남극 장보고기지 건설 시 온실가스 배출량 산정
Estimation of Greenhouse Gas Emissions During the Construction of Jangbogo Antarctic Research Station
주진철*․윤정임**․이승은***․김유민****․채창우****․김영석† Jin Chul Joo*․Jeongim Yun**․Seungeun Lee***․Yu-Min Kim****
Chang-U Chae****․YoungSeok Kim†
한국건설기술연구원 Geo-인프라연구실․*한국건설기술연구원 환경연구실․**볼트시뮬레이션
***환경과 로하스 연구소․****한국건설기술연구원 그린빌딩연구실 Korea Institute of Construction Technology, Geotechnical Engineering Research Division
*Korea Institute of Construction Technology, Environmental Research Division․**Bolt Simulation Co.
***Institute for Environment & LOHAS․****Korea Institute of Construction Technology, Green Building Research Division (2012년 4월 3일 접수, 2012년 4월 26일 채택)
Abstract : In this study, greenhouse gas emissions occurring from the construction of Jangbogo Antarctic research station were
estimated in terms of material production stages and building stages, respectively. In detail, greenhouse gas emissions during the building stages were estimated in terms of marine transportation, inland transportation, construction equipment utilization, and con- struction camp operation, respectively. As a result, greenhouse gas emissions from material production stages with life cycle assessment were 8,933 ton (as CO2eq), equivalent to the 23.8% of total greenhouse gas emissions from the construction of Jangbogo Antarctic research station, and these results indicate that greenhouse gas emissions occurring from material production stages should not be ignored. During the building stages, greenhouse gas emissions occurring from first year were greater than those from second year due to the increase in fuel consumption of freighter during second year. Additionally, marine transportation compared to inland transportation, construction equipment utilization, and construction camp operation was found to be the greater contributor for green- house gas emissions during the building stages. The total greenhouse gas emissions estimated from both material production stages and building stages was 34,486 ton (as CO2eq), and greater than those estimated from comprehensive environmental evaluation (CEE) of existing other research stations. This difference is mainly attributed from approximate estimation of greenhouse gas emissions of existing other research stations without considering material production stages.Key Words : Greenhouse Gas Emissions, Jangbogo Antarctic Research Station, Material Production Stages, Building Stages, Life Cycle Assessment, Comprehensive Environmental Evaluation
요약 : 본 연구에서는 남극 장보고기지 건설 시 발생하는 온실가스 배출량을 자재생산단계와 시공단계로 구분하여 산정하였
다. 또한, 시공단계의 배출원은 각각 해양수송과 내륙수송, 건설장비 사용, 건설캠프 운영으로 분류하여 온실가스 배출량을 구 체적으로 산정하였다. 전과정평가 개념을 도입해 남극 장보고기지 건설에 투입되는 자재생산을 통해 배출되는 온실가스 배출량 은 기지 건설에 따른 전체 온실가스 배출량의 23.8%에 해당하는 8,933 ton (as CO2eq)으로 산정되었으며, 향후 남극 신규기지 의 건설 시 자재생산을 통한 온실가스 배출이 반드시 고려해야 할 대상인 것으로 판단되었다. 남극 장보고기지 시공단계(총 2단 계)에서의 온실가스 배출량은 1단계에 비해서 2단계에 비교적 많이 배출되었으며, 이는 2단계 때 수송화물선이 부산까지 회항
하여 정박하므로 연료사용량이 증가하기 때문인 것으로 사료된다. 또한, 시공단계의 온실가스 배출원 가운데 해양수송이 내륙
수송, 건설장비 사용 및 건설캠프 운영에 비해 다량의 온실가스를 배출하는 것으로 판명되었다. 남극 장보고기지 건설에 따른 자재생산단계와 시공단계를 통합한 전체 온실가스 배출량은 총 34,486 ton (as CO2eq)으로 기존 남극기지 포괄적 환경영향평 가(CEE)상에 제시된 온실가스 총배출량과 비교 시 다량의 온실가스가 배출되는 것으로 나타났다. 이는 기존 CEE상에 제시된 온실가스 배출량 산정 시 건설에 투입되는 자재생산을 통해 발생하는 온실가스 배출량 산정이 고려되지 않고, 단순히 자재수 송 및 시공단계만을 고려하여 온실가스 배출량을 개략적으로 산정하였기 때문으로 판단된다.
주제어 : 온실가스 배출량, 남극 장보고기지, 자재생산단계, 시공단계, 전과정평가, 포괄적 환경영향평가
1. 서 론
남극은 대기권, 지권, 수권, 빙권, 생물권 등 모든 자연과 학 분야의 기초연구 실험장으로 활용되었으며, 근래 들어 지 구 온난화 현상의 가속화에 따른 남극 내 급격한 환경변화 로 인해 지구 환경변화의 척도로서 전 세계적으로 관심이 고
조되고 있는 지역이다. 뿐만 아니라 에너지와 자원고갈 문 제 해결을 위한 극지자원의 활용 필요성과 첨단 과학기술 발 전에 따른 극지개발의 가능성이 증대됨에 따라 세계 각국은 기득권 확보를 위해 앞 다투어 남극 연구 및 탐사에 집중적 인 노력을 기울이고 있다.1)
대한민국도 1988년 남극 남쉐틀랜드군도 킹조지섬에 최초
의 남극 과학연구기지인 세종기지(남위 62° 위치)를 설립한 이후 현재까지 활발하게 남극연구를 진행해 오고 있으나, 최 근에 관심이 고조되고 있는 전 지구 환경변화를 포함한 빙 하, 천문, 우주, 운석 연구 등 남위 70° 이상 지역(남극대륙) 에서의 연구활동은 대륙기지 부재로 인해 면밀히 수행할 수 없었다. 따라서 정부는 극지에서의 독자적인 연구능력 확보, 국가과학 활동영역과 극지과학기술의 확장, 그리고 극지연구 국가로서의 국제적 위상확립을 목적으로 남극 장보고기지 (남위 74°, 남극대륙 위치) 건설을 현재 추진 중에 있다.1~4) 현재 남극대륙에는 세계 각국의 연구기지가 경쟁적으로 건설되고 있으나, 모든 연구기지의 시공․운영․해체와 관 련된 행위들은 직․간접적으로 자원과 에너지를 소모하게 되면서 환경에 영향을 주는 물질을 배출하게 된다. 또한, 기 존 연구기지의 운영과 연구활동 등을 통해 배출된 다양한 오염물질로 인해 장기적으로 남극의 환경과 생태계에 부정 적인 영향이 축적될 수 있으므로, 남극 장보고기지는 자원의 효율적 이용과 환경오염의 최소화, 에너지 효율의 최적화 를 통해 저탄소 녹색건축을 실현할 수 있는 요소기술 및 유 지관리 공법이 집약된 친환경건축물로 계획․시공할 예정 이다.3,4) 즉, 장보고기지의 시공․운영․해체 단계에서 남극 주위 생태계 및 자연환경에 미치는 영향을 최소화하고, 온실 가스 배출의 최소화, 오염물질 및 폐기물 무배출을 실현할 수 있는 공법을 적용하여 세계 최고 수준의 친환경 저탄소 연구기지를 건설할 계획이다.3,4)
‘남극조약 환경보호 의정서(The Protocol on Environmental Protection to the Antarctic Treaty)’에 따라 세계 각국이 남 극대륙 내 연구기지 건설 시 제출해야 하는 포괄적 환경영 향평가(Comprehensive Environmental Evaluation, CEE)에 따르면 온실가스 배출량 평가는 주로 자재 수송 및 기지 건 설 시 장비운용 등 화석연료 사용에 따른 온실가스 배출량 산정에 한정되었을 뿐, 기지 건설에 투입되는 자재생산을 위한 원료채취 및 원자재 생산과정 중 발생하는 온실가스 배출량 산정은 고려하지 않고 있다.5~8) 또한, 기존 연구기 지의 온실가스 배출량 산정사례 검토 결과, 다양한 연료의 온실가스 배출계수 또는 에너지 사용량의 원단위를 토대로 단순 산출하거나 유사사례를 참조하여 산정한 것으로 나타 났다.
그러나 국내의 한 연구 결과9)에 따르면 대상 건축물의 건 설은 자재생산단계 및 자재수송단계, 그리고 현장시공단계 로 이루어지며, 각 건설단계별 에너지소비량 및 이산화탄소 (CO2) 배출량은 자재생산에 따른 에너지소비량 및 CO2 배 출량이 각각 전체의 95.2%, 97.4%로 거의 대부분을 차지하 고 있는 것으로 나타났다. 반면 시공 장비 사용에 따른 에 너지소비량 및 CO2배출량은 각각 3.3%, 1.7% 정도이고 자재 수송은 각각 1.5%, 0.9% 정도로, 자재생산이 에너지소비량 및 CO2 배출량에 미치는 영향이 훨씬 큰 것으로 조사되었다.
이러한 배경에 따라 남극 장보고기지 건설 시 발생하는 온실 가스 배출량을 자재생산단계 및 자재수송단계, 그리고 현장 시공단계 별로 과학적으로 산정하고 객관적으로 검증할 수
있는 방안이 요구되며, 온실가스 배출량을 저감할 수 있는 최적의 방안을 도출하여 남극 장보고기지 건설 및 향후 운 영에 따른 온실가스를 통합관리 할 수 있는 시스템 구축이 요구된다.
따라서 본 연구의 주요 목표는 남극 장보고기지 건설에 따 른 온실가스 배출량을 자재생산단계 및 자재수송단계, 그리 고 현장시공 단계(총 2단계) 별로 산정 및 평가하는 것이다.
이를 위해 세계 각국이 남극기지 건설 시 제출했던 CEE에 기술된 온실가스 배출량 산정사례를 검토하였으며, 배출된 온실가스 영향이 국지적이 아닌 전 지구적 차원에서 발생한 다는 점을 고려해 남극 장보고기지 건설에 투입되는 자재 생산을 통해 배출되는 온실가스 배출량을 산정하기 위해 전 과정평가(Life Cycle Assessment, LCA)의 개념을 추가로 도 입하였다.
2. 기 건설된 남극기지의 온실가스 배출량 평가 사례
남극기지 건설 시 제출하는 각 나라의 CEE에는 남극기지 건설 및 운영단계에서의 CO2 배출량을 산정해 제시하고 있 으며, 남극대륙 내 인위적 활동 및 오염원에서 배출되는 오 염물질 인벤토리 작성에 관한 연구10에 따르면 인위적 활동 및 오염원으로부터 발생한 온실가스(CO2, CH4 및 N2O 등) 배출량이 다른 오염물질(CO, Hg, Pb 등) 배출량 대비 많은 것으로 나타났다.5~8) 따라서 남극 장보고기지 건설 시 배출 되는 온실가스 배출량을 객관적으로 평가하기 위해 기 건설 된 남극기지의 CEE상에 제시된 온실가스 배출량 산정방법 과 평가사례를 검토해 보았다.
벨기에 Princess Elisabeth 기지 건설에 따르는 대기오염물 질 배출은 주로 물자 수송 및 기지 건설시의 화석연료 소비 에 기인한 것으로 예측되었으며, 소량의 휘발성 오염물질 배 출도 주유활동 등에서 일부 발생할 것으로 예측되었다.6) 건 설 시에는 주로 수송부문에서 연료가 사용되는데 선박 및 항 공수송, 트랙터에 의한 내륙 물자수송, 기지 내 수송수단 및 발전기에 연료가 주로 소비된다. 이러한 수송 활동에 소비 되는 연료 산정 시 이용 가능한 자료가 제한적이므로 타 기 지 건설 시 소비된 자료를 토대로 연료소비량을 산정하였고, 산정된 연료소비량을 토대로 온실가스를 포함한 대기오염물 질 배출량을 산출하였다.
수용인원이 장보고기지와 유사한 영국의 Halley VI 기지 는 최신의 오염물질 배출 저감기술을 적용해 건설되었다.7) Halley VI 건설 및 Halley V 철거 작업에 따른 대기오염물 질 배출량은 배출원별 연료사용량을 산정한 후 대기오염물 질별 배출계수를 적용해 배출원별/대기오염물질별 배출량 을 산출하였다. CO2를 포함한 대기오염물질 산출결과에는 건설 및 철거 작업뿐만 아니라 Halley V의 운영 부분도 포 함되었으나, Halley VI 기지 시공 단계의 건설캠프 운영에 따른 온실가스 및 대기오염물질 발생 등은 고려하지 않았다.
Table 1. Comparison of greenhouse gas emissions during building stages of antarctic research station Source
Country Belgium (ton) Britain (ton) China (ton)d) Germany (ton) GHG emissions
Specifics CO2 CH4 N2O CO2a)
CO2 CO2
Transportation
Air 20.3 0.0006 0.0014 152 104.9e), 24.6f)
Marine 2,485 486.4
Inland 102.6 0.0074 0.0071 168 699.6 103.8
Construction Camp Equipment, Generator, Heater etc. 21.7 0.0015 0.0016 320b) 184.4 420.5
Miscellaneous 0.59c) 387.1g)
a) CO2 as Carbon b) Greenhouse Gas and Contaminant emissions during the operation of Halley V research Station
c) Snowmobiles and small generators (Petrol) d) Not Available for Air and Marine Transportation
e) Intercontinental flights f) Flights Novo-Neum-Novo
g) 28 days at ice edge
중국 Dome A 기지 시공단계에서는 내륙 수송에 필요한 연료량은 이전 수행했던 내륙 탐사시의 자료를 인용하였으 나, 해양 또는 항공 수송이 남극 내 다른 중국기지(Great Wall 기지, Zhongshan 기지)에 연료, 물자 및 인력을 제공 시 필요 한 연례적인 남극탐사 활동의 일부로 가정하여 해양 또는 항 공 수송에 따른 연료소비량 및 온실가스 배출량을 제시하지 않았다.8)
독일의 Neumayer III 기지는 시공 시 약 40명을 수용할 수 있는 캠프가 임시로 설치되었고 부품 및 건축 장비는 선박 을 통해 남극대륙으로 수송되었으며 건설인부의 대부분은 항공 수송되었다.5) 온실가스 배출량 산정에 필요한 연료소 비량 자료는 발전기의 경우 공급자로부터, 항공기 및 차량과 설비의 경우 기지에서 다년간 수집된 연료소비량 자료를 근 거로 산정하였으며, 해상 수송의 연료소비량은 비교 가능한 선박 데이터를 기준으로 추산하였다.
각국의 CEE상에 제시된 온실가스 배출량 산정결과를 종 합 검토한 결과, 건설에 투입되는 자재생산을 통해 발생하 는 온실가스 배출량 산정은 고려되지 않았으며, 자재수송 및 현장시공단계만을 고려하여 개략적으로 온실가스 배출량을 산정하였다. Table 1에 제시된 것과 같이 온실가스 배출은 주 로 물자 및 인력수송과 건설캠프의 운영에 따른 화석연료 의 연소에 기인한 것으로 조사되었다. 또한, 온실가스 배출 량 산정 시 벨기에 Princess Elisabeth 기지를 제외한 다른 남 극기지의 CEE에서는 CO2만을 대상으로 온실가스 배출량을 산정하였다.
3. 남극 장보고기지 건설에 따른 온실가스 배출 량 산정결과
남극 장보고기지 건설에 따른 온실가스 배출량 산정은 크 게 자재생산단계와 시공단계로 구분하여 수행하였다. 또한 시공단계는 진행과정별로 구분하여 (1) 투입되는 장비 및 자 재와 건설인력의 수송에 따른 온실가스 배출, (2) 투입되는 장비사용에 따른 온실가스 배출 및 (3) 건설캠프 운영에 의해 발생되는 온실가스 배출로 세분하여 구체적으로 산정하였다.
3.1. 자재생산단계의 온실가스 배출량
3.1.1. 자재생산단계의 온실가스 배출량 산정 방법 건축물의 생애주기(life cycle)에서 발생하는 자원 및 에너 지 소비와 환경영향물질을 계산하여 제품의 환경부하를 평 가하는 방법들로는 크게 산업연관분석법과 개별적산법을 들 수 있으며, 각 평가방법별로 적용을 위한 평가범위와 정 밀도가 다르고 평가목적에 따라 활용하는 기준에 차이가 있다.3,11)
산업연관분석법은 기존에 조사된 산업별 투입/산출 분석 결과를 이용하여 직․간접적으로 투입된 에너지와 환경부하 를 포괄적으로 산출할 수 있는 방법으로 한 국가의 전 산업 을 모두 망라하는 데이터베이스를 사용하게 됨으로 모든 공 정을 통합적으로 분석 가능하다. 자재 생산의 각 단계에서 사용된 자원, 에너지, 배출물을 상세하게 계산하여 집계하는 분석방법으로, 약 500개 항목에 걸쳐 산업연관표를 사용 하여 부문간의 금액기준으로 건축물에 직․간접으로 관계 되는 에너지 부하를 산정하는 방식으로, 통계를 기반으로 하기 때문에 각 건축자재의 특성을 모두 반영하기 어려운 한 계가 있다.
개별적산법은 산업연관분석법에 비하여 우수한 것으로 나 타났으나, 소요시간 및 비용의 소비가 크며, 현재 구축되어 있는 건축자재 DB가 부족하여,12) 본 연구에서는 산업연관표 의 에너지 물량을 분석하기 위한 에너지투입산출모형의 레 온티에프 역행렬을9) 이용하여 자재생산단계의 온실가스 배 출량을 산정하였다.
투입자재의 생산단계에서의 온실가스 배출량 산정 시, 투 입자재 물량 산출의 정확성을 높이기 위해, 본 연구에서는 비교적 상세한 물량이 산출된 모듈러 투입자재를 토대로 온 실가스 배출량을 산정하였다.
실시설계서13)에 의한 모듈러에 투입되는 자재는 투입되는 부분에 따라 구조체, 바닥, 벽체, 천정, 창호, 기타 등으로 구 분된다. 구조체는 보, 조이스트, 스터드 등으로 구성되며, 바 닥은 강화마루, CRC 보드, 타일 등, 벽체와 천정은 골조, 목 재루버, SGP 패널 등으로, 창호는 출입문과 외부창호, 기타 는 UBR, 세면기, 대변기 등으로 구성된다.
모듈러에 투입되는 자재별 물량을 온실가스 배출량 원단
Table 2. Estimation of greenhouse gas emissions during the ma- terial production stage for various types of modular
(unit : kg)
Modular CO2 CH4 N2O CO2eq
A type 647,382.59 12.40 8.31 650,220.09 B type 56,324.79 1.11 0.71 56,569.20 C type 119,858.47 2.26 1.55 120,386.39 D type 48,274.47 0.88 0.63 48,489.53 E type 17,833.43 0.32 0.24 17,913.08 F type 16,050.09 0.29 0.21 16,121.58 Corridor A 34,257.48 0.62 0.45 34,409.49 Corridor B 123,735.45 2.42 1.57 124,274.41 Corridor C 32,318.00 0.56 0.43 32,462.70 Corridor D 31,948.09 0.60 0.41 32,088.64 Bathroom 96,795.41 1.51 1.33 97,240.42 Hospital 123,826.76 1.51 1.82 124,422.63 All-purpose Room 39,518.13 0.48 0.58 39,708.30 Community Center 26,365.87 0.50 0.34 26,482.32 Public Support Room 57,210.85 0.70 0.84 57,486.16 Third Floor 108,575.67 1.32 1.60 109,098.15 Fourth Floor 145,772.89 1.77 2.14 146,474.37 Stairs 86,638.22 1.05 1.27 87,055.13 Sum 1,812,686.66 30.30 24.45 1,820,902.60
위의 계산을 위하여 kg 단위로 산출하였으며, 계산의 편의를 위하여 창호, 출입문, 유닛형 화장실(Unit Bath Room, UBR) 등은 개수로 조사하였다.4,14) 또한, 조사된 물량을 다시 산업 연관표의 코드별로 분류하여 정리 후, 산업연관표의 코드별 로 분류된 투입자재의 온실가스 배출 원단위와 조합하여 모 듈러 조립을 위해 투입되는 자재생산단계의 온실가스 배출 량을 산출 후 Table 2에 요약하였다. 남극 장보고기지 건설에 투입되는 자재생산에 의한 온실가스 총 배출량은 실시설계 서13)의 모듈러부 면적당 온실가스 배출량을 기준으로 산정 하였으며, 기초 공사의 경우 기존연구9)의 평균 배출량인 54.6 kg/m2을 기준으로 산정하였다.
3.1.2. 자재생산단계의 온실가스 배출량 산정 결과 Table 2와 같이 모듈러 조립을 위해 투입된 자재생산단계 에서 배출되는 온실가스 배출량은 모듈러의 형태, 복도의 형 태 등에 따라 다양한 값이 산정되었으나, 모든 자재생산단 계에서 CO2의 배출량이 다른 온실가스 대비 50,000배 이상 배출된 것으로 산정되었다. 그리고 모듈러 전체의 자재생산 단계 온실가스 배출량은 CO2 1,812,687 kg, CH4 30 kg, N2O 24 kg으로 산정되어, 지구온난화지수를 적용한 CO2eq 배출량 은 총 1,820,903 kg이 배출되는 것으로 조사되었다.
모듈러를 제외한 기타 자재 및 기초공사에 투입되는 자 재생산단계에서 배출되는 온실가스를 포함한 총 배출량은 Table 3에 요약되었으며, 온실가스별 기여율을 평가하기 위 해 CH4, N2O의 배출량에 각각의 지구온난화지수를 적용하 여 CO2eq를 산정하였다.15) 산정결과, 모듈러를 제외한 기타
Table 3. Estimation of greenhouse gas emissions during the material production stage
Source
emissions (ton)
Sum (t-CO2eq) CO2 CH4 as
CO2eq
N2O as CO2eq
Modular 1,812.69 0.64 7.57 1,820.90 Non-Modular 6,845.57 2.32 27.64 6,875.53 Foundation Work 235.51 0.02 1.36 236.89 Sum 8,893.77 2.98 36.57 8,933.32
자재생산단계에서 배출된 온실가스가 모듈러 제작 및 기초 공사에 투입되는 자재생산단계에서 배출되는 온실가스에 비 해 약 3.3배 이상 많이 배출된 것으로 조사되었다. 이는 모 듈러 공법이 적용되는 본관동과 연구동이 전체 시공구역 면 적의 약 45%이며, 본관동과 연구동의 모듈화 역시 약 40%
로 낮은 수준이기 때문인 것으로 판단된다.
3.2. 시공단계의 온실가스 배출량
남극에서의 건설활동은 보통 남반구의 여름시기인 12월에 서 3월까지 가능하다. 남극 장보고기지는 2012년 12월 착공 하여 2014년 3월 완공을 목표로 진행중이며, 1단계(2012.12~
2013.3)와 2단계(2013.12~2014.3)로 구분하여 건설될 예정 이다.13) 남극 장보고기지 시공단계에서의 온실가스 배출량 산정은 기 건설된 남극기지 사례와 국가 인벤토리 작성방법 을 고려해 Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) 가이드라인을 적용하였다. 즉, 2006년 IPCC가이드라인의 온 실가스 배출량 산정식 식 (1)과 온실가스별 배출계수 및 국 내의 에너지원별 순발열량 자료를 이용하여 주요 온실가스 인 CO2, CH4, N2O 각각의 배출량을 산정하였으며, 지구온난 화지수를 적용하여 CO2eq를 산정하였다.
온실가스(CO2, CH4, N2O) 배출량(kg/년)
= 연료소비량(kl/년) × 해당 연료 순발열량(MJ/kl)
/ 1,000,000 × 해당 배출계수(kg/TJ) (1)
3.2.1. 수송에 의한 온실가스 배출량
3.2.1.1. 수송에 의한 온실가스 배출량 산정 방법
남극 장보고기지 건설을 위한 장비와 자재, 인력 수송에 의한 온실가스 배출원은 세부적으로 한국에서 남극 기지까지 의 선박 수송과 헬기 등에 의한 남극 내 내륙수송으로 구분 된다. 선박 수송 수단으로는 쇄빙선인 아라온(Araon)과 수송 화물선(cargo ship), 예인선(tug boat), 고무 보트(rubber boat) 등이 활용될 계획이며, 이들 수송활동에 의한 온실가스 배출 량은 식 (1)을 활용해 산정하였다.
선박 수송의 수단별 연료 종류 및 소비량은 Table 4와 같 으며, 수송 화물선의 수송형태 및 조건은 Table 5에 제시되었 다. 실시설계서13)에 따르면 선박의 연료는 Marine Diesel Oil (MDO), Marine Gas Oil (MGO), 경유 중에서 검토가 진행 중이나 본 연구에서는 시공사 안이 미정이고 일반적으로 장 비 및 수송수단에 널리 활용되는 저유황 경유 사용을 가정
Table 4. Fuel type and consumption amounts for transportation sources13) Stages Sources Fuel Type
Volume (L) Weight (kg)
Hourly Con- sumption (L/hr)
Working Hour (hr)
Total Con- sumption (L)
Hourly Con- sumption (kg/hr)
Working Hour (hr)
Total Con- sumption (kg)
1
Araon
MDO, MGO, Diesela)
- - 2,284,024 - - 1,930,500
Cargo Ship - - 2,366,272 - - 1,999,500
Tug Boat 291 528 153,648 245.9 528 129,833
Rubber Boat 8.7 528 4,594 7.4 528 3,882
2
Araon
MDO, MGO, Diesela)
- - 2,285,207 - - 1,931,000
Cargo Ship - - 3,170,414 - - 2,679,000
Tug Boat 291 432 125,712 245.9 432 106,227
Rubber Boat 8.7 432 3,758 7.4 432 3,176
a) Net Calorific Value: 35,400 MJ/kl; CO2 Emission Factor: 74,100 kg/TJ; CH4 Emission Factor: 7 kg/TJ; N2O Emission Factor: 2 kg/TJ16
Table 5. Transportation schedules and fuel consumption amounts13
Stages Types Schedules Required days Fuel Consumption Amounts (ton/d) Fuel Consumption Amounts (ton)
1
navigation Busan → CHCHa) 15 45 675
anchorage CHCH 5 1.5 7.5
navigation CHCH → TNB 8 45 360
antarctic anchorage TNBb) 75 7.9 592.5
navigation TNB → CHCH 8 45 360
anchorage CHCH 3 1.5 4.5
Subtotal 1999.5
2
navigation Busan → CHCH 15 45 675
anchorage CHCH 5 1.5 7.5
navigation CHCH → TNB 8 45 360
antarctic anchorage TNB 75 7.9 592.5
navigation TNB → CHCH 8 45 360
anchorage CHCH 3 1.5 4.5
navigation CHCH → Busan 15 45 675
anchorage Busan 3 1.5 4.5
Subtotal 2679
a) CHCH: Newzealand Christchurch
b) TNB: Terra Nova Bay
Table 6. Fuel type and consumption amounts for helicoptors13 Stages Sources Fuel Type
Volume (L) Weight (kg)
Hourly Con- sumption (L/hr)
Working Hour (hr)
Total Consumption (L)
Hourly Con- sumption (kg/hr)
Working Hour (hr)
Total Con- sumption (kg)
1 KA-32C JET-A1a) 760 83 63,080 608 83 50,464
2 KA-32C JET-A1 760 67 50,920 608 67 40,736
a) Net Calorific Value: 34,300 MJ/kl; CO2 Emission Factor: 71,500 kg/TJ; CH4 Emission Factor: 0.0 kg/TJ; N2O Emission Factor: 2.0 kg/TJ16
하여 연료소비량 및 온실가스 배출량을 산정하였다. 또한, 남 극 대륙 내 헬기를 활용한 수송은 JET-A1을 연료로 이용한 다고 가정하여 연료소비량 및 온실가스 배출량을 산정하였 으며(Table 6), 선박 및 헬기 수송에 의한 온실가스 배출량 산정에 적용된 순발열량 및 배출계수는 Table 4 및 Table 6 에 각각 제시하였다.
3.2.1.2. 수송에 의한 온실가스 배출량 산정 결과 수송부문의 온실가스 배출량 산정 결과는 Table 7에 요약
되었다. 아라온, 수송 화물선, 예인선, 고무보트를 포함한 선 박 수송을 통해 발생한 온실가스(CO2eq) 배출량은 1단계에 는 12,744 ton, 2단계에는 14,802 ton, 합계 27,546 ton의 온 실가스가 발생할 것으로 예측되었다. Fig. 1과 같이 1단계보 다 2단계에서 온실가스가 보다 많이 배출되는 이유는 1단계 에서는 수송화물선이 뉴질랜드 크라이스트처치에서 정박하는 반면에, 2단계에서는 부산까지 회항하여 정박하므로 연료사 용량이 증가하기 때문이다. 선박 종류별로 보면, 수송 화물선 의 배출량이 가장 많고, 다음으로 쇄빙선인 아라온, 예인선,
Table 7. Estimation of greenhouse gas emissions from the marine transportation
Stages Sources Amount of emissions (ton)
Sum (t-CO2eq) CO2 CH4 as CO2eq N2O as CO2eq
1
Araon 5,991.31 11.89 50.13 6,053.33
Cargo Ship 6,207.06 12.31 51.93 6,271.31
Tug Boat 403.04 0.80 3.37 407.21
Rubber Boat 12.05 0.02 0.10 12.18
Subtotal 12,613.47 25.02 105.54 12,744.03
2
Araon 5,994.42 11.89 6,056.47
Cargo Ship 8,316.44 16.50 69.58 8,402.52
Tug Boat 329.76 0.65 2.76 333.17
Rubber Boat 9.86 0.02 0.08 9.96
Subtotal 14,650.48 29.06 122.58 14,802.12
Total 27,263.95 54.08 228.12 27,546.15
Fig. 1. Comparison of greenhouse gas emissions for different type of marine transportation.
고무보트 순으로 많을 것으로 산정되었다. 온실가스 종류별 로 보면, CO2의 배출량이 전체 온실가스 배출량의 약 99%를 차지하고, CH4이 0.2%, N2O가 약 0.8% 정도인 것으로 산정 되었다.
한편, 남극 대륙에 하역한 후 기지 건설지까지의 헬기 수 송에 의한 온실가스 배출량은 1단계에서 156.04 ton, 2단계에 서 125.96 ton, 합계 282 ton인 것으로 산정되었다. 해상 수 송부문의 온실가스 배출량 산정 결과와 동일하게 CO2의 배 출량이 279.58 ton으로 전체 온실가스 배출량의 99% 이상을 차지하고, CH4과 N2O의 배출량은 무시할 만한 수준인 것으 로 산정되었다.
3.2.2. 건설장비 사용에 따른 온실가스 배출량
3.2.2.1. 건설장비 사용에 따른 온실가스 배출량 산정 방법 건설 시 사용하는 다양한 장비에 의해서도 온실가스가 발
생하며, 식 (1)을 활용해 장비별 연료소비량에 해당 연료의 순발열량과 배출계수를 적용해 온실가스 배출량을 산정하였 다. 장비에 사용되는 연료로 저유황 연료유와 저유황 디젤 등을 검토 중으로 본 연구에서는 저유황 경유를 사용하는 것 으로 가정하여 온실가스 배출량을 산정하였다. 온실가스 배 출량 산정에 적용된 건설장비별 연료소비량과 저유황 디젤의 순발열량 및 배출계수는 Table 8에 제시되었다.
3.2.2.2. 건설장비 사용에 따른 온실가스 배출량 산정 결과 건설단계에서 도저(dozer), 휠로더(wheel loader), 백호우 (backhoe), 크레인(crane), 트레일러(trailer) 등 10여 종류의 장 비를 사용할 계획이고, 이들 장비의 사용에 따른 온실가스 배출량을 산정한 결과는 Table 9 및 Fig. 2와 같다. 남극 장 보고기지의 실시설계서13)에 따르면, 건설장비에 사용되는 연 료량은 1단계가 2단계에 비해 많이 소요될 것으로 예상하고 있다(Table 8). 따라서 온실가스 배출량도 1단계에서 289.3 ton, 2단계에서 236.7 ton으로 2단계 대비 1단계에서 많이 배 출될 것으로 산정되었다. 장비별로 보면, 트럭에 의한 배출 량이 가장 많고, 다음으로 트레일러, 크레인, 백호우 등의 온 실가스 배출 기여도가 높은 것으로 나타났다. 또한 온실가스 물질별로 살펴보면, CO2가 99.7%로 가장 배출량이 많았으며 CH4과 N2O가 각각 0.08%, 0.25% 정도로 극소량 배출되는 것으로 산정되었다.
3.2.3. 건설캠프 운영(난방 및 전력공급)에 따른 온실가스 배출량
3.2.3.1. 건설캠프 운영(난방 및 전력공급)에 따른 온실가스 배출량 산정 방법
실시설계서13)에 따르면, 남극 장보고기지 건설을 위하여 1단계에 110명, 2단계에 95명이 상주할 예정이다. 이들 건 설 인력 상주에 의한 난방 및 전력 사용 등에 의한 온실가스 배출량도 식 (1)을 활용해 발전기나 난방기의 연료소비량에 해당 연료의 순발열량 및 배출계수를 적용하여 산정하였다.
건설캠프를 운영하는 동안 난방 및 전력 사용을 위하여 발 전기(generator) 100 kW, 250 kW, 500 kW와 전열기(heater)
Table 8. Fuel type and consumption amounts for various construction equipment13
Stage Sources Standard Fuel Type Number Hourly Consumption Working Hour (Hr)
Total Consumption
L kg L kg
1
Dozer 30 ton
Low- surfer Fuel Oil /
Low -surfer Diesela)
1 39.0 31.2 206 8,034 6,427
Wheel Loader 1.0 m3 1 6.5 5.2 206 1,339 1,071
Backhoe 1.0 m3 2 17.7 14.2 528 18,691 14,995
C/CRANE 50 ton 3 12.6 10.1 528 19,958 15,998
H/CRANE 25 ton 1 7.8 6.2 528 4,118 3,274
Compressor 600 CFM 1 17.8 14.2 83 1,477 1,179
370 CFM 1 11.0 8.8 83 913 730
Trailer 20 ton 2 20.8 16.6 528 21,965 17,530
Cargo Truck 15 ton 1 21.1 16.9 528 11,141 8,923
D/truck 15 ton 2 21.1 16.9 528 22,282 17,846
Subtotal 151,460 121,184
2
Dozer 30 ton
Low- surfer Fuel Oil /
Low- surfer Diesela)
1 39.0 31.2 169 6,591 5,273
Wheel Loader 1.0 m3 1 6.5 5.2 169 1,099 879
Backhoe 1.0 m3 2 17.7 14.2 432 15,293 12,269
C/CRANE 50 ton 3 12.6 10.1 432 16,330 13,090
H/CRANE 25 ton 1 7.8 6.2 432 3,370 2,678
Compressor 600 CFM 1 17.8 14.2 67 1,193 951
370 CFM 1 11.0 8.8 67 737 590
Trailer 20 ton 2 20.8 16.6 432 17,971 14,342
Cargo Truck 15 ton 1 21.1 16.9 432 9,115 7,301
D/truck 15 ton 2 21.1 16.9 432 18,230 14,602
Subtotal 123,852 99,095
a) Net Calorific Value: 35,400 MJ/kl; CO2 Emission Factor: 74,100 kg/TJ; CH4 Emission Factor: 3 kg/TJ; N2O Emission Factor: 0.6 kg/TJ 16
Table 9. Estimation of greenhouse gas emissions from the op- eration of construction equipment
Stage Source
Amount of emissions (ton)
Sum (t-CO2eq) CO2 CH4 as
CO2eq
N2O as CO2eq
1
Dozer 21.07 0.02 0.05 21.15 Wheel Loader 3.51 0.00 0.01 3.52 Backhoe 49.03 0.04 0.12 49.19
C/CRANE 52.35 0.13 52.53
H/CRANE 0.03 10.84
Compressor 3.87 0.00 0.01 3.89 Trailer 2.39 0.00 0.01 2.40 Cargo Truck 57.62 0.05 0.14 57.81 D/truck 29.22 0.02 0.07 29.32
D/truck 58.45 0.15 58.65
Subtotal 288.33 0.72 289.30
2
Dozer 17.29 0.01 0.04 17.35
Wheel Loader 0.01 2.89
Backhoe 40.12 0.03 0.10 40.25
C/CRANE 42.84 0.04 42.98
H/CRANE 8.84 0.01 0.02 8.87
Compressor 0.00 0.01 3.14
Trailer 0.00 0.00 1.94
Cargo Truck 47.14 0.04 0.12 47.30 D/truck 23.91 0.02 0.06 23.99 D/truck 47.82 0.04 0.12 47.98 Subtotal 235.90 0.20 0.59 236.69
Total 524.23 0.45 1.31 525.99
Fig. 2. Comparison of greenhouse gas emissions for different type of construction equipment.
를 사용할 계획이므로, 건설기간 동안의 발전기 및 전열기 의 연료소비량은 Table 10과 같이 계획되었다. 건설 장비에 사용되는 연료와 동일하게 건설캠프 운영 시에도 저유황 경
Table 10. Fuel type and consumption amounts for generator and heater13
Stage Source Standard Fuel Type Number Hourly Consumption Working Hour (Hr)
Total Consumption
L kg L kg
1
Generator
500 kW Low-surfer Fuel Oil / Low-surfer
Diesela)
1 76.6 61.3 165 12,639 10,115
250 kW 2 38.3 30.6 413 15,818 12,638
100 kW 2 17.4 13.9 248 8,630 6,894
Heater 100 kW 3 9.0 7.2 165 4,455 3,564
Subtotal 151,460 121,184
2
Generator
500 kW Low-surfer Fuel Oil / Low-surfer
Diesela)
1 76.6 61.3 135 10,341 8,276
250 kW 2 38.3 30.6 337 12,907 10,312
100 kW 2 17.4 13.9 202 7,030 5,616
Heater 100 kW 3 9.0 7.2 135 3,645 2,916
Subtotal 123,852 99,095
a) Net Calorific Value: 35,400 MJ/kl; CO2 Emission Factor: 74,100 kg/TJ; CH4 Emission Factor: 3 kg/TJ; N2O Emission Factor: 0.6 kg/TJ 16
Table 11. Estimation of greenhouse gas emissions from the op- eration of construction camp
Stage Source
Amount of emissions (ton) Sum (t-CO2eq) CO2 CH4 as
CO2eq
N2O as CO2eq
1
Generator 500 kW 33.15 0.03 0.08 33.27 Generator 250 kW 41.49 0.04 0.10 41.63 Generator 100 kW 22.64 0.02 0.06 22.71 Heater 100 kW 11.69 0.01 0.03 11.73 Subtotal 108.97 0.09 0.27 109.34
2
Generator 500 kW 27.13 0.02 0.07 27.22 Generator 250 kW 33.86 0.03 0.08 33.97 Generator 100 kW 18.44 0.02 0.05 18.50 Heater 100 kW 9.56 0.01 0.02 9.59 Subtotal 88.98 0.08 0.22 89.28
Total 197.95 0.17 0.49 198.62
유를 사용하는 것으로 가정하여 온실가스 배출량을 산정하 였다.
3.2.3.2. 건설캠프 운영(난방 및 전력공급)에 따른 온실가스 배출량 산정 결과
건설캠프 운영에 따른 온실가스 배출량 산정 결과는 Table 11 및 Fig. 3과 같다. 발전기(generator) 및 히터(heater) 사용 에 의해 1단계에서 총 109.3 ton, 2단계에서 총 89.3 ton의 온 실가스가 배출될 것으로 예측되었다. 투입되는 장비 및 자재 와 건설인력의 수송과 투입되는 장비사용 단계에서 산정된 온실가스 배출량과 유사하게, 건설캠프 운영단계에서 배출 된 온실가스 총량 중 CO2가 99.67%로 기여도가 높고, CH4
과 N2O가 각각 0.08%, 0.25% 정도로 극소량이 배출되는 것 으로 산정되었다.
3.3. 남극 장보고기지 건설 시 온실가스 배출량 예측결과 종합
남극 장보고기지 건설에 따른 온실가스 배출량을 자재생 산단계와 시공단계로 구분하여 산정하였으며, 시공단계의
Fig. 3. Comparison of greenhouse gas emissions during the operation of construction camp.
배출원은 1단계와 2단계 각각 해양수송과 내륙수송, 건설 장비 사용, 건설캠프 운영으로 분류하여 온실가스 배출량 을 구체적으로 산정하였다. Table 12에 남극 장보고기지의 건설단계에서의 온실가스 배출량 산정 결과를 총괄 요약하 였다.
남극 장보고기지 건설에 따라 배출된 온실가스의 영향이 국지적이 아닌 전 지구적 차원에서 발생한다는 점을 고려해 LCA 개념을 도입하여 남극 장보고기지 건설에 투입되는 자 재생산을 통해 배출되는 온실가스 배출량을 산정한 결과, 남 극 장보고기지 건설에 따른 전체 온실가스 배출량의 23.8%
에 해당하는 것으로 산정되었으며, 99.6% 이상이 CO2의 형 태로 배출되었다. 따라서 자재생산에 따라 상당량의 에너지 가 소비되어 온실가스가 다량 배출되므로 향후 남극 신규기 지의 건설 시 자재생산을 통한 온실가스 배출이 반드시 고려 해야 할 대상인 것으로 판단된다. 또한, 자재생산단계에서
Table 12. Summary of greenhouse gas emissions during the construction of Jangbogo antarctic research station
Stage Source Greenhouse gas (ton)
CO2 CH4 N2O CO2eq
Building 1
Tran-sport Marine
Araon 5,991.31 11.89 50.13 6,053.33
Cargo Ship 6,207.06 12.31 51.94 6,271.31
Tug Boat 403.04 0.80 3.37 407.21
Rubber Boat 12.05 0.03 0.10 12.18
Inland Helicopter 154.70 - 1.34 156.04
Construction Equipment 288.33 0.25 0.72 289.30
Construction Camp 108.97 0.09 0.27 109.34
Subtotal 13,165.46 25.37 107.87 13,298.71
2
Tran-sport Marine
Araon 5,994.42 11.89 50.16 6,056.47
Cargo Ship 8,316.44 16.50 69.58 8,402.52
Tug Boat 329.76 0.65 2.76 333.17
Rubber Boat 9.86 0.02 0.08 9.96
Inland Helicopter 124.88 - 1.08 125.96
Construction Equipment 235.90 0.20 0.59 236.69
Construction Camp 88.98 0.08 0.22 89.28
Subtotal 15,100.24 29.34 124.47 15,254.05
Total 28,265.70 54.71 232.34 28,552.76
Material Production 8,893.77 0.15 0.12 8,933.32
Sum 37,159.47 54.86 232.46 37,486.08
Fig. 4. Summary of greenhouse gas emissions during the buil- ding stage of Jangbogo antarctic research station.
도 온실가스 배출을 최소화 할 수 있는 공법을 도입하고 LCA 기법을 전략적으로 도입하여 환경부하를 정량적으로 검 측하고 최소화할 수 있는 자재를 선정․도입해야 할 것으로 판단된다.
Fig. 4와 같이 남극 장보고기지 시공단계에서의 온실가스 배출량 산정결과, 1단계에 비해서 2단계에서 온실가스가 비 교적 많이 배출되었으며 이는 1단계 때 수송화물선이 뉴질 랜드 크라이스트처치에서 정박하는 반면에, 2단계 때 부산까
지 회항하여 정박하므로 연료사용량이 증가하기 때문이다.
또한, 시공단계의 온실가스 배출원 가운데 해양수송이 내륙 수송, 건설장비 사용 및 건설캠프 운영에 비해 다량의 온실 가스를 배출하는 것으로 판명되었으며, 시공단계의 전체 온 실가스 배출량의 약 95.8% 이상을 차지하는 것을 산정되어, 내륙수송, 건설장비 사용 및 건설캠프 운영에 따른 온실가스 배출량은 미미한 수준으로 산정되었다. 이러한 결과는 대부 분의 온실가스 배출이 주로 물자 및 인력의 해양수송에 따른 화석연료의 연소에 기인한 것으로 보고하고 있는 기존 CEE 상에 제시된 온실가스 배출량 산정결과와 동일하다. 또한, 시공단계에서 배출된 온실가스 중 CO2가 98.9% 이상으로 기여도가 매우 높았으나, CH4과 N2O가 각각 0.19%, 0.8%
이하로 배출되어 온실가스 기여도가 매우 낮은 것으로 조사 되었다.
남극 장보고기지 건설에 따른 자재생산단계와 시공단계 를 통합한 전체 온실가스 배출량은 총 34,486 ton으로 기존 남 극기지 CEE상에 제시된 온실가스 총배출량과 비교 시 다량 의 온실가스가 배출되는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 기 존 CEE상에 제시된 온실가스 배출량 산정 시 건설에 투입되 는 자재생산을 통해 발생하는 온실가스 배출량 산정은 고려 되지 않았으며, 단순히 자재수송 및 시공단계만을 고려하여 온실가스 배출량을 개략적으로 산정하였기 때문으로 판단된 다. 또한, 일부 CEE상에 제시된 온실가스 배출량은 해양 또 는 항공기 수송을 통해 소비되는 연료소비량 및 온실가스 배 출량을 구체적으로 제시하지 않거나 연례적인 남극탐사 활 동의 일부로 가정하여 온실가스 배출량 산정에서 제외하였기 때문이다.
