Korean Chemical Engineering Research

물질흐름분석을 통한 생태산업단지의 모델링

이승준·유창규*^,†·최상교**·전희동**·이인범 포항공과대학교화학공학과/환경공학부

794-784 경북포항시남구효자동산 31

*경희대학교환경응용화학대학환경학및환경공학/환경연구센터

446-701 경기도용인시기흥군서천동 1번지

**포항산업과학연구원환경에너지연구센터환경연구실

790-330 경북포항시남구효자동산32 (2006년 7월 27일접수, 2006년 8월 18일채택)

Modeling of Eco-Industrial Park (EIP) through Material Flow Analysis (MFA) Seungjun Lee, ChangKyoo Yoo*

, Sang Kyo Choi**, Hee Dong Chun** and In-Beum Lee

Dept. of Chemical Engineering, POSTECH, San 31, Hyoja-dong, Namgu, Pohang 790-784, Korea

*Dept. of Environmental Science and Engineering/Center for Environmental Studies, College of Environmental and Applied Chemistry, Kyung Hee University, Seocheon-dong, Giheung-gu, Yongin-Si, Gyeonggi-Do, 446-701, Korea

**Environmental Research Lab., Research Institute of Industrial Science & Technology(RIST), San 32 Hyoja Dong, Pohang, 790-330, Korea

(Received 27 July 2006; 2006 18 August 28, 2006)

요 약

최근지속가능한산업개발을위한생태산업단지(eco-industrial park, EIP)의개발이각국가별로활성화되고있다.

생태산업단지(eco-industrial park)는사업의특성상기업및정부, 그리고자치단체가모두참여하는성격을지니지만 이를구체적으로실현하는데는공학적인모델링과정이필요하다. 생태산업단지를위한주요기술로는에너지교환,

물질흐름분석, 용수이용최적화, 전과정평가를통한환경영향평가등이있다. 생태산업단지를공학적으로설계하는 데있어서해당기업들의물질흐름이어떻게진행되고이것을어떻게최적화하여모델링할것인지가주요목적이므 로물질흐름분석(material flow analysis, MFA) 방법론은생태산업단지설계에유용하게적용될수있다. 본연구에서 는물질흐름분석방법론기술과포항생태산업시범단지의사례연구를바탕으로물질흐름분석방법을생태산업단지

모델링에적용하는방법, 그리고 MFA 모델링을위한소프트웨어의활용을제시한다.

Abstract −Recently, each country has been trying to promote Eco-Industrial Park (EIP) development for industrial sus- tainability. Technological modeling is required to realize EIP practically even though the project contains the political con- cerns for many companies, government, and self-governing bodies. The four main technologies of the EIP developments include energy exchange, material flow analysis, water pinch, and life cycle assessment. Material flow analysis (MFA) methodology can be utilized in EIP modeling in view of the fact that the analysis of material flows and the optimized mod- eling are major purposes for the technological modeling of EIP. Through MFA methodology in POHANG EIP project, how to apply MFA modeling to EIP modeling and how to utilize software for MFA modeling are shown in this research.

Key words: Clean Technology, Eco-Industrial Park(EIP), Material Flow Analysis(MFA), Modeling, Reuse and Recycling, Sustainable Developments, Systems Analysis

1. 서 론

1970년대이후유럽의자생적인 Karlunborg 생태산업단지와함

께 1990년대에기업의경제적효율성과환경저감효과를극대화하

는생태산업단지(eco-industrial park, EIP) 사업이일부선진국에서 시작되면서현재는유럽, 북미, 일본을포함한많은국가들이생태

산업단지구축을시도하고있다. 한편, 1990년대초부터유럽일부

국가나일본등지에서는국가적인차원에서물질흐름수지를파악 하는물질흐름분석(material flow analysis, MFA)이시작되었으며초 기의국제적인, 혹은전국단위의물질흐름연구에서현재는지역 단위의물질흐름연구가활발하게진행중이다.

EIP 구축의성공여부는사전조사와지역적적합성, 기업간의

논의, 물질교환등수많은문제를얼마나합리적이고적절하게해 결하느냐에달려있다. 특히, 원료물질이나에너지, 그리고부산물

†To whom correspondence should be addressed.

E-mail: [email protected]

의효율적교환문제는사전조사에있어서도많은시간을필요로 하고, 정확하게계획하고설계하는데많은어려움이따른다. 따라서 산업단지전체에서원료, 에너지, 폐기물등의물질흐름수지를파 악하는 MFA는 EIP구축같은지역단위의물질흐름연구에꼭필 요한기술이라고할수있다. 본연구에서는생태산업단지와물질 흐름분석방법의발전과정및특성과방법론을각각분석하고동 시에생태산업단지구축의설계과정에서물질흐름분석방법론을 적용하여최근에진행중인포항생태산업시범단지에이를실증함 으로써생태산업단지모델링에있어서물질흐름분석방법론의유 용성을제시하고자한다.

2. 생태산업단지

생태산업단지는인디고개발(indigo development)에서창안한개 념으로 ‘에너지, 용수, 물질등을포괄하는환경및자원문제를다 루는데있어협력을통해발전된환경적, 경제적성과를추구하는 제조업및서비스업체들의공동체’로정의하였다[1]. 생태산업단지 는기업뿐만아니라사회와환경의측면에서도편익을가져다준다.

먼저기업의측면에서생태산업단지는입주기업들에게원료및에 너지효율의향상, 폐기물재활용, 처벌적규제를유발시키는관행

의근절을통해생산비를저감할수있는기회를제공한다[2]. 일

반적으로중소기업들은정보, 자문, 기술적접근에어려움을겪는데,

생태산업단지개발의통합적접근방식은중소기업들이이러한장벽 을극복하고성과향상에필요한투자를받을수있도록지원한다

[3]. 한편생태산업단지개발로환경적편익을얻을수있다. 생태산

업단지의구축으로관련산업분야간에원료및부산물교환이나 공동의환경관리를통해오염물질을최소화하고자원을효율적으 로이용함으로써산업활동으로인한생태계파괴를최소화할수 있다. 이러한기업활동과환경에주는생태산업단지의긍정적영 향으로인해지역발전과함께새로운일자리창출및고객확보등 의사회적효과를창출하게된다.

생태산업단지는그학문적근간을산업생태학(industrial ecology)

에두고있다고할수있다. 산업생태학은자연시스템과상호의 존하는생명시스템처럼산업시스템을디자인하고운영하기위한 학제간연구라고할수있다. 일부전문가들은산업생태학을 ‘지속 가능성의과학’으로정의하기도한다. 산업시스템의설계가어느 정도까지생태계를기초모델로하여가능하다는산업생태학의입 장으로부터산업생태학의기본이론들을생태산업단지에적용하는 것이가능하다.

생태산업단지는해당지역과지역이소유하고지향하는산업의 종류와밀접한연관을가지기때문에각지역적, 산업적특성을고

려한설계전략이중요하다. 따라서 1990년대초부터해외에서추

진해온몇가지생태산업단지사업의구체적사례들을[4] 연구함 으로써유사성을가지는부분에관해벤치마킹이가능하다. 먼저유 럽지역은다른지역에비해빠른산업화와높은인구밀도에따라 환경문제에매우적극적으로대응하고있으며, 특히덴마크칼룬

보그(Kalundborg)는자생적으로탄생한생태산업단지의효시라할

수있다(http://www.symbiosis.dk). 칼룬보그생태산업단지는단지

내에 Asnaes, Gyproc, Novo Nordisk, Novozymes, Soilrem, Statoil

등몇개의대기업이지리적으로가까이위치해있으면서산업적으 로협력이가능하여자생적으로약 30년간꾸준히발전해온형태

이다. 칼룬보그생태산업단지내에서용수재순환, 에너지교환, 폐 기물재순환등의프로젝트가진행됨으로써자원소비절약, 폐기

물배출의저감, 폐기물재활용등의혜택을얻었다. Table 1은 1998

년기준으로칼룬보그생태산업단지에의해산출된경제적, 환경적

이익을표로나타내고있다. 1998년총 18개의프로젝트에 900억

원을투자하여 1,900억원의비용절감효과를얻었다. 칼룬보그의

생태산업단지 case에서는공생주체간의지리적근거리, 부산물의교 환에유리한서로다른사업성격, 공생주체간의정신적공감대등 이주요성공요소로작용했다고할수있다. 무엇보다도유럽지역 에서생태산업단지가발전할수있었던계기는환경에대한인식과

더불어 ERDF(유럽지역발전기금) 등으로인해개발에필요한자

금을확보하기에용이하였고경영자간의정신적공감대가유지되었 기때문이라분석할수있다.

최근생태산업단지에대한많은연구가진행됨에따라생태산업 단지개발에중요한몇가지전략들이소개되었고이는자연적인 시스템의교환망구축, 에너지교환, 물질재이용, 지속가능한설 계와건설, 지역사회로의통합으로정리된다. 그리고이러한전략 을성취하기위한몇가지기술로에너지교환망구축을통한열통 합기술, 물질재활용망구축을위한물질흐름분석, 용수교환망구 축을위한 water pinch, 환경영향평가(life cycle assessment, LCA)

등을들수있다.

먼저에너지교환망구축을통한열통합기술에서는고에너지 비용을줄이기위한하나의방법으로에너지회수와재활용공정을 포함하는에너지교환망을합성하게되었다. 이에대한많은연구 가진행되었는데그중에서가장주목받고있는것은 heat pinch

기술이다[2].

두번째물질흐름분석(material flow analysis)은초기에는전세계 적단위, 혹은국가적단위로물질의흐름에대한데이터를수집하 고이를계산함으로써하나의국가혹은대륙에서사용되는물질 및에너지의양을추정하는도구로이용되었다. 이후지역단위의연 구가진행되면서하나의지역내에서인간활동을유지하기위해 사용되는물질및에너지의흐름을분석함으로써생태적발자취

(ecological footprint)에대한양을도출하였고이를토대로실제로

사용가능한자원의양과인간의활동을위해필요한자원의양사 이의균형을맞추는방향으로정책을수립하는데도움을주었다[3].

초기발전과정에비해현재는작은지역단위의물질흐름분석이이 루어짐으로써생태산업단지에의응용가능성을보여주고있다.

세번째 water pinch 기술은산업단지의운용에필수적인공업용

수의내부재순환을최적화하는기술로써유입되는공업용수를최

Table 1. Economic and environmental profits in Kalundborg EIP Annual resource saving

Petroleum 045,000 ton

Coal 015,000 ton

Water 600,000 m³

Annual reduction of waste

CO2 175,000 ton

SO2 012,000 ton

Annual recycling of waste

Sulfur 004,500 ton

Plaster 090,000 ton

Fly ash 130,000 ton

소화하고용수를재활용하며폐수의방류량을줄임으로써최적의 공정용수재이용라인을구축하는데활용된다[4]. 현재체계적인

water pinch 방법론에대한연구가진행중이다.

마지막으로전공정에대한환경영향평가(life cycle assessment, LCA)는원료의채굴, 수송, 가공및제품의생산, 유통, 사용, 폐기,

재활용등에수반되는자원소비및환경부하와이에따르는환경영 향을정량적으로평가하고연구의목적에맞추어결과를해석하는

기술이다[5]. LCA는 1980년대부터본격적인연구가진행되었으며

1993년에 LCA 표준화작업이 ISO/TC207에따라시작되었고 1997년 에 ISO 14040이제정되었다.

3. 본 론

3-1. 물질흐름분석(mass flow analysis, MFA)

물질흐름분석(mass flow analysis, MFA)은물질흐름수지에서얻 은정보를통해물질사용의효율성을평가하는방법이다[6]. 물질의

흐름에대한연구는질량보존과관련된이론이이미 2000년전부

터있었지만 1970년대 Ayres에의해[8] 물질과에너지균형에대한

이론이소개되었고, 국가적인차원의 MFA는주로 1990년대오스 트리아와일본에서이루어졌으며, 그이후다양한물질흐름분석 방법론이개발되었다[9]. 1990년대후반에는지역적인물질흐름에

대한 연구와 더불어 MFA와 연계하여 생태 발자취(ecological

footprint)를산출함으로써특정지역의경제, 환경적인측면의지속

적인개발가능성에대한연구가진행되었다[10]. 실제로 York에서 는해당지역에서인간활동에의해사용되는물질과에너지의양을 산출하여생태발자취와실제이용가능한자원의양을비교하는

연구를행하였다[11]. MFA는물질의흐름에관한분석이필요한분

야라면충분히응용이가능하다. 몇가지응용분야의예를들면환 경관리, 자원관리, 폐기물관리, 산업생태학, 인간활동영역의대 사(anthropogenic metabolism) 등이있다[12]. 지속가능한환경의

측면에서산업대사(industrial metabolism)의물질유출에관한 MFA

의전략목표는크게두가지로나눌수있는데[13], 초기환경오염 이심각했던시기의물질중심의독성및오염제거에대한전략에 서그이후비물질화및재구조화로전략이변화되어왔다. 생태산 업단지는산업생태학을그학문적기반으로두고있기때문에 MFA

의비물질화및재구조화전략을함께이용해물질의흐름을분석 하고생태산업단지를설계할수있다. MFA 방법이 EIP의모든과 정을해결해주는것은아니지만 EIP를설계하는데있어서효율적 인물질흐름이중요하다는사실로부터 MFA가하나의중요한방법 이될것이라는사실은비교적명확하다.

MFA를수행하는과정은몇가지단계로나눌수있지만일반적

으로는대략적인추측과예비데이터를이용해서요구되는결과가 도출될때까지수정과개선을반복하면서수행하게된다[7]. MFA

의첫번째과정은먼저해당시스템에관련되는물질을선택하고 포함된물질들의비율을정리하는것이다. 이때관련되는물질을 선택하는기준은물질흐름분석의목적이나시스템의성격에따라 결정된다. 두번째는시간과공간에서시스템을정의하는과정이다.

공간적인시스템영역은주로프로젝트의범위에따라결정되는데 정치적으로정의된지역이나회사와관련된영역, 또는수문학적으 로정의된영역과일치하는경우가많지만주로국가나주, 도시단 위의행정구역으로나뉘는경우가많다. 시간에대한시스템정의

는시스템의정상상태를고려하여조사기관과관련한필요한만큼 의기간을설정하면된다. 결국시간과공간을어떻게정의하는가 에따라물질흐름의양이나물질의종류가달라진다. 세번째는관 련된흐름, 축적및프로세스를정의하는과정이다. 특정시스템과 관련하여물질의흐름이나축적의종류를정의하고각프로세스에 서 input과 output에대한정보를정의한다. 대부분의경우 15개이 상의프로세스를포함하는시스템은불필요하게복잡하게보이므로 간단하고실제적인물질흐름을보여주는신뢰할만한모델을작성 하는것이중요하다. 네번째로물질흐름, 축적, 그리고농도를결 정하는과정이진행된다. 세번째과정에서정의된흐름과, 축적, 그 리고프로세스를바탕으로해당하는각과정의물질흐름비율이나 물질의농도등을결정한다. 이때데이터스프레드시트를작성하 여물자(goods)와흐름의비율, 물질(substance)의농도와물질흐름 의비율등을정리하면데이터를쉽게관리할수있다. 결과적으로

input과 output 사이의균형에서에러가총흐름의 10％이하로나타

나도록한다. 다섯번째과정은총물질흐름과축적을평가하는것 이다. 축적된물질의양을평가하는데는두가지방법이있다. 먼저

오랜기간동안축적된양이크게변화하지않을때(mstorage/ mstock< 0.01)

축적물의부피와밀도를측정함으로써평가할수있다. 큰호수나 토양의경우가그에해당한다. 그리고빠르게변화하는축적의경 우(mstorage/mstock> 0.05) 적절한시간간격에서 input과 output의차이 를계산함으로써축적을계산하게된다. 마지막과정은결과를표 현하는것이다. 이때데이터의출처를명확하게밝히고추후에추 가나수정이용이하도록과정의재생산성과투명성을높여야한다.

플로차트(flowchart)에시스템영역을표시하고과정들과축적, 흐

름등의과정이올바르게표기되고그양이명확하게표시되어야

한다. MFA의수행과정은 Table 2로정리할수있으며 Fig. 1은이

를도식화한그림이다.

Fig. 1. Procedures for MFA[6].

3-2. 물질흐름분석을통한생태산업단지모델링 및 소프트웨어 의필요성

생태산업단지프로젝트를수행하기위해서는구성가능한산업단

지내의물질흐름에대한데이터와각데이터를이용한생태산업단 지내의물질흐름의정의, 그리고정의된생태산업단지에대한평 가가필요하다. 생태산업단지내의물질흐름이복잡할경우데이터 베이스를효율적으로관리하고수많은물질흐름데이터를정리하고 다이어그램을작성해줄수있는도구가필요하다. 생태산업단지내 물질흐름은기본적인 mass balance를따르고각단위간의프로세스 를효율적으로도식화할수있는물질흐름분석방법이기본적인이 론으로적용될수있으며, 소프트웨어의활용은 MFA의기본적인 방법론에덧붙여물질흐름분석의구성과데이터관리를용이하게

해준다. Fig. 2는 MFA 방법론에따라지역내의물질흐름을분석

한그림이다. 동일한방식으로생태산업단지물질흐름구성이가능

Fig. 2. Diagram of MFA[7].

Table 2. Procedures for MFA[6]

1 Selection of substances

2 System definition in space and time

3 Identification of relevant flows, stocks, and processes 4 Determination of mass flows, stocks, and concentrations 5 Assessment of total material flows and stocks

6 Presentation of results

Table 3. Evaluation of life cycle assessment software[6]

Excel GaBi 4 Umberto 4

Operating system MS Windows, MAC MS Windows MS Windows

User friendliness O O O

Stability O O O

Speed ^∆ O ^∆

Programmability O X O

Data import/export O ^∆ O

Static simulation O O O

Dynamic simulation O ^∆ O

Uncertainties ^∆ O ^∆

Sensitivity analysis ^∆ O X

Monte Carlo error simulation ^∆ O X

MFA terminology/methodology O ^{∆ ∆}

Trial version X O (free/90 days) O (€300/30 days)

Note: O = good, ^∆= average, X = not available

함을예측할수있다. 한편생태산업단지의환경평가를위해 LCA

의도입이필요하며소프트웨어의활용은다양한환경평가도구를 제공함으로써환경평가를용이하게한다. Table 3는몇가지 LCA

와관련된소프트웨어를평가한표이다. 현재 MFA를위한소프트 웨어는없지만 LCA를위한소프트웨어중몇가지는생태산업단지 모델링에필요한기능들을제공하므로이를활용할수있다.

3-3. 소프트웨어 GaBi의활용

보다복잡하고다양한물질흐름을분석하기위해서는소프트웨어 와데이터베이스활용을통한관리및설계가필요하다. Table 4에 생태산업단지기술의일종인물질흐름분석의복잡성을해결하고전 과정환경영향평가분석을용이하게해줄수있는소프트웨어

GaBi 4의주요장단점을정리하였다.

GaBi는사용자편의성을고려한전과정평가도구로써다양한환

경영향분석도구를제공하며모듈구조에의해각객체별로데이

터를관리할수있다. 그러나 Excel과달리프로그래밍이불가능하

며물질흐름분석에대한 balance 조정이불가능하다는단점을가지 고있다. 생태산업단지의중요한기술들인물질흐름분석과전과정 환경영향평가를수행하는데 GaBi 4를사용하기위해서는몇가지 장점을파악하고단점을개선할필요가있다. 먼저전과정평가를

위한 GaBi의다양한분석도구를이용하면환경영향에대한분석을

용이하게할수있다. 그리고데이터베이스에의한관리를통해특 정프로젝트나프로젝트간에데이터를공유할수있다. 또한각개 체별로물질흐름에대한데이터를관리함으로써물질혹은에너지 의흐름을세부적으로, 그리고전체적으로관리할수있다. 그러나 실제프로젝트에서복잡한물질흐름에대한 balance 조정이불가능 하고사용자의필요에따른세부적인프로그래밍이불가능하기때 문에이부분을보완하거나 GaBi로부터데이터호환이가능한 Excel

을추가적으로활용한다면단점을보완할수있다.

GaBi 4에서제공하는분석도구로는시나리오분석(scenario

analysis), 파라미터변동(parameter variation), 민감도분석(sensitivity analysis), 몬테카를로분석(monte Carlo analysis 등이있다. 파라미

터의사용이 GaBi 소프트웨어의특징중하나인데파라미터를변

화시키면서다양한조건에대한시나리오를비교분석하는방법이 시나리오분석이다. 파라미터변동에서는주요변수를점차변화시 키면서조건에따라시스템이어떻게변화하는지분석한다. 민감도

분석은투입값(input variables)을변화시키면서어떠한변수가결과

값에가장민감한영향을주는지찾아내는분석방법이다. 이를통 해사용자는시스템에결정적영향을주는주요파라미터를찾아낼 수있다. 마지막으로몬테카를로분석은통계적인임의값에대한반 복시행으로특정한결과에대한중요성을판단하는도구로사용된

다. Fig. 3는 GaBi 4의시나리오분석도구를이용하여파라미터값

변화에따른두가지시나리오의결과를그래프로표현하고있다.

4. 결과 및 고찰

4-1. 포항생태산업단지(POHANG EIP)의물질흐름분석

독창적인아이디어에서도출된 EIP모델은새로운 EIP를구성하

는데있어서도움이될수있다. 그러나, EIP 구성에는많은관계

자들의협의와긴시간및경제적부담이존재하므로기존의사례 를분석하고밴치마킹하는것도위험부담을최소화하기위해중 요한방법이다. 특히 EIP의구성은각지역과해당기업, 혹은주거 지역등의특성과밀접한관련을가지므로가장유사한사례를분 석하고이를해당지역에적합하게수정하여적용한다면가장효율 적인 EIP를구축함과동시에위험을최소화할수있다. 본연구에

서는한국의철강기업인 POSCO가위치한포항지역공단을중심

으로자료를분석하고구성가능한 EIP를모델링하였다. POHANG

EIP의 Scenario는일본의후지사와(Fujisawa) EIP에서그아이디어

를 얻게 되었는데, 앞의 EIP 지역사례분석에서언급하였듯이

Fujisawa EIP는거대기업인 EBARA 사가중심이되어구성된 EIP

로써, EBARA 사의첨단환경기술을이용하여경제적효과를누리

고주변의제조업체를비롯하여주거지역에서배출되는오염물질을 정화함으로써환경부담을최소화할수있었다. 거대기업인 POSCO

또한최근우수처리시설을비롯하여, 집진처리시설, SOx/NOx 처

리시설등의첨단환경시설을도입함으로써 POSCO 자체의물질 대부분을재활용하고있으며앞으로도환경처리기술은더욱발전

될것으로예상된다. 따라서, POSCO가포항공단내주변기업과

EIP를구성함으로써기존에주변제조업체로부터배출되는각종환

경오염물질의방류를최소화하고 POSCO에서정화되는우수를

공업용수로공급할수있다면경제적, 환경적효과를동시에누릴 수있을것이라고가정하였다. 또한, POSCO의부산물, 혹은주변 기업간의부산물교환을통해자원을순환시킨다면자원재활용의 측면에서기대되는효과가매우클것이라고가정할수있었다. 본 연구에서는현재실시되고있는포항공단시범생태산업단지구축 사업으로부터얻은데이터를토대로생태산업단지내물질흐름분석 방법론을통한생태산업단지모델링방법의적용예를소개하고자 한다.

Table 4. Evaluation of GaBi 4 for EIP modeling [7]

Advantage of GaBi 4 Shortcoming of GaBi 4 Database management

Module structure Parameters

Various tools for environmental analysis User friendly

Unable to program

Unable to control mass balance

Fig. 3. GaBi Analyst.

Fig. 4. Initial mass flow status in Pohang EIP.

Table 5. Annual material flow of industrial manufacturers in Pohang, Korea[14]

Company Industrial water Waste water dust SOx/NOx waste Amount of waste Major resource Amount of resource

I 2,000,000 337 Steel dust 40,000 Scrap iron 2,150,000

O 800,000 284,908 Scrap iron 1,000,000

H 12,803 474,500 0.67 2.02 HCl waste 3,600 Wire Rod 3,000

J 55,000 43,800 HCl waste 5,750

L 165,000 110,600 Zinc plate 355,933

Z 73,000 58,400 3.94 0.46 HCl waste 4,669 coil 249,000

Wastewater sludge 489

B 1,423,500 1,332,250 Wastewater sludge 14,400 Rolled steel 252,150

tin 1,087,341

Bronze 229,134

Nickel 125,819

A 255,500 157,000 HCl waste 3,600

C 511,000 438,000 9.05

K 13,087 171,271 Wastewater sludge 1,695 Wire Rod 43,680

Process sludge 185

E 113,460 113,490 sludge 359 Wire Rod 137,400

Process sludge 245

S 82,000 163,900 11.83 27.79 Wastewater sludge 1,193 Hot Coil 660,650

Dust 2,137 Black tube 182,500

F 71,124 2.10 36.32 Waste paint 83 clay 108,660

Metal spring 21,768

L 12.68 34.00

M 17.80 Wastewater sludge 58,907

Steel slag 24,334

N 1,380,000 146,000 Wastewater sludge 982 Oxidized steel 134,976

Q 36.72 374.00 Process sludge 42,115

R 0

G 15,333 6.00 21.00 Wastewater sludge 14 Aluminum scrap 20,051

Aluminum recycling 1,068

D 309,841 44.85 1,907.00 Coal tar(^POSCO) 290,371

보통생태산업단지를구성하는경우용수, 에너지, 폐기물처리 등각영역별로가능한조합을설정하고사업을추진하며그에따 르는효과도각영역에따라평가한다. 그러나물질흐름분석방법 을이용하면하나의시스템내에서용수및에너지, 폐기물의흐름 을구성하고모델링할수있다는장점을가지고있다. 또한단일한 영역에대한물질흐름을구성할수도있다. 에너지, 용수등각영 역으로서의생태산업단지사업이아니라전체적인생태산업단지의 구성과효과를파악하기위해서는물질흐름분석방법을사용함으로

써이를용이하게할수있다. Table 5는포항생태산업단지프로젝

트를위한기초데이터인포항소재기업들의연간물질흐름에대한 데이터이다.

실제 EIP를구성하기위해서는각업체들에서순환되는모든물 질의구체적흐름을분석함으로써최적의 EIP를구성해야하지만 본논문에서는용수의절약측면과환경배출저감효과및자원재 활용을중점적으로고려한 EIP를구성하고자하였다. Table 5의자

료로부터두가지의 Scenario에관한모델링을하고이두가지

Scenario를현재상황과비교함으로써최적의 EIP 구성을도출하고

자하였다. 두가지의 Scenario의내용은 Table 6과같이경제적효

과, 경제-환경적효과를중심으로구성하였다.

물질은공업용수및폐수, SOx/NOx, dust, 슬러지및콜타르등

의재활용가능한폐기물, 그리고기타원료로구성하였다. 물질흐 름을분석하는데있어서용수의경제적이용및환경저감효과를 중점적으로고려하였기때문에공업용수와환경배출물및재활용

폐기물을제외한원료나기타제품등은간단하게 mass balance를

충족하도록 import, export의 통합된수치로나타내었다. 따라서,

import와 export의물질흐름이해당기업들의연간총물질흐름을

나타내는수치가아님을명확히해야한다. 단지 import와 export의

수치는공업용수및환경배출물질과재활용물질중심의구성을 유지하기위한보조수단이다.

물질흐름분석방법론에따라현재포항공단기업들의용수흐름 및오염물질배출상태를분석하였고이를 Fig. 4에나타내었다.

Scenario1에서는공업용수공급이가장많은 12개기업을선정하여

이를중심으로 EIP를구성하였고, 물질흐름분석을통해이를모델 링하였다. Scenario1의 MFA를이용한 EIP 모델링을 Fig. 5에나

타내었다. Scenario2에서는기업들중용수이용과대기오염물질배

출및자원재활용측면에서공통적으로영향이있거나하나의측 면에서영향이큰기업 11개를선정하여 EIP를구성하였고물질흐

름분석이용한 Scenario2의모델링은 Fig. 6에나타내었다.

4-2. 시나리오평가

최종모델링한 Fig. 4-6으로부터물질흐름을파악할수있고항

Table 6. Three scenario analysis of POHANG EIP modeling Scenario1 Industrial water reuse scenario by raindrop treatment

system (economic effect)

Scenario2 Overall scenario by raindrop treatment system, treatment of waste dust, and recycling of resources

(economic and environmental effect)

Fig. 5. POHANG EIP Scenario1 - Recycling of raindrop.

목에따른물질흐름의수치를구체적으로표현할수있다. Table 7

는모델링한결과로부터도출된물질흐름의수치들이다. 현재포

항지역의 POSCO 및선정된주변기업들의분석결과에서대기오

염물은 dust와 SOx, NOx가각각연간 464.17 ton과 2,400.57 ton이 배출되고있으며, 용수공급도외부의용수공급원을이용하고있다.

단지 P-Steel에서배출되는폐기물 290,371 ton을 D기업에서재활용

하는상황뿐이다. Fig. 7은 Table 7을그래프로나타낸것이다. 용수 사용량이나재활용량에비해대기오염물질배출량의수치가매우 낮기때문에그래프상의비교를쉽게하기위해수치의단위를조 정하여그래프로나타내었다. 즉, 우수이용효과는 10⁻⁴을, SOx/

NOx 저감효과는 10⁻¹, 자원재활용은해당수치의 10⁻³을곱한결 과를그래프로 나타내었다. Fig. 7의 분석 결과우수이용에서

Scenario1이최대효율을나타낼수있는 EIP 구성으로나타났다.

Scenario1은용수공급효과에서최대의효율을나타낸것으로경제

적효과가가장큰 Scenario 임을의미한다. 그러나, Scenario2의분

석결과에서비록 Scenario1의경우보다경제적효과의수치가낮

지만현저하게차이가있다고볼수는없으며경제적, 환경적효과

를동시에달성할수있다는점에서 Scenario2는의미를가진다. 특

히향후우수처리시스템이나기업간자원재활용빈도가늘어날 것으로예측되므로추가적인 EIP 구성으로효율성을높여갈수있 을것이다.

Fig. 6. POHANG EIP Scenario2 - Overall material recycling.

Fig. 7. Comparison of initial status, Scenario1, and Scenario2.

*)The three elements, water saving, SOx/NOx reduction, and recycling of resources are multiplied by 10⁻⁴, 10⁻¹, 10⁻³, respectively, for convenient comparison.

Table 7. Analysis of scenario 1 and scenario2 Unit [t/yr] Raindrop

treatment Reduction of

SOx/NOx Reduction of

dust Recycling of resources

Current N/A - 2,400.57 - 464.17 290,371

Scenario1 6,929,584 N/A N/A N/A

Scenario2 6,340,624 2,345.57 445.49 348,079

*The minus sign means current discharge of waste.

4-3. 물질흐름분석방법의향후과제

생태산업단지구축에는현장조사및설계부터평가까지다양한 작업과정이있으며복잡하고다양한문제를해결하기위해서다양 한기술이필요하다. 이중에서물질흐름분석방법은생태산업단지 설계및관리에하나의기술로적용될수있다. 그러나물질흐름분 석도단순히하나의방법론만으로해결될수없으므로다양한접근 방법을개발하는것이필요하다. 먼저복잡한데이터의관리와용 이한설계를위해물질흐름분석과생태산업단지에필요한기능을 보유하는전용소프트웨어의개발이진행되어야한다. 현재는주로

LCA 전용소프트웨어로데이터베이스관리및설계가일부분가능 하지만이들소프트웨어만으로는완벽하게구현하기어렵다. 둘째 로물질흐름분석에대한다양한경험이필요하다. 물질흐름분석방 법론이발달된이후로여러연구사례가발표되고있지만[15-16], 생 태산업단지의성격에맞는물질교환문제나재활용문제와관련된 현장사례와연구사례가실제생태산업단지를설계하는데유용하게 적용될수있기때문이다. 마지막으로생태산업단지설계와관련된 물질흐름분석방법에영향을주는생태효율성(eco-efficiency)에대 한지표수립방법이확립되어야한다[17]. 생태산업단지를정책적 으로활용하기위해생태효율성에대한평가가중요하며생태효 율성을정의하는기준에따라실제생태산업단지의설계방향이결 정되기때문이다.

5. 결 론

생태산업단지에 대한관심이 고조되면서그와관련된 다양한 기술들이개발되고있다. 본논문에서는생태산업단지의기술인 물질흐름분석에관해소개함과동시에이를이용한 생태산업단 지모델링의예를보여주었다. 또한이러한기술들을용이하게 할수 있는소프트웨어 GaBi에대해소개하였다. 이를통해생 태산업단지를모델링 하는데있어물질흐름분석 방법의활용도 를높이고, 생태산업단지모델링에적합한소프트웨어개발이필 요함을보였다.

감 사

본연구는 BK 21 2단계사업에의해지원받아수행되었습니다.

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