practice Guidance for Land Use, Land-Use Change and Forestry Activities)의 국내 적용성에 대한 연구도 동시에 이루어졌다. 한편, 에너지부문의 여러 정 책 및 조치의 온실가스 감축효과와 이에 수반되는 비용을 측정하기 위 한 하향식(Top-Down) 모형의 개발과 시험운영이 이루어졌다. 마지막으로 기후변화의 부문별 취약성 및 영향 그리고 이에 대한 체계적이고 적절 한 적응조치의 개발 및 실행을 위한 국내 시스템 구축방안을 제시하는 기초연구가 수행되었다.

올해(2005년)의 연구사업으로서는 (1) 폐기물부문의 온실가스 배출 전 망, (2) 에너지부문 온실가스 감축정책 효과분석을 위한 상향식모형의

1) 3개년(2004년~2006년) 연구사업으로 진행되는『기후변화협약 제3차 대한민국 국가 보고서 작성을 위한 기반구축연구』의 년도별 연구내용 및 추진체계는 임재규,『기 후변화협약 제3차 대한민국 국가보고서 작성을 위한 기반구축연구 (제1차년도) - 총 괄 및 요약』, 2004 참조.

개발 및 시험분석, (3) 기후변화 완화정책 평가 방법론 분석 및 하향식 모형을 이용한 에너지부문 정책효과 분석, (4) 기후변화협약 관련 교육, 훈련 및 공공인식 프로그램 조사 분석 등 4개의 세부 연구사업들이 관 련 연구기관과 학계와의 협동연구를 통하여 수행되었다.

폐기물부문의 경우, 제1차년도(2004년) 사업과 연계하여 폐기물부문의 기존 온실가스 배출량 전망치 조사, 신규정책 도입 및 정책변화에 따른 예측치 산출, 배출예측 모델 개발을 통해 국가 온실가스 배출전망 자료 의 신뢰성과 정확성을 확보하는데 연구력을 집중하였다. 한편, 에너지부 문의 정책효과 분석을 위하여, 모형구축에 필요한 각종 데이터를 수집하 였으며, 이를 기초로 상향식모형인 LEAP(ROK2005-KEEI)을 구축하였고, 에너지부문의 주요 정책수단에 대한 온실가스 감축효과를 시험분석 하 였다.²⁾

이와 더불어 기후변화 완화정책 평가 방법론 분석 및 하향식모형을 이용한 에너지부문 정책효과 분석에서는 UNFCCC가 제시하고 있는 국 가보고서 작성 가이드라인을 분석하고, 기후변화 완화를 위한 부문별 정 책의 수립 및 평가 방법론을 검토하였다. 또한 제1차년도(2004년) 사업 에서 개발된 하향식모형인 KORTEM-V.2를 수정․보완하여 주요 정책에 대한 온실가스 감축효과를 분석하였다. 마지막으로 기후변화협약 관련 교육, 훈련 및 공공인식 프로그램과 관련해서는, 국내․외의 기후변화협약 관련 교육, 훈련 프로그램의 개발 및 운영 현황을 조사 분석하여 문제점 을 파악하고, 국내 실정에 맞는 프로그램 개발의 모형을 제시하고자 노 력하였다.

본 보고서는 위와 같은 내용으로 수행된 『기후변화협약 제3차 대한

2) ROK2005-KEEI 모형을 이용한 주요 정책에 대한 본격적인 온실가스 감축효과 분석 은 제3차년도(2006년) 연구사업에서 실시할 예정이다.

민국 국가보고서 작성을 위한 기반구축연구』의 제2차년도(2005년) 연구 사업의 최종보고서로서, 세부 연구사업들의 연구결과를 종합한 보고서이 다. 연구사업의 특성 상, 세부 연구사업들이 상호간 이질적인 면이 존재 하기 때문에, 본 보고서는 세부 연구사업들의 결과를 제1편~제4편에 걸 쳐 수록하였다.

3개년(2004년~2006년) 사업으로 진행되고 있는 『기후변화협약 제3차 대한민국 국가보고서 작성을 위한 기반구축연구』사업은 지난 제1~2차 년도 연구사업을 통해 구축된 기반과 결과를 토대로, 제3차년도(2006년) 에는 에너지 및 폐기물부문의 기반구축 연구를 완료할 예정이며, 그동안 관련 연구가 미진한 농․축산 부문에 대한 협동연구가 집중적으로 수행될 예정이다. 또한 임업부문의 정책효과 분석을 위한 방법론에 대한 연구도 동시에 시행될 예정이다.

제목 차례

제 1 편 폐기물부문의 온실가스 배출전망 연구 ··· 1

요약 및 ABSTRACT ··· 3

제1장 연구의 배경 및 목적 ··· 9

제2장 선행 연구 분석 ··· 11

1. 국내 선행연구 내용 ··· 11

2. 국내 선행연구에서 나타난 온실가스 배출량 산정의 불확실도 ···· 16

3. 미국의 배출전망 모델 ··· 18

4. 캐나다의 배출전망 모델 ··· 28

제3장 환경부문 온실가스 배출량 통계구축을 위한 Tier 2 프로그램 검토 ··· 33

1. 검토 방법 ··· 33

2. 온실가스 배출량 산정을 위한 배출계수 결정 ··· 33

3. 매립지 메탄 발생량 추정을 위한 Tier 2 적용 ··· 46

제4장 매립, 하․폐수 온실가스 배출통계의 불확실성 영향인자 ··· 59

1. 매립지 메탄가스 배출량 예측 ··· 59

2. 하․폐수 온실가스 배출량 예측 ··· 71

제5장 요약 및 결론 ··· 86

참고문헌 ··· 88

부 록 Tier 2를 이용한 매립지 CH4 발생량 추정에 사용된

Statistical program ··· 89

제 2 편 에너지부문 온실가스 감축정책 효과분석을 위한 상향모형의 개발 및 시험분석 ··· 93

요약 및 ABSTRACT ··· 95

제1장 서론 ··· 108

제2장 모형을 이용한 온실가스 감축정책 분석 ··· 113

1. 기후정책과 모형분석 ··· 113

2. 기후정책모형 ··· 119

제3장 에너지부문 온실가스 감축정책 분석을 위한 상향모형 : LEAP모형의 구조 ··· 134

1. LEAP(Long-range Energy Alternatives Planning System) ··· 134

2. LEAP시스템을 이용한 모형구축 ··· 138

3. LEAP시스템과 ROK 모형 ··· 148

제4장 ROK2005-KEEI 모형 ··· 152

1. 모형의 기본구조와 특성 ··· 153

2. 최종에너지부문 ··· 157

3. 전환부문 ··· 183

4. 기준시나리오 설정 결과 ··· 193

제5장 온실가스 감축정책 효과 시험분석 ··· 200

1. 시나리오 ROK Ⅰ: 지역난방의 확대 ··· 201

2. 시나리오 ROK Ⅱ: 천연가스 보급 확대 ··· 203

3. 시나리오 ROK Ⅲ: 경차보급의 확대 ··· 206

4. 시나리오 ROK Ⅳ: 건축물의 에너지 절약설계 기준강화 ··· 208

5. 시나리오 ROK Ⅴ: 고효율 기자재 인증대상품목 확대 ··· 210

6. 시나리오 ROK Ⅵ: 공공기관 에너지소비 총량제 실시 ··· 212

제6장 결론 ··· 215

참고문헌 ··· 220

제 3 편 기후변화 완화 정책평가 방법론 및 하향식 모형을 이용한 효과분석 ··· 227

요약 및 ABSTRACT ··· 229

제1장 서론 ··· 236

제2장 기후변화 완화와 온실가스 저감 옵션 ··· 240

1. 기후변화협약 상의 기후변화 완화 ··· 240

2. 온실가스 저감 옵션 ··· 244

제3장 기후변화 완화 장애요소 ··· 261

1. 장애요소의 개념 및 원인 ··· 261

2. 부문별 장애요소 ··· 263

3. 장애요소의 극복방법 ··· 265

제4장 완화평가 방법론 및 분석툴 ··· 269

1. 완화평가의 일반적 방법론 ··· 269

2. 베이스라인 설정 ··· 273

3. 완화옵션의 선정 ··· 275

4. 저감시나리오 설정 ··· 280

5. 완화평가 모형 및 분석툴 ··· 280

제5장 하향식 모형을 이용한 에너지부문 완화평가 ··· 286

1. 에너지부문의 온실가스 저감 정책 및 조치 ··· 286

2. 분석대상 정책 및 조치 선정 ··· 288

3. 연산일반균형(CGE) 모형 : KORTEM_V.2 ··· 291

4. 기준시나리오(Business-as-Usual) 설정 ··· 299

5. 청정연료 보급 확대 효과분석 ··· 305

6. 대기전력 1W 프로그램 효과분석 ··· 309

제6장 종합 및 시사점 ··· 314

참고문헌 ··· 317

부 록 국가보고서 작성 가이드라인 분석 ··· 327

1. 국가보고서의 작성 근거 ··· 327

2. 부속서Ⅰ 국가 국가보고서 작성 가이드라인 ··· 330

3. 비부속서Ⅰ 국가 국가보고서 작성 가이드라인 ··· 341

제 4 편 기후변화협약 관련 교육. 훈련 및 공공인식

프로그램 조사 분석 ··· 357

요약 및 ABSTRACT ··· 359

제1장 서론 ··· 369

제2장 국내 교육 및 훈련 프로그램 ··· 371

1. 국내의 일반교육 및 훈련 프로그램 ··· 371

2. 교육․훈련 프로그램 ··· 372

제3장 외국의 교육 및 훈련 프로그램 ··· 376

1. 호주 ··· 377

2. 미국 ··· 381

3. 중국 ··· 386

4. 캐나다 ··· 389

5. 일본 ··· 393

6. 국제적인 에너지 관련 기업의 교육훈련 프로그램 ··· 396

제4장 국내외 공공인식 제고 프로그램 ··· 397

1. 한국 ··· 397

2. 호주 ··· 402

3. 미국 ··· 408

4. 중국 ··· 411

5. 캐나다 ··· 411

6. 일본 ··· 414

7. UNFCCC 정보체계 유통시스템 ··· 421 제5장 우리나라와 외국의 교육․훈련 및 공공인식 제고와

프로그램 비교 ··· 423 1. 우리나라 교육․훈련 프로그램의 평가 ··· 423 2. 외국의 성공사례 및 최적관행 ··· 424 제6장 결론 및 능동적인 교육․훈련 및 공공인식 제고 프로그램을

위한 제언 ··· 427 참고문헌 ··· 430

표 차례

<표 1-1> 선행 연구에 대한 요약 ··· 12

<표 1-2> 매립지 온실가스 배출량 산정(Tier 2 방법)을 위한 자료 및 문제점 ··· 16

<표 1-3> 인구 증가율에 따른 보정치 ··· 19

<표 1-4> 매립량에 따른 매립지 구분 ··· 19

<표 1-5> 용인매립지 현황 ··· 34

<표 1-6> 경기도 용인시 생활 폐기물 발생량 ··· 34

<표 1-7> 경기도 용인시 매립 폐기물 성상 ··· 35

<표 1-8> 연도별 용인매립장 폐기물 DOC ··· 38

<표 1-9> 용인매립장의 F 값 ··· 39

<표 1-10> 용인매립지 메탄 발생량 ··· 41

<표 1-11> 용인매립지 k 값 ··· 44

<표 1-12> 용인매립지 k 값 산출 ··· 45

<표 1-13> 모집단 추측의 통계학적 접근법 ··· 48

<표 1-14> 대표적 확률분포 특징 ··· 52

<표 1-15> 용인매립지 메탄 발생량 추정을 위한 주요 변수의 확률분포 가정 ··· 55

<표 1-16> 용인지역 매립지 메탄 발생 추정 결과 ··· 56

<표 1-17> 하․폐수처리시설의 온실가스 배출계수 ··· 73

<표 1-18> 측정에 의해 결정한 배출계수로부터의 하수 및 분뇨

처리부문에서의 2000년도 아산화질수 배출량 ··· 74

<표 2-1> 감축정책의 평기기준과 사례 ··· 109

<표 2-2> 기후정책수단 ··· 114

<표 2-3> 기후정책의 사회적 비용 ··· 116

<표 2-4> 통합평가모형의 종류와 특성 ··· 121

<표 2-5> 상향모형와 하향모형 ··· 127

<표 2-6> 기후정책모형의 분류 ··· 130

<표 2-7> 온실가스 감축정책 분석툴 ··· 135

<표 2-8> 부문별 주요 수요지표 ··· 144

<표 2-9> ROK2003을 이용한 주요 연구 ··· 150

<표 2-10> 국내 연구기관 온실가스 감축정책 분석모형 활용 현황 ··· 151

<표 2-11> 국내 상향모형 관련 추진 현황(에너지관리공단) ··· 151

<표 2-12> 가정부문 취사 및 난방연료 보급 현황(기준안) ··· 161

<표 2-13> 난방설비별 가구당 에너지소비량(기준안) ··· 163

<표 2-14> 가정부문 난방연료별 에너지집약도(기준안) ··· 164

<표 2-15> 기준년도의 조명기기 보급현황(기준안) ··· 165

<표 2-16> 주요 가전제품의 연간 전력사용량(기준안) ··· 166

<표 2-17> 산업별 부가가치 및 비중 전망(기준안) ··· 169

<표 2-18> 제조업의 용도별 에너지소비(기준년도) ··· 170

<표 2-19> 농림업의 용도별 에너지소비(기준년도) ··· 171

<표 2-20> 광업의 용도별 에너지소비(기준년도) ··· 172

<표 2-21> 건설업의 용도별 에너지소비(기준년도) ··· 173

<표 2-22> 상업부문의 에너지소비(기준년도) ··· 175

<표 2-23> 상업부문의 건물연면적(기준년도) ··· 176

<표 2-24> 수송부문 자가용 차종별 연료소비(기준년도) ··· 178

<표 2-25> 여객 및 화물운송 부문 현황(기준년도) ··· 181

<표 2-26> 사업용 자동차의 연료별, 차종별 등록대수(기준년도) ··· 181

<표 2-27> 택시 등록현황(2003년) ··· 182

<표 2-28> 회사별 발전설비 현황 ··· 186

<표 2-29> 제2차 전력수급기본계획의 발전설비 전망 ··· 187

<표 2-30> 전력 및 열생산 설비현황(2001년 현재) ··· 189

<표 2-31> 국내 천연가스 생산시설 현황(2005) ··· 191

<표 2-32> 기준안의 최종에너지 전망 ··· 193

<표 2-33> 기준안의 온실가스 배출전망 ··· 199

<표 2-34> 분석대상 주요 감축정책 ··· 200

<표 2-35> 집단에너지 보급 확대 계획 ··· 201

<표 2-36> 시나리오 ROK Ⅰ의 온실가스 감축효과 ··· 202

<표 2-37> 천연가스 보급 확대 계획 ··· 203

<표 2-38> 시나리오 ROK Ⅱ의 온실가스 감축효과 ··· 205

<표 2-39> 경차보급 확대 추진 계획 ··· 206

<표 2-40> 시나리오 ROK Ⅲ의 온실가스 감축효과 ··· 208

<표 2-41> 시나리오 ROK Ⅳ의 온실가스 감축효과 ··· 210

<표 2-42> 시나리오 ROK Ⅴ의 온실가스 감축효과 ··· 212

<표 2-43> 시나리오 ROK Ⅵ의 온실가스 감축효과 ··· 214

<표 2-44> 전체 시범분석의 온실가스 감축효과 비교 ··· 219

<표 3-1> 온실가스 감축 정책 및 조치 분류 ··· 266

<표 3-2> 완화옵션을 선택을 위한 Matrix (예) ··· 276

<표 3-3> 에너지부문 온실가스 저감 정책 및 조치 요약 ··· 287

<표 3-4> KORTEM_V.2의 산업분류 ··· 297

<표 3-5> 생산부문의 대체탄력성 ··· 298

<표 3-6> 주요 경제 및 에너지 지표 전망, 기준시나리오 ··· 300

<표 3-7> 에너지원별 소비량 변화, 기준시나리오 ··· 302

<표 3-8> 한국의 주요 산업별 생산량 전망, 기준시나리오 ··· 304

<표 3-9> 청정연료 보급 확대 사업 계획 ··· 306

<표 3-10> 거시경제, 에너지 및 온실가스 관련 총량지표의 변화, 2007년 ··· 307

<표 3-11> 1차에너지원별 소비량 변화, 2007년 ··· 307

<표 3-12> 주요 산업별 생산량, 에너지소비, 온실가스 배출량 변화, 2007년 ··· 308

<표 3-13> 거시경제, 에너지 및 온실가스 관련 총량지표의 변화, 2010년 ··· 310

<표 3-14> 1차에너지원별 소비량 변화, 2010년 ··· 311

<표 3-15> 주요산업별 생산량, 에너지소비, 온실가스 배출량 변화, 2010년 ··· 312

<표 4-1> 기후변화관련 정규 교육과정 편입을 위한 정부의

사업 내용 ··· 373

<표 4-2> 미 연방정부의 기후변화 온라인 교육 자원 ··· 383

그림 차례

[그림 1-1] 용인 매립지 메탄 발생 추정 결과 ··· 57

[그림 2-1] 기후정책의 비용과 편익 ··· 117

[그림 2-2] Wilcoxen의 Modeling Frontier ··· 123

[그림 2-3] 에너지소비와 온실가스 배출량의 결정 ··· 131

[그림 2-4] UNFCCC에서 소개하는 주요 감축정책 분석모형 ··· 137

[그림 2-5] ROK2005모형의 모듈구조 ··· 138

[그림 2-6] LEAP시스템의 입력화면 ··· 139

[그림 2-7] 모형의 기본 파라메터 지정화면 ··· 140

[그림 2-8] LEAP시스템의 분석구조 ··· 141

[그림 2-9] LEAP시스템의 최종에너지부문 분석기법 설정화면(SEI 2005) ··· 142

[그림 2-10] LEAP시스템의 전환 부문 구축 사례 (Lazarus et. al, 2005) ··· 145

[그림 2-11] TED의 배출계수 입력화면 ··· 146

[그림 2-12] TED에 포함 된 오염의 종류 ··· 147

[그림 2-13] LEAP 시스템의 분석 흐름도 ··· 156

[그림 2-14] ROK2005의 기본구조 ··· 157

[그림 2-15] 인구 및 가구 수 전망(기준안) ··· 160

[그림 2-16] 도시가스 보급률 추이 ··· 162

[그림 2-17] 차종별 자가용 등록대수 추이(천대) ··· 179

[그림 2-18] 전체 승용차의 차종별 등록대수 추이 ··· 180

[그림 2-19] ROK2005-KEEI 모형의 Diagram ··· 184

[그림 2-20] 도시가스 공급체계 ··· 190

[그림 2-21] 용도별 천연가스 소비 추이 (천톤) ··· 192

[그림 2-22] BAU의 최종에너지 전망 ··· 194

[그림 2-23] 제조업의 업종별 에너지소비 전망 ··· 195

[그림 2-24] 상업부문의 업종별 에너지소비 전망 ··· 196

[그림 2-25] 기준안의 수송부문 에너지소비 전망 ··· 197

[그림 2-26] 기준안의 발전연료 소비 전망 ··· 198

[그림 2-27] 천연가스 보급 확대의 온실가스 감축 효과 ··· 204

[그림 2-28] 경차 보급에 따른 에너지소비 감소 효과 ··· 207

[그림 2-29] 시나리오 ROK Ⅳ의 에너지 절감 효과 ··· 209

[그림 2-30] 시나리오 ROKⅤ의 에너지 절감 효과 ··· 211

[그림 2-31] 공공기관 에너지소비 총량제의 효과 ··· 213

[그림 3-1] 기후변화협약과 지속가능발전의 연계성 ··· 242

[그림 3-2] 알루미늄 산업의 지역별 배출량, 배출집약도, 2003년 ··· 246

[그림 3-3] 주요 국가별 시멘트 생산량, 2000년 ··· 247

[그림 3-4] 주요 국가 및 지역별 시멘트산업 배출집약도, 2000년 ··· 248

[그림 3-5] 주요 국가 및 지역별 철강산업 배출집약도, 1995년 ··· 249

[그림 3-6] 주요 국가 및 지역별 석탄발전 부문의 배출 집약도, 2002년 ··· 251

[그림 3-7] 세계 수송분담율 실적 및 전망 ··· 254

[그림 3-8] 주요 국가 및 지역별 자동차 배출집약도 실적 및 전망 ··· 254

[그림 3-9] 에너지공급부문의 일반적인 최소비용 공급 계단 ··· 258

[그림 3-10] 물질 전 과정(Life-Cycle)에 걸친 온실가스 배출 및 흡수원 ··· 260

[그림 3-11] 저감 잠재량 : 개념적 대응구조 ··· 262

[그림 3-12] 이산화탄소 감축이 미국의 GDP에 미치는 영향 전망, 2002년, 16개 모형을 이용한 162가지 전망 결과 ··· 270

[그림 3-13] 기후변화 완화평가의 추진체계 ··· 271

[그림 3-14] 온실가스 감축효과 분석 방법 ··· 274

[그림 3-15] 완화옵션 비용곡선 (예) ··· 278

[그림 3-16] KORTEM_V.2의 생산구조 ··· 293

[그림 4-1] 인터넷을 통한 홍보 ··· 398

[그림 4-2] Features and database of the Article 6 clearing house in phases 1 and 2. ··· 422

제 1 편

폐기물부문의 온실가스 배출전망 연구

요 약

1. 연구필요성 및 목적

기후변화협약 제 4조 및 제 12조의 규정에 의거 각 당사국은 온실가 스의 배출현황 및 전망, 온실가스 억제정책 내용을 포함하는 국가보고서 를 제출해야 하며, 이와 직접적으로 연계되는 각 부분별 온실가스 배출 통계 구축은 각 당사국의 감축의무 달성여부를 평가하는 주요항목이다.

향후 우리나라가 온실가스 감축의무를 부담할 경우, 온실가스의 배출 원으로서 중요한 위치를 차지하고 있는 폐기물 매립지, 폐기물 소각장, 생활하수/산업폐수 처리시설 등 환경부문에 대한 보다 정확하고 신뢰성 있는 온실가스 배출통계체제가 요구된다. 환경부문에서의 온실가스 배출 량에 대한 통계자료가 매년 보고 되고 있으나, 그 자료의 정확성을 평가 하지 않았고, 어느 정도 통계적으로 의미가 있는지 조차 진단하지 못했 다. 그 주된 이유 중의 하나는 통계자료의 신뢰도를 평가하기 위한 방법 론이 개발되지 못한데 있다.

본 연구용역의 취지는 1) 환경부문 온실가스 배출량 통계구축을 위한 tier 2 프로그램 검토, 2) 매립장, 하폐수 온실가스 배출통계의 불확실성 영향인자 조사에 있다.

본 과업은 첫째, 국내 폐기물 부문의 온실가스 배출통계의 문제점을 진단하고, 둘째, IPCC Good Practice에서 권장하고 있는 통계적 모형 (Monte Carlo analysis)을 이용하여 예측치 산출의 신뢰성을 확보하고자 하였다.

2. 연구내용 요약

본 연구에서는 IPCC에서 제시한 Tier 2방법을 우리의 환경에 맞게 수 정하여 제시하고 있는 기존의 연구 사업을 토대로, 이 수정된 방법론에 내제된 불확실성을 몬테칼로 분석(Monte Carlo analysis)을 적용하여 검토 하고 신뢰성을 확보하고자 하였다. 온실가스 배출량 산정에 사용되는 변 수들에 대한 신뢰성 확보가 결과적으로 온실가스 배출량 산정의 신뢰성 확보로 이어지게 된다.

Tier 2 적용으로 신뢰성을 높이기 위해서는 두 변수, DOC와 F에 대한 재결정이 이루어져야 한다. DOC를 결정하기 위해서는 최근 폐기물의 물 리•화학적 특성에 관한 결과를 활용해야 하고, F의 경우 실측치를 이용 하게 된다. Tier 2로 가기 위해서는 광범위하고 심도 있는 매립지 현장 조사를 토대로 그 적용가능 여부를 판단해야 한다.

매립지 조사부분에서 매립지의 표면 메탄 발생량을 결정하고 있는 현 재 측정 방법에 대한 보정이 철저히 이루어져야 한다. 보정이 이루어지 지 않은 상태에서 결정한 CH4 측정값은 배출량 추정에 필요한 배출계수 의 산정에 큰 오차를 발생하고 있으며, 그 값 자체도 의미가 없을 수도 있으므로 먼저 전문가와 상의하여 자료의 신뢰도를 결정해야 한다.

또한 현재까지의 매립지 배제공에서의 측정 조사는 계절•지점별로 일 회 측정만을 수행하였는데, CH4의 배출량은 하루 동안에도 변화가 심하 기 때문에 어느 시점에서 시료를 채취하느냐에 따라 큰 차이를 나타내 고 있다. 그러므로 장시간 동안 연속적으로 CH4 배출량을 측정하여 대 표할 수 있는 분포를 구하는 것이 tier 2 방법을 적용하는 데에 필요하다

고 할 수 있다.

3. 결론 및 제언

기존 연구는 세 단계의 과정을 거치면서 발전되어 왔다. 첫 번째 단계 는 IPCC의 지침서에서 제시한 기본 변수값을 활용하여 매립, 하ㆍ폐수, 소각 분야에서 배출되는 온실가스를 산정하는 수준에 불과한 소극적 단 계로 정의할 수 있다. 두 번째 단계는 IPCC 지침서에서 제시한 방법론 을 그대로 이용하였으나, 산정 과정에서 필요한 주요 변수 중에서 우리 나라 실정에 맞는 국가 고유값을 일부 결정하였다. 온실가스 배출에 대 해 적극적으로 대처하던 시기로 정의할 수 있다 세 번째 단계는 IPCC 지침서의 방법론을 그대로 택했으나 측정을 통해 주요 변수 결정을 시 도하여 우리나라 실정에 보다 적합한 배출통계를 생산할 수 있는 단계 로 발전하였다. 하지만 측정에 대한 QA/QC가 정립되지 않아 배출량 산 정에 여전히 불확실성이 내재하고 있다.

최근 매립지의 경우는 Tier 2로 가기 위한 준비 작업으로 매립지 표면 과 배제공에서의 CH4 배출량을 측정하고 있으나, 계절별로 일회만 측정 하므로 대표성 있는 자료 확보가 어렵고, 측정 방법이 표준화되어 있지 않고, 측정 장치에 대한 보정조차 이루어지지 않아 측정 결과의 신뢰성 과 일관성에 대해 문제점이 있다고 판단되며, 그 결과를 활용하는데 한 계를 드러내고 있다. 본 연구는 QA/QC가 정확하게 확립되지 않은 실측 치와 배출계수 산출의 어려움에도 불구하고, 몬테칼로 분석을 통한 배출 계수의 불확실성을 언급하고, 메탄발생량 추정을 Tier 2방법으로 산출하 는 모형을 제시하였다는 데에 큰 의미가 있다.

ABSTRACT

1. Research Objectives

In Annex I countries, national communication should submit the report including emission inventories, trends and policies of Greenhouse Gases (GHGs) to UNFCCC. GHG source inventories could be used to estimate GHG emissions accurately and subsequently used for the reduction commitment of GHGs emissions. However, the reliability of emission inventories has been rarely verified for the quality and accuracy of those.

The GHGs emission inventories from waste including landfills, wastewater handling, and waste incineration should be accurate to produce reliable data for the countries preparing mandatory report to UNFCCC. In Korea, even though the emission inventories have been annually reported by the government, the GHGs emission inventories were not verified and their uncertainties were not considered at all because the method has never been developed to estimate uncertainties associated with the GHGs emissions.

In this study the main objectives are 1) to apply tier 2 method to estimate emissions and uncertainties associated with landfills and 2) to investigate the variables affecting uncertainties with landfills and wastewater handling. To accomplish these objectives, previous studies in Korea related to the GHGs emissions from waste were examined to identify the problems in inventories and Monte Carlo analysis was used to estimate emissions and

uncertainties from landfills as recommended in IPCC Good Practice Guidelines.

2. Summary

In this study Monte Carlo analysis was applied to establish the tier 2 method in Korea using the GHGs data obtained from field campaigns in landfills. The variables used to estimate GHGs emissions and those uncertainties should be accurate to produce reliable emission estimates. Two variables, DOC (degradable organic carbon) and F (fraction by volume of CH4 in landfill gas) should be obtained by performing waste generation studies and sampling of different landfill within a country to apply tier 2 method. Tier 2 method requires data on current, as well as historic waste quantities, composition and disposal practices for several years.

The SOPs (standard operating procedures) used to measure surface emission in landfills should be established for field campaign to produce accurate data because the data produced without SOPs can give big uncertainties to the emission estimation. Until now, CH4 emission in landfills was measured only for a limited time that is not sufficient to estimate representative emission data. The continuous measurement for CH4 emission in landfill is needed to get representative distributions for each variables in tier 2 method.

3. Results and Discussion

The previous studies related to GHGs emission inventories from waste were developed through three stages: (1) The first stage adopted the methodologies and default parameter values suggested by the IPCC Good Practice Guidelines. (2) The second stage adopted the same methodologies offered by the IPCC Good Practice Guidelines, but applied country-specific parameters for some cases. (3) The third stage started to measure the emission rates of GHGs from landfills. As a result, the country-specific parameters were determined for most parameters used in the processes of emission calculations.

Until now, the measurement of CH4 emission from landfill was made for one time to represent the emissions for several years. Since the emission of CH4 in landfills varies significantly even in a short time, continuous measurement of CH4 emission would be needed.

In this study Monte Carlo analysis was applied to estimate CH4 emissions and associated uncertainties based on the limited avaliable data and suggested the standard operating procedures for the estimation of CH4

emissions and uncertainties.

제 1 장 연구의 배경 및 목적

기후변화협약 제 4조 및 제 12조의 규정에 의거 각 당사국은 온실가 스의 배출현황 및 전망, 온실가스 억제정책 등의 내용을 포함하는 국가 보고서를 제출해야 하며, 이와 직접적으로 연계되는 각 부문별 온실가스 배출통계 구축은 각 당사국의 감축의무 달성여부를 평가하는 주요항목 이다. 1997년 12월 교토의정서가 채택됨에 따라 우리나라에서도 기후변 화협약에 대한 범정부 차원의 적극적인 대응방안을 수립하기 위해,k 1998년 1월에 “기후변화협약 범정부 대책기구”를 설치하여, 제 1차 정부 종합대책(1999~2001)을 수립하였으며, 제 2차 종합대책(5개 부문 84개 세 부과제, 2002~2004)을 추진한 바 있다.

제3차 종합대책은 환경부를 포함한 총 19개 부처, 환경관리공단 등의 유관기관이 참여한 가운데 3개 부문 90개 세부과제에 대해 대응전략을 마련하여, 2005년부터 2007년까지 3개년동안 추진해 나갈 계획이다.

향후 우리나라가 온실가스 감축의무를 부담할 경우를 대비하여, 정확 하고 신뢰성 있는 온실가스 배출량 구축체제가 요구되며, 환경부문 온실 가스의 주요 배출원인 폐기물 매립지, 폐기물 소각장, 생활하수/산업폐수 처리시설 등 폐기물부문에 대해 보다 정확하고 신뢰성 있는 배출통계량 산정이 요구된다.

현재 폐기물부문의 온실가스 배출량 산정을 위한 기본적인 통계자료 와 온실가스 배출량 자료가 매년 보고 되고 있으나, 그 자료의 정확성을 평가하지 못하였으며, 각각의 자료에 대해 통계적으로 의미가 있는지조

차 진단하지 못하였다. 그 주된 이유 중의 하나는 통계자료의 신뢰도를 평가하기 위한 방법론이 개발되지 못한 데 기인하고 있다.

이에 본 연구는 1)기존 매립지에서의 온실가스 배출량 산정방법을 Tier 2 방법으로 계산하기 위한 각각의 변수에 대한 불확실도를 Monte Carlo 방법을 이용하여 추정하여 배출전망자료의 신뢰성과 정확성을 확 보하고, 2) 이를 근거로 매립지 온실가스 배출량 전망 및 모델 개발에 활용하고자 하였다.

제 2 장 선행 연구 분석

1. 국내 선행연구 내용

매립지로부터의 메탄 발생량 측정과 관련된 기존 연구는 환경부에서 발주하여 수차례 진행되었으며, 선행 연구에 대해 간략하게 정리하여

<표 1-1>에 나타내었다.

첫 번째 연구는 1999~2000년까지 8개월 동안 진행되었다. 이 연구에서 는 5개 매립지에 대해 메탄 발생량을 측정하였으나, Tier 2 산정을 위해 필수적인 변수 값인

_k

_L

메탄 발생속도 상수인

_k

_k

k

L

의의 및 목적 문제점

환경부 (2000)

y 온실가스를 처음으로 측정하여 배출량 산정에 활용하였음.

y 5개 매립지에 대해 메탄 발생량을 측정하였으나, Tier 2 산정을 위해 필수적인 변수값인

k와 L

환경부 (2001)

y 12개 폐기물 매립지에서 발생하는 메탄 배출량에 대해 측정 조사와 분석이 이루어졌음.

y 각 매립지 별로 Tier 2 산정을 위해 필수적인 변수값인 k와

L

환경부 (2002)

y 10개 매립지의 메탄 배출량에 대해 측정 및 조사.

y 국가 온실가스 배출통계를 위한 기초 자료 제시를 목적으로 함

y 측정을 통해 배출량을

제시하였으나, 이를 이용하여 각 매립지별로 k값을 산정하지 못하였음.

환경부 (2003)

y 매립부문 배출량 통계의 신뢰성 향상 및 산정 값의 불확실성을 개선하여 온실가스 배출통계 구축에 필요한 기초 자료를 얻었으며, 온실가스 배출량 산정 방식을 Tier 2로 전환할 수 있는 기반 연구가 마무리

y 메탄의 회수가 없다고 가정하였으나, 회수율에 대한 후속 연구 및 폐기물 매립량과 성상에 대한 통계 자료 관리가 필요하다고 보고함.

환 경 관 리공단 (2004)

y 매립지의 정확한 메탄 표면발생량 산정을 위해 실시간 측정

y 기존 실측자료에 비해 신뢰도가 향상되었으나 표면발생량 측정 이외의 자료에 대해서는 기존 자료와 차이가 거의 없음.

y 표면발생량 산정에 오류가 있으며, uncertainty 언급이 없음.

<표 1-1> 선행 연구에 대한 요약

한편 두 번째 연구는 2000~2001년까지 9개월 동안 12개 매립지에 대 해 측정 및 분석이 이루어졌으며 매립지의 온실가스 배출량 산정을 Tier

2 방법으로 하기에 충분한 자료를 제시하고는 있으나, 각각의 매립지별 로 Tier 2 산정을 위해 필수적인 변수 값인

k

L

k

세 번째 연구는 2001~2002년까지 10개월 동안 10개 매립지에 대해 측 정 조사와 분석이 이루어졌으나, 매립폐기물의 이력에 대한 정보가 부족 하여 Tier 2로 산정하는 데는 다소 어려움이 있다고 판단되며, 매립이력 이 거의 없는 비위생 매립지 4개소에 대해서는 사실상 Tier 2에 의한 메 탄 발생량 예측은 어려울 것으로 보고하고 있다.

2003년의 네 번째 연구의 주요 진척 사항은 온실가스 배출량 산정 방 식을 Tier 2로 전환할 수 있는 기반 연구가 마무리되었다고 할 수 있으 며, IPCC에서 제시한 Tier 2 산정식으로부터

_k

IPCC에서 제시한 Tier 2 산정식은 연간 매립량이 크게 변하지 않는 경우에 적용할 수 있으나 국내 매립지의 대부분은 매립량과 매립폐기물 의 성상이 연도별로 많은 차이를 보이기 때문에 IPCC에서 제시한 Tier 2 산정식을 적용하기에는 문제가 있다. 이에 2003년 연구에서는 연간 매 립량과 메탄배출계수가 변하는 경우에 적용 가능한 산정식을 개발하였 으며, 기존 IPCC 산정식과 개발된 산정식을 각각 (1)과 (2)에 나타내었 다.

Q

Q

N

i = 1

M

(2) 새로 개발된 산정식인 (2)는 연간 매립된 폐기물의 분해 양상과 온실 가스 배출량을 따로 결정하고, 각각의 배출량을 합하여 메탄 총 배출량 을 결정하는 방식이다. 연간 매립량 자료만 있고, 메탄발생속도의 측정 값만 결정된다면 용이하게

_k

_k

이는 매립폐기물 통계관리기법에 대한 지침내용이 없기 때문으로 판 단하였으며, 이를 위해서는 폐기물 통계자료에 대한 관리방법 등의 지침 을 마련하여 전국적으로 일관성 있게 매립폐기물의 통계관리가 이루어 져야 될 것으로 제안하고 있다. 또한 산정한 메탄 배출량은 매립지에서 의 메탄 회수가 없다고 가정해서 결정하였으나, 실제 대부분의 매립지에 서는 최소한 배제공에서 메탄가스를 연소처리하거나 메탄가스를 회수하 여 재이용하고 있으므로 실제 대기 중으로 배출되는 메탄가스량은 해양 연구 결과로 산정된 결과보다 훨씬 낮을 것으로 보고하고 있다.

그러나 메탄 회수율에 대한 면밀한 조사 연구가 없는 현 상황에서 검 증 없이 회수율을 적용하기가 어려워 IPCC에서 제시한 것처럼 기본 회 수율을 0으로 적용하였으나 회수율에 대한 조사, 연구가 필요하다고 보 고하고 있다.

"CDM 사업을 위한 환경부문 온실가스 배출량 조사" (환경관리공단, 2004) 연구 사업은 매립가스 자원화의 CDM 사업화를 검토하는 한편, 배 출통계의 신뢰성을 높이는데 그 목적을 두고 있다. 배출통계의 신뢰성을

높이기 위해서 기존의 메탄표면발생량 실측방법과 달리 현장에서 메탄 가스 측정 Sensor를 이용하여 실시간으로 측정하는 방법으로 실측 자료 의 정확성을 제고 하고자 하였다. 이 연구에서는 메탄 표면발생량에 대 해 보다 정확성을 향상시키고자 하였으나 그 외의 다른 항목에 대해서 는 기존 자료를 준용하고 있었다.

결론적으로 기존 연구에서는 매립지에 대한 온실가스 배출량 산정을 위한 방법으로, Tier 1 방법에서 Tier 2 방법으로 전환하기 위해 자료 수 집과 분석이 일부 이루어지긴 했으나 자료에 대한 구체적인 분석이 이 루어지지 못하였으며, Tier 2 방법으로 매립지의 온실가스 배출량을 추 정할 경우에 추정에 필요한 각각의 필요 자료에 대한 불확실도를 전혀 고려하지 않는 등의 미비점이 있었다.

따라서 기존 연구의 결과를 최대한 활용하여 용인매립지에 대한 Tier 2 방법의 메탄발생량을 결정하기 위해서는 구체적인 자료의 수급이 필 요할 것으로 판단되며, 필요한 자료의 목록과 각 자료의 문제점에 대해 정리하여 <표 1-2>에 나타내었다.

자료 자료수급 방법 문제점 및 기타 폐기물

매립량과 성상 (M, DOC)

환경부에서 매년 자료를 조사 중이며, DOC는 가연성 폐기물의 탄소함량 자료와 매립지별 성상 자료로부터 결정 가능

매립지별 매립이력이 다르므로 M 및 DOC 값 또한 달라짐.

메탄가스 함량비율(F) 측정

DOCF 기존 연구 자료 활용 각 매립장의 특성에 따라 매립장마다 다소 값의 차이가 있을 수 있으나 모든 매립장에 동일한 값을 적용함

MCT 기존 연구 자료 활용 메탄배출계수(

L0) MCF×DOC×DOCF×F×16/12 메탄배출량(QC

H4)

실측한 표면발생량과 배제공 실측자료

표면발생량 실측 자료의 오차율이 높음.

메탄발생속도 상수(k)

실측된 메탄배출량 자료로부터 k값을 역산함. 기존 연구에서 제시된 Fortran 프로그램을 수정하여 활용함.

실측 오차가 큰 메탄 표면발생량 자료를 근거로 k값을 추정하기 때문에 k값의 불확실도가 높을 것으로 판단됨.

<표 1-2> 매립지 온실가스 배출량 산정(Tier 2 방법)을 위한 자료 및 문제점

2. 국내 선행연구에서 나타난 온실가스 배출량 산정의 불확실도

가. Tier 1 : 기본방법

기본방법은 1년 동안에 매립된 폐기물 전량이 메탄가스로 전환 배출 된다고 가정한다. 따라서 연간 매립되는 폐기물의 양과 성상이 매립기간

동안 거의 일정하게 유지된다고 하면 Tier 1 방법에 의해 산정한 메탄가 스 발생량 결과를 어느 정도 신뢰할 수 있다. 그러나 매립 폐기물의 양 과 성상이 매립기간 동안 변화 할 경우, Tier 1 방법에 의한 메탄가스 발생량의 산출 결과는 신뢰하기 힘들다. Tier 1방법을 적용할 수 있는 경우 메탄 발생량의 오차는 ±15% 정도인 것으로 알려지고 있다.

나. Tier 2 : FOD 방법

FOD 방법도 연간 매립되는 폐기물의 양이 일정하다는 가정과 메탄의 생성반응 속도상수(

_k

최근 미국에서 보고 된 연구결과에 의하면 몇 개의 매립지 측정 조사 를 통하여 산정한 기본값

L

k

그 결과 조사 대상 80여개 매립지 중에서 21개 매립지에 대해서는 실 측한 것과 잘 맞았으나, 그렇지 않은 매립지도 상당수가 보고 되었다.

몇몇 매립지의 자료를 이용하여 전체 매립장에 대해 적용한 경우 실제 배출량과 38~492%의 차이가 있는 것으로 드러나 몇 개의 매립지에서 측정된 대표 값을 이용하여 다른 매립지의 메탄 발생량과 전국 발생량 을 결정하는 것은 많은 불확실성을 내포할 수 있는 것으로 조사되었다.

모든 매립장에 있어서 각각의 매립이력 등의 기초 자료를 모두 수급 하여 각각의 매립지에 대한 온실가스 배출량을 산정하는 방법이 가장 적절한 방법이긴 하지만 이를 위해서는 많은 노력과 비용 등이 필요하 다.

따라서 매립지를 적절하게 분류하여 각 분류군에 대한 공통적인 기초 자료를 확보하고 불확실도를 추정하여 적용하고, 보다 효율적이며 정확 한 배출량 산정을 위해 장기적인 실측을 통하여 FOD 변수 값의 신뢰도 를 제고시키는 노력이 필요할 것으로 판단된다.

3. 미국의 배출전망 모델

가. 매립-EPA 추천방법

1)

매립부문 배출전망을 위해서는 먼저 (1)지난 30년간 매립된 폐기물의 총량 자료 확보, (2) 대형과 소형 생활폐기물 매립지의 매립폐기물의 비 율, (3) 강수량 자료, (4) 에너지 이용 목적으로 회수 재이용되는 메탄가 스의 양에 대한 자료를 확보하여야 한다.

2)

지난 30년간 매립된 폐기물의 총량을 결정해야 하며, 여기서 30년은 매립지에서 분해 가능한 폐기물이 모두 분해 되는데 소요되는 시간으로 미국 환경청(Environmental Policy Agency, EPA)에서 제시한 것이다. 만약 주정부에서 이러한 자료를 확보하지 못하고 있는 경우에는 다음과 같은 식을 이용하여 매립량을 결정할 수 있다.

생활폐기물 매립량(톤) = 현재 인구수 × 현재 1인당 1일 폐기물 발생량 × 30년 매립량 추정 보정치

매립기간 동안의 평균 인구 증가율 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7%

매립시기가 '60~'90 경우의 보정치(mr) 23.1 20.4 18.2 16.3 14.7 13.4 12.3 매립시기가 '65~'95 경우의 보정치(mr) 28.3 24.8 22.0 19.6 17.6 15.9 14.5

<표 1-3> 인구 증가율에 따른 보정치

3)

일반적으로 미국에서는 매립량에 따라 매립지를 아래의 <표 1-4>과 같이 구분하고 있다. 메탄가스 배출량 산정을 위해서는 매립량 1,100,000 톤을 기준하여 대형과 소형으로만 구분하고 있다.

매립지 구분 매립량(톤)

소형 중소형

중형 대형 극대형

500,000 1,000,000 5,000,000 15,000,000

>15,000,000

<표 1-4> 매립량에 따른 매립지 구분

4)

유기성 폐기물의 분해는 수분함량과 밀접한 관련이 있으며 건조지역 보다 비건조지역의 매립지로부터 메탄가스 발생량이 더 놓은 것으로 알 려지고 있으며 연간 강수량이 635mm를 기준으로 건조와 비건조지역으 로 나눈다.

5)

소형 생활폐기물 매립지에서의 메탄가스 배출량 산정식은 다음과 같 다.

비건조지역:

^CH

3/day) = 0.35 W ( 폐기물 톤) ±20%

CH

건조지역:

^CH

3/day) = 0.27 W ( 폐기물 톤)±20%

CH

6)

대형 생활폐기물 매립지에서의 메탄가스 발생량은 다음 산정식으로 결정한다.

비건조지역:

CH

i = 1[ 417,952 + 0.26Wi]±15%

건조지역:

CH

n

i = 1[ 417,957 + 0.10W_i]±15%

여기서 n은 특정 주에 위치한 대형 매립수의 숫자이고, Wi는 각 매립지 의 매립량이다.

7)

위의 5)와 6)에서 각각 결정한 소형 및 대형 생활폐기물 매립지로부터 발생되는 메탄가스량을 단순히 합한다.

8)

EPA는 생활폐기물 매립지로부터의 메탄가스량을 결정한 다음 그 값 의 7%를 사업장일반폐기물 매립지에서 배출되는 메탄가스량으로 결정하 는 것을 제안하고 있다. 또는 생활폐기물 매립지 메탄가스량에 대한 사 업장일반폐기물 매립지 메탄가스량의 비율을 다음과 같은 식에 의해 결 정할 것을 제안하고 있다.

사업장 폐기물 매립지 CH₄배출량

생활폐기물 매립지 CH₄배출량 = 11% 유기성분×사업장일반폐기물 매립량 69%유기성분×생활폐기물 매립량

9)

매립지에 따라서는 발생되는 메탄가스를 회수하여 에너지원으로 이용 하거나 단순 연소(Flaring)시키고 있다. 이러한 과정에서 메탄가스는 이산 화탄소로 전환되며 이 경우 이산화탄소는 생태계에서 재순환되는 것이 므로 온실가스 발생량에 포함시키지 않고 있다. 따라서 메탄가스 재이용

률을 고려하여 매립지로부터 메탄가스 발생량을 산정해야 한다.

10)

아직까지 그 양에 대해 정량적인 결과를 제시하지는 못하고 있다.

EPA는 발생되는 메탄가스 중에서 10%정도는 토양층 통과과정에서 산화 되지 않나 추정하고 있다.

나. EPA 차선의 방법

1)



 × × × ×    × 

 

여기서  = 연간 폐기물 처리량



 = 생활폐기물 중의 유기성분 함량(%)



IPCC 지침서에 근거하여  는 18~21%,



2)







여기서













 = 매립 종료 후의 경과시간 (yr : 매립중인 경우는 ^=0)  = 최초 매립된 시점으로부터의 경과시간(yr)

다. EPA에서의 하ㆍ폐수로부터 온실가스 배출량 산출

하ㆍ폐수 시스템에 있어서 메탄 발생은 BOD 부하량, 온도, 체류시간, 저류조 관리와 깊이에 영향을 받는다. 반면에 아산화질소 발생은 온도, pH, BOD 부하량, 질소 농도에 영향을 받는다. 미국의 경우는 산업폐수 로부터 메탄 발생은 산정하지 않고 있다.

1)

EPA에서는 하수와 하수 슬러지로부터의 메탄가스 산정식을 다음과 같이 추천하고 있다. 1996년의 IPCC 지침내용과 유사하나, 메탄가스 배 출계수 대신에 0.22 ㎏ CH4/㎏ BOD5×WS을 사용했으며, 0.22는 IPCC에 서 제시한 B0×MCF(최대 CH4 가능 발생량×메탄전환계수)이다. 일반적으 로 B0의 기본값이 0.25 ㎏ CH4/㎏ BOD5인 것을 고려하면 미국의 경우 MCF값은 0.88로 계산할 수 있다.

하수에서의 메탄가스 배출량 산정식

WM = P × Ddom × (1-DSdom) × 365(days/yr)

× 0.22 ㎏ CH4/㎏ BOD5 × WSw - MRw

하수 슬러지에서의 메탄가스 배출량 산정식

SM = P × Ddom × DSdom × 365(days/yr) × 0.22 ㎏ CH4/㎏BOD5 × WSs - MRs

여기서 P는 인구수, Ddom은 1인당 1일 BOD5 배출량, DSdom은 하수 슬러 지로의 제거율, WSw는 하수에서의 혐기성 처리비율, MRw는 하수에서의 메탄 회수율, WSs는 하수 슬러지에서의 혐기성 처리비율, MRs는 하수 슬러지에서의 메탄 회수율이다.

EPA는 위의 추천방법에 의해 하수로부터의 온실가스 배출량 선정이 용이하도록 지침서를 만들었고, 단계별 온실가스 배출 산정방법은 아래 와 같이 제시하고 있다.

<제1단계> : 필요한 자료의 수집

① 1인당 1일 BOD5 배출량 자료 : 기존 문헌 자료 인용한다.

② 인구수 : 인구 통계 자료 활용한다.

③ 슬러지로의 제거율 : 기존 문헌 자료 인용한다.

④ 혐기적으로 처리되는 하수의 비율 : 주에서 고유값을 갖고 있지 않은 경우는 EPA(1999)의 기본값을 활용할 것을 권고한다.

⑤ 혐기적으로 처리되는 하수 슬러지의 비율 : 주에서 고유값을 갖고 있지 않은 경우는 EPA(1999)의 기본값을 활용할 것을 권고한다.

⑥ 하수 처리 과정에서 회수되는 메탄량

⑦ 하수 슬러지 처리 과정에서 회수되는 메탄량

<제2단계> : BOD 부하량의 산정

BOD 부하량은 하루에 하수 처리장에 유입되는 생분해가 가능한 유기 물질 총량을 의미하며, 이는 단순히 하수 관리구역의 인구수에다 1인 당 1일 BOD 발생량을 곱하여 다음과 같이 결정하면 된다. 즉, TO = P×Ddom 으로서, 여기서 TO는 하수의 BOD 총 부하량이다.

<제3단계> : 하수로부터의 연간 메탄가스의 총 발생량 산정

① 주에서 하수 슬러지로 제거되는 BOD의 비율(DSdom)에 대해 연구 조사를 통해 결정한 고유값이 없는 경우는 기본값 0.9를 적용한다.

② 주에서 하수의 혐기적으로 처리되는 비율(WS^w)에 대해 연구 조사를 통해 결정한 고유 값이 없는 경우는 기본값 0.15(15%)를 적용한다.

③ 위에서 결정한 변수 값을 다음 식에 대입하여 하수의 혐기적으로 처리되는 BOD양 결정: TOWa(혐기적으로 처리되는 BOD5 총량) = TO × (1-DSdom) × WSw × 365days/yr

④ BOD를 CH4 발생량으로 환산할 수 있는 전환계수를 이용하여 하수로부터의 연간 메탄가스 발생량을 산정한다.

※ 전환계수는 최대 CH4 발생 가능량인 0.25 ㎏ CH4/㎏ BOD5를 적용 하여 다음과 같이 결정할 수 있다. : WMT = 0.25 × TOWa

<제4단계> : 하수로 부터의 연간 메탄가스의 순수 발생량 산정

3단계에서 결정한 메탄가스 총 발생량에서 회수되는 CH⁴의 양을 산정 하고 이를 탄소등가치로 전환한다.: WM = WMT - MRW. 이 값을 탄소 등가치로 전환시키기 위해서는 WM에다 메탄의 GWP인 21과 이산화탄 소 질량을 탄소질량으로 환산시키는 전환계수(12/44)를 곱하면 된다.

<제5단계> : 하수 슬러지로부터의 연간 메탄가스의 총 발생량 산정

① 하수에 의한 총 BOD 부하량을 결정(TO)한다.

② 주에서 하수 슬러지로 제거되는 BOD 비율(DS^dom)에 대해 연구 조사를 통해 결정한 고유 값이 없는 경우는 기본값 0.9를 적용한다.

③ 주에서 하수 슬러지의 혐기적으로 처리되는 비율(WS^s)에 대해 연구 조사를 통해 결정한 고유 값이 없는 경우는 기본값 0.15(15%)를 적용한다.

④ 위에서 결정한 변수 값을 다음 식에 대입하여 하수의 혐기적으로 처리되는 BOD 양 결정 TOSa(혐기적으로 처리되는 BOD5 총량) = TO × DSdom × WSs × 365days/yr

⑤ BOD를 CH4 발생량으로 환산할 수 있는 전환계수를 이용하여 하수로부터의 연간 메탄가스 발생량을 산정한다.

※ 전환계수는 최대 CH4 발생 가능량인 0.25 ㎏ CH4/㎏ BOD5를 적용 하여 다음과 같이 결정할 수 있다. : SMT = 0.25 × TOSa

<제6단계> : 하수 슬러지로부터의 연간 메탄가스의 순수 발생량 산정 제5단계에서 결정한 메탄가스 총 발생량에서 회수되는 CH4의 양을 산