Comparison of Greenhouse Gas Emission from Construction Equipment by Tier 2 and Tier 3 Methodologies

건설기계의 Tier 2와 Tier 3 방법론에 의한 온실가스 배출량 비교

Comparison of Greenhouse Gas Emission from Construction Equipment by Tier 2 and Tier 3 Methodologies

신용일^†․김 정․김필수․정찬교․장영기

Shin, Yong Il^†, Kim, Jeong, Kim, Pil Su, Chung, Chan Kyo and Jang, Young Kee

수원대학교 환경에너지공학과

Dept. of Environmental and Energy Engineering, the University of Suwon

요 지

현재 건설기계는 산업발전과 건설공사의 증가에 따라 사용이 늘고 있다. 그러나 국내 건설기계 온 실가스 배출량은 활동도 자료가 미비하고 국내 배출계수가 없어 불확실성이 큰 실정이다. 본 연구에 서 최근 배출량 산정 방법(Tier 2, Tier 3), 배출계수, 연료 소비량, 평균 정격 출력, 가동 시간을 이용 하여 배출량을 산정하였다. 그 결과 2008년도 건설기계의 온실가스 배출량은 Tier 2, Tier 3 산출 방 법에 의하여 각각 21,784천 ton-CO2eq/yr, 22,811천 ton-CO2eq/yr으로 산출되어 Tier 3에 의한 배출량 이 Tier 2에 의한 배출량보다 약 4.7% 크게 산정되었다.

키워드

:

,

, Tier 2, Tier 3

ABSTRACT

Recently, the operation of construction equipments have increased by many construction project.

So a respectable amount of greenhouse gas is expected from construction equipments. But the green- house gas emissions from construction equipment have been high uncertainty due investigation of a lack of activity data and emission factors in Korea. In this study, annual greenhouse gas emissions from construction equipment are estimated by IPCC's Tier 2 and Tier 3 method. These methods re- quire emission factors, fuel consumption, average kilowatts and operating hours. As the results, the nationwide emission from construction equipments by Tier 2 and Tier 3 are calculated as 21,784 kton-CO2eq/year and 22,811 kton-CO2eq/year in 2008.

Key words : Construction Equipment, Greenhouse Gas Emission, Tier 2, Tier 3

†Corresponding author : E-mail: [email protected]

1. 서론

최근 우리나라는 산업 발달과 생활 유형 변화 에 따라 에너지 부문에서 많은 온실가스를 배출 하고 있다. 온실가스 배출 감축은 전 세계적으로 시행하고 있고, 최근 우리나라도 국가 감축 목표를 제시하였기 때문에 정확한 배출량 산정이 필요하 다. 온실가스 배출량 산정 방법(IPCC Guidelines, 2006)은 기종별 연료 소비량에 의하여 산정하는 Tier 2 방법과 건설기계 평균 정격 출력, 가동 시 간 등에 의하여 산정하는 Tier 3 방법이 있다.

본 연구에서는 에너지 부분(연료 연소)의 건설 기계를 대상으로 IPCC Guidelines에서 제시한 방 법인(IPCC Guidelines, 2006) Tier 2와 Tier 3 방 법으로 건설기계 기종별 배출량을 산정하였다.

또 배출계수는 국내 연구된 자료가 없어 연료 소 비량에 따른 Tier 2 방법은 IPCC Guidelines의 배출계수를 적용하였고, 평균 정격 출력, 가동 시 간 등에 따른 Tier 3 방법은 CORINAIR(2006)의 배출계수를 적용하여 온실가스 배출자료 CO2, Non-CO2(CH4, N2O) 비교, 개선하고자 한다.

2. 건설기계 활동도 2.1 건설기계의 등록 대수

국내 2004～2008년도 건설기계의 총 27 기종 별 등록 대수는 Table 1과 같다. 등록 대수 비율 이 높은 건설기계 11종은 불도저, 굴삭기, 로우 더, 지게차, 덤프 트럭, 기중기, 로울러, 콘크리 트 믹서 트럭, 콘크리트 펌프, 공기압축기, 천공기 이다. 매년 등록 대수는 대부분 증가되는 추세이 며, 2008년 총 등록 대수 현황은 350,499 대이다.

2.2 건설기계의 가동 시간

건설기계의 등록 대수 비율이 높은 11개 기종 의 가동율은 Table 2와 같다. 2008년도 기종별 가동율은 Fig. 1과 같으며, 건설기계 11종 중 덤 프 트럭, 굴삭기, 콘크리트 믹서 트럭이 각각 58

Fig. 1. Operating hours by construction equip- ment in 2008.

%, 55%, 54%로 가동율이 높았으며, 평균 가동율 은 46%였다.

건설기계의 가동 시간은 1일 8 시간, 월 240 시간을 기준으로 하여 대한건설기계협회에서 조 사하고 있다. 가동 시간 산정 방법은 식 (1)과 같 으며, 2008년 건설기계 11종의 가동율에 의한 평 균 가동 시간은 Table 3과 같다.

가동시간= 240( hr/^월) ×12(^월/^년)× ^가동율( %) 100

(1)

2.3 건설기계의 평균 정격 출력

건설기계의 기종별 평균 출력은 김종춘 외 (2007)의 연구 결과가 있다. 건설기계 조사대수는 445 대이며 기종은 6종(굴삭기, 지게차, 로우더, 기중기, 로울러, 불도저)을 조사한 자료이다. 그러 나 이 자료는 조사대수와 기종이 적다고 판단되 어 서울시에서 건설기계 평균 정격 출력 자료를 협조 받아 분석한 결과, 서울시 2009. 10 기준 건 설기계 45,356 대의 기종별 평균 정격 출력은 Table 4와 같다. 이를 살펴보면 덤프트럭의 출력 이 274kW로 가장 높게 나타났으며, 지게차의 출 력이 56kW로 가장 낮게 나타났다.

2.4 건설기계의 연료 소비량

국내 건설기계의 연료 소비량은 에너지경제연

Table 1. Registration status of construction equipment (unit : number of construction equipment)

Construction equipment 2004 2005 2006 2007 2008

1. Bulldozer 4,944 4,892 4,840 4,700 4,541

2. Excavator 98,113 101,656 104,521 107,860 110,312

3. Loader 14,451 14,849 15,057 15,306 15,590

4. Fork lift truck 91,031 96,290 101,188 107,476 113,409

5. Motor scraper 24 24 24 22 26

6. Dump truck 51,573 50,751 51,120 51,916 51,586

7. Crane 8,513 8,409 8,335 8,328 8,508

8. Motor grader 933 899 874 839 805

9. Road roller 5,870 6,017 6,178 6,192 6,090

10. Road stabilizer 1 1 1 1 1

11. Concrete batching plant 29 29 32 38 42

12. Concrete finisher 130 128 129 132 134

13. Concrete spreader 6 5 5 5 5

14. Concrete mixer truck 23,516 23,478 23,419 23,771 23,530

15. Concrete pump 5,363 5,402 5,258 5,138 5,060

16. Asphalt mixing plant 17 17 17 16 16

17. Asphalt finisher 740 764 781 781 759

18. Asphalt distributor 134 126 112 100 92

19. Aggregate spreader 1 1 1 1 0

20. Crushing plant 472 479 491 489 476

21. Air compressor 5,558 5,504 5,415 5,332 4,986

22. Drilling equipment 3,057 3,163 3,211 3,189 3,170

23. Pile driver 501 538 576 605 635

24. Gravel digging equipment 48 48 48 46 43

25. Dredger 202 207 210 210 218

26. Special construction equipment 328 353 376 403 419

27. Tower crane 　- 　- 　- - 46

Total 315,555 324,030 332,219 342,896 350,499

자료 : 건설인력기제과, 2009.

구원(2008)에서 건설기계 11종에 대하여 조사한 자료를 사용하였다. 굴착기의 연료 소비량은 건

설기계 11종 중에서 약 52%(387만 kL)로 가장 많이 소비하는 것으로 나타났다(Table 5).

Table 2. Operating hours by construction equipment (unit : %)

Ave- rage

Bull- dozer

Exca- vator

Loa- der

Fork lift truck

Dump

truck Crane Road roller

Con- crete mixer truck

Con- rete pump

Air compre-

ssor

Drilling equip-

ment

’01 45 38 54 38 43 61 47 37 61 45 36 35

’02 50 42 58 45 49 63 52 42 60 51 41 46

’03 51 48 62 49 49 63 52 44 57 47 43 44

’04 48 46 56 48 46 60 47 47 53 43 39 42

’05 44 42 51 42 45 53 41 42 46 41 35 35

’06 44 42 52 41 46 54 43 41 48 41 36 35

’07 46 42 58 41 51 60 50 43 51 47 39 30

’08 46 41 55 40 48 58 49 41 54 45 40 35

주 : 가동 시간 기준 - 1 일 8 시간, 월 30 일 240 시간.

자료 : 대한건설기계협회, 2009.

Table 3. Operating ratio and hours by const- ruction equipment in 2008

Construction equipment

Operating ratio

(%)

Operating hour

(hr)

Bulldozer 41 1,178

Excavator 55 1,584

Loader 40 1,159

Fork lift truck 48 1,388

Dump truck 49 1,423

Crane 41 1,178

Road roller 58 1,671

Concrete mixer truck 54 1,558

Concrete pump 45 1,296

Air compressor 40 1,157

Drilling equipment 35 1,020

Table 4. Average kilowatts by construction eq- uipment

Construction

equipment Population

Average kilowatts (kW)

Bulldozer 1,351 114

Excavator 13,819 85

Loader 2,428 100

Fork lift truck 7,492 56

Dump truck 2,050 175

Crane 1,389 70

Road roller 8,909 274

Concrete mixer truck 2,661 249

Concrete pump 1,277 199

Air compressor 1,935 201 Drilling equipment 957 106

Others 1,088 168

Total 45,356 　

자료 : 서울시, 2009(협조 자료).

Table 5. Fuel consumption by construction eq- uipment in 2007

Construction equipment

Fuel consumption

(kL)

Ratio (%)

Bulldozer 122,043 1.6

Excavator 3,869,125 52.2

Loader 273,343 3.7

Fork lift truck 789,192 10.7

Dump truck 167,643 2.3

Crane 79,174 1.1

Road roller 1,242,207 16.8 Concrete mixer truck 457,178 6.2 Concrete pump 144,209 1.9 Air compressor 193,978 2.6 Drilling equipment 71,289 1.0 Total 7,409,381 100.0 자료 : 에너지경제연구원, 2008.

3. 건설기계 온실가스 배출량

3.1 건설기계의 온실가스 배출량 산정 방법 건설기계의 온실가스 배출량 산정 방법(IPCC Guidelines, 2006)은 기종별 연료 소비량에 의하 여 산정하는 Tier 2 방법과 건설기계의 평균 정 격 출력, 가동 시간 등에 의하여 산정하는 Tier 3 방법이 있다. CO2의 경우는 Tier 2 방법에 의하 여 모두 산정되고, Non-CO2(CH4, N2O)의 경우는 Tier 2, Tier 3 방법에 의하여 달리 산정된다.

Tier 2 방법은 식 (2)와 같으며, Tier 3 방법은 식 (3)과 같다.

Emissions( CO

O)=

Fuel

EF

i : 차량 / 장비 종류 j : 연료 종류

Emissions( CH

O)

=∑

ij[N_ij× H_ij× P_ij× LF_ij×EF_ij]

(3)

Emissions : 배출량(kg)

N

H

P

: 차량 i의 평균 정격 출력(kW)

LF

EF

: 차량 i에 사용한 연료 j의 평균 배출계

i : 차량 / 장비 종류 j : 연료 종류

3.2 건설기계의 온실가스 배출계수

국내에는 건설기계에 대한 CO2, CH4, N2O의 배출계수가 없어서 IPCC Guidelines과 유럽연합 의 CORINAIR에서 제시하고 있는 배출계수를 적 용하였다(Table 6, Table 7). Tier 2 배출계수는 상한, 하한, 기본 값으로 구분되어져 있어 기본 값을 적용하였으며, Tier 3 배출계수는 평균 정격 출력에 따라 구분되어 있어 건설기계별 평균 정 격 출력에 따른 배출계수를 사용하였다.

Table 6. Tier 2 emission factors by construc- tion equipment (unit : kg/TJ)

Default Lower Upper CO2 74,100 72,600 74,800

CH4 4.15 1.67 10.4

N2O 28.6 14.3 85.8

자료 : IPCC Guidelines, 2006.

Table 7. Tier 3 emission factors by construction equipment (unit : kg/kWh) Average kilowatts

(kW) CH4 N2O Average kilowatts

(kW) CH4 N2O

0～20 0.05 0.35 130～300 0.05 0.35

20～37 0.05 0.35 300～560 0.05 0.35

37～75 0.05 0.35 560～1,000 0.05 0.35

75～130 0.05 0.35 1,000> 0.05 0.35

자료 : CORINAIR, 2006.

3.3 건설기계의 온실가스 배출량

현재 국내 건설기계 27종 중 등록 대수가 많은 11종(불도저, 굴삭기, 로우더, 지게차, 덤프 트럭, 기중기, 로울러, 콘크리트 믹서 트럭, 콘크리트 펌프, 공기압축기, 천공기)의 건설기계를 선택하 여 온실가스 배출량을 산정하였다. 건설기계의 온실가스 Tier 2 배출량은 건설기계의 기종별

Table 8. Greenhouse gas emission by construction equipment in 2008 (unit : ton/yr) Construction equipment CO2

Tier 2 Tier 3

CH4 N2O CH4 N2O

Bulldozer 320,136 18 124 15 102

Excavator 10,149,257 568 3,917 355 2,488

Loader 717,017 40 277 43 303

Fork lift truck 2,070,161 116 799 211 1,476

Dump truck 439,751 25 170 51 356

Crane 207,684 12 80 12 84

Road roller 3,258,483 182 1,258 567 3,970

Concrete mixer truck 1,199,242 67 463 219 1,535

Concrete pump 378,280 21 146 31 219

Air compressor 508,831 28 196 28 195

Drilling equipment 187,001 10 72 8 58

Total 19,435,844 1,089 7,502 1,541 10,785

Emission (ton-CO2eq/yr) 19,435,844 22,859 2,325,482 32,355 3,343,366 연료 소비량, 등록 대수를 적용하였으며, Tier 3 의 경우에는 가동 시간, 평균 정격 출력, 등록 대 수를 적용하였다.

Tier 2 방법으로 2008년 국내 건설기계에서 배 출되는 CO2, CH4, N2O 온실가스의 배출량은 각 각 19,435,844 ton/yr, 1,089 ton/yr, 7,502 ton/yr 로 산정되었으며, Tier 3 방법으로 산정한 CH4,

Fig. 2. Tier 2 and Tier 3 greenhouse gas emi- ssion(CH4, N2O) by construction equipment.

N2O 온실가스의 배출량은 각각 1,541 ton/yr, 10,785 ton/yr로 산정되었다. 이를 온난화지수를 이용하여 CO2 환산 배출량으로 산정하면 Tier 2 에 의한 총 배출량은 21,784천 ton-CO2eq/yr로 나타났고, Tier 3 총 배출량은 22,811천 ton-CO2

eq/yr로 나타났다. Tier 2와 Tier 3에 의한 배출량 을 비교하면 CH4와 N2O 두 물질 모두 Tier 3가 Tier 2의 약 1.4배 높게 산정되었다(Table 8).

본 연구에서 산정한 건설기계의 온실가스 배출 량은 2007년 국내 수송 부문(에너지경제연구원, 2010) 배출량(100.8백만 ton-CO2eq/yr)의 약 21.6 (Tier 2)～22.6(Tier 3)%를 차지하는 것으로 나타 났다.

4. 결론

국내 건설기계 27종 중 등록 대수가 많은 11 종(불도저, 굴삭기, 로우더, 지게차, 덤프 트럭, 기 중기, 로울러, 콘크리트 믹서 트럭, 콘크리트 펌 프, 공기압축기, 천공기)을 대상으로 Tier 2 방법 과 Tier 3 방법으로 산정하였다. 기종별 연료 소 비량에 의하여 산정되는 Tier 2 방법과 평균 정 격 출력, 가동 시간 등에 의하여 산정되는 Tier 3 방법은 배출량의 산정에 있어서 차이가 있다. 본 연구에서는 이러한 온실가스 배출량 자료를 개선 하고, 방법에 따른 배출량 차이를 비교하였다.

첫째, Tier 2 방법으로 2008년 국내 건설기계 에서 배출되는 CO2, CH4, N2O 온실가스의 배출 량은 각각 19,435,844 ton/yr, 1,089 ton/yr, 7,502 ton/yr로 산정되었으며, Tier 3 방법으로 산정한 CH4, N2O 온실가스의 배출량은 각각 1,541 ton/

yr, 10,785 ton/yr로 산정되었다.

둘째, 이를 온난화지수를 이용하여 CO2로 환 산하면 Tier 2에 의한 총 배출량은 21,784 천 ton-CO2eq/yr로 나타났고, Tier 3 총 배출량은 천 ton-CO2eq/yr로 나타나, Tier 3에 의한 배출량이 Tier 2에 의한 배출량보다 약 4.7% 크게 산정되 었다.

셋째, Tier 2와 Tier 3 배출량을 비교하면 CH4

와 N2O 두 물질 모두 Tier 3에 의한 배출량이 Tier 2에 의한 배출량의 약 1.4 배 높게 산정되었 다.

추후 건설기계의 정확한 온실가스 배출량 산출 과 저감 대책 평가를 위해서는 매년 건설기계의 가동율, 평균 정격 출력 파악과 국내 온실가스 배출계수의 개발이 필요하다.

참고문헌

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서울시, 2009, 건설기계 평균 정격 출력(협조자 료).

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CORINAIR, 2006, Emission Inventory Guide-

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IPCC Guidelines, 2006, Volume 2.