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1 벤치마크 할당계수 개발방법론 타당성 연구 연구수행기관 : 한국대기환경학회 환 경 부

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3 0 0 제 출 문 환경부 장관 귀하 본 보고서를 보고서로 제출합니다. 벤치마크 할당계수 개발방법론 타당성 연구 과제의 최종 연 구 기 관 명 : (사)한국대기환경학회 연 구 책 임 자 : 전 의 찬 (세종대학교) 연 구 원 : 박 영 권 (서울시립대학교) : 박 성 규 ((주)케이에프이앤이) : 심 범 보 (성현아이앤디(주)) : 오 상 협 (한국표준과학연구원) : 유 경 선 (광운대학교) : 이 남 훈 (안양대학교) : 이 명 주 (명지대학교) 연 구 보 조 원 : 이 정 우 (세종대학교) : 조 창 상 (세종대학교) : 박 혜 진 (서울시립대학교) : 전 미 진 (서울시립대학교) : 박 덕 신 (철도기술연구원) : 김 욱 (SJ ENG 연구소) : 조 충 식 (성현아이앤디(주)) : 신 형 섭 (광운대학교) : 윤 효 성 (광운대학교) : 박 진 규 (안양대학교) : 강 정 희 (안양대학교) : 김 원 석 (제드엠제이건축사사무소) : 차 지 원 (제드엠제이건축사사무소)

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5 <제목 차례> 제1장 서론 1 1절 연구개발의 배경 및 필요성 1 2절 연구내용 및 범위 5 1. 연구내용 5 2. 연구범위 5 3. 연구진 7 4. 연구추진체계 ( ~04.) 8 제2장 국내외 목표관리제 현황조사 9 1절 국내 목표관리제 현황 9 1. 우리나라의 온실가스 에너지 목표관리제 추진 현황 9 2. 업종별 목표관리제 현황 9 2절 국외 목표관리제 현황 EU ETS와 관련한 벤치마킹 연구 전력생산 및 열병합 발전에 대한 벤치마킹의 사용 산업부문에 대한 벤치마킹의 사용 기타 벤치마킹 사용 사례 44 제3장 업종별 최적가용기술 및 벤치마크계수 개발 방법론 조사 47 1절 광물산업 부문 47 - I -

6 1. 생산 공정의 개요 최적가용기술(BAT) 적용 사례 BM계수 적용 사례 벤치마크계수 개발방법 58 2절 철강 부문 생산공정 최적가용기술 적용 사례 벤치마크계수 적용 사례 벤치마크계수 개발 방법 77 3절 전자 부문 생산 공정 최적가용기술 적용 사례 벤치마크계수 적용 사례 벤치마크계수 개발 방법 83 4절 석유화학 부문 생산 공정 최적가용기술 적용 사례 벤치마크계수 적용 사례 벤치마크계수 개발 방법 109 5절 이동연소 부문 이동연소의 개요 최적가용기술 적용 II -

7 3. 벤치마크계수 적용 사례 벤치마크계수 개발 방법 154 6절 고정연소 부문 고정연소의 개요 최적가용기술 적용 사례 벤치마크계수 적용 방법론 170 7절 폐기물 부분 폐기물의 개요 최적가용기술 적용 사례 벤치마크계수 적용 사례 BM 계수 개발 방법론 207 8절 건축 부문 건축의 개요 최적가용기술 적용 사례 벤치마크계수 개발 방법 223 제4장 중장기적 연구 추진체계 정립 총괄기관과 자문기관의 추진체계 마련 및 역할분담 관리업체 및 NGO 협력 및 역할분담 국제 협력방안 기존 연구와의 통합 연계 관리 방안 III -

8 제5장 최적가용기술 및 BM 계수 개발 로드맵 233 1절 온실가스 목표관리제 기획연구 로드맵 233 2절 분야별 최적가용기술 및 벤치마크계수 개발 로드맵 광물 부문 철강 부문 전자 부문 석유화학 및 정유산업 부문의 최적가용기술 및 벤치마크계수 개발 로드맵 이동연소 부문의 최적가용기술 및 벤치마크계수 개발 로드맵 고정연소 부문의 최적가용기술 및 벤치마크계수 개발 로드맵 폐기물 부문의 최적가용기술 및 벤치마크계수 개발 로드맵 건축 부문의 최적가용기술 및 벤치마크계수 개발 로드맵 259 3절 업종별 RFP 광물 부문 RFP 철강부문 RFP 전자 부문의 RFP 석유화학 부문의 RFP 이동연소부문의 RFP 고정연소부문의 RFP 폐기물 부문의 RFP 건축부문 RFP 285 참고문헌 IV -

9 <표 차례> <표 1-1> 온실가스 에너지 목표관리제 관리대상 지정 기준 2 <표 1-2> 목표관리제 관리업체 중 상위 10개 업종 현황 (2010.9) 4 <표 2-1> 부문별 대상 온실가스 10 <표 2-2> 시멘트 및 요업부문 목표관리제 관리업체 현황 11 <표 2-3> 주요국의 에너지 소비량(2007년 기준) 12 <표 2-4> 에너지 원단위 비교(2007년) 14 <표 2-5> 국내 철강산업의 온실가스 배출 현황 15 <표 2-6> 최적가용기술 적용시 철강산업 에너지절약 잠재량 및 이산화탄소 저감 잠재량의 국제비교(2005년 기준) 16 <표 2-7> 반도체 및 디스플레이분야 온실가스 에너지 목표 관리업체 명단 17 <표 2-8> 반도체 업종 온실가스 배출량 산정 예제 19 <표 2-9> 전자산업의 공정에서 배출되는 온실가스의 지구온난화지수 20 <표 2-10> 화학산업부문의 온실가스 배출원(IPCC) 21 <표 2-11> 목표관리제 지정 고시된 석유화학 및 정유산업분야 관리업체 22 <표 2-12> 이동연소(교통) 분야 온실가스 에너지 목표 관리업체 명단 24 <표 2-13> 고정연소부문의 목표관리제 관리업체 명단 26 <표 2-14> 업종별 온실가스 배출특성 27 <표 2-15> 상 하수도 시설 온실가스 배출원 및 저감원 28 <표 2-16> 폐기물매립지 온실가스 배출원 29 - V -

10 <표 2-17> 하 폐수 처리시설의 온실가스 배출원 세부 목록 30 <표 2-18> 폐기물분야 온실가스 감축대상 업체 31 <표 2-19> 폐기물 부문 온실가스 배출량 현황 32 <표 2-20> 건물분야 온실가스 에너지 목표 관리업체 명단 33 <표 2-21> phaseⅡ의 국가할당량계획 시 유럽회원국의 벤치마킹 이용여부 37 <표 2-22> phaseⅡ의 국가할당계획에 사용되는 산업부문의 벤치마킹 수준 38 <표 3-1> DRI 생산공정 현황 71 <표 3-2> 암모니아 제조공정 및 배출 정보 85 <표 3-3> 아디프산 제조공정 및 배출정보 88 <표 3-4> 유럽 아디프산공장에서 아산화질소 저감기술 적용시 효과 95 <표 3-5> 아산화질소 배출 시험 결과 Secondary Controls 96 <표 3-6> 국내 온실가스 아산화질소 감축 CDM 사업 현황 101 <표 3-7> 신기술의 종류 및 유형 102 <표 3-8> 온실가스 감축 신기술의 기술별 세부 내용 103 <표 3-9> 온실가스 감축수단 기술개요 104 <표 3-10> 신기술 도입의 에너지 절약 잠재량 106 <표 3-11> 부문별 온실가스 배출현황(2008년) 110 <표 3-12> 교통수단별 배출량 추이 110 <표 3-13> 2008년 수송수단별 온실가스 배출 원단위 111 <표 3-14> 각 국가별 차종별 g-co 2 /ton-km 비교 112 <표 3-15> 주요 국가별 화물수송실적 당 에너지 소비량 113 <표 3-16> 주요 국가별 화물수송 관련 지표 비교 VI -

11 <표 3-17> 일본의 물류부문 온실가스 저감계획 117 <표 3-18> 각국의 하이브리드 철도차량 개발현황 119 <표 3-19> 엔진기술 122 <표 3-20> 엔진기술에 의한 CO 2 저감 효과 및 적용성 123 <표 3-21> 차량 구동방식 기술 124 <표 3-22> 차체기술의 구분 124 <표 3-23> 차체기술 125 <표 3-24> 차량차체의 공기저항 최소화 기술 126 <표 3-25> 연료 개선 128 <표 3-26> Lightweight Materials의 효과 129 <표 3-27> 에코드라이빙에 따른 온실가스 감축량 138 <표 3-28> 국내 도시철도 전동차 주요현황 140 <표 3-29> 아시아나 항공 항공기 이산화탄소 배출량 및 원단위 148 <표 3-30> 항공기 항공유 사용량 및 원단위 148 <표 3-31> 대한항공 기후변화 대응 4대 기본전략 148 <표 3-32> 대한항공 항공기 이산화탄소 배출량 및 원단위 150 <표 3-33> 벤치마크 자동차 종류 150 <표 3-34> 자동차 기술 151 <표 3-35> 중형 화물차의 기술단계 152 <표 3-36> 대형 화물차의 기술단계 153 <표 3-37> 유럽의 버스 기술단계 154 <표 3-38> IPCC Guideline의 산정방법론 VII -

12 <표 3-39> IPCC 탄소배출계수(CARBON EMISSION FACTOR: CEF) 172 <표 3-40> 각 국가별 유해대기오염물질 방지시설과 관련한 BAT 정의 178 <표 3-41> 일반연소기술 상의 스톡홀름협약 BAT 가이드라인 179 <표 3-42> 도시폐기물/유해폐기물/하수슬러지 소각기술의 최적가용기술 180 <표 3-43> 배가스처리의 최적가용기술 181 <표 3-44> 東 部 슬러지플랜트 온실가스 저감효과 187 <표 3-45> 미국의 하수처리장 태양광발전시스템 적용 사례 188 <표 3-46> 일본의 하수처리장 풍력발전 적용현황 189 <표 3-47> 나카지마 정화센터의 풍력발전시스템의 적용 사례 189 <표 3-48> 일본 하수처리장 소수력 발전 적용현황 190 <표 3-49> 하수처리수 재이용 사례 191 <표 3-50> 에너지절약효과 191 <표 3-51> 폐기물 매립가스 CDM 사업 현황( 년) 193 <표 3-52> 온실가스 저감방법의 내용 197 <표 3-53> 국내 하수처리장 바이오가스 발전 적용현황 199 <표 3-54> 국내 하수처리장 태양광 발전 적용현황 200 <표 3-55> 국내 온실가스 감축사업에 등록된 여열 이용사례 200 <표 3-56> 배출권 할당방식의 차이 202 <표 3-57> 원단위 벤치마킹 기준치 적용 사례 204 <표 3-58> 유럽연합 배출권거래제도 동향 206 <표 3-59> EU 배출권거래제도 기본 원칙 207 <표 3-60> 기준치 설정에 따른 사업장범위와 BM차이 VIII -

13 <표 3-61> 관리업체 대상 용도건물 210 <표 3-62> 건축물 기본정보 215 <표 3-63> 건축적 요소 사양 비교 218 <표 3-64> 에너지사용량에 영향을 미치는 건축적요소 219 <표 3-65> 신재생에너지 인증등급 222 <표 3-66> 건축물에너지효율등급 기준 222 <표 3-67> BM계수 개발단계 229 <표 5-1> 온실가스 목표관리 기본계획 추진전략 마련을 위한 기획연구 로드맵 234 <표 5-2> 광물산업 부문의 최적가용기술 및 벤치마크계수 개발 로드맵 238 <표 5-3> 철강 부문의 최적가용기술 연구 로드맵 241 <표 5-4> 전자 부문의 최적가용기술 연구 로드맵 244 <표 5-5> 석유화학산업 부문의 최적가용기술 연구 로드맵 246 <표 5-6> 이동연소 부문의 최적가용기술 연구 로드맵 247 <표 5-7> Top-Down 방식의 BACT 결정단계 251 <표 5-8> 폐기물 부문 예산안 258 <표 5-9> 용도별 노후화된 건축물 현황 260 <표 5-10> 벤치마크계수 개발을 위한 선행연구 로드맵 IX -

14 <그림 차례> <그림 1-1> 목표관리제도 (2010.9) 3 <그림 2-1> 철강산업의 에너지 효율성 개선 추이 13 <그림 2-2> 조강생산 톤당 평균 에너지 소비(1975~2004년) 13 <그림 2-3> 국내 철강산업의 에너지 소비 및 효율성 추이 14 <그림 2-4> 일관제철업의 조강 톤당 이산화탄소 배출 원단위 (tco 2 /ton-steel) 15 <그림 3-1> 시멘트 제조 공정의 화학 성분 및 생성물의 흐름도 47 <그림 3-2> 석회암 채굴 및 첫 번째 미분쇄 48 <그림 3-3> 원료 미분쇄 공정 48 <그림 3-4> 소성공정 49 <그림 3-5> 시멘트 제조공정의 마지막 단계 50 <그림 3-6> 롤러형 분쇄기 52 <그림 3-7> 시멘트 킬른에서 사용되는 폐타이어 및 칩타이어 53 <그림 3-8> 혼합 시멘트 주 재료 54 <그림 3-9> 시멘트 사업에서의 폐열회수 장치 54 <그림 3-10> 2007년 연료에너지 이용 55 <그림 3-11> 전력원단위 변화추이 55 <그림 3-12> 철강제조공정 전체 흐름도 62 <그림 3-13> 코크스 제조 공정도 63 - X -

15 <그림 3-14> 소결공정의 공정도 65 <그림 3-15> 전기로 제강 및 연주 공정도 66 <그림 3-16> DRI 공정도 72 <그림 3-17> Smelting Reduction Process 공정도 72 <그림 3-18> CCS(Carbon Capture and Storage) 공정도 74 <그림 3-19> FINEX 공정도와 오염물질 배출수준 비교 74 <그림 3-20> 국내 CCS 공정도 75 <그림 3-21> 수소환원 제철 모식도 76 <그림 3-22> 반도체 제조 공정 및 온실가스 배출원 79 <그림 3-23> 식각공정의 개략도 80 <그림 3-24> 세정공정의 개략도 80 <그림 3-25> 대만반도체협회의 PFC 감축 결과 82 <그림 3-26> 세계반도체협회의 PFC 감축 경향( ) 82 <그림 3-27> 암모니아 생산 공정의 물질 에너지 수지 개 84 <그림 3-28> 암모니아 제조 공정 85 <그림 3-29> 희질산 제조공정도 86 <그림 3-30> 농질산 제조공정도 87 <그림 3-31> 아디프산 생산 공정의 물질 에너지 수지 개요 87 <그림 3-32> 로디아폴리아마이드의 아디프산 제조공정도 88 <그림 3-33> 카프로락탐 제조사업장에서 N2O 감축을 위한 공정도 89 <그림 3-34> 소다회 제조공정 90 <그림 3-35> 정유공정 개요 91 - XI -

16 <그림 3-36> 석유화학제품제조 계통과 용도 92 <그림 3-37> 에틸렌 제조공정도 93 <그림 3-38> 아산화질소 열분해 공정도 94 <그림 3-39> 전기 화학적 방법을 이용한 상온에서의 N2O 분해> 95 <그림 3-40> Yara사의 질산생성공정의 Secondary 아산화질소 제어공정 96 <그림 3-41> Tertiary 제어 기술의 두 가지 방법 97 <그림 3-42> 휴켐스의 질소사업장 공정도 98 <그림 3-43> 동부한농의 질소사업장 공정도 98 <그림 3-44> 한화의 질소사업장 공정도 99 <그림 3-45> 아디프산 제조사업장에서 열분해 방식을 이용한 N 2 O 100 <그림 3-46> NOx와 N 2 O 동시저감 촉매 및 공정 101 <그림 3-47> 납사크래킹공정도 107 <그림 3-48> 석유화학산업의 납사크래킹공정 107 <그림 3-49> 촉매식 납사분해공정 108 <그림 3-50> 화물수송 수단별 온실가스 배출율 및 배출량(영국, 2004) 112 <그림 3-51> 차종별 g-co 2 /ton-km 비교 113 <그림 3-52> 영국의 물류 온실가스 저감계획 115 <그림 3-53> 영국의 중대형차량의 차체기술 적용에 따른 에너지사용 절감사례 116 <그림 3-54> 캐나다 중대형 차량의 에너지 절감사례 116 <그림 3-55> 유럽의 연료 전환 방안 128 <그림 3-56> 하이브리드 시스템 철도 차량의 동력 구성도 130 <그림 3-57> 연료전지 시스템 철도 차량 동력 구성도 XII -

17 <그림 3-58> LNG 철도차량용 혼소시스템 개략도 132 <그림 3-59> 철도폐기물을 이용한 수소철도차량 개발 개략도 134 <그림 3-60> 회생인버터 135 <그림 3-61> 회생에너지 저장장치 136 <그림 3-62> 에너지 저장장치 136 <그림 3-63> 하이브리드 모터카 : 배터리 충전방식(상시)/디젤발전(비상시) 137 <그림 3-64> 일본 동경역 압전소자 발전량 표시기 137 <그림 3-65> 열전발전 원리 142 <그림 3-66> 온도차발전 원리 142 <그림 3-67> 아시아나항공의 CDA(Continuous Descent Approach) 적용 사례 146 <그림 3-68> BM 계수 개발 방법(안) 155 <그림 3-69> 석탄 발전의 개요도 162 <그림 3-70> 석유 발전의 개요도 162 <그림 3-71> LNG 발전(열병합) 발전의 개요도 163 <그림 3-72> LNG 발전(가스터빈) 발전의 개요도 163 <그림 3-73> 석탄(중질잔사유)가스화 발전의 개요도 164 <그림 3-74> 금속순환 연소장치 개략도 167 <그림 3-75> 산소부화/배가스 재순환 연소 공정도 168 <그림 3-76> Post-combustion capture 169 <그림 3-77> Amino acid salt post-combustion process for postcombustion demo plant 169 <그림 3-78> BM계수 개발구상도 <그림 3-79> BM계수 개발구상도 XIII -

18 <그림 3-80> 하수처리 공정도 176 <그림 3-81> 기계적-생물학적 전처리(MBT) 공정도 177 <그림 3-82> 일본 山 形 市 소화가스 발전사례 186 <그림 3-83> 고베시 바이오가스 자동차 연료화 186 <그림 3-84> 오니탄화공정도 187 <그림 3-85> 오니 탄화사업 개요도 187 <그림 3-86> 산기장치 개선에 의한 전력절감 개요도 192 <그림 3-87> 고도처리시설(A2O법) 192 <그림 3-88> 매립가스 자원화 198 <그림 3-89> 산업계 탄소배출권 할당방식 차이 및 분류 201 <그림 3-90> 기존건축물의 에너지 흐름도 211 <그림 3-91> 제로에너지건축물 설계과정 214 <그림 3-92> A 건물 이용별 에너지요구량(kWh/m2a) 216 <그림 3-93> B 건물 이용별 에너지요구량(kWh/m2a) 216 <그림 3-94> A건물 월별 에너지요구량분석 216 <그림 3-95> B 건물 월별에너지요구량 217 <그림 3-96> A건물 창호비율과 체적대비 외피면적비 217 <그림 3-97> B건물 창호비율과 체적대비 외피면적비 217 <그림 4-1> 중장기적 연구 추진체계 개요 232 <그림 5-1> 철강산업 CO 2 감축 기술개발 변화 전망 240 <그림 5-2> POPs에 대한 최적가용기술 선정 흐름도 253 <그림 5-3> 폐기물부문 연구제목 및 연구목표 XIV -

19 <그림 5-4> 폐기물부문 연구 추진체계 254 <그림 5-5> Benchmark curve 예 256 <그림 5-6> BM지수 선정기준 257 <그림 5-7> 폐기물분야 로드맵 XV -

20 제1장 서론 1절 연구개발의 배경 및 필요성 2005년 교토의정서가 발효된 이래, 국제 사회에서는 온실가스 배출량을 관리 저 감하려는 노력들을 활발히 전개하고 있다. 우리나라의 경우 온실가스 배출량 세계 9위, 에너지 소비량 세계 10위 수준의 국가로써 2007년 기준 온실가스 총배출량은 약 620백만 tco 2 으로, 이는 2006년 602.6백만 tco 2 대비 2.9% 증가하였으며, 1990년 배출량 대비 연간 약 4.3%씩 증가하였다. 이러한 국가적인 온실가스 배출량 증가에 대비하기 위하여 우리나라는 온실가스 배출전망 및 감축목표를 수립하면서, 2009년 코펜하겐에서 열린 COP회의에서 2020년까지 BAU 대비 30% 감축을 공표한바 있다. 이러한 목표를 달성하기 위하여 저탄소 녹색성장 기본법이 2010년 4월 14일 시행됨 에 따라 온실가스 관리 정보 요구가 점점 증가하고 있으며 이에 환경부는 온실가스 관리체계를 마련하여 국가 사업장 온실가스 인벤토리를 총괄하고 부문별 온실가스 감축목표를 설정하기 위한 온실가스 에너지 목표관리제 를 규정하였다. 온실가스 에너지 목표관리 제도는 정부가 온실가스 다배출, 에너지 다소비 업체 등 대상 업체나 건물을 지정하고 이들에 대해 연간 단위와 5년 단위로 온실가스 배 출량과 에너지 사용량 감축에 대한 목표량을 부과한 뒤 그 실적을 관리하는 제도이 다. 온실가스 감축대상 업체는 저탄소 녹색성장 기본법 제42조(기후변화대응 및 에 너지의 목표관리) 제5항 및 온실가스 배출권 거래제도에 관한 법률(안) 제7조(할당 대상업체의 지정 등)에 근거하여 선정하도록 하고 있으며, 연간 업체 기준 온실가스 배출량 125천CO 2 톤, 에너지 사용량 500TJ 이상, 사업장 기준 온실가스 배출량 25천 CO 2 톤, 에너지 사용량 100TJ 이상의 온실가스를 배출하는 사업장 혹은 사업장 합계 로 연간 12만5천 톤 이상을 배출하는 회사를 관리 대상으로 하였다. 환경부 등 4개 부문별 관장기관에서는 매년 6월까지 관리업체를 지정하고 매년 9월까지 다음연도 의 온실가스 감축 및 에너지 절약 등에 대한 목표를 설정한 후 그 실적을 관리하게 된다. 다만 2010년 9월에 지정 고시된 최초 관리업체는 관리업체에 준비기간 부여 등을 위해 2011년 목표 설정은 유예되었다. 목표를 부여받은 관리업체는 목표달성 을 위한 이행계획을 작성해 매년 12월까지 제출하고, 이에 대한 이행실적을 다음 연도 3월까지 검증기관의 검증을 거쳐 제출해야 한다

21 <표 1-1> 온실가스 에너지 목표관리제 관리대상 지정 기준 연도 대상 온실가스 배출량(tCO 2 ) 에너지소비량(TJ) 2011년 2012년 2014년 업체 12만 사업장 2만 업체 8만 사업장 2만 90 업체 5만 200 사업장 1만 온실가스 에너지 목표관리 총괄기관을 맡고 있는 환경부는 지식경제부 등 4개 부문별 관장기관의 관리업체 지정내용을 종합한 결과, 2011년 목표관리제의 적용을 받게 되는 관리업체는 총 470개라고 발표하였다. 부문별로는 산업 발전분야가 374 개로 가장 많이 지정되었으며, 건물 교통(46개), 농업 축산(27개), 폐기물(23개) 분 야 순으로 나타났다. 온실가스 배출량으로는 산업 발전(96.4%), 폐기물(1.6%), 건 물 교통(1.4%), 농업 축산(0.6%)의 순이다. 업종별로는 발전 에너지(48.0%), 철강 (13.3%), 석유화학(9.9%), 시멘트(9.2%), 정유(5.9%) 등 5개 업종이 온실가스 배출량의 86.3%를 차지하는 것으로 분석되었다. 업체 수 기준으로는 석유화학(16.6%), 제지 목재(12.1%), 발전 에너지(7.7%), 철강(7.2%), 반도체 디스플레이(6.6%) 업종이 50.2% 를 차지하고 있고, 온실가스 배출량 기준으로는 발전 에너지(48.0%), 철강(13.3%), 석유화학(9.9%), 시멘트(9.2%), 정유(5.9%) 업종이 86.3%를 차지하고 있다. 관리업체로 지정된 업체는 2011년 3월까지 최근 4년간(2007~2010)의 온실가스 에 너지 명세서를 부문별 관장기관에 제출하여야 하며, 2011년 9월에 감축목표를 설정 하고 2012년부터 목표 이행에 들어가게 된다. 이러한 관리업체의 배출량을 합하면 국가 전체 배출량의 약 60%에 육박할 것으로 추산되며, 이러한 목표관리제의 시행 으로 온실가스를 다량 배출하거나 에너지를 많이 소비하는 업체에 대해 감축목표를 설정 관리하여 국가 전체 배출량의 약 60%를 체계적이고 효율적으로 처리할 수 있는 것으로 예상된다. 업종별 배출허용량은 현재 녹색성장위원회 주관 하에 Top-down 방식으로 부문별, 업종별, 연도별 온실가스 배출전망치 및 목표를 기준으로 할당하고, 해당 업종 내 관리업체의 배출량 비중을 적용하여 업종별 관리업체의 배출허용량을 설정할 계획 이다. 관리업체는 사업장 내 배출시설(공정)별 감축 목표를 합산하여 설정하되, 기존 시설의 목표 일부는 최적가용기술(BAT) 벤치마크 계수를 적용하고, 신증설 시설은 - 2 -

22 100% 벤치마크 계수를 적용하여 설정하도록 한다. 최적가용기술(Best Available Technology, BAT)이란 온실가스 감축, 에너지 절감 등과 관련하여 경제적 기술적으로 사용할 수 있는 최신의 효과적인 기술, 활동 및 운전방법을 의미하여, 벤치마크(BenchMark)란 단위제품 생산량당 온실가스 배출량 또는 에너지 사용량 등의 실적으로 국내 외 동종( 同 種 ) 시설군과 비교하는 것을 뜻 한다. 2013년부터는 벤치마크 기반 할당 방법을 적용할 계획으로서 이에 따라 국내 각 산업 분야에서 적용 가능한 최적가용기술(BAT)에 대한 연구 및 신뢰성 있는 벤 치마크 계수의 개발이 시급히 요구되고 있다. <그림 1-1> 목표관리제도 (2010.9) - 3 -

23 <표 1-2> 목표관리제 관리업체 중 상위 10개 업종 현황 (2010.9) 관리업체 수 온실가스 배출량(백만CO 2 톤) 에너지 사용량(천TJ) 연번 업종 업체수 % 연번 업종 발생량 % 연번 업종 사용량 % 1 석유화학 발전에너지 발전에너지 2, 제지목재 철강 철강 발전에너지 석유화학 석유화학 철강 시멘트 정유 반도체 정유 반도체 기계 반도체 시멘트 식품 폐기물 제지목재 요업 제지목재 비철금속 병원, 학교 등 요업 자동차 폐기물 운수 운수 소계 소계 소계 5,

24 2절 연구내용 및 범위 1. 연구내용 본 연구는 벤치마크 할당계수 개발 방법론 타당성 연구로써, 각 사업장의 온실가 스 배출량 및 관련 정보를 수집하고 배출시설 단위 목표 설정 방법론과 할당계수를 개발하고자 한다. 현재 실행되고 있는 온실가스 에너지 목표관리제에서는 2013년 부터 최적가용기술에 따른 벤치마킹 할당 을 적용할 예정이다. EU도 2013년부터 벤치마크 할당을 강화하므로 국내에서도 이에 대한 체계적 연구 조사가 시급한 상 황이다. 2. 연구범위 2.1 연구수행방법 정립 온실가스를 배출하는 업종을 조사하여 각 업종별 온실가스 배출활동 및 배출시설 의 특성을 조사한다. 또한 EU, 미국 등의 해외 선진국의 온실가스 배출시설별 최적 가용기술 종류 및 적용 기준을 고려해보고 벤치마크 할당계수 개발 방법론의 사례 를 조사해 봄으로써, 국내 실정에 맞는 최적가용기술과 벤치마크 할당계수 적용방 안을 개발하고자 한다. 배출시설 및 공정 단위의 최적가용기술과 벤치마크 할당계 수의 개발 방법론을 마련하고 개발된 방법론에 대한 검증 방법을 설립하고자 한다. 2.2 대상배출활동 및 업종의 선정 방법론 정립 현재 우리나라에서 온실가스 배출대상 분야는 연료연소분야, 공정배출분야, 폐기 물 분야 간접배출분야로 크게 4가지로 분류되어 있다. 분야별 벤치마크 적용 대상 산업으로는 고정연소 및 발전부분, 이동연소 부분, 건축물, 광물산업 부분, 화학산 업, 철강 금속산업, 전기 전자산업, 폐기물 매립 및 소각, 하 폐수처리 등이 있 다. 각 분야별 연구팀을 구성하여 대상업종의 배출활동 및 배출시설별 벤치마크 적 용방법의 마련을 목적으로 한다. 2.3 중장기적 연구 추진체계 정립 벤치마크할당 방법론 개발을 위해 본 연구를 주관하는 한국대기환경학회 및 온실 - 5 -

25 가스 에너지목표관리제를 총괄 관리하는 환경부(국립환경과학원, 한국환경공단 포 함), 부문별 관장기관과 자문기관 등의 역할분담이 필요하다. 각각의 기관은 온실가 스 에너지목표관리제의 추진체계를 마련하고 역할분담을 통해 상호 정보를 공유하 며, 협력방안을 도출해야한다. 또한 시설별 최적가용기술 및 벤치마크 할당계수의 심의 공표 변경 등을 위한 전문위원회 구성과 같은 행정체계를 마련하며, 기획연 구 및 본 연구 추진에 필요한 전반적인 개발 로드맵을 수립하여야 한다. 본 연구진은 총괄 1팀과 각 업종별 배출활동 연구 8팀으로 구성하여 팀별 토론을 통해 연구주제 도출 및 의견을 수렴한다. 팀별 연구내용 및 방법 수렴을 위해 전문 가 토론회 등을 개최하고, 외부의견 검토를 통해 최종회의시 수정 및 보완작업을 실시한다

26 3. 연구진 연구총괄 전의찬 (한국대기환경학회장) 간사 박영권, 박성규 자문위원단 운영 이남훈 (안양대학교) 폐기물부문 박영권 (서울시립대) 화학산업부문 전의찬 (세종대학교) 광물산업부문 박성규 ((주)케이에프이앤이) 이동연소부문 -고형폐기물의 매립 -암모니아 생산 -시멘트 생산 -이동연소시설 -고형폐기물의 -질산 생산 -석회생산 외부로부터 공급된 생물학적 처리 -아디프산 생산 -탄산염의 기타공정 전기, 열 사용 -하폐수 처리 및 -카바이드 생산 배출 -소다회 생산 -폐기물의 소각 -석유정제공정 -석유화학제품 생산 오상협 (표준과학연구원) 유경선 (광운대학교) 이명주 (명지대학교) 심범보 (성현아이앤디) 전자산업부문 철광금속산업부문 -철강 생산 건축물부문 -건축물 고정연소 및 발전부문 -고정연소시설 -합철금 생산 (고체, 액체, 기체연료) -아연 생산 - 7 -

27 4. 연구추진체계 ( ~04.) 연 구 내 용 추 진 일 정 ( 月 ) 1월 2월 3월 4월 배출활동 및 업종별 온실가스 배출시설 및 배출특정조사 최적가용기술 기준 및 온실가스 목표관리제 적용 방안 국내 외 최적가용기술 조사 및 적용 가능성 검토 벤치마크 방식 적용을 위한 배출활동 또는 업종의 우선순위 및 적용 방법 벤치마크 할당계수 개발 방법론 타당성 연구 최종 보고서 - 8 -

28 제2장 국내외 목표관리제 현황조사 1절 국내 목표관리제 현황 1. 우리나라의 온실가스 에너지 목표관리제 추진 현황 우리나라는 기후변화협약 비부속서 국가로 최초 개별기업의 온실가스 에너지 산 정 보고 검증(MRV) 체계를 확립하고자, 온실가스 에너지 목표관리 제도를 만들 어 2011년 3월 16일로 온실가스 에너지 목표관리 운영 등에 관한 지침서 를 고 시하였다. 지침서의 내용은 관리업체의 지정 및 관리, 목표의 협의 설정, 온실가스 배출량의 산정 보고, 온실가스 배출량의 검증, 이행실적 명세서의 작성 및 확인, 조기감축실적 인정, 검증기관의 지정 및 관리 등으로 관련 사항을 포괄적으로 담고 있다. 이번 지침의 고시를 통해 작년 9월에 지정된 468개 관리업체들은 본격적인 온실가스 에너지 목표관리에 착수하게 된다. 목표설정 기분 및 방법으로는 업종별 관리업체들의 총 배출허용량 내에서 관리업체별 목표를 설정하고, 기존시설 목표와 신 증설시설 목표를 합산하여 업체의 목표를 설정하고 설정방식은 과거실적 기 반 및 벤치마크 기반 2단계로 구분하여 진행한다. 부분별 온실가스 배출량을 살펴보면 발전 에너지 부분이 47.9%로 가장 높고 철강 부분이 13.3%로 2번째로 높 으며, 이 중 시멘트와 요업의 경우 각각 9.3%와 1%로 4위와 9위의 높은 배출량에 속한다. 2. 업종별 목표관리제 현황 2.1 광물부문의 국내 목표관리제 현황 우리나라의 에너지 및 산업공정 부문에서는 총 85개의 기술 분류를 실시하고 있 다. 이 중 광물산업의 경우, 연료 연소에 의한 온실가스 배출뿐만 아니라 소성시설 에서의 석회석 분해에 따른 온실가스 배출이 존재한다. 따라서 광물산업의 온실가 스 배출량 산정은 크게 에너지 부문과 산업공정 부문으로 구분하여 진행되어야 한 다

29 <표 2-1> 부문별 대상 온실가스 Source and Sink Categories to be Assessed in Key Category Analysis Category Code Category Title Gases to be Assessed 1A2 Energy Fuel Combustion Activities Manufacturing Industries and Construction Industrial Processes and Product Use CO 2, N 2 O, CH 4 2A1 Mineral Industry Cement Industry CO 2 시멘트생산 산업 및 석회생산, 탄산염의 기타 공정사용에서 공통으로 사용되는 배출시설로는 소성시설이 있다. 이 밖에 유리 용융 용해시설, 도자기 요업제품 제 조시설 중의 용융 용해시설, 약품회수시설, 크라프트 펄프제조공정, 배연탈황시설 등이 주요 온실가스 배출시설이다

30 <표 2-2> 시멘트 및 요업부문 목표관리제 관리업체 현황 일련 번호 관리업체 업종 소재지 1 (주)금비 요업 경기 이천시 부발읍 무촌리 2 (주)대승프론티어 요업 충남 연기군 남면월산리 월산산업단지 3블럭 3 (주)대한세라믹스 요업 전남 영암군 삼호읍 나불리 4 (주)동남 요업 전북 장수군 번암면 대론리 5 (주)백광소재 시멘트 서울 강서구 등촌동 6 (주)아트라스비엑스 요업 대전 대덕구 대화동 7 (주)우룡 시멘트 강원 영월군 북면 마차리 8 (주)충무화학 시멘트 서울 구로구 신도림동 9 대동산업(주) 요업 충남 천안시 성거읍 신월리 10 대한시멘트(주) 시멘트 전남 광양시 태인동 11 동광석회공업(주) 요업 충북 단양군 단양읍 현천리 12 동양시멘트 주식회사 시멘트 서울 종로구 서린동 13 라파즈석고보드시스템(주) 시멘트 전남 여수시 낙포동 14 라파즈석고보드시스템(주)여수 시멘트 전남 여수시 낙포동 15 라파즈코리아석고(주) 시멘트 울산 남구 여천동 16 라파즈한라시멘트(주) 시멘트 강원 강릉시 옥계면 산계리 17 삼광유리(주) 요업 서울 서초구 서초동 18 삼성코닝정밀소재(주) 요업 경북 구미시 진평동 19 성신양회(주) 시멘트 서울 종로구 인사동 20 세방전지(주) 요업 서울 강남구 역삼동 21 쌍용양회공업(주) 시멘트 서울 중구 저동 2가 22 아반스트레이트코리아(주) 요업 경기 평택시 청북면 현곡리 23 아사히피디글라스한국(주) 요업 경북 구미시 산동면 봉산리 24 아세아시멘트(주) 시멘트 서울 강남구 역삼동 25 안성유리공업주식회사 요업 충남 천안시 입장면 도림리 26 유니온 시멘트 서울 중구 소공동 27 유진기업 시멘트 경기 부천시 오정구 삼정동 28 주식회사 수석 요업 경기 안양시 만안구 박달동 29 주식회사 한국화이바 요업 경남 밀양시 부북면 용지리 30 주식회사퍼시픽글라스 요업 충남 서천군 장항읍 신창리 31 코리아오토글라스(주) 요업 충남 연기군 전의면 신정리 32 태원물산주식회사 요업 서울 강남구 대치동 33 테크팩홈솔루션 요업 서울 강남구 논현동 34 포스코켐텍 요업 경북 포항시 남구 청림동 35 한국상-고방베트로텍스(주) 요업 전북 군산시 소룡동 36 한국시멘트(주) 시멘트 광주 북구 중흥동 37 한국오웬스코닝(주) 요업 경북 김천시 응명동 38 한국유리공업 요업 서울 종로구 서린동 39 한국전기초자 요업 경북 구미시 공단동 40 한국하니소(주) 요업 충남 당진군 송악면 복운리 41 한일시멘트 시멘트 서울 강남구 역삼동 42 현대석회(주) 시멘트 충북 단양군 단양읍 노동리 43 현대시멘트 시멘트 서울 서초구 서초동

31 2.2 철강부문의 국내 목표관리제 현황 철강산업의 에너지 특성 철강산업은 에너지소비에서 차지하는 비중이 매우 높은 산업이다. 철강산업은 2007년 전 세계 에너지소비의 2.8%, 제조업 에너지소비의 12.1%의 비중을 차지하였 다. 특히 한국과 일본은 서구선진국에 비해 제조업 중 철강산업의 비중이 높아(생산 액 기준) 철강산업의 에너지소비량은 제조업 에너지소비량의 20% 이상을 차지하였 다. <표 2-3> 주요국의 에너지 소비량(2007년 기준) (단위 :백만 TOE, %) OECD 한국 일본 독일 미국 철강 제조업 전체 3, 제조업/전체 철강/제조업 철강산업은 석유화학과 함께 온실가스 배출량이 가장 큰 산업으로 2006년 전세계 이산화탄소 배출량의 5.2%를 점유하였다. 또한 2006년 전체산업의 이산화탄소 직접 배출량은 전 세계 이산화탄소 배출량(28.8Gt)의 25%(7.2Gt)이며, 그 중 30%(2.2Gt)는 철강산업이 차지하였다. 따라서 온실가스 배출규제의 영향이 가장 큰 산업이다. 향 후 세계 조강생산 증가에 따라 온실가스 배출은 지속적으로 증가할 전망이다. 그러나 철강산업은 지속적인 기술개선과 설비합리화를 통해 에너지효율 개선속도 가 가장 빠른 산업중 하나이다. 2000년 철강산업의 에너지효율은 1973년 이후 약 80% 이상 개선되었다. 또, 2004년 조강생산량의 톤당 에너지소비는 1975년 대비 50% 감소하였다

32 <그림 2-1> 철강산업의 에너지 효율성 개선 추이 단, 일본, EU(15), 북미 국가들을 대상으로 작성되었으며,1975년을 100%로 가정 <그림 2-2> 조강생산 톤당 평균 에너지 소비(1975~2004년) 철강산업에서 발생하는 온실가스는 주로 일관제철 공정에서 철광석의 환원제로 쓰이는 석탄 원료에서 발생한다. 국내의 경우 철강공정에서 석탄을 사용하여 발생 하는 온실가스는 국내 총배출량의 11%(2004년 기준)를 차지하는 것으로 추정된다 국내 철강산업의 에너지 소비 가. 에너지효율 수준 국내 철강산업의 에너지 효율은 에너지소비의 증가에도 불구하고 지속적으로 개 선하고 있는 추세이다. 에너지소비량은 2000년 1,643만 TOE에서 2007년 1,941만 TOE로 연평균 2.4% 증가하였다. 그러나 동기간 중 철강산업의 GDP 창출은 연평균

33 4.8% 증가하여 에너지소비량의 증가에도 불구하고 에너지 효율성(GDP/TOE)은 연평 균 2.4% 개선되었다. <그림 2-3> 국내 철강산업의 에너지 소비 및 효율성 추이 철강산업에 소비되는 에너지원별 점유율은 2007년 기준 석탄 78%, 전력 13%, 도 시가스 5%의 순이다. 고유가 및 환경규제 강화에 따라 유류사용량은 지속적인 감소 세인 반면 도시가스 및 LPG의 사용량은 증가추세이다. 국내 철강산업의 에너지 효율성은 세계 최고 수준으로 이는 포스코 등 국내업체 들이 지속적인 투자를 통해 설비신예화와 CDQ, TRT 등 에너지회수설비 투자를 확 대한 결과이다. 하지만 국내 철강제품 생산물량은 많은 반면 고부가가치 제품 비중 은 낮기 때문에 물량 및 부가가치 기준의 에너지 원단위 모두 선진국에 비해 낮은 수준이다. <표 2-4> 에너지 원단위 비교(2007년) 구분 한국 일본 독일 미국 부가가치 기준 (TOE/천달러) 물량 기준 (TOE/천톤)

34 나. 국내 철강산업의 온실가스 배출 현황 국내 철강산업에서 이산화탄소 배출량은 2000년 5,974만 톤에서 2005년 6,478만 톤으로 증가하였다. 그러나 이산화탄소 배출량 감축노력이 빠른 속도로 이루어지면 서 조강생산 톤당 배출량 원단위는 2000년 1.405CO 2 /ton에서 2005년 1.380CO 2 /ton으 로 오히려 감소하였다. 이는 철강산업에서의 생산 활동이 활발해지면서 이산화탄소 배출량 저감기술이 발전하였기 때문이다. 최근 들어 조강생산 원단위 감소추세는 다소 둔화되고 있는데, 이는 보통강보다 공정단계가 많아 에너지 소비가 많은 고급 강 생산비중의 증가 때문으로 분석된다. <표 2-5> 국내 철강산업의 온실가스 배출 현황 2000년 2001년 2002년 2003년 2004년 2005년 조강생산량(천M/T) 43,107 43,852 45,390 46,310 47,521 47,820 CO 2 배출량(천CO 2 톤) 59,744 60,569 62,478 63,530 64,820 64,776 배출원단위(CO 2 /톤) 일관제철업종의 경우 조강생산 톤당 배출량 원단위는 1990년 2.25 CO 2 /ton에서 2007년 2.19 CO 2 /ton으로 감소하였다. 전기로업종의 경우에도 2005년 CO 2 /ton 에서 2007년 CO 2 /ton으로 하락하였다. 단, 간접배출량의 경우 구입한 전기의 사용으로 인한 간접적인 CO 2 배출량을 의미 <그림 2-4> 일관제철업의 조강 톤당 이산화탄소 배출 원단위 (tco 2 /ton-steel) 국내 철강산업의 에너지절약 가능 잠재량 및 이산화탄소 감축 가능 잠재량은 매 우 낮은 수준이다. 이는 대기오염물질 배출 억제를 위하여 철강업계가 에너지 기술 개발, 신 예 설비 등에 지속적인 투자를 해왔고 이로 인해 비교적 에너지절약 및 이산화탄소 감축 수준이 높기 때문이다

35 <표 2-6> 최적가용기술 적용시 철강산업 에너지절약 잠재량 및 이산화탄소 저감 에너지절약잠재량 (GJ/톤) CO 2 저감잠재량 (CO 2 톤/철강 1톤) 잠재량의 국제비교(2005년 기준) 한국 일본 EU 중국 세계 단, 최적가용기술은 철강생산 최종공정개선, 고로가스 회수발전, 고로개선, COG 회수, CDQ(또는 첨단 wet Quenching) 등을 포함 향후 철강산업의 이산화탄소 배출량은 절대규모에서는 계속 증가할 전망이다. 2000년대 후반 철강설비 신증설이 크게 확대되면서 상공정인 제강공정이 크게 증가 하였다. 현재 투자가 마무리단계에 접어든 현대제철의 고로 설비가동으로 인해 이 산화탄소 배출량 증가는 불가피할 전망이다. 2.3 전자부문의 국내 목표관리제 현황 온실가스 에너지 목표관리제 에서 지정한 업종별 관리업체 중에서 반도체 및 디스플레이 부문은 31개 업체가 포함되어 있다. 반도체 및 디스플레이 부문은 관리 업체 수로는 6.6%, 온실가스 배출량으로는 4.5%, 그리고 에너지 사용량으로는 4.1% 를 차지하고 있다

36 <표 2-7> 반도체 및 디스플레이분야 온실가스 에너지 목표 관리업체 명단 일련 번호 관리업체 업종 소재지 1 (유)스태츠칩팩코리아 반도체 경기 이천시 부발읍 아미리 2 (주)델코 반도체 경북 구미시 황상동 3 (주)메르디안솔라앤디스플레이 반도체 경북 구미시 공단동 4 (주)이수페타시스 반도체 대구 달성군 논공읍본리 5 (주)케이이씨 반도체 서울 서초구 양재동 6 (주)코리아써키트 반도체 경기 안산시 단원구 성곡동 7 대덕GDS(주) 반도체 경기 안산시 단원구 목내동 8 매그나칩반도체(유) 반도체 충북 청주시 흥덕구 향정동 9 삼성모바일디스플레이 주식회사 반도체 경기 용인시 기흥구 농서동 10 삼성엘이디 반도체 경기 용인시 기흥구 능서동 11 삼성전기(주) 반도체 경기 수원시 팔달구 매탄3동 12 삼성전자(주) 반도체 경기 수원시 영통구 매탄3동 13 삼성SDI(주) 반도체 경기 용인시 기흥구 공세동 14 삼영전자공업(주) 반도체 경기 성남시 중원구 상대원동 15 삼영전자공업(주) 포승1 반도체 경기 성남시 중원구 상대원동 16 삼영전자공업(주) 포승2 반도체 경기 성남시 중원구 상대원동 17 스템코 주식회사 반도체 충북 청원군 옥산면 남촌리 18 시그네틱스(주) 반도체 경기 파주시 탄현면 법흥리 19 앰코테크놀로지코리아(주) 반도체 광주 북구 대촌동 20 에이에스이코리아(주) 반도체 경기 파주시 교하면 문발리 21 엘지디스플레이 반도체 서울 영등포구 여의도동 22 엘지이노텍 반도체 서울 중구 남대문로 5가 23 엠이엠씨코리아주식회사 반도체 충남 천안시 성거읍 오목리 24 웅진에너지 주식회사 반도체 대전 유성구 관평동 25 주식회사 실트론 반도체 경북 구미시 임수동 26 주식회사 심텍 반도체 충북 청주시 흥덕구 송정동 27 페어차일드코리아반도체 반도체 경기 부천시 원미구 도당동 28 하이닉스반도체 반도체 경기 이천시 부발읍 아미리 29 하이디스테크놀로지(주) 반도체 경기 이천시 부발읍 아미리 30 한국경남태양유전주식회사 반도체 경남 사천시 사남면 방지리 31 LG전자 반도체 서울 영등포구 여의도동 <표 2-8>에는 반도체 업종 온실가스 배출량 산정을 위하여 작성한 예제로서 반도 체 및 디스플레이 부문의 온실가스 배출 특성을 쉽게 알 수 있다. 온실가스의 배출 은 직접 배출과 간접 배출로 분류할 수 있으며, 직접 배출 중에서 공정 배출의 발 생량이 가장 큰 것을 알 수 있다. 공정 배출은 반도체 웨이퍼의 식각(etching) 공정 과 세정(cleaning) 공정에서 발생하는 PFC(Perfluorocompound) 가스의 배출을 의미

37 하며, PFC 가스들의 지구온난화지수는 <표 2-9>에서 나타낸 것과 같이 이산화탄소 에 비하여 매우 크기 때문에 소량이 배출되어도 등가 이산화탄소량은 크게 증가하 게 된다. 따라서 반도체 및 디스플레이 부문의 온실가스 배출량 감소는 PFC 배출량 의 감소를 의미하며, 현재 반도체 및 디스플레이 업체들은 에너지 효율 향상 보다 는 공정 배출량을 감소시키는 것이 보다 현실적인 방안으로 추진하고 있다

38 <표 2-8> 반도체 업종 온실가스 배출량 산정 예제 직 접 배 출 분류 배출원 사용연료 Activity Data 고정 연소 이동 연소 공정 배출 탈루 배출 Simple Method (Tier 1) Advanced Method Tier 2a Tier 2b A LNG 8,000 Nm 3 보일러 B LNG 6,000 Nm 3 C 경유 6,000 Nm 3 A 경유 1,200 L 비상 B 경유 700 L 발전기 C 경유 1,100 L 52,989 53,152 소각로 경유 1,100 L 취사시설 LNG 50,000 Nm 3 수송트 2대 경유 50,000 L 럭 161,385 - 승용차 3대 휘발유 2,000 L 지게차 2대 경유 10,000 L Etching C 2 F 6 40 kg CVD Cleaning C 2 F 6 30 kg 13,624,000 67,694 88,591 에어컨 - 냉동기 - 소화기 (3kg용 량) 가스절 연 개폐기 300 대 냉매 (HFC-134a) 냉매 (HFC-134a) CO 2 20 ton 3 ton 675 kg - SF 6 50 kg 폐수유입량 500 m 3 6,968,000 - 폐기 물 간접배출 폐수처리 소각로 폐수 슬러지내의 유기물질량 폐기물양 폐기물 산화계수 50 kgcod 5,000 kgcod 500 ton 60 % 92,000-8,880 - 구매전력 kwh 구매스팀 5,000 ton 2,600,000 - 합계(kgCO 2 /yr) 23,507,597 9,951,454 9,972,

39 <표 2-9> 전자산업의 공정에서 배출되는 온실가스의 지구온난화지수 온실가스 GWP CO 2 1 CH 4 21 N 2 O 310 CF 4 6,500 C 2 F 6 9,200 C 3 F 8 7,000 c-c4f 8 8,700 CHF 3 11,700 SF 6 23,900 NF 3 17, 석유화학 및 정유산업 부문의 국내 목표관리제 현황 화학산업은 석탄 석유와 같은 화석연료 등 다양한 천연자원을 원료로 사용하여 비료, 합성수지, 무기화학 및 유기화학제품 등의 범용화학제품을 생산하고, 이들을 다시 의약, 농약, 염료, 접착제, 계면활성제, 화장품, 향료 등의 정밀화학제품을 생산 하는 체인산업인 특징이 있다. 이들 화학제품은 화학산업 자본의 고부가가치화를 위해 공정에 재투입됨은 물론 수지, 전기 전자, 자동차, 기기 등 기반산업의 제조 활동에 사용되는 기초 원료로 공급됨으로서, 국가경제활동의 기간산업으로 크게 자 리 잡고 있다. 화학산업은 그 분야가 산업 전반의 소재산업분야라고 할 수 있을 정 도로 매우 광범위하고 그 품목 또한 다품종인 관계로 화학산업 전반에 대한 시장규 모, 생산능력을 정확하게 종합하는 것은 실질적으로 불가능하다. 2006년 IPCC 지침서에서는 산업 부문별로 온실가스 배출원을 제시하고 있는데, 화학 산업 분야에서는 암모니아, 칼슘카바이드, 실리콘카바이드, 이산화티타늄, 소다 회, 메탄올, 에틸렌, 에틸렌 디클로라이드, VCM, 에틸렌 옥사이드, 아크릴로니트릴, 카본블랙이 해당된다. 본 연구에서는 현재 국내 석유화학 및 정유산업 분야에서 대 부분의 온실가스 발생량을 차지하는 암모니아, 질산, 아디프산, 카프로락탐, 카바이 드, 석유화학제품의 생산 공정에 대하여 고려하였다

40 <표 2-10> 화학산업부문의 온실가스 배출원(IPCC) 생산 공정 온실가스 종류 CO 2 CH 4 N 2 O PFC SF 6 HFC 암모니아 질산 아디프산 우레아 카바이드 카프로락탐 석유화학 출처 : 에너지관리공단, 온실가스배출량 산출지침

41 <표 2-11> 목표관리제 지정 고시된 석유화학 및 정유산업분야 관리업체 일련 번호 관리업체 업종 소재지 1 대성산업가스 석유화학 서울 종로구 관훈동 2 동부하이텍 석유화학 서울 강남구 대치4동 3 디씨알이 석유화학 인천 남구 학익1동 4 엘지화학 석유화학 서울 영등포구 여의도동 5 오마이코리아 석유화학 서울 영등포구 여의도동 6 케이에프엔티 석유화학 울산 남구 용연동 7 풍농 석유화학 서울 마포구 마포동 8 필맥스 석유화학 경북 구미시 공단동 9 한솔케미칼 석유화학 서울 송파구 가락동 10 금호미쓰이화학 석유화학 서울 종로구 신문로 11 금호석유화학 석유화학 서울 종로구 신문로 12 금호타이어 석유화학 광주 광산구 소촌동 13 금호폴리켐주식회사 석유화학 서울 종로구 신문로 14 금호피엔비화학 석유화학 서울 종로구 신문로 15 남해화학 석유화학 서울 중구 충무로 3가 16 넥센타이어 석유화학 경남 양산시 유산동 17 대한유화공업 석유화학 서울 종로구 옥인동 18 도레이새한주식회사 석유화학 서울 마포구 공덕2동 19 동부한농 석유화학 서울 강남구 대치4동 20 동서석유화학 석유화학 울산 남구 부곡동 21 동우화인켐주식회사 석유화학 전북 익산시 신흥동 22 로디아실리카코리아 석유화학 인천 남구 학익동 23 로디아폴리아마이드 석유화학 서울 서초구 서초동 24 미윈스페셜티케미칼 석유화학 전북 완주군 봉동읍 용암리 25 백광산업 석유화학 전북 군산시 소룡동 26 삼남석유화학주식회사 석유화학 서울 종로구 연지동 27 삼성비피화학주식회사 석유화학 울산 울주군 청량면 상남리 28 삼성석유화학 석유화학 울산 남구 부곡동 29 삼성정밀화학 석유화학 울산 남구 여천동 30 삼성토탈주식회사 석유화학 충남 서산시 대산읍 독곳리 31 삼양화성주식회사 석유화학 서울 종로구 연지동 32 삼영화학공업 석유화학 서울 중구 소공동 33 새한미디어 석유화학 인천 서구 가좌동 34 송원산업 석유화학 울산 남구 여천동 35 아세아아세틸스 석유화학 울산 울주군 청량면 상남리 36 애경유화 석유화학 서울 구로구 구로동 37 에보닉카본블랙 코리아 석유화학 전남 여수시 월내동 38 에보닉헤드워터스 코리아(유) 석유화학 울산 남구 상개동 39 에스케이씨하드디스플레이필름(유) 석유화학 충남 천안시 성거읍 천흥리 40 에어리퀴드코리아 석유화학 서울 강남구 신사동

42 <표 2-11> 목표관리제 지정 고시된 석유화학 및 정유산업분야 관리업체(계속) 일련 번호 관리업체 업종 소재지 41 에어프로덕츠코리아 석유화학 서울 종로구 공평동 42 엘지하우시스 석유화학 서울 영등포구 여의도동 43 여천NCC 석유화학 서울 중구 남대문로4가 44 용산화학주식회사 석유화학 서울 용산구 갈월동 45 유니드 석유화학 서울 중구 소공동 46 이수화학 석유화학 서울 서초구 반포4동 47 제이엠씨 석유화학 울산 울주군 온산읍 화산리 48 제일모직 석유화학 경북 구미시 공단동 49 종근당바이오 석유화학 서울 서대문구 충정로3가 50 주식회사 화승인더스트리 석유화학 부산 연제구 연산5동 51 카프로 석유화학 울산 남구 부곡동 52 케이씨 석유화학 전남 영암군 삼호읍 난전리 53 케이씨씨 석유화학 서울 서초구 서초4동 54 케이오씨 석유화학 울산 울주군 온산읍 화산리 55 케이피엑스화인케미칼 석유화학 전남 여수시 월하동 56 케이피케미칼 석유화학 울산 남구 상개동 57 코스모화학 석유화학 서울 서초구 서초동 58 코오롱인더스트리 석유화학 경기 과천시 별양동 59 코오롱플라스틱 석유화학 경북 김천시 응명동 60 콜럼비안케미컬즈코리아 석유화학 전남 여수시 월하동 61 태경산업 석유화학 경기 수원시 영통구 신동 62 폴리미래 석유화학 서울 영등포구 여의도동 63 프렉스에어코리아 석유화학 서울 강남구 대치동 64 한국바스프 석유화학 전남 여수시 화치동 65 한국알콜산업 석유화학 울산 남구 상개동 66 한국엔지니어링 플라스틱 석유화학 서울 마포구 공덕동 67 한국타이어 석유화학 서울 강남구 역삼동 68 한화엘앤씨 석유화학 서울 중구 장교동 69 한화케미칼 석유화학 서울 중구 장교동 70 현대오일뱅크 정유 충남 서산시 대산읍 대죽리 71 호남석유화학 석유화학 서울 동작구 신대방2동 72 효성 석유화학 서울 마포구 공덕동 73 휴비스 석유화학 서울 강남구 삼성1동 74 휴켐스 석유화학 서울 중구 충무로 3가 75 GS칼텍스 정유 서울 강남구 역삼동 76 LG엠엔에이 석유화학 전남 여수시 중흥동 77 OCI 미티리얼즈 석유화학 경북 영주시 상줄동 78 OCI 석유화학 서울 중구 소공동 79 SK에너지 정유 서울 종로구 서린동 80 SK케미칼 석유화학 경기 수원시 장안구 정자동 81 SKC 석유화학 경기 수원시 장안구 정자동 82 S Oil 정유 서울 영등포구 여의도동

43 2.5 이동연소 부문의 국내 목표관리제 현황 온실가스 에너지 목표관리제 의 교통부문 관리업체는 여객운송업체 3개, 항 공업체 2개, 철도운영기관 6개 등 총 11개 업체가 포함되어 있다. 이동연소(교통) 분 야의 관리업체의 업종으로 구분해 보면, 크게 여객업체와 물류업체로 구분할 수 있 다. 여객업체에 해당하는 교통수단으로는 버스, 기차(여객), 지하철, 여안 여객선, 국 내 항공기(여객)이고, 물류업체에 해당하는 교통수단으로는 화물차, 화물 기차, 연안 화물선, 국내 항공기(화물)로 구분 된다. 따라서 이동연소(교통) 분야의 교통수단으 로는 자동차(버스, 화물차), 철도(기차, 지하철), 선박, 항공기로 구분하여 벤치마크 할당계수가 개발되어야 한다. <표 2-12> 이동연소(교통) 분야 온실가스 에너지 목표 관리업체 명단 일련 번호 관리업체 업종 소재지 적용 기준 1 금호산업(주) 교통 전라남도 나주시 송월동 번지 업체 2 (주)경기고속 교통 경기도 광주시 송정동 222번지 업체 3 (주)대원고속 교통 경기도 광주시 송정동 220-3번지 업체 4 한국철도공사 교통 대전광역시 동구 소제동 번지 업체 5 서울메트로 교통 서울특별시 서초구 방배동 447-7번지 업체 6 서울특별시도시철도공사 교통 서울특별시 성동구 용답동 223-3번지 업체 7 부산교통공사 교통 부산광역시 부산지구 교통 공사1로 6 업체 8 인천메트로 교통 인천광역시 남동구 경인로 674 사업장 9 대구도시철도공사 교통 대구광역시 달서구 월배로 307 사업장 10 (주)대한항공 교통 서울특별시 강서구 공항동 1370번지 업체 11 아시아나항공(주) 교통 서울특별시 강서구 오쇠동 47번지 업체

44 2.6 고정연소 부문의 국내 목표관리제 현황 온실가스 에너지 목표관리제 중 고정연소 부문은 한국전력공사 관련 7개사, 한국지역난방공사, 한국가스공사, SH공사, 민간 26개사 등 총 36개 업체가 포함되어 있다. 고정연소 부문은 관리업체 수로는 7.7%, 온실가스 배출량으로는 48%, 그리고 에너지 사용량으로는 47.6%를 차지하고 있다. 발전에너지를 설비별로 분류하면 수력, 기력(무연탄, 유연탄, 중유, LNG), 복합, 내 연력, 원자력, 대체에너지 등 총 6개 분야로 나누어지며, 연료별로 발전에너지를 분류하면 3개 분야로 나누어진다. 이중 기체연료시설은 LNG 등의 기체 연료로 하 여 주로 가스 터빈 및 스팀터빈, 폐열회수 보일러 등으로 구성되며, 중유 등의 액체 를 연료로 하는 액체연료 시설은 디젤엔진, 폐열회수 보일러, 스팀터빈, 탈질설비, 탈황설비 등으로 구성된다. 고체연료설비는 무연탄, 유연탄 등을 연료로 하여 보일 러, 스팀터빈, 탈황, 탈질, 집진 설비 등으로 구성된다. 각 연료별 설비의 성능(효율, 생산량, 용량별)이 다르다. 또한, 고정연소(발전에너지)분야는 연료수단을 기준으로 고체, 액체, 기체로 구분하여 벤치마크 할당계수가 개발되어야 한다

45 <표 2-13> 고정연소부문의 목표관리제 관리업체 명단 일련 번호 관리업체 업종 소재지 적용 기준 1 (주)린데코리아 발전에너지 경상북도 포항시 남구 장흥동 업체 2 (주)씨텍 발전에너지 충청남도 서산시 대산읍 대죽리 업체 3 군장에너지주식회사 발전에너지 전라북도 군산시 소룡동 업체 4 대구염색산업단지관리공단 발전에너지 대구광역시 서구 평리6동 업체 5 대성산업(주) 발전에너지 서울특별시 종로구 관훈동 업체 6 대전열병합발전주식회사 발전에너지 대전광역시 대덕구 신일동 업체 7 무림파워텍 주식회사 발전에너지 경상남도 진주시 상대동 업체 8 부산패션칼라산업협동조합 발전에너지 부산광역시 사하구 신평동 업체 9 서해파워주식회사 발전에너지 충청남도 서산시 대산읍 독곳리 업체 10 아미파워주식회사 발전에너지 경기도 이천시 대월면 대흥리 업체 11 안산도시개발(주) 발전에너지 경기도 안산시 단원구 초지동 업체 12 에너원(주) 발전에너지 전북 전주시 완산구 효자동 3가 업체 13 에코에너지 발전에너지 인천광역시 서구 백석동 업체 14 엠피씨대산전력 주식회사 발전에너지 서울특별시 종로구 서린동 업체 15 엠피씨율촌전력 발전에너지 전라남도 순천시 해룡면 선월리 업체 16 여수열병합발전 발전에너지 서울특별시 중구 장교동 업체 17 인천공항에너지 발전에너지 인천광역시 중구 운서동 업체 18 인천종합에너지주식회사 발전에너지 인천광역시 연수구 송도동 업체 19 전북에너지서비스 발전에너지 전라북도 익산시 팔봉동 업체 20 지에스이피에스 발전에너지 충청남도 당진군 송악면 부곡리 업체 21 케이지에너지 발전에너지 경기 시흥시 정왕동 업체 22 케이파워주식회사 발전에너지 서울특별시 종로구 서린동 업체 23 포스코파워(주) 발전에너지 서울특별시 강남구 역삼동 업체 24 한국가스공사 발전에너지 경기도 성남시 분당구 정자동 사업장 25 한국남동발전 발전에너지 서울특별시 강남구 삼성동 사업장 26 한국남부발전 발전에너지 서울특별시 강남구 삼성동 사업장 27 한국동서발전 발전에너지 서울특별시 강남구 삼성1동 사업장 28 한국서부발전 발전에너지 서울특별시 강남구 삼성동 사업장 29 한국수력원자력 발전에너지 서울특별시 강남구 영동대로 사업장 30 한국전력공사 발전에너지 서울특별시 강남구 삼성동 사업장 31 한국중부발전 발전에너지 서울특별시 강남구 영동대로 사업장 32 한국지역난방공사 발전에너지 경기도 성남시 분당구 분당동 사업장 33 한주 발전에너지 울산광역시 남구 부곡동 업체 34 GS파워 발전에너지 경기도 안양시 동안구 평촌동 업체 35 SH공사 발전에너지 서울특별시 강남구 개포동 사업장 36 STX에너지 발전에너지 경기도 안산시 단원구 초지동 업체

46 2.7 폐기물 부문의 국내 목표관리제 현황 업종별 온실가스 배출시설 및 배출특성 <표 2-14>은 업종별 온실가스 배출특성을 나타낸 것으로 2007년을 기준으로 업종 별 온실가스 배출량을 살펴보면 에너지 부문이 84.7%로 가장 많은 비율을 차지하고 있으며, 다음으로 산업공정 9.8%, 농축산 3.0% 그리고 폐기물 2.5% 순으로 나타난 다. <표 2-14> 업종별 온실가스 배출특성 2000년 2001년 2002년 2003년 2004년 2005년 2006년 2007년 총배출량 증가율(%) 에너지 산업공정 농업 폐기물 토지이용/ 임업 순 배출량 출처 : 지식경제부, 온실가스 인벤토리 및 작성체계 연구 폐기물 부문에서는 하수 폐기물처리, 원료재생 및 환경복원업 및 수도사업으로 업종을 구분하고 있음. 상 하수도는 하수의 수집 및 처리의 과정에서 다량의 에너지 소비와 관련하여 많은 온실가스를 배출하고 있고, 지방공공단체의 사업부문에서 나오는 온실가스 배 출량중에서도 상당한 비율을 차지하고 있음. 보통, 상 하수도는 하수오니 등을 활용한 자원화 가능성이 크고, 이것을 활용하 여 온실가스를 저감시킬 수 있을 것임. <표 2-15>~<표 2-17>는 상 하수도 시설, 폐기물매립지 및 하 폐수 처리시설에서 의 온실가스 배출원을 정리한 것임

47 <표 2-15> 상 하수도 시설 온실가스 배출원 및 저감원 온실가스 종류 및 배출원 전력, 연료 (석유, 가스) 등의 에너지 소비에 의한 배출 시설운전시 각 처리공정에서 의 배출 에너지 기원 이산화탄소 (CO 2 ) 메탄(CH 4 ) 아산화질소 (N 2 O) 메탄 (CH 4 ) 아산화질소 (N 2 O) 상수, 공업용수, 약품의 소비에 의한 배출 하수도자원의 유효이용에 의한 배출량 저감 하수도 사업에서의 주요 배출원 및 저감 내용 연료사용에 의한 배출(중유, 가솔린 등) 전력사용에 의한 배출 가스 및 가솔린 기관 등에서 연료 사용에 의해 배출 자동차 주행에 의해 배출 가스 및 가솔린 기관 등에서 연료 사용에 의해 배출 자동차 주행에 의해 배출 하수오니의 매립처분에 의한 배출 하수처리에 의한 배출 산업폐기물(오니)의 소각에 의한 배출 하수처리에 의한 배출 산업폐기물(오니)의 소각에 의한 배출 상수, 공업용수, 약품의 소비에 의한 배출 하수도자원(하수오니, 공간 등)의 유효이용에 의한 저감

48 <표 2-16> 폐기물매립지 온실가스 배출원 운영경계 배출원 온실가스 배출원 고정연소 CO 2 CH 4 N 2 O 매립시설 보일러 가동, 난방 및 취사 등에 사용되어진 연료연소에 의한 배출 직접배출원 (Scope 1) 이 동 연 소 도로 (차량) 비도로 (중장비) CO 2 CH 4 N 2 O 매립시설 내 업무차량 운행에 따른 온 실가스 배출 CO 2 매립시설에서 압축, 복토 등을 위해 CH 4 사용되는 중장비와 같은 시설의 연료 N 2 O 사용에 따른 온실가스 배출 공정배출원 CH 4 폐기물의 미생물 분해에 의한 매립지 표면에서의 온실가스 배출 간접배출원 (Scope 2) 구매전력 CO 2 CH 4 N 2 O 매립지 운영시설에서의 전력사용에 따 른 온실가스 배출 간접배출원 (Scope 3) 발생폐기물 처리 수도사용 CO 2 매립시설 내 근로자들에 의해 발생하 는 폐기물 처리에 의한 온실가스 배출 매립시설 내 근로자들이 사용하는 수 도의 보급을 위한 수처리 과정에서 발 생하는 온실가스 배출 출처 : 환경부, 전국환경기초시설의 최적 탄소중립 프로그램 개발에 대한 연구,

49 <표 2-17> 하 폐수 처리시설의 온실가스 배출원 세부 목록 운영경계 배출원 온실가스 배출원 직접배출원 (Scope 1) 고정연소 이동연소 공정배출 원 CO 2 하 폐수처리시설에서 보일러 가동, 난방 CH 4 및 취사 등에 사용되어지는 연료 연소에 N 2 O 의한 배출 CO 2 하 폐수처리시설에서 업무차량 운행에 CH 4 N 2 O CH 4 N 2 O 따른 온실가스 배출 하폐수 슬러지의 혐기소화에 의한 배출 하수처리 시 질산화 공정에서의 온실가스 배출 간접배출원 (Scope 2) 간접배출원 (Scope 3) 구매전력 발생폐기 물 처리 수도사용 CO 2 하 폐수처리 운영시설에서의 전력사용에 CH 4 N 2 O CO 2 따른 온실가스 배출 하 폐수처리시설 내 근로자들에 의해 발 생하는 폐기물 처리와 관련된 온실가스 배 출 하 폐수처리시설 내 근로자들이 사용하 는 수도의 보급을 위한 수처리 과정에서 발생하는 온실가스 배출 출처 : 환경부, 전국환경기초시설의 최적 탄소중립 프로그램 개발에 대한 연구,

50 <표 2-18> 폐기물분야 온실가스 감축대상 업체 일련 번호 관리업체 업종 소재지 적용 기준 1 광주광역시 지정외 폐기물처리업 등 광주광역시 서구 치평동 업체 2 대구광역시 지정외 폐기물처리업 등 대구광역시 중구 동인동 업체 3 대전광역시 지정외 폐기물처리업 등 대전광역시 서구 둔산동 업체 4 부산광역시 지정외 폐기물처리업 등 부산광역시 연제구 연산동 업체 5 부천시 지정외 폐기물처리업 등 부천시 원미구 중동 업체 6 서울특별시 지정외 폐기물처리업 등 서울특별시 중구 서소문동 업체 7 성남시 지정외 폐기물처리업 등 성남시 중원구 여수동 업체 8 수원시 지정외 폐기물처리업 등 수원시 팔달구 인계동 업체 9 수자원공사 지정외 폐기물처리업 등 대전광역시 대덕구 연축동 업체 10 울산광역시 지정외 폐기물처리업 등 울산광역시 남구 신정동 업체 11 인천광역시 지정외 폐기물처리업 등 인천광역시 남동구 구월동 업체 12 제주특별자치도 지정외 폐기물처리업 등 제주특별자치도 제주시 연동 업체 13 창원시 지정외 폐기물처리업 등 창원시 의창구 용호동 업체 14 (주)코엔텍 지정외 폐기물처리업 울산광역시 남구 용잠동 사업장 15 KG에코서비스코리아 지정외 폐기물처리업 시흥시 정왕동 사업장 16 광명시 지정외 폐기물처리업 광명시 가학동 사업장 17 비노텍(주) 지정외 폐기물처리업 안산시 단원구 원시동 사업장 18 성림유화(주) 지정외 폐기물처리업 안산시 단원구 성곡동 사업장 19 수도권매립지관리공사 지정외 폐기물처리업 인천광역시 서구 백석동 사업장 20 안산공공하수처리장 하수처리업 안산시 단원구 성곡동 사업장 21 달서천공공하수처리장 하수처리업 대구광역시 서구 비산7동 사업장 22 서부공공하수처리장 하수처리업 대구광역시 달서구 대천동 사업장 23 신천공공하수처리장 하수처리업 대구광역시 북구 서변동 사업장 <표 2-18>은 폐기물 부문 온실가스 배출량 현황을 나타낸 것으로 폐기물부문 의 온실가스 총 배출량은 7,133천 톤CO 2 로 지방자치단체 57.3%, 중앙행정기관 및 공공기관 35.4%, 민간이 7.2%순으로 나타났음

51 <표 2-19> 폐기물 부문 온실가스 배출량 현황 (단위 : 개소; ( )안은 천톤CO 2 ) 구분 합계 업체 사업장 총계 23 (7,133) 13 (4,082) 10 (3,051) 중앙행정기관 및 공공기관 5 (2,530) 1 (126) 4 (2,404) 지방자치단체 14 (4,087) 12 (3,955) 2 (131) 민간업체 4 (516) - 4 (516) 출처 : 환경부 온실가스 목표관리제 TF팀, 폐기물부문 온실가스 에너지 목표관리제 권역별 설명회 자료, 건축 부문의 국내 목표관리제 현황 국토해양부는 저탄소 녹색성장기본법령( 시행)으로 새롭게 도입된 [온실가스 에너지 목표관리제]*에 따라 건물 교통부문의 목표관리 대상으로 46개 업체를 관리업체로 지정하였다고 발표 국토해양부가 지정한 건물 교통부문 관리업체는, - 건물 부문의 경우, 호텔 유통 13개, 학교 병원 14개, 상용 공공 8개 등 총 35개 업체 - 교통 부문의 경우, 여객운송업체 3개, 항공업체 2개, 철도운영기관 6개 등 총 11개 업체 앞으로 이들 업체는 목표관리제에 따라 감축목표를 설정하고, 온실가스 감축 을 위한 노력을 본격화하게 됨 국토해양부는 그동안 일부 대형건물과 교통관련 업체를 대상으로 자발적 협약 을 통해 자체적 감축노력을 유도하여 왔으나, 금번 목표관리제 시행과 관리업체 지 정으로 국가 온실가스 배출량의 42%에 달하는 건물 교통부문에서 온실가스 감축 활동이 보다 확산되는 계기가 될 것으로 기대 금번에 관리업체로 지정된 업체는 내년 3월까지 최근 4년간(2007~2010)의 온 실가스 에너지 명세서를 부문별 관장기관에 제출하여야 하며, 2011년 9월에 감축목 표를 설정하고 2012년부터 목표 이행

52 <표 2-20> 건물분야 온실가스 에너지 목표 관리업체 명단 일련 번호 관리업체 업종 소재지 적용 기준 1 (주)신세계 건물 서울특별시 중구 충무로1가 52-5번지 업체 2 롯데쇼핑(주) 건물 서울특별시 중구 소공동 1번지 업체 3 삼성테스코(주) 건물 서울특별시 강남구 역삼동 701-2번지 삼정개발빌딩 업체 4 인천국제공항공사 건물 인천광역시 중구 운서동 2850번지 사업장 5 한국공항공사 서울지역본부 건물 서울특별시 강서구 하늘길 100(공항동) 사업장 6 삼성서울병원 건물 서울특별시 강남구 일원동 50번지 사업장 7 서울아산병원 건물 서울특별시 송파구 풍납2동 사업장 8 연세대학교의료원 건물 서울특별시 서대문구 성산로 250(신촌 동 134) 사업장 9 서울대학교병원 건물 서울특별시 종로구 대학로 101(연건동 28번지) 사업장 10 가톨릭대학교 성모병원 건물 서울특별시 서초구 반포동 505번지 사업장 11 서울대학교 건물 서울특별시 관악구 관악로 599 사업장 12 연세대학교 건물 서울특별시 서대문구 성산로 262 사업장 13 고려대학교 건물 서울특별시 성북구 안암동5가 1-21번 지 사업장 14 한양대학교 건물 서울특별시 성동구 행당동 17번지 사업장 15 경북대학교 건물 경상북도 북구 산격동 1370번지 사업장 16 성균관대학교 건물 경기도 수원시 장안구 천천동 300번지 사업장 17 이화여자대학교 건물 서울특별시 서대문구 대현동 11-1번지 사업장 18 포항공과대학교 건물 경상북도 포항시 남구 효자동 산31번 지 사업장 19 한국과학기술원 건물 대전광역시 유성구 과학로 335(구성동 373-1) 사업장 20 호텔롯데(롯데월드) 건물 서울특별시 송파구 잠실동 40-1번지 사업장 21 (주)강원랜드호텔카 지노 건물 강원도 정선군 사북읍 사북리 424번지 사업장 22 (주)호텔롯데 건물 서울특별시 중구 소공동 1번지 사업장 23 (주)부산롯데호텔 건물 24 삼성에버랜드리조 트사업부 25 (주)대명레저산업 건물 26 (주)용평리조트 건물 부산광역시 부산진구 부전동 번 지 사업장 건물 경기도 용인시 포곡면 310번지 사업장 강원도 홍천군 서면 팔봉리 번 지 강원도 평창군 봉평면 면온리 1095번 지 사업장 사업장

53 <표 2-20> 건물분야 온실가스 에너지 목표 관리업체 명단(계속) 일련 번호 관리업체 업종 소재지 적용 기준 27 (주)센트럴시티 건물 서울특별시 서초구 반포동 19-3번지 사업장 28 (주)보광휘닉스파크 건물 29 SK네트웍스(주)워커 힐 강원도 평창군 봉평면 면온리 1095번 지 사업장 건물 서울특별시 광진구 광장동 산21번지 사업장 30 (주)코엑스 건물 서울특별시 강남구 삼성1동 무역센터 사업장 31 서울특별시농수산 물공사 건물 서울특별시 송파구 가락동600번지 사업장 32 (주)현대아이파크몰 건물 서울특별시 용산구 한강로3가 사업장 33 프라임에이엠(주) 건물 서울특별시 구로구 구로동 3-25번지 사업장 34 프라임산업(주)테크 노마트21 건물 서울특별시 광진구 구의동 546-4번지 사업장 35 현대정보기술(주)연 경기도 용인시 기흥구 마북동 건물 구소 번지 사업장

54 2절 국외 목표관리제 현황 1) EU 27개국이 참여하고 있는 배출권거래시장인 유럽 ETS를 설립한 ETD는 회원국 에게 온실가스 배출량을 감축하기 위하여 5%(phase I, 2005~2007년) 및 10%(phase Ⅱ, 2008~2012년)의 경매권을 사용할 규제와 함께 배출 허용량을 할당하는 방법의 선택권을 주고 있다. ETD의 부속서Ⅲ에는 국가할당량계획(National Allocation Plans, NAPs)을 위해 회원국이 지켜야 할 기준이 목록화 되어있다. 특히 부속서Ⅲ의 기준 7에는 국가할당량계획(NAPs)을 세우는데 있어 온실가스배출과 관련된 최적가용기술 (BAT, Best Available Technology) 및 벤치마킹을 사용하도록 권장하고 있다. 또한 기준 8에서는 국가할당량계획(NAPs)에 에너지 효율적인 기술을 포함하는 청정기술 에 관한 정보가 포함되어야한다고 서술하고 있다. 따라서 할당량 결정에 있어 성능 이나 벤치마크수준과 같은 기술 수준에 대한 여지를 남기도록 하고 있으며, 또한 청정기술에 대한 최소조건이 최적가용기술(BAT)이어야 한다고 언급하고 있다. 이에 더하여 벤치마크를 결정할 때는 설비가 같은 분류에 속하는지를 고려할 것과 에너 지 관련 활동도에 관하여 투입되는 가공연료 (input-derived fuel)의 벤치마크를 분 리할 것을 권고하고 있다. 2008~2012년의 거래기간(phase Ⅱ)의 할당계획에 대한 안내서에는 벤치마킹과 관 련해 다음과 같은 문단을 포함하고 있다: 전 유럽의 벤치마킹은 phase Ⅱ에 사용되는 할당방법에 대한 완전한 대안은 아 니다. 하지만 회원국은 특정 부문에서의 설비 수준 할당량(the installation level allocation) 그리고 예를 들어 전기 부문과 같은 새로운 진입부문을 위해, 국가수준 의 벤치마킹의 적절한 방법을 찾아야 한다. 이 같은 사용으로 인한 결과 및 재검토 는 위원회가 검토할 것이다. 위원회는 벤치마킹에 대한 추가적인 정보를 요구해 회 원국들이 벤치마킹이 과연 적용할 가치가 있는 것인지에 대해 논의할 것이다. 1. EU ETS와 관련한 벤치마킹 연구 유럽의 할당량방법론으로서의 벤치마킹은 국가할당량계획(NAPs)의 준비와 보다 더 일반적 범위를 가진 개관 연구와 관련해 직접적으로 또한 광범위하게 연구되었 다. ETD는 EU ETS의 phase I의 실행과 phase Ⅱ를 위한 준비의 재검토를 통해 벤 1) Developing Benchmarking Criteria for CO 2 Emission, Ecofys, 2009를 요약하였음

55 치마킹이 미래 할당을 위한 가치 있는 도구(tool)라고 결론 내렸다. 관련 보고서는 벤치마킹이 모든 부문에 대해 적용가능하지는 않으며, 할당방법론에 이용되기 위해 서는 벤치마킹 이전에 상당한 양의 작업이 필요하다고 결론지었다. 또한 추가 연구 를 통해 특히 데이터 수집 및 다양한 부문에 대한 접근을 설정하는 것이 필요하다 고 명시하고 있다. Ecofys와 Utrecht 대학교는 일반 부문으로 그리고 전력 부문, 철강 부문, 시멘트 부문을 위한 특정한 계산 예시에 있어서의 벤치마킹의 적용을 연구했다. 그 결과는 phase I( 년)의 국가배출량할당계획(NAPs)을 위해, '선진사례' 에너지 효율 을 기반으로 하는 할당량을 기초로 하는 벤치마킹이 연구된 3개 부문(전력부문 3~4%, 철강 부문 18%, 시멘트 부문 4%)을 위한 최소의 전체 할당량과 다양한 회원 국간의 상당한 할당량의 분배차이, 둘 다 과거배출량을 이용한 그랜드파더링 2) (grandfathering)으로 비교되는 것으로 나타났다. 그러므로 이 결론은 과거 배출량을 이용한 그랜드파더링을 기반으로 한 할당량의 단점을 분명히 증명한다고 할 수 있 다. 2. 전력생산 및 열병합 발전에 대한 벤치마킹의 사용 유럽의 몇몇 국가들은 할당방법론으로의 벤치마킹을 기존 플랜트에도 사용하면서 전력부문과 같은 새로운 진입부문에 대해 대부분 사용한다. 룩셈부르크, 스웨덴, 벨 기에(플랜더즈와 왈로니아) 그리고 영국은 같은 배출량 벤치마크를 적용한다(기술 또는 연료에 의해 구별하지 않는다). 2) 배출권 초기분배 방식은 과거배출량에 근거한 배출량 할당방법

56 <표 2-21> phaseⅡ의 국가할당량계획 시 유럽회원국의 벤치마킹 이용여부 국가 전력생산 전력생성 이외 산업 1) 새로운 공정 기존 공정 새로운 공정 기존 공정 오스트리아 Y* Y Y* - 브뤼셀 Y* - * - 벨기에 왈로니아 Y* Y* Y* - 플랑드르 Y* Y* Y* Y* 불가리아 Y - Y - 키프로스 Y* - Y* - 체코 Y* - * - 덴마크 Y* * Y* - 에스토니아 * - * - 핀란드 * - * - 프랑스 Y* Y Y* Y 독일 Y* Y Y* - 그리스 Y - Y* - 헝가리 Y* Y Y* Y 아일랜드 Y* - Y* - 이탈리아 Y* Y* Y* Y* 라트비아 Y 리투아니아 Y* - Y - 룩셈부르크 Y* - Y* - 몰타 Y* - Y* - 폴란드 Y* Y Y* Y 포루투칼 * - Y* - 루마니아 Y - Y - 슬로바키아? Y? Y 슬로베니아 Y* Y Y - 스페인 Y* Y Y* - 스웨덴 Y* Y Y* Y 네덜란드 Y* Y* Y* Y* 영국 Y* Y Y* - 1) 전력생성 이외 산업의 벤치마킹은 최소 하나이상의 부문섹터 또는 제품이 포함한다. 단, Y는 ETS phase Ⅱ에서 사용하는 벤치마킹, *은 ETS phase I에 사용한 벤치마킹을 의미한 다. 또한?는 보고되지 않음을 의미한다. 3. 산업부문에 대한 벤치마킹의 사용 EU ETS의 phase Ⅱ(2008~2012년)동안, 유럽 회원국들은 특정한 산업부문과 제품 을 위한 벤치마킹을 이용하고 있다. 이렇게 벤치마킹을 대부분 새로운 진입부문을 위해 이용하고 있지만, 몇몇 국가들은 기존 공정 또는 특별한 경우(예, 충분한 데이

57 터가 없는 최근 지어진 공정 등)에 대해서도 벤치마킹을 이용하고 있다. 선택된 배 출 벤치마크 수준의 질적 개관과 활동수준에 대한 접근법은 다음 표와 같다. <표 2-22> phaseⅡ의 국가할당계획에 사용되는 산업부문의 벤치마킹 수준 벨 기 에 국가 새로운 공정 기존 공정 오스트리아 플랑드르 왈로니아 불가리아 키프로스 독일 덴마크 그리스 스페인 프랑스 헝가리 아일랜드 이탈리아 리투아니아 수준 : BAT (BREF 3) ) 활동수준 : 보조 부문 및 새로운 진입부문의 예상활동수준 수준 : 선진사례 활동수준 : 예측된 생산량 수준 : BAT (비특성화) 활동수준 : 계획된 용량과 추정치 수준 : BAT (비특성화) 활동수준 : IPPC허용과 사업계획 수준 : BAT (BREF) 활동수준 : 불분명 수준 : 고유 벤치마크 활동수준 : 표준화된 부하율 수준 : 고유 벤치마크 노력 활동수준 : 표준화된 인자 수준 : BAT(BREF) 및 연료 종류 활동수준 : 비슷한 설비를 참고한 개발인자 및 허용 수준 : BAT (BREF) 활동수준 : 불명확 수준 : BAT 및 최소 emitting fuel 활동수준 : 생산 예측 수준 : BAT(BREF) 활동수준 : 예측된 생산량 수준 : BAT(비특성화) 활동수준 : 예측된 생산량 수준 : BAT(고유의 특성화 수준) 활동수준 : 생산 예측량 수준 : 고유 벤치마크 활동수준 : 불분명 사용안함 수준 : 선진사례 활동 수준 : 생산 예측량 사용안함 사용안함 사용안함 사용안함 사용안함 사용안함 사용안함 수준 : 공정 당 국가 평균 활동수준 : 과거 부문별 평균 -8.9% 수준 : BAT (시멘트); 부 문별 평균 (석회) 활동수준 : 과거 생산량 사용안함 수준 : 고유 벤치마크 활동수준 : 과거 생산량 사용안함 3) Best Available Techniques Reference documents

58 <표 2-22> phaseⅡ의 국가할당계획에 사용되는 산업부문의 벤치마킹 수준(계속) 국가 새로운 공정 기존 공정 룩셈부르크 몰타 네덜란드 폴란드 수준 : 고유 벤치마크 활동수준 : 표준화된 부하율 수준 : BAT (비특성화) 활동수준 : 불분명 수준 : 선진사례 활동수준 : 표준화된 인자 수준 : BAT 활동수준 : 허용량 및 예측생산량 사용안함 사용안함 포루투칼 수준 : BAT (비특성화) 사용안함 루마니아 수준 : BAT (비특성화) 활동수준 : 생산 예측량 수준 : 선진사례 활동수준 : 예측생산량 수준 : 고유 벤치마크 활동수준 : 생산 예측량 사용안함 스웨덴 슬로베니아 슬로바키아 영국 수준 : BAT (BREF 특정기술 및 연료) 활동수준 : 불분명 수준 : BAT (BREF) 활동수준 : 생산 예측량 불명확 수준 : 고유 벤치마크 활동수준 : 표준화된 부하율 수준 : EU 평균 활동수준 : 과거 생산량 수준 : BAT (BREF) 활동 수준 : 예측된 생산량 수준 : 고유 벤치마크 활동 수준 : 예측된 생산량 사용안함 벨기에(플랑드르), 네덜란드, 덴마크, 프랑스, 독일, 헝가리, 이탈리아, 룩셈부르크, 폴란드, 스웨덴과 영국에 관해서 phaseⅡ의 국가할당량계획(NAPs)의 벤치마크에 이 용된 양적 정보를 직접 얻거나 계산할 수 있는 벤치마킹 접근법은 다음과 같다. 3.1 네덜란드 네덜란드는 질산생성공정에서 N 2 O가 배출되는 설비에 벤치마킹을 이용하고 이는 EU ETS의 범위에 일방적으로 포함된다. 네덜란드는 기존 설비에 대하여 배출량과 연관된 가장 최상의 BAT보다는 현저하게 낮은 수준이지만 EU ETS가 권장한 온실 가스 감축기술의 사용해 예상되는 배출수준보다 나은 수준의 벤치마크를 제안했다. 네덜란드는 새로 공정을 설치하는 진입부문을 위해 BAT와 관련해 제시한 범위의 하한값의 벤치마크를 적용하는 것을 제안했고, 이러한 제안을 위원회에서 받아들여

59 사용하고 있다. 네덜란드 경우 생산수준에 대하여 어떠한 예측값도 적용하지 않고, 과거 배출량을 기반으로 한다. 3.2 덴마크 덴마크에서는 벤치마킹을 오직 새로운 진입부문에 대해 사용하고 있다. 다른 회원국 과 다르게 벤치마킹 접근법은 설비 가동률을 이용하고 있으며, 성능 수준은 플랜트의 설비당 이산화탄소 할당량에 대한 단일 값으로 나타낼 수 있다. 예를 들면, 시멘트 공 정은 시멘트 용량의 시간당 5469 ton CO 2 를 연간 할당량으로 받는 것을 들 수 있다. 덴마크는 식품 또는 농업 부분의 약 30개의 제품들 또는 생산품 분야(온실 난방, 분유, 동물 사료 처리, 동물 사료 분말 공정, 녹사료, 펙틴, 알코올 증류, 어유( 漁 油 ), 어분( 漁 粉 ), 설탕, 감자녹말, 단백질 및 맥아 건조 등)에 광범위하게 벤치마크를 적 용하고 있다. 다른 분야로는 철강, 시멘트, 정제, 펄프, 석회 및 석회 제품, 세라믹, 미네랄 섬유, 유리 그리고 염류용액 증류 등이 있다. 3.3 헝가리 헝가리는 폴란드와 함께 산업부문에서 신규설비뿐만 아니라 기존설비에 벤치마킹 을 이용하는 몇 안 되는 나라 중 하나이다. 시멘트 생산에 대해 BREF(Best Available Techniques Reference documents)에서 규정된 최적가용기술(BAT)이 과거 생산수준을 고려한 할당량의 계산을 위해 사용한 것이 그 사례이다. 석회부문에 대 해서도 벤치마킹 개념이 과거 생산량 수준에 비례하여 나눠지는 분야별 할당량으로 사용되었다. 모든 새로운 진입부문은 생산 예측량에 EU BAT 수준(BREF에 기초한) 을 곱한 값을 기초로 하여 무상할당량을 받는다. 하지만 새로운 진입부문 중 폐열 을 이용한 직접적인 열의 공급, 지역 자원의 사용과 지속성을 고려하는 전기 부문 에 대해서는 기술적인 차이가 있다. 3.4 폴란드 폴란드는 기존의 종이, 정제, 코킹, 시멘트, 석회, 철강, 유리, 세라믹, 설탕, 화학 부문의 설비에 벤치마킹 접근방법을 적용하고 있다. 이 모든 부문은 특정 부문에 대하여 조정되어 왔고, 최적가용기술(BAT수준에 대한 어떤 추가적 세부사항도 주어 지지 않음) 또는 계산한 국가 고유의 성능수준에 기초하고 있다. 성장인자(growth factor)로 보정된 과거 기록 또한 생산량 수준에 대한 근거로 이용된다

60 3.5 이탈리아 이탈리아는 연소설비, 정련소, 철강, 시멘트, 석회, 유리, 세라믹, 벽돌, 펄프와 종 이와 같은 산업분야는 벤치마킹접근법을 기초로 하여 무상할당량을 부여 받았다. 활동수준은 전력부문에서는 표준인자에 의해서 결정되며, 산업부문에서는 성장인자 (growth factor)에 의한 과거수준에 의해 결정된다. 산업부문의 모든 신규 공정에 대 해, 예측 생산량과 함께 벤치마킹에 기초한 BAT가 적용된다. 3.6 독일 독일은 전력, 열, 스팀, 시멘트, 판유리 및 기타 유리, 진흙벽돌(2가지 분야) 그리 고 지붕 타일(2가지 분야)에 대해 벤치마킹을 사용한다. 이러한 벤치마크는 전력, 스 팀, 온수 생산에 있어 사용되는 연료가 가스인지 아니면 그 외의 연료인지에 따라 다르다. 클링커(clinker) 생산에 대한 벤치마크는 예열된 사이클론 (3, 4 또는 5-6)의 수에 따라 다르다. 열병합발전의 경우, 이중벤치마크 개념(열과 전력에 따라 할당)이 적용된다. 모든 비특화 부문은 적적가용기술(BAT) 수준을 결정하기 위한 특정 연구 를 기초로 하여 할당량을 받을 것이다. 표준 설비 가동률은 25개의 에너지변환 및 개질 플랜트를 위해 개발되었다. 또한 표준 설비 가동률은 석유산업, 코킹(king)공 정, 소결(sintering) 공정, 철화합물 생산 및 처리, 시멘트, lime(lime and sugar), 유 리, 벽돌, 펄프 그리고 종이 및 판지산업에도 적용된다. 표준화된 설비 가동률 관련 인자는 무연탄화력발전소(7500시간) 및 갈탄화력발전소(8250시간)에 따라 다르기 때 문에, 발전소에 대한 벤치마크는 연료별로 다르다. 표준 부하율이 없는 활동들에 대 해서 독일관계당국(Dehst)은 관련설비에 관한 적절한 부하율을 예측할 것 이라고 언급하였다. 2002년에 설치된 설비 및 이후 설치될 설비에 대해서는 과거 생산수준 보다는 표준화된 가동률을 사용한다. 3.7 룩셈부르크 룩셈부르크에서는 벤치마킹을 제품별 벤치마크의 형태로 새로운 진입부문에만 적 용되는데 시멘트, 판유리, 다른 형태의 유리들, 진흙벽돌 그리고 지붕타일의 생산부 문이 이에 해당한다. 표준 활동수준 가동율은 제지 및 펄프, 전력 및 열 발전, 철강, 광물 부문에 사용된다. 기준값이 없는 새로운 진입부문은 생산용량과 마찬가지로 최적가용기술(BAT)을 결정하기 위한 연구를 기반으로 할당량을 부여받는다

61 3.8 스웨덴 스웨덴에서 기존의 주요 제철 플랜트는 벤치마킹 접근에 따라 할당량을 부여받는 다(단, 무상할당량에 기반한 그랜드파더링(grandfathering)이 낮은 무상할당량을 받 지 않는 경우). 통합된 철강플랜트는 철강 인곳(ingot) 4) 톤당 1.91톤의 이산화탄소를 할당받는다. 이는 유럽의 모든 제철소의 2005년 평균을 기반으로 한다. 주요 제철플 랜트를 포함한 새로운 플랜트에는 세분화되지 않은 BAT수준이 이용된다. 3.9 영국 영국에서 벤치마킹은 phase I와 phase Ⅱ기간 동안 검토되고 보안되어 온 다양한 연구들을 통해 결정된 벤치마크수준을 기초로 하여 모든 새로운 진입부문에서 사용 된다(ENTEC-NERA, 2005). 기준값은 설비 가동율에 사용되었다. 적용된 모든 벤치 마킹 절차는 정확하며 공개적으로 이용 가능한 데이터베이스에 의해 만들어졌다. 영국의 국가할당계획(NAP) Phase Ⅱ에서는 총 19개 분야로 구별하였다. 영국은 새 로운 진입부문에 대해 정확성이 높은 연구, 선별된 수준 및 수집된 데이터를 이용 하여 가장 적절한 벤치마킹접근법을 개발한 국가이다. phase I과 phase Ⅱ의 기간 동안 할당량에 대한 벤치마크 접근법의 실행가능성 및 한계의 평가에 대한 재검토연구를 ENTEC-NERA(2005)에서 수행하였다. 보고서 는 첫째로 벤치마킹 접근방법을 개발할 때 필요한 벤치마크의 유형(입력, 출력, 용 량), 벤치마크 수준에 대한 근거(최적가용기술이나 유럽 또는 전세계의 최상위 x%사 이의 기술), 총합 수준(보조부문별의 수와 이러한 보조부문별 벤치마크의 수) 그리 고 활동수준에 대한 근거와 같은 주요 매개변수를 요약하였다. 벤치마킹 접근법을 평가하는데 사용될 수 있는 평가 기준은 다음과 같다. 4) 제련된 후에 압연( 壓 延 ), 단조( 鍛 造 ) 따위의 가공이나 재용해( 再 鎔 解 )에 알맞도록 거푸집에 넣어 굳힌 금속 덩 이

62 1. 단순성, 투명성과 표준화 2. 실행가능성 3. 검증성 4. 배출원이 필요한 할당량과의 일치성 5. 위험성 및 역효과 문제의의 최소화 6. 청정기술 및 선진사례에 대한 포상 제공 7. 확실성 이러한 각각의 평가기준은 전기, CHP, 화학제품, 식품 및 음료, 공학, 운송수단 및 서비스업, 석유정제, 철강, 육상 가스분배(On-shore gas distribution), 해상 (Off-shore) 원유 및 가스, 펄프 및 종이, 세라믹, 시멘트 및 석회, 알루미늄 그리고 유리 부문에 적용된다. 이러한 연구의 평가에 대한 주요 결과는 다음과 같다. 전기, 시멘트, 육상 가스분배(On-shore gas distribution), 해상(Off-shore) 원유 및 가스 그리고 알루미늄에 대해 벤치마크에 기초한 배출량(output)은 추가적으로 분문을 세분화할 필요 없이 적용 가능하다. 예를 들어 철강부문을 1차 및 2차 철강으로 세분화하는 것처럼 부문을 보조부 문으로 세분화하더라도 철강, 유리, 세라믹, 제지 그리고 석회에 대해 벤치마크에 기초한 배출량(output) 개발이 가능하다. 석유정제과 '다른 연소 활동'(화학, 식품 및 음료, 공업 및 운송수단, 서비스업 그리고 다른 연소부문)에 대해 개별 제품의 수가 너무 많아서 벤치마크에 기초한 배출량(output) 개발은 과도한 것으로 보일 수 있다. 현재 설비의 효율 수준의 변화는 일차 철강, 일차 알루미늄, 일차 알루미늄산업 에 대하여 낮으며, 기타 연소, CHP, 정련소와 육상 가스(on-shore gas)부문에 대해 서는 보통이며 기타부문에 대하여 높은 것으로 여겨진다. 이 때문에 청정기술의 시 뮬레이션 시에 차별적 효과가 나타난다. 다양한 부문의 설비들 간의 부하변화는 정련소, 시멘트 그리고 알루미늄산업에 서는 낮으며 펄프 및 제지, 철강 산업에서는 보통이며 기타부문에 대해서는 높은 것으로 여겨진다. 이것은 개별 배출원의 실제 배출량과 관련하여 산업 부문간의 표 준화된 가동율을 이용한 결과에 영향을 준다

63 예를 들어 1998에서 2003년 사이의 최대 변동량은 4%(알루미늄)에서부터 59% (기타 원유 및 가스)까지 범위를 나타내는 것처럼 설비 가동율의 연간 차이는 상당 히 크다. 이는 특정 예년의 유효용량 가동율을 이용하는 결과에 영향을 준다. 4. 기타 벤치마킹 사용 사례 많은 산업은 벤치마킹을 사용하고 있지만 벤치마킹은 주로 경제적인 향상에 대한 잠재력을 확인하기 위한 관리도구로 이용된다. 다음은 EU ETS의 틀 안에서 설비들 의 온실가스 배출량의 국제적 비교에 사용되는 벤치마킹의 사례에 관한 내용이다. 4.1 네덜란드의 벤치마킹 네덜란드에서는 에너지-집약형 산업(0.5PJ 이상의 연간 에너지 소비율을 가진 설 치)에 대해 2012년까지 전 세계적으로 가장 효율적인 산업으로써 에너지 효율 요구 하는 자발적인 협약에 서명했으며, 528가지 다른 공정을 가진 총 103개의 회사가 참여하고 있다. 각각의 회사는 국가의 에너지기관(SenterNovem)과 관련되어 검증된 개체(VBE)에 의해 승인 및 검증되기 위하여 벤치마크 방법론을 개발한다. 플랜트의 에너지 효율성능은 세계 최상위의 성능과 비교되고 이러한 수준은 4년마다 재평가 된다. 벤치마크는 총 49개 컨설턴트에 의해 결정되었다(Iestra, 2005). 다음은 세계 최상위 기술과의 비교 검토를 위해 적용할 수 있는 4가지 방법이 다. 1. 지역적인 방법 : 세계에서 가장 효율적인 에너지 영역을 비교 분위수 방법 : 전 세계적으로 모든 비교되는 설치의 상위 10% 비교 3. 최적 실행 방법 : 전 세계적으로 가장 운영적인 설비의 에너지 효율 4. 개별적 추정 방법 : 개별적 회사 대한 개선잠재력 10분위수 방법 및 지역적 방법들은 세계적으로 또는 지역적으로 벤치마크 연구가 이용 가능한 약 30개의 공정 설비에 대해 적용이 가능하다. 최적 실행 방법은 약 60개의 공정에 대해 적용 가능하다. 최적 실행 방법 또는 지역적 또는 세계적 비교 방법을 통한 벤치마킹을 이용하

64 는 분야는 다음과 같다. 정제 부문 알루미늄 부문 철강 부문 양조 부문 시멘트 부문 화학산업의 60가지 공정 부문 펄프 및 제지 부문 유리 부문 전력 부문 벨기에의 플랑드르는 네덜란드의 예를 따르기로 결정했고, 각각의 산업에 대하여 벤치마킹 연구소를 설정하고 있다. 4.2 유리산업 부문 유리산업에 대한 가장 중요한 문제점 중 하나는 제품은 유리제품의 모양이 톤당 필요한 에너지에 크게 영향을 미치기 때문에 에너지 이용 측면에서 비교할 수 없다 는 것이다. 궁극적으로, 모델은 형상에 따른 유리의 톤당 요구되는 에너지의 표준화 된 수준을 결정할 필요가 있다. 컨테이너와 평면유리를 위해, 수학적 모델은 벤치마 킹 계약의 일부로 수행되는 네덜란드의 TNO에서 수행한 작업을 기반으로 하는 전 세계의 데이터를 사용하는 EU-수준에서 이용가능하다. 지속적인 유리산업을 위한 모델은 현재 재검토 중이다. 모델은 유리 가열로, 연료 유형과 공정 배출량에서 모 든 에너지 소비량을 통합시켜 계산하는 형태로,영국 및 다른 유럽의 유리 제조업 을 예시로 하여 성공적으로 시범 사용되었다(British glass, 2007). 4.3 기타 화학물질 화학산업은 1,500개 이상 상업적인 공정으로 매우 복합적이다. 그러나 이러한 특 성은 분야의 총 에너지 사용을 동등하게 고려하기 때문에 중요하지는 않다. 네덜란 드 화학산업에서 60개 제품의 벤치마크는 연간 0.5PJ 이상의 에너지를 소비하는 87 개 화학시설의 96%를 포함한다. SIR 컨설팅은 벤치마크를 개발하기 위한 참고문헌 으로써 이용될 수 있고, 온실가스 배출공정의 약 100개를 포함하는 화학산업을 위 한 참고문헌인 온실가스 안내서 를 개발했다(Johnson and Heinen, 2006). 화학산 업을 위한 벤치마킹을 사용하는 회사로는 Plant Service International (PSI, ammonia 와 urea units을 위한), Design Centre 공정(PVC를 포함한 다양한 공정), Philip Townsend Associates (polymers) 그리고 Nexant(melamine) 등이 있다. 4.4 알루미늄 알루미늄의 생산은 직접적이고 간접적인 온실가스 배출 양쪽 모두와 관련이 있

65 다. 간접적인 배출은 필요한 전력 생산의 결과로서 배출된 CO 2 때문이고, 이에 대 해서는 이미 EU ETS가 정립하였다. 과불화탄소(PFC)의 직접적인 배출은 CO 2 가 배 출되는 직접 온실가스의 2/3이 남아있게 기여하는 동안 공정에서 직접 온실가스 배 출량 대략 1/3이 기여한다(Marks, 2007). 이러한 활동으로부터 PFC와 직접 CO 2 방출 량은 모두 현재 EU ETS에 포함되지 않는다. 개정된 ETS 지시에 대한 위원회의 제 안에 따르면 그들은 향후 2013년부터 EU ETS에 포함될 것이다. 알루미늄 사업을 위해 세계자원연구소(WRI)와 세계 환경 친화적 개발 사업 위원회(WBSCD) 의해 개 발된 표준화된 의정서가 있으며, 국제 알루미늄 연구소에 의해 수정되고 있다.(IAI, 2006). 의정서는 특히 PFC 배출량 감소의 결과를 측정하기 위해 자발적인 동의를 통한 산업위원회에서 광범위하게 사용된다. 알루미늄 공업은 또한 전 세계적으로 최적가용기술과 공정을 비교하기위해 의정서를 사용한다(Porteous, 2006). 2개의 CDM 방법론인 ACM0030과 ACM0059은 알루미늄 분야를 위해 개발되었고, 방법론적 인 부분이 벤치마킹 접근의 기능에서 재사용된다는 것을 초점을 맞춰야 한다

66 제3장 업종별 최적가용기술 및 벤치마크계수 개발 방법론 조사 1절 광물산업 부문 1. 생산 공정의 개요 시멘트의 대표적인 제품인 Portland시멘트의 제조는 석회석, 점토, 규석, 산화철의 원료들을 적당한 비율로 배합, 미분쇄하여 예열기를 거쳐 소성로에서 고온으로 소 성한 후 냉각기로 냉각시켜 시멘트의 반제품인 클링커를 제조한다. 제조된 클링커 를 혼합제로 석고를 첨가하여 미분쇄를 통해 시멘트를 제조한다. 이들의 개략적인 과정과 화학적 조성은 다음의 <그림 3-1>과 같다 채광공정 <그림 3-1> 시멘트 제조 공정의 화학 성분 및 생성물의 흐름도 석회석 채광공정은 우선적으로 경사면 공법, 수직홀타입공법, 벤취타입 공법등을 통해 석회석을 채광한다. 우리나라의 경우 1960년대 초반까지는 수직홀타입공법을 사용하였지만 1970년대 이후 벤취타입 공법이 사용되었다. 이렇게 광산에서 발파 등의 방법으로 채굴된 석회석을 최초로 파쇄하는 공정으로 투입되며, 분쇄기의 종 류는 Jaw, Cone, Gyratory, Hammer, Impact, Disc crusher등으로 다양하다. 1, 2, 3 차 crusher를 통해 석회석 광석을 파쇄하고 공정도는 <그림 3-2>와 같다

67 1.2 원료분쇄공정 <그림 3-2> 석회암 채굴 및 첫 번째 미분쇄 시멘트의 원료분쇄공정은 석회석 및 부원료 저장시설과 조합원료 분쇄 및 저장시 시설로 나누어진다. 시멘트 제조에 필요한 석회석 및 다른 부원료들을 저장하는 시 설로써 천장 크레인을 이용하여 호퍼에 투입하거나 직투입시설에 통해 호퍼에 투입 된다. 조합원료 분쇄 및 저장시설에서는 석회석 및 부원료를 각 배합비에 맞게 정 확히 정량을 조합하여 혼합한다. 원료 투입 전 raw mill에서 킬른 폐열을 이용하여 건조함과 동시에 미분으로 분쇄하여 원료 저장시설로 저장된다. 자세한 공정도는 <그림 3-3>에 나타내었다. <그림 3-3> 원료 미분쇄 공정

68 1.3 소성공정 예열기 예열기는 cyclone이 수직방향으로 보통 4~5단 정도 세워 올린 형태로 이루어져 있는데, 원료는 최상단의 cyclone 입구로 투입되어, 하단의 각 cyclone과 calciner를 거치면서 약 800~860 까지 예열하고 일부 탈 탄산화 되어 소성로로 투입된다 소성로 소성로는 대부분 로터리 킬른이 사용되며, 일반적으로 2~6m의 직경에 길이가 40~100m나 되는 거대한 원통형 설비이며, 3~5도의 경사를 가지고 있으며, 2~4rpm의 속도로 회전한다. 예열기로 유입된 원료가 소성로를 통하면서 1,350~1,450 까지 계 속 가열되어, 시멘트의 반제품인 클링커가 형성되고, 점진적으로 이동하여 소성로의 끝에 설치된 냉각기로 배출된다. 소성로에는 원료를 소성하기 위하여 버너가 설치 되어 있으며, 연료로는 유연탄이나 중유, 기타 재활용 연료 등을 사용한다. 소성로 내부 가스온도는 약 1,050~1,700 이며, 원료는 보통 1,250~1,450 에서 소성된다 냉각기 냉각기는 소성로에서 생성된 약 1,300~1,450 정도의 클링커를 약 150 정도로 냉 각하는 설비로써, 에너지 관리측면에서 매우 중요한 세부공정의 설비이다. 국내 각 시멘트회사의 대부분은 공냉식을 채택하고 있다. 자세한 공정도는 <그림 3-4>에 나 타내었다. <그림 3-4> 소성공정

69 1.4 제품화공정 클링커 분쇄 제품화공정에서는 클링커에 석고 등의 부원료를 첨가하여 시멘트 분쇄기에서 분 쇄하여 시멘트를 생산하는 제품화 공정으로써, 원료를 분쇄하는 공정과 유사한 설 비를 이용한다. 이후 클링커와 함께 응결지연제로 사용하는 석고를 분쇄기에 투입 하고 곱게 미분쇄하여 저장하고 포장 또는 벌크 상태로 화차 및 트럭을 이용하여 소비자 및 출하기지로 수송한다. 자세한 공정도는 <그림 3-5>에 나타내었다. <그림 3-5> 시멘트 제조공정의 마지막 단계 2. 최적가용기술(BAT) 적용 사례 2.1 국외의 최적가용기술 원료 및 연료의 준비 원료를 준비하는 과정에서의 최적가용기술은 다리형 긁어내는 방식 및 바구니 순 환식 리클레이머을 이용하는 예비분쇄조이며 이는 0.5kWh/ton raw meal이다. 1) 자일 러로리 분쇄기의 기술은 0.38kWh/ton raw meal 2) 이고, 4개의 분쇄 롤러와 고효율 분 리기를 사용하는 수직의 밀 롤러 분쇄기 시스템의 경우 11.45kWh/ton raw meal이 다. 3) 또한 중력식 건조 시스템은 0.1 kwh/t 의 에너지가 사용된다. 4) 1) Cembureau, Best Available Techniques for the Cement Industry, Brussels: Cembureau. 2) Portland Cement Association, Innovations in Portland Cement Manufacturing. Skokie, IL: PCA. 3) Schneider, U., "From ordering to operation of the first quadropol roller mill at the Bosenberg Cement Works," ZKG International, No.8, 1999: ) Portland Cement Association, Innovations in Portland Cement Manufacturing. Skokie, IL: PCA

70 위의 값들을 기초하여, 전반적 원료를 준비하는 과정을 위한 최적기술은 12.05kWh/ton raw material로 나타나며, 이상적으로 이 값은 원재료의 수분함량과 석회암의 경도에 따라 다르게 나타날 수 있다 첨가물의 준비 첨가물의 사용에 따른 추가되는 요구사항들은 포틀랜드 시멘트 생성 시 투입되는 5% 첨가물 및 시멘트 유형에 따라 차이가 있다. 포틀랜드 시멘트는 최종 제품의 분 쇄과정에서 전형적으로 대략 55kWh/ton이 요구되며, 플라이애쉬 시멘트의 경우 일 반적으로 60kWh/ton이 필요로 하다. 슬래그 시멘트는 80kWh/ton이 요구되며, 이와 같은 기술은 첨가물 분쇄에 사용되는 에너지를 포함한 것이다. 5) 위의 데이터를 기초로 플라이애쉬 시멘트는 추가적으로 20kWh/ton가 필요하며, 슬래그 시멘트는 38kWh/ton이 필요할 것이다. 또한 천연 포졸란의 경우 플라이 애 쉬와 아주 비슷한 요구량을 갖는다고 추정할 수 있다. 이 데이터들은 시멘트 분쇄 장비를 계산할 때 사용되며, 건조할 때 이용되는 첨가물에 있어서 최적기술 요구량 은 0.75GJ/ton additive이다 소성로 클링커 생산은 팬, 클링커 운전, 쿨러, 예열기, 원료를 예열탑 위로 이동, 연료의 건조와 같은 기계를 운행하는데 있어 요구되는 전력을 고려하여야 할 것이다. 클링 커를 만드는 기술적 자격조건에서 최적기술은 22.5kWh/ton clinker로 측정되고 6), 연 료사용은 2.85GJ/ton clinker이다. 7) 분쇄과정 시멘트 분쇄에서 최적기술은 생산되는 시멘트에 달려있다. 이는 순도 또는 블레 인으로(cm 2 /g) 측정된다. 1997년에 Horomill는 3200블레인에서 25kWh/ton 시멘트 가 필요하고 4000블레인 중 30kWh/ton이 필요하다고 보고되었다. 8) 5) Portland Cement Association, Innovations in Portland Cement Manufacturing. Skokie, IL: PCA. 6) COWIconsult, March Consulting Group and MAIN, Energy Technology in the Cement Industrial Sector, Report prepared for CEC - DG-XVII, Brussels, April. 7) Park, H Strategies for Assessing Energy Conservation Potentials in the Korean Manufacturing Sector. In: Proceedings 1998 Seoul Conference on Energy Use in Manufacturing: Energy Savings and CO 2 Mitigation Policy Analysis May, POSCO Center, Seoul, Republic of Korea. 8) Buzzi, S Die Horomill - Eine Neue Mühle für die Feinzerkleinerung, ZKG International 3 50:,

71 2.1.5 최적가용기술 사례 9) 가. 롤러 분쇄기의 사용 볼 분쇄기는 주로 원재료를 갈기 위해 사용되었으며, 롤러 압축기나 수평 롤러 분쇄기와 결합된 고효율 롤러 분쇄기로 대체될 수 있다. 수직 또는 수평 롤러 분쇄 기 설치를 통해 6~7kWh/ton raw materials의 에너지 절약이 추정된다. 직렬의 세로 롤러 분쇄기의 추가 이점은 건조 및 연마과정에서 킬른 또는 쿨러로부터 발생한 낮 은 품질의 폐열을 다량 이용할 수 있다는 점이다. 이와 같은 사례로 미국의 아리조나 포틀란트 시멘트는 1998년 효율증가 및 적응 성, raw meal 분도, 전력감소를 위해 raw material grinding roller mill을 설치했다. 중국의 신샹 시멘트 회사는 roller mill을 설치하였으며, 그 결과 시멘트 생산량 80ton/hour, 제품단위당 전력 소비량 15.4kWh/ton으로 향상되었다. (가) 수직롤러분쇄기 (나) 롤러 작동방식에 따른 세가지 분쇄 방법 <그림 3-6> 롤러형 분쇄기 9) Lawrence Berkeley National Laboratory, Energy Research Institute, 2008, Guidebook for Using the Tool BEST Cement: Benchmarking and Energy Savings Tool for the Cement Industry,

72 나. 폐기물 에너지의 사용 폐기물 연료는 킬른에서 화석연료를 대체할 수 있다. 유럽과 북미에서 여러 종류 의 폐기물 연료에 대한 실험이 성공적으로 진행됨에 따라, 폐기물 연료 사용량이 증가하는 추세이다. 킬른의 높은 온도와 긴 체류시간으로 사실상 모든 유기화합물 은 효과적으로 처리가능하고 효율적인 먼지 필터는 다른 잠재적 배출을 안전수준으 로 낮출 수 있다. 시멘트 킬른에서 폐기물을 사용함으로써 화석연료를 대체할 수 있고, 이로 인해 순 에너지 절약과 이산화탄소 배출저감 효과를 얻을 수 있다. 캐나다의 The St. Lawrence 시멘트 공장은 1994년 자동 타이어 주입시설을 완성 하여, 연료에너지사용량의 20%을 대체하였다. 이는 클링커 톤당 0.6GJ의 에너지 절 약할 수 있다. (a) 폐타이어 (b) 칩타이어 <그림 3-7> 시멘트 킬른에서 사용되는 폐타이어 및 칩타이어 다. 혼합시멘트의 생산 혼합시멘트는 시멘트 생산에서의 에너지 비용을 절감할 수 있으며, 특별한 추가 비용 없이 생산량을 증가시킬 수 있다. 혼합시멘트를 사용할 경우 10%의 연료 절약 과 비슷한 생산 증가로 평가된다. 이는 평균적으로 혼합시멘트의 시멘트 당 클링커 비율이 65%인 경우, 클링커 생산의 저감에 따라 1.42GJ/ton cement정도의 연료가 저감된다고 알 수 있다. 중국의 Lianzhuo 시멘트 공장은 기존의 일부를 CaO 함량이 33~34%인 고품질의 석회석과 황화철 함량이 높은 구리로 대체하여, 2.6~3.4GJ/ton clinker의 연료 저감이 되며, 클링커 생산량은 2ton/day에서 14ton/day로 증가하였다. 또한 클링커의 강도 및 질이 개선되었다

73 라. 폐열회수로 통한 전력생산 <그림 3-8> 혼합 시멘트 주 재료 킬른에서 배출되는 가스 및 클링커 쿨러 시스템, 킬른 예열기에서 방출되는 폐가 스 등은 전력으로 전환될 수 있는 유용한 에너지이다. 열회수는 분쇄기와 직렬연결 로 제한되며, 킬른 배기가스의 열은 원재료를 건조하는데 사용되며, 이는 톤 클링커 당 22kWh의 전력이 절약될 것으로 추정된다. <그림 3-9> 시멘트 사업에서의 폐열회수 장치 2.2 국내의 최적가용기술 연료에 관한 최적가용기술 우리나라 시멘트산업은 1979년부터 클링커 소성 연료를 B-C유에서 유연탄으로 대 체하여 현재까지 유연탄 혼소율 90%정도를 유지하여 왔다. 1997년부터 에너지절약 및 자원재활용을 위해 폐타이어 등의 폐연료를 이용하기 시작하면서 지속적으로 증 가하였다. 또한 공정개선 및 고효율 설비로의 개체를 지속적으로 추진하여 연료원 단위도 낮아지고 있으나 현재 수준에서 더 이상의 감소는 어려운 실정이다

74 <그림 3-10> 2007년 연료에너지 이용 제조공정 및 에너지이용효율에 관한 최적가용기술 시멘트 제조에 사용되는 전력은 주로 원료 및 제품의 분쇄설비, 킬른의 동력으로 이용이 대부분을 차지하고 있다. 전력원단위는 주로 설비효율에 따라 좌우되므로 시멘트산업에서는 지속적으로 Ball mill에서 Roller mill, 고효율 모터 등의 개체를 통 해 효율개선을 실시하고 있다. 또한 사업장 스스로가 감축목표를 설정하고 정부와 협약을 체결하여 자금지원, 규제완화 등의 인센티브를 부여받아 에너지이용효율화 에 최선을 다하고 있다. <그림 3-11> 전력원단위 변화추이 온실가스 에너지목표관리제의 벤치마크계수 개발 우리나라 온실가스 에너지목표관리제에서는 광물산업부분(시멘트생산 부분, 석회 생산 부분, 탄산염의 기타 공정 부분)의 온실가스 배출시설을 지정하여 각각의 벤치 마크계수를 개발할 수 있도록 제시하였다

75 가. 시멘트생산 부분 소성시설 의온실가스배출량 클링커생산량 나. 석회생산 부분 소성시설 의온실가스배출량 생석회생산량 다. 탄산염의 기타 공정 사용 개요 유리제조시설 의온실가스배출량 유리생산량 도자기 요업제품제조시설의온실가스배출량 도자기 요업제품생산량 펄프제조공정의온실가스배출량 펄프생산량 배연탈황시설의온실가스배출량 석고생산량 3. BM계수 적용 사례 국제사회의 기후변화 대응 노력에서 유럽연합(EU)은 미국과 함께 유엔기후변화협 약(UNFCCC, 1992)과 교토의정서(Kyoto Protocol, 1997)의 탄생을 주도했고, 미국의 교토의정서 탈퇴 이후에도 계속적인 리더십으로 세계 기후변화체제를 이끌어 왔다. 2005년부터 세계최초로 온실가스 배출권거래제(EU-ETS)를 시행하고, 이를 바탕으로 국제탄소시장을 실현시켰다. EU는 교토의정서의 정식 발효 이전인 2002년부터 전략적이고 장기적인 계획에

76 따라 EU-ETS를 준비했다. 경험미숙으로 인한 시행착오를 미리 예상하고 경험축적 을 위한 시범운영 성격의 1단계 사업을 비교적 단기간인 3년에 걸쳐 시행했고, 본 격적인 2단계 사업을 교토의정서상의 5년간의 감축의무기간과 정확히 일치시켜 시 행 중이다. 8년 동안 축적된 경험과 자신감을 토대로 제도를 대폭 정비하고, 가장 이상적인 배출권거래제라고 자부하는 3단계 사업을 시행할 예정이다. Phase I, Ⅱ에 서 EU는 탄소배출 총량제한 및 배출권 거래 Cap-and-Trade방식을 적용하여 Cap을 설정하고 Allowance를 할당하는 방법으로 그랜드파더링을 적용하게 되었다. 이로 인한 부작용으로 Phase III에는 벤치마크를 적용하고자 영국 DTI(Department of Trade and Industry)에서는 보고서를 통해 벤치마크를 적용성을 검토하고 있다. 10) 3.1 EU의 벤치마크 적용 덴마크 덴마크의 국가할당량은 새로운 적용기술에 대한 효율계수를 0.9로 추정한다. 그러 나 이러한 계수에 대한 섹터들 간의 차이는 크지 않다 네덜란드 단, A i=할당량 (tco 2/year) E v=2001~2002까지의 연소 배출량 평균, 그 시점 이후에 새로운 적용기술이 적용되지 않았다는 가정 필요 P=2003~2006년의 총 생산량 증가의 계수 β=전세계 최고 에너지 소비량을 1999년 소비된 에너지 양으로 나눈 값 C=할당량 계수 스웨덴 Pr 단, k=에너지 부문에서 연소시설의 연료와 관련된 배출에 적용되는 크기 계수(scale factor) 에너지 부문이 아닌 곳에는 k=1.0 Projected output 05-07=2005~2007년 현 기술(installation-specific)의 생산에 따른 배 출 화석연료를 기반으로 하는 생산은 전기와 열 생산을 의미함. BM=벤치마크 배출 계수 BAT=해당공정 최적가용기술(tCO 2/t product).] 10) EU Emissions Trading Scheme Phase II Review of New Entrants' Benchmarks- Cement,

77 4. 벤치마크계수 개발방법 4.1 개요 시멘트 산업은 철강 및 석유화학산업과 함께 우리나라의 대표적인 에너지 다소비 산업이다. 석회석의 소성과정과 연료의 연소과정에서 다량의 이산화탄소를 배출하 며, 시멘트 1톤당 약 1.3톤의 석회석을 소비하고 있다. 연료의 연소 시 에너지원의 발열량, 수분함량 등에 따라 에너지의 효율성이 달라지며, 이로 인해 에너지 사용량 의 차이가 발생한다. 이와 같은 에너지 소비량 증가에 따라 온실가스 배출량도 증 가함으로 연료의 효율에 관한 최적가용기술을 조사가 필요하다. 또한, 에너지원의 대부분이 클링커 생산 시 사용되므로, 클링커가 차지하는 비율을 줄여 시멘트 제조 에 사용하는 에너지를 크게 줄일 수 있다. 각 사업장에서는 클링커의 사용량을 줄 이기 위해 고로슬래그 또는 플라이애시 등을 혼합하는 방식을 사용하고 있다. 이에 원료에 쓰이는 대체원료의 혼합비율을 이용한 최적가용기술 조사가 필요하다 시멘트 산업의 소성시설에는 원형, 각형, 동형 등의 시설들이 있고, 연속소성시설 에는 수직형, 회전형, 링형, 터널형 등 그 종류가 다양하다. 회전형시설에도 그 길이 에 따라 Short 킬른, Long 킬른 등이 있고, 형태에 따라 Lepol 킬른, Suspension preheater 킬른, Shaft 킬른 등 다양하게 분류된다. 국내의 경우 온실가스 저감을 위 해 대부분이 Suspension preheater 킬른과 New suspension preheater 킬른 타입으로 설치하였다. 그리하여 현재 적용되고 있는 설비 시스템의 종류 및 적용 가능한 기 술을 조사 평가하여 경제적이고 효율적인 설비 시스템의 조사가 필요하다. 국내의 설비가 이미 외국에 비해 상당 수준 신형으로 구성되어 있기 때문에 설비의 개조 및 설치에 의해 생산효율은 개선될 수 있으나 그리 크지 않을 것으로 예상된다. 하 지만 제조공정에서 발생하는 에너지를 절약하거나 회수하여 예열기술 등에 적용하 면 13 ~ 36 % 에너지 절감효과를 갖게 된다. 따라서 사업장에서 이용되는 에너지의 효율성 향상시킴과 동시에 각각 설비별 에너지 소비부분을 저감시키기 위한 검토 및 사례 조사가 필요하다. 4.2 개발 진행 및 내용 대체연료로 사용 가능한 에너지원 조사 광물 산업의 공정은 높은 온도와 긴 가스 채류시간, 석회석 원료의 중화작용 등

78 폐자원 활용에 있어 매우 우수한 특성을 가지고 있다. 따라서 광물 산업에서 사용 중인 에너지원 자료를 분석하고, 이와 관련하여 대체에너지원 중 고효율로 사용 가 능한 연료를 조사해본다 대체연료의 발열량 분석 및 원소 분석 온실가스 감축을 위해 대체연료를 이용하여 한다. 이용하기에 앞서, 대체연료의 발열량 및 성상 등의 기초 자료를 수집하기 위해서 발열량 분석 및 원소분석을 실 시하여야 한다. 또한 이와 같은 기초 자료의 신뢰성을 확보하기 위하여 표본채취 및 분석의 정도관리를 실시한다 대체연료의 열량과 비용을 고려한 혼합비율 평가 조사된 대체연료의 열량과 연료가 투입되는 설비의 효율을 평가해보고, 적절한 대체연료의 혼합비율을 분석해 본다. 또한 선별된 대체연료의 사용비용을 평가하여 경제적인 측면을 고려하고 대체연료 이용에 따른 화석연료의 사용량 감소를 통해 온실가스의 저감을 평가한다 시멘트킬른더스트 회수의 방법론 조사 시멘트사업장에서 혼화재로 이용되고 있는 시멘트킬른더스트는 시멘트 제조 과정 중 킬른에서 발생하는 먼지를 집진기로 포집한다. 시멘트킬른더스트는 연평균 시멘 트 생산량의 7~10% 정도로 많은 양이 발생함으로, 시멘트 원료로 대처하여 킬른내 로 순환하는 시스템으로 구성된다. 이와 같이 시멘트 킬른 더스트의 회수 절차를 파악하고, 적절한 이용방법을 조사하고자 한다 폐자원의 시멘트 원료화 타당성 평가 시멘트는 석회석, 점토질, 규석질 및 철질 원료를 적절히 배합하고 고온에서 클링 커를 석고와 혼합 분쇄하여 제조 한다. 이 중 일부 원료들은 산업폐기물로 대체 사 용되며, 특히 CO 2 의 주요 발생원인 석회석의 배합비율을 낮춤으로써, 온실가스 배 출의 일정부분을 줄일 수 있다 혼합시멘트별 생산현황 파악 및 온실가스 저감량 평가 콘크리트 제조시 사용하는 포틀랜드 시멘트의 일부 성질을 개선할 목적으로 혼합 하는 재료를 통상 혼화재료라고 하며, 혼합시멘트는 이러한 혼화재료를 일정한 비

79 율로 포틀랜드 시멘트와 혼합하여 만든 시멘트를 말한다. 현재 국내의 경우 KS에 규격화되어 있는 혼합시멘트로는 고로슬래그 시멘트, 플라이애시 시멘트, 포틀랜드 포졸란 시멘트 등이 있다. 혼합시멘트에 사용되는 혼화재료들은 대부분 산업부산물 로서 자원의 효율적 활용 측면에서 큰 역할을 하여 시멘트 생산 시 소비되는 에너 지를 절감할 수 있다. 혼화재료를 일정 비율로 혼합하여 사용하는 만큼 포틀랜드 시멘트의 사용량이 줄어들기 때문에 CO 2 의 발생도 저감시킬 수 있다. 따라서 혼합 시멘트 생산현황을 파악함과 동시에 적절한 혼화재료의 혼합비율과 이로 인한 온실 가스 저감량을 평가해보고자 한다 업체별 설비의 기초자료 조사 광물산업부분의 업체별 설비는 대부분 최신형인 NSP로 대체하였고, 1970년대부터 예열기의 고단화, 롤밀러 도입, 예비 분쇄기 도입, Cooler의 개조 등을 현재까지 진 행 중에 있다. 이와 같이 각 설비별 상세한 기초자료를 조사하여 정확한 최적가용 기술 적용에 활용하고자 한다 킬른 종류별 BAT 선정 광물산업부분은 다양한 종류의 킬른이 존재한다. 이 중 long dry 킬른 및 wet 킬 른의 경우 효율이 낮아, 고효율인 dry 킬른으로 대체하기 위해 신형 고효율 소성로 로 교체하려고 한다. 또한 SP킬른의 경우 flue gas와 feed 사이에서 높은 열교환을 통해 열분해율이 40%이상 되고, NSP킬른은 SP시설에서 연소로를 추가적으로 설치 하여 열분해율을 90%로 향상시킨 방법이다. 이에 업체별 설비의 기초자료 조사를 통해 현재 우리나라에서 사용되고는 킬른의 종류 및 각각 특성에 맞는 최적가용기 술을 선정하고자 한다 분쇄기의 종류 및 성능 등의 평가를 통한 최적가용기술 선정 광물산업부분에서 이용되는 분쇄기는 각각의 특성 및 분쇄하는 방법에 따라 다양 한 종류로 나뉘며, 크게 광물을 분쇄되는 상태에 따라 조분쇄기기와 미분쇄기기로 나뉜다. 이 중 특히 시멘트산업에서는 볼밀이 다른 분쇄기에 비해 효율 높다. 이에 각 사업장에서 사용하고 있는 분쇄기의 종류 및 성능, 전력사용량 등을 조사하여 적합한 설비를 도출하고, 해외의 기술 및 사례를 통해 적용 가능성을 검토하여 최 적가용기술을 선정하고자 한다 폐열 회수장치의 적용 및 효율성 평가를 통한 최적가용기술 선정

80 광물 산업부분의 업체별 폐열보일러의 유무를 파악하고, 현재 적용하고 있는 사 업장을 대상으로 효율 및 기초자료를 확보한다. 또한 아직 미설치된 사업장에 대한 적용 가능성을 평가하여 활용방안 등을 모색하고자 한다 설비시스템의 최적가용기술 선정 광물산업부분에서 이용되는 설비의 종류에는 싸이클론 예비히터, 에어턱트, 쿨러 등이 있고, 각각 설비의 고효율 및 최적화된 공정제어를 효율적으로 운전하고자 한 다. 싸이클론의 경우 단수 및 회수율을 높이고, 최신형 쿨러 설치 등을 통해 경제성 분석을 실시하고, 해외의 기술 및 적용 사례의 적용 가능성을 검토하여 최적가용기 술을 선정하고자 한다 벤치마크계수 개발을 위한 연구부문별 최적가용기술 통합평가 벤치마크계수를 개발을 위해 우선적으로 광물산업부분의 배출시설과 국내 관리업 체의 배출시설의 온실가스 배출실적 및 성능 등을 조사 비교하고 적용가능성을 파 악해야한다. 현재 온실가스 에너지 목표관리제에서는 최적가용기술에 따른 벤치마크 할당계수를 개발할 경우 온실가스 배출시설 관리업체의 상위 10%을 서로 동등한 수준으로 볼 수 있고 명시되어있다. 따라서 벤치마크 할당계수를 효과적으로 개발 하기 위해 최적가용기술 선정이 중요하다. 앞서 제시한 바와 같이 현재 우리나라의 기술을 파악하여, 이 중 경제타당성 평가를 실시하고 실현가능한 기술을 개발 또는 도입하는 등 아래와 같은 연구방법을 통해 개발하고자 한다

81 2절 철강 부문 1. 생산공정 철강 제조공정은 크게 제선 및 제강으로 구분하며 제선공정은 철광석에서 선철을 만드는 과정으로 원료 공정, 소결공정, 코크스 공정, 고로공정으로 구분한다. 제강공 정은 선철을 이용하여 강철을 제조하는 전로공정과 철스크랩을 이용하여 강을 제조 하는 전기로 공정으로 나눌 수 있다. 1.1 제선공정 원료 공정 <그림 3-12> 철강제조공정 전체 흐름도 철광석 및 석회석 하역 : 해안의 부두 하역설비에서 원료를 하역하여 원료장에 저장한다. 유연탄은 원료로써 다음 3가지의 역할을 한다. 가. 환원제 철광석 내의 산화철은 환원과정을 거쳐 철로 생산되므로 유연탄으로 코크스를 만 들어 환원제로 사용한다

82 직접 환원 반응 : FeO + C(코크스) Fe + CO 간접 환원 반응 : FeO + CO Fe + CO 2 나. 열원으로서의 역할 코크스가 송풍기로부터 공급된 공기 중 산소를 이용하여 연소하면서 내는 연소열 을 이용하여 철광석의 용융 및 환원에 필요한 열량을 공급한다. 다. 통기성 및 통액성 확보 고로 내부 가스 흐름의 균일화와 원할함이 코크스의 입도와 강도에 의하여 결정 되며(통기성), 고로 하부에서 액체상태의 장입물인 쇳물과 슬래그가 원활하게 노상 으로 떨어질 수 있는 공간을 확보하는데 고체상태의 코크스가 중요한 역할을 한다 (통액성) 코크스 공정 코크스는 원료탄을 코크스로(Cokes oven)에 넣어 1,000~1,300 의 고온에서 구운 것으로 철과 산소의 화합물인 철광석을 환원시킴과 동시에 열원으로 이용된다. 공 정구성은 다음과 같다. 유연탄 저장 이송 예열 장입 코크스 오븐 인출 냉각 저장 코크스 오븐 가스 정제 저장 연료로 이용 <그림 3-13> 코크스 제조 공정도

83 코크스는 석탄의 파괴 증류법으로 무산소 상태의 코크스 오븐 안에서 일어난다. 코크스 제조 챔버(Chamber)에는 석탄의 투입을 위해 상단에 투입구가 있다. 코크오 븐 battery는 10개에서 100개의 코크스 오븐이 일렬로 연결되어 함께 가동된다. 양 끝의 Offtake 굴뚝은 발생가스를 제거한다. 공정열은 코크스 챔버 사이에 가스의 연 소에서 나온다(일반적인 연료는 코크스 오븐가스). 코크스를 제조하기 위하여 석탄을 3.2mm 스크린을 통해서 80~90% 정도 통과할 수 있도록 분쇄하여 준비한다. 벽체의 온도는 1,100 이상 유지되며 제조시간은 12~20 시간 정도 소요된다. 챔버 양측 문이 열리고 램(ram)이 코크스를 1분 안에 가 이드를 지나 Quench car로 밀어내고 문은 청소된 후 다시 닫힌다. Quench car가 뜨거운 코크스를 배터리 트랙을 타고 냉각탑으로 이송해서 약 1,130L/ton의 물이 뿌 려지면 코크스의 온도가 1,100 에서 80 로 냉각되고 점화를 예방한다. 석탄의 약 35% 정도가 코크스로 회수되며, 양질의 코크스를 생산하기 위해 고온 의 탄화 과정을 거치는데 약 900 정도에서 기체로 화학변화를 일으킨다. 고열 탄 화 과정에서 생기는 코크 오븐 가스는 H 2, CH 4, C 2 H 4, CO, CO 2, H 2 S, NH 3 및 N 2 로 이루어져 있다. 액체제품은 물, 타르 및 조경유를 포함한다. 코크스를 만드는 과정 에서 석탄 1톤당 코크 오븐가스(COG)가 대략 338kL 가량 발생한다. 정제되지 않은 코크 오븐가스는 수증기, 타르, 경질유, 고체 입자상물질, 고분자 탄화수소 및 복잡 한 탄소화합물을 포함하는데, 정제과정에서 약한 암모니아를 분무함으로써 타르 등 의 응축 가능한 물질을 배기가스에서 제거한다. 석탄 타르는 저장탱크나 타르 증류 기 또는 연료로 이용하고 잔여가스는 냉각되어 탈기장치에 의해 압축된다 소결공정(Sinterting) 철광석은 보통 30~70%의 철분을 포함하고 있으며 좋은 철광석은 철분함량이 높고 황, 인 등과 같은 유해성분이 적으며, 크기가 일정한 것이다. 철광석의 원산지에 따 라 품질, 성분, 형상이 각기 다르다. 따라서 고로에 투입하기 전에 철광석 가루를 일정한 크기로 만드는 과정이 필요한데 이를 소결공정이라 한다. 철광석은 고로에 넣기 전에 10~30mm로 파쇄하고, 분광석은 소결고로 보내져 6~50mm의 소결광으로 만든다. 미분광은 조립기와 소성로에서 처리하여 10~30mm의 펠렛으로 만든다. 철광석 및 석탄 이송 소결로 파쇄(Breaker) & 선별 냉각 저장 고로 공정

84 <그림 3-14> 소결공정의 공정도 고로 공정 고로의 외부는 철로, 내부는 특수 내화물로 이루어져 있다. 고로(높이 약 100m)의 상부를 통하여 철광석, 소결광, 코크스가 투입되고 하부에서 고온의 열풍(약 1,20 0 )을 불어넣어 코크스를 연소시킨다. 이때 코크스가 연소하며 발생하는 일산화탄 소가 철광석과 환원반응을 일으키며 쇳물이 생산된다. 코크스가 연소하면서 고온이 형성되어 고로 내 투입된 연료가 녹으면서 환원되어 쇳물이 되며, 높은 비중에 의해 고로(용선로) 하부로 가라앉고 불순물은 상부에 뜬 다. 고로가스는 상부로 배출되고 쇳물 및 슬래그는 순차적으로 하부로 배출된다. 이 때 생산된 쇳물을 용선이라 하며 탄소 및 유황 등의 불순물을 포함하고 있다. 소결광 + 코크스 + 석회석 이송 고로투입(상부) 고로가스 배출(상부) 열풍로(연소가스배출) 열풍 고로투입(하부) 쇳물 및 슬래그 배출(하부) 1.2 제강공정 고로에서 생산된 쇳물(용선)은 탄소함량이 높고 인, 황과 같은 불순물을 포함하고 있다. 이 불순물을 줄이고 강도를 높이기 위해 재정련하는 과정이 필요하며 용선을 전로(Converter)에 넣는다. 전로 속에는 철스크랩과 용선을 함께 넣은 후 산소를 불

85 어넣는다. 이 과정을 통해 쇳물의 불순물인 탄소, 인, 황 등을 제거한다. 전로는 보 통 용량이 300톤 정도 규모이며 고압의 순수산소를 불어넣는다. 이 과정에서 철의 불순물은 제거되고 용강이 된다. 고로(쇳물)+철스크랩+산소(100%) 전로 용강 이송 2차 정련 연주공정 전기로 (Electric Arc Furnace) 제강공정 전기로는 전열을 이용하여 강을 제조하는 노(furnace)로서, 전기양도체인 전극에 전류를 통하여 철 스크랩 사이에 발생하는 아크(Arc) 열에 의하여 철 스크랩을 녹이 는 아크로와 도가니의 주위를 감은 코일에 전열을 통해서 유도전류에 의한 저항열 로 정련하는 유도로의 2가지 방식이 있다. 따라서 전기로는 제강시, 특히 철스크랩 용해시 막대한 전력이 소요된다는 것이 특징이다. 전기로에서 용해된 쇳물은 커다란 그릇에 담겨 옮겨지며 이러한 그릇을 Ladle이 라 한다. 그릇에 담긴 쇳물은 LF(Ladle Furnace)라는 설비에 옮겨진다. 이 설비는 쇳물의 화학성분을 더욱 세밀하게 조절해주며 불순원소(유황, 가스)를 제거하여(정 련) 고순도의 쇳물을 생산하기 위한 것이다. <그림 3-15> 전기로 제강 및 연주 공정도 1.3 연주 공정(Continuos casting) 쇳물을 모양이 있는 틀 안에 넣고 물로 냉각시키면서 고체를 만드는 과정으로 이 과정에서 빌릿, 블룸, 빔 블랭크 등이 생산되는데, 빌릿은 철근과 작은 크기의 형강, 블룸은 중 대형 형강, 빔 블랭크는 H빔의 소재가 된다

86 연주공정은 액체상태의 철이 고체가 되는 공정으로 액체 상태의 용강은 주형 (mold)에 주입되고 연속주조기를 통과하면서 냉각, 응고되어 연속적으로 슬래브나 블룸, 빌릿 등 중간소재로 만들어진다. 용강 연속주조기 슬래브, 빌릿, 블룸 1.4 압연공정 압연이란 연속주조 공정에서 생산된 슬래브, 빌릿, 블룸 등을 압연하기 적당한 온 도인 1,100~1,300 로 가열한 후 회전하는 여러 개의 롤(roll) 사이를 통과시켜 연속 적인 힘을 가함으로써 늘리거나 얇게 만드는 과정을 말한다. 압연공정은 크게 열간 압연과 냉간압연의 2가지 방법으로 구분한다. 열연 강판은 자동차, 건설, 조선, 파이프, 산업기계 등 산업전반의 중요한 소재로 사용되며 열연 제품이 그대로 판매되기도 하고, 일부는 냉연공장에서 가공돼 다양 한 제품을 생산한다. 슬래브 열간압연 열연 강판(판매 혹은 이송) 냉연공장 냉연강판블룸, 빌렛 열간압연 철근, 봉강, 형강, 선재 일관제철공정 (Integrated Steel Works Process) 일관제철공정은 철광석으로부터 철을 제련하기 위한 기본 공정인 제선, 제강, 압 연의 세 공정을 같이 보유하고 있는 종합공정을 의미한다. 일관제철공정은 많은 세 부공정이 유기적으로 연계되어 있을 뿐만 아니라 COG, BFG, LDG, FOG 와 같은 부생가스와 유틸리티(전력, 스팀, 공기, 산소, 질소, 알곤, 수소, 정수 등)의 2 3차 변환에너지들이 사업장 내 대부분의 세부공정에 연료 및 에너지로 사용되기 때문에 세부공정의 배출책임에 대한 조직경계와 운영경계의 구분이 어렵다. 따라서 일관제 철소에 대해서는 전체를 하나의 경계(boundary)로 설정한 일관제철공정으로 간주하 고 물질수지(mass-balance) 방법을 적용하여 공정배출량을 산정할 수 있다. 1.5 배출시설 다. 제1차 금속 제조시설 중 코크스로, 전로, 제선로, 용광로, 소결로 등을 말한

87 1.5.1 코크스로 야금코크스는 부상된 코크스 오븐전지에서 석탄의 분해증류에 의해 제조된다. Coking"이라 칭하는 증류는 무산소 상태의 일련의 오븐에서 진행된다. 휘발성 물 질은 석탄에서 추출되고, 각각의 오븐에 모아지고 연소성 가스와 기타 석탄부산물 의 회수를 위한 인접공정에서 진행된다. 코크스는 실리카성 벽돌로 된 슬롯형태의 오븐에서 생산된다. 한 벌의 코크스오 븐은 10~100개의 일련의 오븐을 갖고 있으며, 이들의 오븐쌍 사이로 가열 연도가스 (flue gas)가 흐른다. 오븐은 오븐 윗부분내의 배출구를 통해 각 벌의 위를 따라 궤 적위로 larry car에 의해 빻은 석탄을 넣는다. 송기관내 버너에서의 가스 연소는 오 븐사이의 프로세스를 위한 열을 제공한다. 부산물회수 공정으로부터 코크스 오븐 가스는 대부분 공정에서 가열된 오븐을 위한 일반연료이지만 통풍로 가스와 때때로 천연가스가 사용되기도 한다. 일반적으로 12~20시간의 coking" 시간 후에 대부분의 모든 휘발성물질은 석탄 으로부터 추출되고 코크스화가 진행된다. 코크스중심에서의 최대온도는 일반적으로 1,100~1,150 이다. 코킹 후 전지 끝부분 트랙위에 위치한 기계류는 각각의 오븐 끝 부분, 수직문으로 들어가고 긴 램(자동양수기)이 코크스를 오븐에서 레일형 급냉차 로 밀어내는데, 거기에서 급냉탕으로 가서 수천갤론의 물이 코크스위로 냉각시키기 위해 뿌려진다. 차는 다음에 코크스를 더 많은 냉각과 물의 배출을 위해 장치를 따 라 선창위로 코크스를 하역한다. 여기에서 코크스는 걸러지고 통풍로로 보내지거나 야외더미에 저장된다. 코킹과정동안 석탄으로부터 추출된 휘발성 물질은 오븐의 한 쪽 혹은 양쪽 끝에 위치한 Offtake에 의해 수집된다. 여기에 코크스, 오븐가스는 분 리되고 세정되며 오븐을 가열하기 위해 반송된다. 회수된 코크스 중 40%만이 가열 에 충당되고 나머지는 제철공정에 사용된다. 다른 석탄부산물도 재사용, 판매, 혹은 처분을 위해 부산물 공정에서 회수된다 소결로 분체를 융점이하 또는 그 일부에서 액상이 생길 정도로 가열하여 구우면서 단단 하게 해 어느 정도의 강도를 가진 고체로 만드는 로를 말한다. 여기에서는 주로 금 속정련 특히 용광로에서 널리 사용되는 분광괴성법으로서 미세한 분 철광석을 부분 용융에 의하여 괴성광으로 만드는데 사용되는 로를 말한다. 세계적으로 연속식인 DL이 많이 사용되고 있다. 그 과정은 철광석, 석회석, 코크스 등 각종 원료를 일정

88 한 비율로 혼합기에서 혼합시켜 조립한 다음 이것을 로 내에 장입하고 점화로에서 그 표면에 착화시키면 원료중의 코크스가 연소되면서 1,300~1,480 의 온도에서 소 결이 진행되고 다시 냉각, 파쇄, 체질을 하여 용광로에 투입하기에 적당한 소결광으 로 만들어 용광로에 보내진다. 연소용 공기는 공기 속에 포함된 각종 먼지 등 이물 질을 제거시킨 후에 소결로 옆에 붙어 있는 Wind box를 통해 공급된다 용선로 또는 제선로(고로) 철광석을 용해하여 선철을 생산하는 로로서 일반적으로 고로 또는 용광로라고 한 다. 본체는 원탑형으로 되어 있으며, 외체는 두꺼운 철판으로 되어 있고 내부는 내 화벽돌로 두껍게 쌓여져 있다. 원료로는 철광석, 코크스, 석회석 등이 사용된다. 이 들 원료는 운송장치에 의하여 자동으로 로 상부에 운반되어 장입된다. 로 내의 온 도는 상부 200~300 이고 하부로 내려갈수록 고온이 되어 송풍구 부분에서는 1,500~2,000 에 달한다. 철광석은 하부에서 올라오는 고온의 코크스 연소가스에 의 하여 가열되며, 가스중의 CO에 의해 간접 환원되면서 하강한다. 그 후에는 코크스 의 탄소에 의하여 직접 환원되어 선철로 용해되면서 최하부의 탕류에 부분에 모이 게 된다. 한편 장입원료 중 맥석 등 불순물은 대부분 용해되어 석회석과 화합하여 광재가 되고, 이것은 비중이 가벼우므로 탕류 부분 용선의 상층으로 부상하게 된다 전로 용광로에서 제조된 선철(용선)을 정련하여 용강으로 만드는데 사용되며, 주로 탈 탄 또는 탈인반응에 이용된다. 그 방법에는 산성전로법과 염기성전로법이 있으며, 원료로 용선과 소량의 고철을 사용한다. 산화제로는 순산소가스(순도99.5%이상)를 이용하고 용제(Flux)로는 석회석과 형석이 사용되며, 초음속의 순산소제트를 용선에 불어넣어 약 40분 이내에 급속히 정련시키므로 비교적 제강시간이 짧고 고철의 사 용비가 적다. 또한 생산비가 낮으며, 품질은 양호한편으로 순산소 상취전로(LD로)가 전 세계 조강생산의 약 60%이상을 점유하고 있다. 최근에는 BBM (Bottom Blowing Method) 또는 Q-BOP(Quicker Refining Basic Oxygen Process)라고 하는 저취전로가 가동되고 있기도 하다 전기로 (전기아크로) 전기로는 크게 나누어 아크로(Arc Furance)와 유도로(Induction Furance)가 있으며, 아크로는 주로 대용량의 연강(Mild Steel) 및 고합금강의 제조에 사용되고 유도로는 주로 고급특수강이나 주물을 주조하는데 사용된다. 아크로는 전기양도체인 전극(탄

89 소봉)에 전류를 통하여 고철과 전극사이에 발생하는 Arc열을 이용하여 고철 등 내 용물을 산화 정련하며, 산화정련 후 환원성의 광재로 환원 정련함으로서 탈산 탈황작 업을 하게 된다. 원료로는 선철이나 고철이 사용되며, 보통 1회에 2~3번의 원료투입 (장입)이 이루어지는데 원료 투입시에는 로 상부의 선회식 뚜껑이 열리고 드롭보터 믹 바켓(Dropbottom bucket)에 담겨진 고철 등을 기중기를 이용하여 로 상부에 투 입한다. 로의 형식에 따라 고정식과 경동식이 있으며 고정식은 출강구를 통하여 경 동식은 로 자체를 일정한 기울기만큼 기울여 출강한다 평로 제선로(용광로)에서 만들어진 선철(용선)중의 불순물 제거, 탈탄처리, 합금원소 첨 가 등 정련작업을 하여 소정 품질의 강재를 생산하는데 사용되는 로를 말한다. 얇 은 직사각형의 구조를 가지는 것이 보통이며 원료로는 중유, 미분탄, 발생로 가스 등을 사용한다. 제강용로중 비교적 규모가 큰 편으로 대규모 생산에 유리하나 단위 생산성이 비교적 낮은 관계로 전 세계적으로 감소추세에 있다. 로 바닥에는 백운석 으로 채워져 있으며, 원료로는 선철 60% 그리고 편철류(Scrap) 약 40%로 구성된다. 원료 투입시에는 먼저 석회석과 편철류를 투입하여 편철류를 완전히 용융시킨 다음 선철을 투입한다. 로 내부의 온도가 증가하면 석회석의 분해가 이루어지면서 이산 화탄소가 발생되고 이 이산화탄소는 로 내부의 물질들을 서로 교반시키는 역할을 하게 된다. 강재의 성분조성 또는 탈탄작업을 위하여 산소를 주입하기도 한다. 한공 정이 끝나기까지는 대략 8~10시간 정도가 소요된다. 2. 최적가용기술 적용 사례 2.1 국외의 최적가용기술 철강산업의 최적가용기술에는 크게 공정의 간략화(DRI, Smelting reduction process 등), 연료의 교체(수소연료, 폐플라스틱, Charcoal 등), CCS(Carbon Capture and storage)가 대표적이다 공정의 간략화 공정의 단계를 줄여 이산화탄소의 배출을 줄이는 방법이다

90 가. DRI (Direct Reduction Iron) 1) 철광석을 고체상태에서 환원가스를 이용해 환원하여 철원을 제조하는 기술로 서 생산된다. 직접환원철은 불순물이 적어 고급고철의 대용으로 사용되며 DRI(Direct Reduction Iron), HBI(Hot Briquetted Iron), Iron Carbide의 3가지로 나눌 수 있다. 2) 철광석을 Gas로 환원한 고체상태의 환원철로 DRI는 직접환원제철법 즉 천연가 스를 변성하여 환원가스화하거나 석탄을 직접 투입하여 철광석을 환원하여 얻어지 며 철함유량이 90~95% 이상인 분말상태이며 수분과 반응하여 산화하기 쉬워 보관 및 운반이 어렵다. 3) 천연가스, 석탄 등을 개질한 환원가스(CO+H 2 )로 철광석을 환원시켜 고체상태의 환원철로 제조하는 방법이다. 여러 가지 제조법이 있으나 1969년 미국 Oregon steel 에 의해 상용화된 MIDREX법이 가장 보편화되어 있다. 4) 용광로를 통한 제련과정을 거치지 않고 철광석을 금속화된 철로 변환하는 과 정이다. <표 3-1> DRI 생산공정 현황 Process MIDREX Company Midrex/Kobe steel Market Share 2004 (%) Reactor Feedstock Gas Use (GJ/t) Metalli -sation (%) Carbon (%) 64.1 Shaft Lump/pellet ~2.5 HYLⅢ HYLSA 18.9 Shaft Lump/pellet ~4.5 FINMET Fior/Voest Alpine 2.9 Circored Lurgi <0.1 Multi-Fluised Bed Circulating fluid bed Ore fines ~93 1.8~2.0 Ore fines

91 나. Smelting Reduction Process <그림 3-16> DRI 공정도 분 입상의 일반탄 및 철광석을 종래의 코크스 및 소결공정을 거치지 않고 직접 사용하는 제철법으로 철광석은 유동상에서 예비환원하고 일반탄은 직접 또는 탈휘 발 처리한 후에 용융환원로에 장입하여 용선을 제조하는 차세대 혁신제철기술이다. 기존의 고로법에 비해 코크스공장과 소결공장이 불필요하며, 강점결탄 이외의 일반 탄 사용이 가능하고, 설비의 가동 및 후지가 비교적 용이하여 생산탄력성이 크기 때문에 각국에서 연구개발을 본격 추진 중에 있으며, 2000년경에는 실용화가 기대 된다. 현재 남아프리카의 Iscor사에서 용융환원 제철법중의 Corex법을 도입, 시험생 산에 성공하였다. 대기오염물질이 고로공저에 비해 90% 이상 절감한다. <그림 3-17> Smelting Reduction Process 공정도

92 2.2.2 연료의 교체 석탄을 대체할 연료를 사용하여 이산화탄소를 줄이는 방법이다. 가. 폐플라스틱의 사용 용광로나 코크스오븐에 폐플라스틱을 연료로 사용하면 이산화탄소의 배출을 줄일 수 있다. 일본에서는 2005년에 0.46Mt의 폐플라스틱을 사용함으로써 2010년까지 100만 톤을 목표로 하고 있다. 유럽에서의 폐플라스틱의 사용은 독일과 오스트리아 에서만 사용되고 있다. 2008년 독일의 Salzgitter Flachstahl사는 자동차 파쇄기 잔여 물에서 나온 폐플라스틱을 용광로에 사용하였다. 나. Charcoal의 사용 2001년에서 2005년 사이 세계 charcoal의 생산은 약 43Mt/year(약 1.3EJ/year)정도 로 해마다 약 2% 증가 추세이다. 대부분의 charcoal는 개발도상국에서 사용된다. Charcoal는 석탄의 사용을 줄임으로써 이산화탄소의 배출을 억제한다. 브라질에서는 작은 용광로(37million m 3 /year, 약 0.6EJ/year)에서 철강을 생산하는데 사용되었다 CCS(Carbon Capture and Storage) CCS는 Carbon capture and Storage로 이산화탄소 포집 및 저장기술 을 말한 다. 즉, 화력발전, 철강, 시멘트산업에서 대량으로 배출되는 이산화탄소를 고농도로 포집 압축 수송하여 지하의 염수층, 석탄층, 유정, 가스정 등에 저장하는 기술이 다. 현재의 대체/청정에너지 기술수준을 감안할 때 최소 2050년까지는 소비 에너지의 70% 이상을 기존 화석연료에 의존해야 하는데, 그 때까지 대기 중 이산화탄소 방출 을 저감하는 기술적 대안으로써 이산화탄소 포집 및 저장(CCS) 기술의 중요성은 더 욱 강조될 수 있다. 국제에너지기구(IEA, 2007)는 2050년을 기준으로 연간 320억 톤 의 이산화탄소를 감축해야 하는데, 그 중 20% 이상을 CCS에 의존할 수 있을 것이 라고 예측하기도 한다. CCS 기술은 연소 후 기술, 연소 전 기술, 순산소 연소 기술 등 크게 세 가지로 나눌 수 있다. 이산화탄소가 발생하는 경로가 다양한 만큼 여러 가지 기 술이 개발돼야 더욱 효과적이기 때문이다

93 <그림 3-18> CCS(Carbon Capture and Storage) 공정도 2.2 국내의 최적가용기술 조사 현재 국내 이산화탄소 감축 기술로는 FINEX(Fime Ore Reduction Process) 공법과 스트립 캐스팅(Strip Casting)이 대표적이다 FINEX 공법 원료 사전처리 공정인 소결, 코크스 공정을 거치지 않고 가격이 저렴한 가루형태 의 철광석과 석탄을 직접 사용하여 용선(쇳물)을 제조하는 기술로 친환경적이다. <그림 3-19> FINEX 공정도와 오염물질 배출수준 비교

94 FINEX 공법은 포스코가 2007년 5월 세계 최초로 연간 150만 톤 규모의 파이넥스 공장을 준공함으로써 상용화 되었다. 원료 사전처리 공정이 생략되어 기존 고로공 정과 비교해 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 먼지의 배출량이 각각 19%, 10%, 52% 수준에 불과하게 배출되었다 스트립 캐스팅 기존의 생산 공정(제강 연속주조 열간압연 제품) 중 가열공정 및 열간압연공정 을 생략하고, 용강으로부터 두께 1~6mm의 핫코일을 제조하는 공정이다. 현재 연구 개발 중인 스트립 캐스팅 기술은 설비투자비 40%, 공정원가 1/3, 에너지 소모는 75~85% 절감이 가능할 것이다 CCS(Carbon Capture and Storage) 최근에는 이산화탄소의 발생을 감축하는 것에 한계가 있다는 인식하에 공기 중 배출을 억제하는 이산화탄소 CCS 기술에 대한 관심이 고조되고 있다. CCS 기술은 아직 초기단계로 안정성 입증, 경제성 확보 등이 선결되어야 하나 향후 이산화탄소 감축에 큰 기여를 할 전망이다. 일본의 NEDO는 2030년 세계 이산화탄소 감축량의 40%가 CCS 기술을 통하여 이루어질 것으로 전망하였다 수소환원 제철 <그림 3-20> 국내 CCS 공정도 수소환원제철법은 아직 실용화되지 않고 연구단계에 있는 기술이다. 핵분열 고온 열원을 이용하여 대량으로 수소를 제조한 후 제조된 수소를 유동로에 보내 수소환

95 원공법에 의해 환원철을 생산하여 환원제로 석탄(Carbon)을 사용하던 것을 수소로 대체하여 이산화탄소를 저감하는 기술이다 그 외의 기술 <그림 3-21> 수소환원 제철 모식도 그밖에 부산물 재활용, 친환경 설비도입, 신재생에너지 설비투자 등으로 온실가스 감축 추진하고 있다. 부산물 재활용으로는 철강슬래그 11) 가 대표적이며 제강분진 (Dust)의 재활용도 연구 중이다. 제강분진은 중금속 함유와 환경규제 강화로 인하여 발생량의 70%는 매립되고 있으나 재활용률은 30%에 불과하여 최근 분진 발생량을 줄이거나 대안 강구 중 이다. 친환경 설비로는 비산먼지 문제를 원천적으로 해결할 수 있는 밀폐형 원료처리시설, 에너지 절감형 전기로 등이 있다. 3. 벤치마크계수 적용 사례 캐나다에서 벤치마크를 철강산업에 도입하였다. 캐나다에서는 4개의 통합철강공 정과 8개의 전기아크로(NRCAN/CSPA, 2007)을 비교하였다. 캐나다의 철강생산 공장 11) 철강슬래그: 철강 제조과정에서 쇳물과 함께 생성되는 물질로 생성과정에서 이산화탄소를 포집하는 등 해양 환경 및 생물안정성이 검증된 친환경적인 소재로, 슬래그에 함유된 철성분이 해조류의 성장을 촉진하는 것으 로 알려져 있다. 철강슬래그는 도로용 골재 등으로 100% 재활용되고 있고 또 다른 부산물인 바이오슬래그는 해중림을 조성하여 이산화탄소를 감축시킨다

96 평균 효율 개선 잠재력은 25~30% 수준이었다. 이런 효율개선을 위한 핵심영역들은 다음과 같았다. 향상된 부산물 가스의 복구 폐기물 가스로부터 향상된 열병합 발전 증기 사용의 효율성 향상 슬래브 재열로인한 용광로의 향상된 효율성 4. 벤치마크계수 개발 방법 4.1 철강 산업의 이산화탄소 배출량 산정 및 감축잠재량 조사 연구 개요 - 철강 산업은 시멘트 및 석유화학산업과 함께 우리나라 대표적인 에너지 다소비 산업으로 이산화탄소 배출 비중이 매우 높은 산업임. - 향후 최적가용기술 적용에 따른 감축잠재량을 평가하기 위하여 배출량 조사가 선행되어야 하며 현 기술수준에 대한 분석이 진행되어야 함. - 이산화탄소 저감기술(CCS)의 적용뿐만 아니라 신재생에너지 사용에 따른 감축 잠재량 분석 및 적용 가능성에 대한 선행조사가 요구됨 개발 진행 - 철강 생산 공정의 이산화탄소 배출량 산정 및 에너지 이용효율, 신재생 에너지 사용 가능성 조사를 통하여 최적 가용기술의 적용에 따른 이산화탄소 감축잠재량에 대한 평가가 선행되어야 함 개발 내용 - 철강공정의 에너지 소비량조사 및 이산화탄소 배출량 산정 - 최적가용기술 적용에 따른 이산화탄소 저감 잠재량 분석 - 신재생에너지 적용 가능성 조사 및 이산화탄소 감축 잠재량 분석

97 4.2 철강산업의 최적가용기술(BAT) 적용 타당성 연구 개요 - 철강산업은 시멘트, 석유화학, 제지산업과 함께 에너지 다소비 산업임. - 철강 생산 공정에서 배출되는 온실가스는 대부분(약 91%)은 제선공정에서 발생함. - 공정을 간략화 함으로써 철강산업의 온실가스 배출을 크게 줄일 수 있음. - 공정의 간략화를 위하여 DRI, smelting reduction process 등의 공정을 개발 개발 진행 - 철광석을 환원하여 쇳물을 만드는 제선공정 에서, 환원제로 사용되는 석탄에 의해 발생하는 온실가스를 공정의 간략화로 인하여 온실가스 배출 억제할 수 있음 개발 내용 - 국내 외 BAT 조사 - BAT 적용 타당서 평가 - BAT로 인한 온실가스 저감량 평가 4.3 철강 산업의 BM 적용 방안 연구 개요 - 온실가스 에너지 목표관리제에서는 관리업체의 목표를 설정하는 방법 중 하나 로 BAT를 고려한 BM 방식을 제시함 개발 진행 - 관리대상 업체의 목표설정을 위한 방법으로 BM 할당계수 개발 개발 내용 - BM 할당계수 개발을 위한 철강생산 공정별 BAT 통합평가 - 해외 사례 조사를 통한 적용가능성 검토 - 생산 공정별 BAT를 모두 포함한 BM 할당계수 산정

98 3절 전자 부문 1. 생산 공정 전자 부문에서 발생되는 온실가스의 약 50%를 공정배출이 차지하고 있으며, 그중 에서 반도체 웨이퍼의 식각공정과 CVD를 이용하는 Thin/Film 공정, 그리고 세정공 정에서 많은 양의 PFC가 발생된다. 아래의 <그림 3-22>에는 반도체 제조공정 및 온 실가스 배출원을 도식화하였다. <그림 3-22> 반도체 제조 공정 및 온실가스 배출원 아래의 <그림 3-23>과 <그림 3-24>는 세정공정과 식각공정의 대략적인 장치를 나 타낸 것으로서 식각공정은 여러 가지 화학물질과 공정을 사용하여 웨이퍼에 있는 특정한 물질을 제거하는 공정이다. 일반적으로 Si, SiO 2, Si 3 N 4 식각공정에 사용되는 가스로는 CF 4, SF 6, NF 3 등이 있으며, 식각 물질에 따라서 Cl 2, BCl 3 CCl 4, CCl 2 F 2 등 이 사용된다. 그리고 세정공정은 반도체 제조 공정에서 오염된 챔버를 깨끗하게 씻 어내는 공정으로서 챔버 내부에 형성된 SiO 2 를 식각해 내는 공정이다. 따라서 식각 공정의 하나로 생각할 수 있으며, 반도체 제조의 여러 단계에서 짧은 주기로 세정 이 이루어지기 때문에 많은 양의 PFC를 배출하게 된다. 현재 대부분의 세정 공정에 서 NF 3 를 사용하고 있으며, NF 3 의 대체물질로서 C 2 F 6, C 3 F 8, 그리고 C 4 F 10 등의 사용 이 시도되고 있다

99 <그림 3-23> 식각공정의 개략도 <그림 3-24> 세정공정의 개략도

100 2. 최적가용기술 적용 사례 현재 반도체 및 디스플레이 부문에서는 국내 3사의 제조 기술이 세계 최고 수준 으로 인정받고 있는 상황이므로 국외 최적가용기술 사례는 보고된 바 없는 것으로 조사되었다. 그러나 국제반도체협회(WSC, World Semiconductor Council)에서는 각 지역별 반도체업체로 구성된 협회차원에서 PFC 저감을 이행하고 있으며, 또한 협회 에서 보고한 자료 12) 에 의하면 PFC 배출을 감소시킬 수 있는 최적가용기술로서 다 음의 4가지를 제시하고 있다. 1 공정 최적화 - CVD 및 식각 공정의 파라미터(챔버 기압, 온도, 전력, 가스유량 등)를 최적화하 여 온실가스 배출을 최소화 2 대체가스 사용 - 지구온난화지수(GWP)가 작은 C 2 F 6, C 3 F 8, 그리고 C 4 F 10 등의 대체 가스를 사용 하거나 지구온난화지수가 0인 COF 2 또는 F 2 가스를 사용 - 지구온난화지수는 높지만 이용률이 매우 큰 NF 3 가스를 사용 3 RPS(Remote Plasma System) 도입 - In-situ CVD 챔버를 대체하는 RPS를 도입 4 POU(Point Of Use) 저감장치 - 각 챔버에 저감장치를 설치하여 발생되는 PFC를 분해하여 배출량을 저감 3. 벤치마크계수 적용 사례 세계반도체협회(WSC)에서는 PFC의 자발적 감축 목표를 이행하기 위하여 2010년 감축 목표를 BM 계수를 사용하여 설정하였다. PFC 배출량을 1998년 대비 2010년 까지 원단위(NER, Normalized Emission Rate) 10% 수준으로 감축하는 것을 목표로 설정하여 달성하였으며, 이때 원단위로는 생산되는 웨이퍼 단위 면적(cm 2 ) 당 배출 하는 이산화탄소 발생량을 사용하였다. 12) WSC, Best Practice Guidance of PFC Emission Reduction

101 대만반도체협회(TSIA, Tiwan Semiconductor Industry Association)에서 발표한 자료 에 따르면 대만반도체협회의 2010년 배출 목표는 0.706MMTCE(Million Metric Ton of Carbon Equivalent)이며, 이것은 1988년 배출량 대비 10%를 감축하는 것이다. <그림 3-25>에 나타낸 2010년 결과를 보면 대만반도체협회는 PFC 감축 목표를 초 과 달성한 것을 알 수 있다. 웨이퍼 생산량은 1998년의 5.5배로 증가하였으나 원단 위는 약 10%로 감소하였다. 대만반도체협회에서는 PFC 감축을 위한 활동으로 법적 규제, PFC의 구입/배출량 수집, 제3자 검정을 수행하였으며, 그리고 스크러버 안전 성, 처리효율, 작동 신뢰성, 및 유지보수 등의 경험을 벤치마킹하였다. <그림 3-25> 대만반도체협회의 PFC 감축 결과 <그림 3-26>의 결과를 보면 2000년까지 증가하던 PFC 배출량이 그 이후에 점차 감소하는 것을 알 수 있으며 2009년이 지나면서 세계반도체협회의 감축 목표가 달 성된 것을 알 수 있다. 단, TSIA : 대만반도체협회, SIA : 미국반도체협회, KSIA : 한국반도체협회, JSIA : 일본반도체협회, ESIA : 유럽반도체협회, WSC : 세계반도체협회 <그림 3-26> 세계반도체협회의 PFC 감축 경향( )

102 4. 벤치마크계수 개발 방법 BM 계수 개발을 위해서는 먼저 국내외 최적가용기술의 현황 분석과 국내업체들 의 PFC 배출 명세서 분석을 통한 배출 특성을 파악하여야 하며, 또한 PFC 배출 저 감사례 등을 파악하여 적용가능성을 분석하여야 한다. BM 계수는 업체의 제품 생산 량에 직결되므로 선두업체와 후발업체와의 의견이 대립될 수 있으므로 반도체협회 와 디스플레이협회 등의 산업계와 관계부처의 의견을 충분히 수렴하여 BM 계수를 개발하여야 할 것이다

103 4절 석유화학 부문 1. 생산 공정 1.1 암모니아 암모니아 생산 공정은 먼저 납사(나프타)와 부탄, 산소가 혼합 연소하여 일산화탄 소, 이산화탄소, 수소를 생산하며, 생산된 수소는 액체 공기 증류나 공기에 열을 가 해 얻은 질소를 결합하여 이루어진다. 이러한 납사분해공정(Naptha Cracking Center, NCC공정)에서 발생하는 이산화탄소는 대부분 요소 생산 공정에 투입되어 요소((NH 2 ) 2 CO 3 ) 등을 생산하는데 사용되며, 일부 이산화탄소는 Dry-ice, 청량음료, 소화제, 살충제, 산화방지제, 식물 성장 촉진제, 발효공업, 대형 주강의 기포방지제 로 사용된다. <그림 3-27> 암모니아 생산 공정의 물질 에너지 수지 개

104 <그림 3-28> 암모니아 제조 공정 <표 3-2> 암모니아 제조공정 및 배출 정보 단위공정 탈류공정 수증기 개질공정 CO 전환공정 CO 2 제거 및 회수 공정 메탄화공정 암모니아 합성공정 암모니아 회수공정 공정 설명 325 로 가열된 탈황탑의 촉매 층에 서 탈황실시 1차 개질 - 고온조건에서 과열 수증기와 혼합된 납사를 니켈촉매 를 이용한 반응으로 이산화탄소와 수소, 메탄 생산 2차 개질 - 1차 개질보다 고온 으로 공기가 주입되며 메탄제거 개질공정의 공정가스 중 CO는 금속 촉매가 포함된 1, 2전환공정에서 스 팀과 반응하여 이산화탄소와 수소로 생산 암모니아 생산 공정에서는 CO 2 가 필 요하지 않으므로 andea용액으로 흡 수하는 공정 촉매독으로 작용하는 미량의 CO와 CO 2 를 메탄으로 전환 고온고압조건에서 철을 촉매로 수소 와 질소를 3:1로 맞추어 암모니아로 합성하는 공정 합성공정에서 Purge된 가스 중 NH 3 를 물을 이용하여 회수하는 공정 온실 가스 배출정보 대상시설 배출특성 방지시설 탈황탑 밀폐공정 - 개질로 밀폐공정 - 반응기 밀폐공정 - 반응기 밀폐공정 - 반응기 밀폐공정 - 반응기 밀폐공정 - 흡수 반응기 밀폐공정 흡수에 의한 시설

105 1.2 질산 질산제조공정은 크게 희질산(Diluted Nitric Acid) 제조공정, 농질산(Concentrated Nitric Acid) 제조공정으로 나눌 수 있다. 희질산(65% HNO 3 ) 제조공정은 원료인 암 모니아를 백금 촉매 상태에서 산화시켜 아질산가스(NO 2 )를 제조한 후 흡수탑에서 물로 흡수하여 약 65% 농도의 질산을 제조하는 공정이다. 농질산(98% HNO 3 ) 제조 공정은 희질산을 농황산(93% H 2 SO 4 )으로 탈수하여 제조하는 농황산 탈수법으로 원 료인 희질산을 질산 농축탑에서 농황산과 향류 접촉시켜 희질산내의 수분(약 35%) 을 탈수하여 생성된 농질산 증기를 응축하여 농도 98%의 질산을 제조한다. <그림 3-29> 희질산 제조공정도

106 <그림 3-30> 농질산 제조공정도 1.3. 아디프산 아디프산은 합성섬유, 코팅, 플라스틱, 우레탄폼, 합성고무, 합성윤활유등을 포함 한 다양한 제품을 생산하기 위해 사용되며, Nylon 6.6을 생산할 때에는 아디프산 사 용이 대부분을 차지한다. 아디프산은 유기산의 하나로 유화제, 안정제, ph 조절제, 향료 고정제로 사용되며 나일론 폴리우레탄 가소제 등 화학제품의 기초 원료이 다. 아디프산은 현재 Ketone-Alcohol Oil(Cyclohexanone:Cyclohexanol=6:4)을 질산과 반응시킨 후 결정 및 정제, 건조공정을 통해서 생산한다. <그림 3-31> 아디프산 생산 공정의 물질 에너지 수지 개요

107 <그림 3-32> 로디아폴리아마이드의 아디프산 제조공정도 <표 3-3> 아디프산 제조공정 및 배출정보 단위공정 원료 반응공정 결정화공정 정제공정 건조공정 Silo 및 포장공정 공정 설명 온실 가스 배출정보 대상시설 배출특성 방지시설 KA oil(cyclohexanone 60% + Cyclohexanol40%)과 질산 투입 원료탱크 - - 산화반응기에서 KA Oil과 질 산이 혼합되며 반응시작 반응공정의 생성물을 고체상 의 결정으로 생산되는 공정 반응기 CO 2 발생 SCR 결정반응기 - - 아디프산의 순도를 일정하게 유지하기 위해 정제하는 공정 정제반응기 - - 조립공정에서 이송된 생산품 을 고온으로 건조하는 공정 일정크기로 선별하여 저장하 고 포장하는 공정 가열로공정 열분해과정을 통해 N 2O의 99%이상 분해하여 배출 건조기 - - Silo 및 포장기 - - LNG가열로 CO 2 발생 카프로락탐 카프로락탐 1년 생산량의 대부분은 나일론-6 섬유와 플라스틱을 위한 단위체로 쓰이며, 융단 제조를 위해 사용되는 섬유의 상당 부분에도 쓰인다. 카프로락탐 제조

108 와 관련된 모든 산업공정은 톨루엔이나 벤젠에 바탕을 두고 있다. 카프로락탐은 벤 젠을 통한 주요공정에서 생산되며, 벤젠은 나일론의 원료이자 시클로헥사논(C 6 H 10 O) 을 생산하기 위해 산화된 시클로헥산으로 수소화된다. 국내 대부분의 아산화질소 발생사업장에서는 열분해와 촉매 분해 방법을 통해 CDM사업이 완료되어 CERs를 발행되고 있으며 카프로락탐 제조사업장만이 아산화 질소 저감시스템을 도입하지 않고 있어 추가적인 CDM사업이 곧 실행될 것이라 예 상된다. 다만 카프로락탐 제조사업장의 배가스 중 SO 2 에 대한 촉매의 비활성정도를 감소시킬 수 있는 기술개발이 필요할 것으로 판단된다. <그림 3-33> 카프로락탐 제조사업장에서 N 2 O 감축을 위한 공정도 1.5 소다회 소다회는 석회석(CaCO 3 )을 소성하여 얻어진 생석회(CaO)에 물을 가하여 제조한 소석회(Ca(OH) 2 )를 원료로 하여, 소석회, 염화나트륨(NaCl), 이산화탄소(CO 2 )를 반응 시켜 생산한다

109 <그림 3-34> 소다회 제조공정 1.6 카바이드 카바이드는 전기로 속에 생석회와 탄소(무연탄)를 넣어 2,000 로 가열하여 제조 하며, 크게 실리콘카바이드(SiC)와 칼슘카바이드(CaC 2 )로 나눌 수 있다. 실리콘카바 이드를 생산할 때 탄소와 석영의 반응에 의해 이산화탄소가 발생하며, 탄소원으로 주로 이용되는 석유코크에 의해 공정초기에 메탄이 발생되기도 한다. 칼슘카바이드 는 칼슘카보네이트(CaCO 3 )를 가열하는 과정과 석회를 환원시키는 과정에서 생산된 다. 여기에서의 온실가스 배출은 석회나 코크 등을 이용할 때 발생하게 된다. 우리 나라의 경우 칼슘카바이드 생산에 이용되는 석회석 사용량은 별도로 집계되지 않고 있으며, 총 석회석 소비량에 포함되어 있을 가능성이 높다. 따라서 이 부분에서 이 산화탄소 배출량이 중복 계산되지 않도록 석회석 소비량 자료에 대한 검토가 필요 하다. 1.7 석유화학제품 석유화학은 유기화학의 기초 제품군에 포함되며, 석유화학 제품을 포함한 수많은 유기화학 제품은 각각의 제품 및 중간생산품이 타 제조공정에서 원료로 투입되는 등 서로 복잡한 유기적인 관계를 갖고 있다. 외국으로부터 수입한 원유를 여러 가 지 물리화학적인 기법을 이용한 공정과정을 통해 다양한 석유제품을 만들어내는 산

110 업으로 수입한 원유는 정유공장에서 상압증류공정, 감압증류공정, 메록스공정, 수첨 탈황공정, 접촉개질공정 등을 거치면서 각각의 비등점에 따라 LPG(Liquified Petroleum Gas), LSR(Light Straight Run), 나프타(Naphtha), 등유(Kerosene), LGO(Light Gas Oil) 및 AR(Atmospheric Residue)과 같은 유분들로 정제된다. 또한 유동 촉매접촉분해공정(FCC, Fluid Catalytic Cracking)이나 수첨 촉매분해공정 (Hydrocracker)과 같이 고비점의 중질유분을 휘발유나 경유와 같은 경질유로 전환하 는 중질유 분해(Upgrading) 공정은 상압 잔사유(AR)를 감압증류를 통하여 비점에 따 라 다시 감압가스(VGO, Vacuum Gas Oil)와 감압 잔사유(VR, Vacuum Residue)로 분 리하기도 한다. 우리나라 정유공정은 상압증류공정(CDU), 메록스공정(Merox), 납사 수첨 탈황공정(NHT), 등/경유/잔사유 수첨 탈황공정(HDS), 접촉개질공정(Reforming), 감압증류공정(VDU), 중질유 수첨 분해공정(HCR), 잔사유 접촉분해공정(RFCC), 수소 제조공정(HMU) 등 크게 25개의 공정으로 이루어져 있다. <그림 3-35> 정유공정 개요

111 <그림 3-36> 석유화학제품제조 계통과 용도 원유 정제과정에서 생성되는 납사(나프타)를 원료로 하며 분리 및 증류를 거쳐서 생산되는 유기화학제품의 종류는 수없이 많으며, 다양한 제조공정을 가지고 있다. 이들 제조공정은 석유 중 나프타(Naphtha) 또는 디젤유(Gas Oil)를 기초 원료로 하 여 출발하는데, 나프타를 나프타분해설비(Naphtha Cracking Center ; NCC)에 투입 하여 에틸렌, 프로필렌 등 기초유분을 생산한다. NCC에서 생산되는 제품들의 구성 비는 보통 에틸렌 31%, 프로필렌 16%, C 4 유분 10%(부타디엔 원료), RPG(벤젠/톨루 엔/크실렌 원료) 14%, 메탄, 수소, LPG 등 기타제품이 29% 생산되며, 이 때 에틸렌 과 프로필렌은 바로 유도품 생산공정으로 가고, C 4 유분과 RPG는 추가로 추출 정제 하는 공정을 거쳐 부타디엔과 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등 유용한 석유화학 기초유분을 생산하게 된다. 이러한 기초유분을 가지고 유기화학 최종제품을 만드는데, 폴리에틸 렌과 폴리프로필렌과 같이 기초유분 하나만을 가지고 중합반응을 통해 만들어지기 도 하고, 스티렌모노머와 같이 기초유분 두개(에틸렌과 벤젠)를 반응시켜 만들기도 하며, AN이나 PVC처럼 다른 화학제품과의 반응을 통해 만들기도 한다

112 <그림 3-37> 에틸렌 제조공정도 2. 최적가용기술 적용 사례 2.1 국외의 최적가용기술 아산화질소 저감 기술 아산화질소 저감 기술로는 발생되는 아산화질소의 농도가 높을 경우 적용이 가능 한 열분해 방법과 환원제(탄화수소 계열: CH 4, C 3 H 8 등)를 이용한 촉매환원 방법 (SCR), 환원제 없이 촉매만으로 감축 가능한 촉매분해 방법 등이 있고, 이외에도 아 산화질소 함유량이 적은 농도이거나 또는 아산화질소 이외의 다른 불순물(SOx, 미 세먼지 등)이 없는 조건일 경우에 적용 가능한 저온 아산화질소 분해기술로 전기화 학반응을 이용한 아산화질소 분해기술을 연구 중에 있다. 가. 고온 열분해 산업공정에서 발생되는 아산화질소 저감기술은 반응 온도별로 나뉘는데, 특히 고 온에서 쉽게 분해된다. 아산화질소는 매우 안정한 물질이기 때문에 대기 중에서는 120년 이상의 잔류기간을 갖지만, 1,000 이상의 고온에서는 손쉽게 질소(N 2 )와 산

113 소(O 2 )로 분해된다. 아산화질소 함유 배가스를 1,000 이상의 온도에서 소각하는 열분해방법으로서 이 때 발생된 NOx는 회수하여 질산(HNO 3 )을 제조하는데 이용할 수 있다. 아산화질소의 열분해는 공정이 간단하고 촉매라는 매개체 없이 분해되는 장점이 있는 반면, 연소로 내의 후류부에 보조연료를 분사하여 2차 연소를 시키므 로 보조연료의 비용이 추가로 들고 이산화탄소가 추가로 발생하므로 아산화질소 농 도가 극히 높은 배가스를 제외하고는 지구온난화 저감에는 효과가 크지 않으며 고 도의 제거성능에 있어서도 결함이 있다. 나. 촉매분해법 <그림 3-38> 아산화질소 열분해 공정도 고온의 열분해 방법 외에 저온에서 아산화질소를 분해 처리할 수 있는 촉매분해 법으로는 선택적 촉매환원 방법(Selective Catalytic Reaction, SCR)과 비선택적 촉매 환원 방법(Selective Non Catalytic Reaction, SNCR)이 있다. 비교적 저온에서 아산화 질소를 저감시키는 촉매분해 반응법이 시설의 간편성과 에너지 비용의 절감이라는 측면 등에서 보다 효과적이다. 촉매분해방법 중에서도 선택적 환원법은 에너지를 많이 쓰는 고온열분해방법에 비해 경제성이 높고 효율적인 방법이라고 할 수 있으 나 전 세계적으로 아직 완성된 기술은 아니라는 문제가 있다. 다. 저온 아산화질소 분해방법(전기화학반응을 이용한 아산화질소 분해) 저온 아산화질소 분해기술은 상온의 온도조건에서 아산화질소를 분해하는 기술이 며, 아산화질소 함유량이 적은농도이거나 또는 아산화질소 이외의 다른 불순물, SOx, 미세먼지 등이 없는 조건일 경우에 적용이 가능하며 대표적인 기술은 전기화 학반응을 이용한 아산화질소 분해기술이 있다. 마취약으로 사용한 후의 환기 배가 스 중의 아산화질소는 전기화학반응을 이용해 상온에서 아산화질소를 효율적 선택 적으로 분해한다

114 <그림 3-39> 전기 화학적 방법을 이용한 상온에서의 N 2 O 분해> <표 3-4> 유럽 아디프산공장에서 아산화질소 저감기술 적용시 효과 국가 공장 기술 2000년까지 효율 시작연도 영국 듀퐁(Du pon) 열분해 94% 1998 프랑스 로디아(Rhodia) 질산전환 98% 1998 독일 바이엘(Bayer) 열분해 96% 1994 독일 바스프(Basf) 촉매분해 95% 질산생성 공정에서의 아산화질소 저감 연구 질산생산 공정은 아산화질소 제거기술의 위치에 따라 3가지 아산화질소 제거방법 (Primary, Secondary, Tertiary)이 존재한다. 이러한 방법들 중에서 주로 Secondary 및 Tertiary 제어방법이 사용되고 있으며 이러한 기술은 아산화질소제거에서 80% 이상의 효율을 보인다. 가. Primary 제어 방법 Primary 제어 방법은 아산화질소 생성 억제법으로 암모니아 산화단계에서 발생하 는 아산화질소 제거방법이다. 이 방법은 산화공정에서 촉매를 사용하거나 공정의 운전조건을 개선하여 제거한다. 기존 암모니아 산화공정을 확장 설계할 수 있으며 1~3초의 반응시간으로 70~85%의 아산화질소 저감효율을 나타낸다(4~6lbN 2 O/ton 100% acid 또는 400ppm의 조건)

115 나. Secondary 제어방법 Secondary 제어방법은 암모니아 산화단계 후 발생되는 아산화질소를 제거하는 기 술로 산화반응기를 통하여 아산화질소를 질소(N 2 )와 산소(O 2 )로 촉매 분해한다. 즉 암모니아 버너 안에 촉매를 설치함으로써 버너 내 가스의 체류시간이 증가하게 되 어 아산화질소 배출을 저감할 수 있다. 최대 90% 절감 가능하고(ICAC, 2009) 130~400ppm의 아산화질소에 효과적이다. Yara, BASF, Johnson Matthey, 그리고 Hereaus 4개 회사는 아산화질소를 제거할 수 있는 선택적 촉매를 개발했다. Yara의 질산생산 공정은 최초 2002년에 설치되어 현재는 17개의 공장에서 운영되고 있다. 출처: ICAC, 2009 <그림 3-40> Yara사의 질산생성공정의 Secondary 아산화질소 제어공정 <표 3-5> 아산화질소 배출 시험 결과 Secondary Controls 배출원 시험된 단위 범위 (lb N 2 O/ton) 평균 (lb N 2 O/ton) 제거율 범위 (%) 제거율 평균 (%) EC EC* 4* * 3.4* - - CDM과제 30 (시험기간 37) 단, *는 향상된 산화 촉매 사용 다. Tertiary 제어 방법 Tertiary 제어 방법은 발생되는 아산화질소를 촉매를 사용하여 흡수탑의 테일가스 (tail gas) 하류에서 제거하는 방법이다. 이 제어 방법은 EnviNOx-System이라 불리 며, 질산공정에 대하여 가장 효과적이고 위험요소가 낮은 선택적 아산화질소 분해

116 공정이라고 할 수 있다. EnviNOx-System은 질산 설비의 tail gas의 히터와 터빈사이 에 위치해있다. 아래의 그림에서와 같이 EnviNOx-System 공정에서 반응기는 테일 가스(tail gas)의 흐름을 통해 한 개 또는 두 개의 촉매층을 갖는다. <그림 3-41> Tertiary 제어 기술의 두 가지 방법 Variant 1는 the Shell N 2 O Abatement Technology (C-NAT)로 425~520 의 높은 테일가스(tail gas) 온도에서 사용되며 두 단계로 구성된다. 첫 번째 단계는 촉매 존재 하에서 아산화질소가 질소(N 2 )와 산소(O 2 )로 분해되며 두 번째 단계는 테일가 스(tail gas)를 암모니아와 혼합하여 두 번째 촉매장치에 주입되어 NOx는 수증기와 아산화질소로 변환되며, 여분의 아산화질소 역시 제거된다. Variant 2는 the BASF NOx CAT TM ZN20 Catalyst를 사용한 기술로 300~6000 에서 NOx 및 N 2 O를 동시에 제거하는 방법이다. 촉매 장치에 암모니아를 주입하며 낮은 온도일 경우 탄화수소를 활용한다. N 2 O 및 NOx를 N 2, O 2, 수증기로 전환시키 는데 vanadium-free촉매를 사용한다. 2.2 국내의 최적가용기술 조사 질산 제조 공정과 아디프산 및 카프로락탐 제조 공정에서는 다량의 NOx와 함께 아산화질소가 발생되고 있으며 국내에서는 연간 약 5만2천 톤 규모의 아산화질소가 배출된다고 추정된다. 아산화질소는 지구온난화 효과가 높아서 같은 양을 저감시키 더라도 이산화탄소 대비 310배의 양을 저감사키는 효과가 있으며 국제사회에서 요 구되는 온실가스 저감의 필요성과 더불어 각종 CDM 사업과 맞물려 non-co 2 인 아 산화질소의 발생량 감축을 위한 노력이 국내외적으로 많이 진행되고 있다. 국내의 질산제조공정에서는 촉매분해 및 촉매환원방법으로 발생량을 저감하고 있으며 사업 장의 온도, 압력, 유량 등을 고려하여 감축 방법을 선택하고 있다

117 2.2.1 질산 및 아디프산 생성공정에서의 아산화질소 저감연구 가. 질소 제조사업장 국내의 질산제조 사업장인 휴켐스, 한화, 동부한농의 세 개 업체는 이미 아산화질 소의 발생량 감축을 위한 CDM사업이 진행 완료된 상태이다. <그림 3-42> 휴켐스의 질소사업장 공정도 <그림 3-43> 동부한농의 질소사업장 공정도

118 <그림 3-44> 한화의 질소사업장 공정도 질산제조 사업장에서 아산화질소 감축을 위해 가장 많이 사용되는 방법으로는 환 원제(탄화수소 계열: CH 4, C 3 H 8 등)를 이용한 촉매환원법인 SCR방법과 환원제 없이 촉매만으로 감축 가능한 촉매분해방법 그리고 발생되는 아산화질소의 농도가 높을 경우 적용 가능한 열분해법이 있다. 국내에서는 이들 3가지 방법이 모두 사용하고 있으며 사업장의 온도, 압력, 유량 등을 고려하여 감축방법을 선택하고 있다. 휴켐스(주)와 (주)한화의 경우 촉매를 사용한 동일한 방법이지만 처리방법에 있어 서 휴켐스(주)는 촉매환원법을 적용하여 아산화질소 감축을 위한 반응온도가 400 이하로 낮지만 (주)한화의 경우 촉매 분해방법으로 촉매환원법에 비해 반응온도가 50~100 높은 특징이 있다. 질산 제조사업장에서는 암모니아 반응기 내부에 기존 의 암모니아 산화 촉매 하단에 설치하는 secondary 방식과 흡수탑과 터빈 사이 또 는 터빈 후단에 촉매층을 설치하여 제거하는 tertiary 방식이 있다. 동부한농은 secondary 방식을 사용했고, 휴켐스(주)와 (주)한화의 경우에는 동일한 tertiary 방식 을 사용했지만 휴켐스(주)는 촉매환원법을 적용하여 반응온도가 400 이하로 낮은 반면 (주)한화의 경우 촉매분해 방법으로 촉매환원법에 비해 반응온도가 50~100 높은 특징이 있다. 일반적으로 질산제조사업장에서는 촉매 반응기를 가스터빈 전 후단에 설치하여 감축하는데 가스터빈 전단에 반응기를 설치할 경우에는 질산 생산 방법에 따라 차이가 있지만 평균 5~9kg/cm 2 로 압력이 높기 때문에 반응기의 크기가 작아지며 가스터빈 후단에 촉매 반응기를 설치할 경우에는 공정 내부의 압력이 낮

119 아 촉매 반응기 크기가 커지고 온도가 낮아 후단에서 아산화질소 감축에 필요한 적 정한 온도로 올려야하기 때문에 또 다른 에너지원을 필요로 한다. 최근 국내에서 온실가스 아산화질소를 대상으로 한 CERs 발생현황은 휴켐스(주)의 질산제조사업장 에서 아산화질소 3.8만 톤 그리고 (주)한화의 질산제조사업장에서 아산화질소 12.3 만 톤의 감축실적이 있다. 나. 아디프산 제조사업장 아디프산 제조사업장의 경우 농도가 매우 높기 때문에 촉매를 이용한 방법은 사 실상 불가능하고 분해온도 1,000 이상에서 연소시켜 제거하는 방법이 사용된다. 사용되는 연료는 주변에서 쉽게 확보 가능한 LNG가 보편적으로 가장 많이 사용된 다. 일반적으로 Ketone-Alcohol Oil(Cyclohexanone:Cyclohexanol=6:4)을 질산과 반응 시키는 KA mixture방법은 공정 중 질소가 고농도로 존재함에 따라 아산화질소가 발 생하게 되는 가능성이 높다. 국내의 로디아폴리아마이드는 KA mixture공정으로 아 디프산 1kg을 생산하는데 0.27kg의 아산화질소가 배출되며, 배출되는 아산화질소의 저감을 위해 열분해 시설을 적용하고 이에 대한 CDM사업의 진행이 완료되었다. 최 근 로디아폴리아마이드(주)는 이러한 열분해 방법을 이용하여 이산화탄소 113.9만 톤을 감축한 실적이 있다. <그림 3-45> 아디프산 제조사업장에서 열분해 방식을 이용한 N 2 O

120 <표 3-6> 국내 온실가스 아산화질소 감축 CDM 사업 현황 업체 생산품목 N 2O 발생량 (N2Okg/제품ton) 처리방법 제거효율 (%) 휴켐스 질산 4~9 촉매환원 94 한화 질산 4~9 촉매분해 90 운전조건 및 특징 환원제: 프로판 반응온도: 360~400 생산량: 700kt/yr 반응온도: 450~500 생산량: 97kt/yr 로디아 폴리아마디드 아디프산 20~250 열분해 99 반응온도: 950 생산량: 151kt/yr 질산 공정에서의 NOx 및 N 2 O 동시제거 신기술 한국에너지기술연구원(KIER)은 2010년 11월 산성가스와 온실가스 문제를 동시에 해결할 수 있는 NOx와 N 2 O 동시저감 촉매 및 공정 기술을 세계 최초로 개발하 였다. 이러한 기술을 이용하여 산성가스인 NOx는 95% 이상, 온실가스인 N 2 O는 약 90% 저감하는데 성공하였다. 개발된 NOx와 N 2 O 동시저감 촉매는 기존의 상용화된 NOx 저감촉매와 동등한 성 능(저감율 95% 이상)을 나타내며, N 2 O 저감 상용촉매와 비교하여도 대등한 성능(저 감률 90%이상)을 나타내어, 가격 경쟁력도 높은 것으로 평가되었다. 또한 2개의 공 정을 하나로 통합하는 원천기술과 에너지사용 최소화, 새로운 촉매의 개발, 단일 환 원제 사용을 통해 공정의 효율성과 경제성을 확보할 것으로 기대되고 있다. 국내 아산화질소 발생원을 1만 톤으로 가정할 때, 동시저감 촉매와 공정으로 약 300만 톤의 이산화탄소와 2만 톤의 NOx 저감효과를 가져 올 것으로 예상된다. 아산화질소 저감효과를 경제적 가치로 환산하면 연간 360~1800억 원에 이를 것으로 전망하고 있으며, 개발도상국의 신규 CDM(청정개발체제)사업 등 녹색기술 수출도 기대하고 있다. <그림 3-46> NOx와 N 2 O 동시저감 촉매 및 공정

121 2.2.3 원유정제공정에서의 온실가스 감축 신기술 원유정제공정은 기술의 수명이 비교적 길고 초기 투자비용이 매우 커서 신기술의 개발속도가 느린 편이지만 고유가 및 원유의 중질화, 환경 규제 심화로 인해 신기 술 도입이 빠르게 이루어질 것으로 예상된다. 정유공장의 에너지 절역 및 온실가스 감축기술에는 미활용 열회수, 열이용/열교환 최적화, 에너지 다소비 증류공정 고효 율화, 공정 해석을 통한 최적화, 신촉매 기술 등이 있다. 이러한 신기술을 공정별로 분류하면 상암증류공정(CDU)에 6개, 감압증류공정(VDU)에 2개, 가스회수공정(Gas Con)에 4개, 경유수첨탈황공정(LGO-HDS)에 1개, 접촉개질공정(Reforming)에 1개, 감 압잔사유 탈황공정(VR HDS)에 1개, 중질유 접촉분해공정(RFCC)로 1개의 신기술이 조사되었다. 고려되는 16개의 신기술 중에서 2개의 신기술은 공정을 대체하는 반면 나머지 14개의 신기술은 기존의 공정을 개선시키는 기능을 하게 된다. 공정을 대체 하는 신기술에는 가스회수공정과 경유탈황공정에 각각 1개의 신기술이 해당된다. <표 3-7> 신기술의 종류 및 유형 공정 신기술 종류 신기술 유형 상압증류공정 6개 신기술 공정개선 가스회수공정 4개 신기술 공정개선 3개 공정대체 1개 경유탈황 1개 신기술 공정대체 접촉개질공정 1개 신기술 공정개선 감압증류공정 2개 신기술 공정개선 감압탈황공정 1개 신기술 공정개선 상압잔사유접촉분해 1개 신기술 공정개선

122 <표 3-8> 온실가스 감축 신기술의 기술별 세부 내용 대분류 공정 상압 증류 가스 회수 탈황 개질 감압 증류 탈황 분해 공정 기술 번호 세부공정 신기술 유형 신기술 내용 1-A 기존기술 상압증류공정(CDU) without pre-flash 1-A-1 열회수 공정개선 상압정제탑 Side Cooler의 Heat Duty 분배 를 통한 열회수 향상 기술 1-A-2 가열기 공정개선 상압증류탑에 Side reboiler 설치 1-A-3 수소회수 공정개선 상압증류공정에서 수소 회수용 Membrane Separator의 설치 1-A-4 열교환 공정개선 Pinch Technology를 이용한 열교환망 설계 1-A-5 폐열회수 공정개선 Heavy Gas Oil의 폐열회수공정 1-A-6 열교환 공정개선 열교환기 재배열 10 기존기술 가스회수공정 10-1 증류탑 공정개선 Valve Tray를 고성능 Structured packing으 로 교체 10-2 증류탑 공정대체 Thermally Divided Wall Column 10-3 증류탑 공정개선 10-4 탈수 공정개선 9 기존기술 경유수첨탈황공정 9-1 정유탈황 공정대체 흡착식 경유탈황 Depropanizer의 증류탑 효율 재계산을 통 한 환류비 감소 Glycol Dehydrator의 주입온도 변화를 통한 용매능력향상 11-B 기존기술 접촉개질공정-연속식 11-B-1 개질 공정개선 Reforming Unit에서 환류가스양 감소 13-B 기존기술 감압증류공정 with steam stripping 13-B-1 증류탑 공정개선 고성능 internal Type 교체기술 (감압증류-with steam stripping) 13-B-2 폐열회수 공정개선 감압잔사유에서 Overhead 증기의 폐열회수 17 기존기술 감압잔사유탈황공정 17-1 감압잔사유 탈황 공정개선 Vacuum Gas Oil의 탈황설비에서 열회수 시스템 개선 21 기존기술 접촉중질유분해공정(RFCC) 21-1 공정제어 공정개선 실시간 공정 최적화 출처 : 에너지관리공단, 온실가스 감축수단 조사사업

123 <표 3-9> 온실가스 감축수단 기술개요 번호 기술명칭 기술개요 상압정제탑 Side cooler의 Heat Duty 분배를 통한 열회수 향상기술 상압증류탑에 Side reboiler의 설치 side-cooler의 heat duty를 최대화할 경우 고 급열을 더 많이 사용함으로 furnace heater의 연료소모량을 줄일 수 있음 원유 증류탑에 side reboiler를 설치하면 환류 비를 줄일 수 있으므로 증류에너지를 절약한 다. 03 상압증류공정에서 수소회수용 Membrane Separator 설치 원유정제 부산물로부터 수소를 회수하는 것이 에너지도 절감할 수 있고 기존의 수소생산비 용도 줄일 수 있으므로 이를 Membrane separator를 이용해서 수소를 생산해 낸다. 04 Pinch Technology를 이용한 열교환망 설계 Cooling curve와 heating curve를 적절히 배열 하여 열교환망을 구성하면, 열교환기의 숫자 를 최소화하거나 Furnace Heater의 Heat duty 를 최소화하는 열교환망이 존재한다. 05 Heavy Gas Oil의 폐열회수공정 06 열교환기의 재배열을 통한 에너지절감기술 상압정제탑에서 생산되는 heavy Gas Oil의 폐 열을 원유 정제공정의 폐수처리공정에서 Desalter로 주입되는 처리수를 가열하는 열원 으로 사용하여 폐열을 회수한다. 원유정제공정 있는 열교환기의 배치이유는 원 유정제탑으로 주입되는 온도를 Heater를 거치 기 전에 최대로 올림으로써 에너지 소비량을 최소화시키는데 있다. 기존의 열교환기의 배 열을 바꿈으로써 에너지 절감효과를 거둘 수 있다. 07 Valve Tray를 고성능 Structured Packing으로 교체 Deethanizer의 내부를 Valve Tray에서 Sulzer 사의 structured packing으로 교체, 동일한 증 류탑높이에 Tray spacing보다 Hetp가 적음으 로 인하여 실제단수가 증가하는 역할을 하게 되어 환류비 감소로 에너지를 절감함 08 Thermally Divided Wall Column (Petlyuk column)을 이용한 증류탑의 에너지절감기술 출처 : 에너지관리공단, 온실가스 감축수단 조사사업 증류탑의 내부를 반으로 나누어서 Even Distribution이 이루어지게 하고 또한 벽으로 갈라진 왼편과 오른편에서 각각 증기와 액상 에 서로 접촉하게 하여 분리를 하게 하면 증 류탑의 condenser 및 reboiler에서 소모되는 에너지를 약 30% 절감

124 <표 3-9> 온실가스 감축수단 기술개요(계속) 번호 기술명칭 기술개요 Depropanizer의 증류탑효율 재계산을 통한 환류비 감소로부터 에너지 절감 Glycol Degydrator의 주입온도 변화를 통한 용매 능력 향상 11 흡착식 경유 탈황 환류비를 감소시켜 냉각수의 소모량이나 스 팀의 소모량을 줄인다. 용매의 양과 glycol수용액의 농도 및 주입온 도 최적화로 투자비 및 운전비 절감 황화합물만을 선택적으로 흡착하여 제거하는 기술로서 수소 공급이 필요 없고, 상온 상압 에서 이루어지므로 에너지 절감효과가 크다. 12 Reforming unit에서 환류가스 양의 감소로 인한 에너지절감방안 환류되는 기상류를 압축하여 분리기를 통하 여 수소의 농도를 높이고 순환 기체류의 부 피를 줄임으로써 Furnace heater에서 필요한 열량이나 순환용 압축기의 동력을 줄인다 고성능 Internal Type 교체기술 (감압증류-with steam stripping) 감압 잔사유에서 Overhead 증기의 폐열회수 Vacuum Gas Oil의 탈황설비에서 열회수 시스템개선 Unconverted Oil을 활용한 윤활유 생산기술 17 실시간 공정 최적화 18 HF Alkylation Process에서의 신기술 적용 출처 : 에너지관리공단, 온실가스 감축수단 조사사업 증류탑에 structured packing을 사용, 처리용 량을 늘리고, pressure drop이 적게 걸리므로 pump의 용량을 줄여 동일한 증류탑 높이의 tray column에 비해 이론단수가 증가하여 환 류비를 작게 할 수 있으므로 증류에너지가 절약된다. 감압 정제탑의 상부증기는 두 개의 냉각기에 의해서 액화되어 환류된다. 이 폐열은 양은 많지만 온도가 비교적 낮아 회수가 효과적이 지 못했으나 새로운 열교환기와 밸브 시스템 을 하나 추가하여 공정을 변경 또는 개선하 면 비교적 낮은 온도이지만 폐열을 회수할 수 있다. 액상류를 정제공정으로 보내기 전에 재 가열 단계에서 낭비되는 열의 손실을 회수하기 위 해서 열교환망을 개선한다. 원유 정제시에 생산되는 중질유성분으로부터 경질연류유를 얻기 위해 수소를 첨가해서 분 해하는 공정(Fuel Hydrocracker)에서 경질연 료유로 미 전환된 오일(UCO)로부터 고부가 가치의 초고점도지수 윤활기유를 얻는 기술 이다. 화학공장의 물질수지 및 열수지 계산을 밸런 스가 맞도록 Recocilization 할 수 있으므로 공장의 생산관리를 효과적으로 수행한다. 미국 UOP에서 반응촉매 및 프로세스에 대한 라이센스를 가지고 있는 에너지 절약형 신기 술이다

125 신기술 도입에 의한 정유산업의 에너지 소비는 2041년까지 연평균 347천 TOE에 이를 것이며 신기술 도입에 의한 에너지 절약율(에너지 절약규모/에너지 소비량)은 약 5.2%에 이를 것으로 전망된다. 그러나 대부분의 신기술이 향후에 도입될 것으로 예산되기 때문에 실질적으로 도입될 수 있는 기간을 기준으로 계산하면 에너지 절 약 잠재량은 에너지 소비량 대비 연평균 6.3%의 에너지 절약에 해당될 것으로 예상 되고 있다. <표 3-10> 신기술 도입의 에너지 절약 잠재량 구분 년도 (단위 : 천TOE, 1000달러/TOE) 2001~ 2041 연평균 2011~ 2041 기준안 5,760 5,996 6,483 6,942 7,496 8,122 8,834 6,659 7,090 신기술도입 5,427 5,647 6,099 6,522 6,995 7,580 8,239 6,311 6,644 절약잠재량 절약율 5.8% 5.8% 5.9% 6.1% 6.7% 6.7% 6.7% 5.2% 6.3% 에너지절약 한계비용 단, 에너지 절약의 한계 비용은 신기술 도입에 의한 에너지 절약이 발생하는 구간의 평균으로 해석하는 것이 바람직함 출처 : 에너지관리공단, 온실가스 감축수단 조사사업 납사 접촉 분해 공정 납사크래킹(Naptha Cracking Center, NCC) 공정은 탄소수가 5-9 범위인 경질나프 타를 850 이상의 고온에서 수증기 열분해를 통해 분해하는 공정으로 석유화학 기 초 원료인 에틸렌, 프로필렌, 혼합 C 4 를 생산하며 흡열반응으로 막대한 에너지 소모 되고 있으며, 전체 석유화학공정 에너지 사용량의 약 40% 정도를 차지하고 있다. 석유화학 제품의 경우 납사크래킹공정의 가열로에서 이산화탄소가 배출되는 것으로 확인되었다. 현재 국내 납사크래킹공정은 에틸렌과 에틸렌 디클로라이드, 비닐클로 라이드모노머(VCM), 에틸렌 옥사이드, 아크릴로니트릴 등을 생산하는 업체에서 보 유하고 있으며, 석유화학단지 내(울산과 여수, 대산)의 대규모 사업장에서 가동하고 있다. 다음의 그림은 납사크래킹 공정도를 나타내었다

126 <그림 3-47> 납사크래킹공정도 <그림 3-48> 석유화학산업의 납사크래킹공정 국내를 기준으로 연간 1천만 톤의 경질올레핀을 생산하기 위하여 2천만 톤/년의 납사 및 350만 톤/년의 연료가 사용되고 있으며, 740만 톤/년의 이산화탄소가 발생 되고 있다. 이와 같은 막대한 에너지의 사용 및 이산화탄소의 발생으로 인하여 국 가적으로 미치는 파급효과가 크기 때문에 에너지 사용효율을 높이고, 이산화탄소의 발생을 줄일 수 있는 새로운 분해기술의 개발은 매우 중요하다고 할 수 있다. 따라

127 서 납사의 분해효율을 높이고 에너지의 사용량을 줄이기 위한 새로운 개념의 납사 분해기술 개발이 활발히 시도되고 있다. 즉, 납사를 분해하기 위하여 850 이상의 고온에서 열분해를 하는 대신 700 이하의 온도에서도 납사의 분해가 가능하도록 촉매를 사용한 촉매식 납사 분해기술 개발이 시도되고 있다. 이와 같은 촉매식 납 사 분해기술을 적용할 경우 20% 이상의 분해효율 향상 및 10% 이상의 연료사용량 을 줄일 수 있기 때문에 연간 1천억 원의 부가가치 창출 및 60만 톤/년의 이산화탄 소 배출저감이 가능할 것으로 예측하고 있다. 3. 벤치마크계수 적용 사례 <그림 3-49> 촉매식 납사분해공정 폴란드는 기존의 종이, 정제, 코킹, 화학 부문의 설비에 벤치마킹 접근방법을 적용하고 있다. 이 모든 부문은 최적가용기술(BAT수준에 대한 어떤 추가적 세부사 항도 주어지지 않음) 또는 계산한 국가 고유의 성능수준에 기초하고 있다. 네덜란드는 화학산업에 최적 실행 방법 또는 지역적 또는 세계적 비교 방법 을 통한 벤치마킹을 적용하고 있다. 네덜란드 화학산업에서 60개 제품의 벤치마크 는 연간 0.5PJ 이상의 에너지를 소비하는 87개 화학시설의 96%를 포함한다

128 4. 벤치마크계수 개발 방법 석유화학 및 정유산업 부문에서의 온실가스 감축에 대한 주요한 기술로는 암 모니아, 아디프산, 카프로락탐, 질산제조 공정에서의 아산화질소 발생 저감 기술, 정 유정제공정에서의 에너지 절약 및 온실가스 저감 신기술, 석유화학제품 제조공정에 서의 NCC 공정의 개선 등이 있음. 현재 우리나라의 암모니아, 아디프산, 카프로락탐, 질산제조 공정에서는 아산 화질소 감축을 위해 전 세계적으로 탈질 효율이 높고 완성도가 높다고 평가되고 있 는 SCR 기술 등 촉매를 이용한 기술이 사용되고 있으며, 이에 대하여 CDM 사업을 등록 진행하여 온실가스 감축량에 따른 감축실적 크레딧(CERs)을 발급받고 있는 실정임. 따라서 전 세계 기술의 10분위 수 기술과 그 효율을 비교 검토하여도 이 미 상위 기술을 보유하고 있는 것으로 판단됨. 정유공정에서의 에너지 절약 및 온실가스 감축기술에는 미활용 열회수, 열이 용/열교환 최적화, 에너지 다소비 증류공정 고효율화, 공정 해석을 통한 최적화, 신 촉매 기술 등이 있음. 이러한 신공정에 대하여 기존 기술와의 비교 검토 및 적용 성 연구, 온실가스 감축량 평가가 이루어져야함, 석유화학 및 정유산업 부문에서 가장 많은 비중을 차지하고 있는 공정은 납사 크래킹공정(Naptha Cracking Center, NCC)으로 전체 석유화학공정 에너지 사용량의 약 40% 정도를 차지하고 있음. 따라서 NCC공정에서의 에너지 사용 및 온실가스 발 생 저감 공정을 연구하고 공정 적용에 따른 온실가스 감축량 평가가 시급한 것으로 예상됨. 가. 연구목적 - 석유화학 및 정유산업 공정에 적용 가능한 벤치마크(BM) 의 개발 나. 연구내용 및 연구방법 - 석유화학 및 정유산업 공정의 물질 및 에너지 수지 파악 - 생산 공정별 BAT 조사 및 적용 방안 연구 - BM 할당계수 개발을 위한 BAT 통합평가

129 5절 이동연소 부문 1. 이동연소의 개요 교통부문 연료소비량은 2008년 현재 35,793천 TOE로, 교통부문의 에너지 소비는 1990~2008년간 연평균 5.28% 증가추세를 보이고 있으며, 2008년 교통부문의 온실가 스 배출량은 100.8백만 CO 2 톤으로, 전체의 약 16%(에너지부문 중 19%)를 차지하는 것으로 나타났다. <표 3-11> 부문별 온실가스 배출현황(2008년) 구분 합계 에너지 산업 에너지부문 제조업 건설업 교통1) 기타 2) 석탄 생산 석유 천연가스 (단위 : 백만 CO 2 톤, %) 산업 공정 농업 축산 폐기물 배출량 비율 ) 교통부문은 국제벙커링(국제 선박, 국제항공) 포함된 배출량 2) 광업, 농림, 어업, 가정, 상업, 공공, 기타 출처 : 에너지경제연구원, 교통부문은 크게, 철도, 해운, 자동차, 항공분야로 분류되며, 2008년 교통수단별 온실가스 배출량은 자동차가 77.3백만 CO 2 톤(61.4%)으로 가장 높고, 해운(2.6백만 CO 2 톤), 항공(1.0백만 CO 2 톤), 철도(0.7백만 CO 2 톤)순으로 나타났다. <표 3-12> 교통수단별 배출량 추이 (단위 : 백만 CO 2 톤) 구분 1990년 1995년 2000년 2007년 2008년 합계 도로 철도 항공 해운 단, 순발열량 적용, 국제 벙커링 제외 출처 : 교통안전공단, 2008년도 교통부문 온실가스 배출량,

130 우리나라의 경우 교통물류의 대부분은 에너지 소비가 많고 온실가스 배출이 많은 자동차 교통에 의존하고 있는 상황이기 때문에 교통물류 체계에 있어서 에너지 효 율 향상과 온실가스 저감을 위한 노력이 필요한 시기이다. 이에 정부는 지속가능교 통물류발전법( 공포, 시행)을 도입하여 친환경 교통수단에 대한 개 발과 투자를 확대하고, 에너지 절감형 교통물류 체계로 전환 하는 등의 저탄소 녹 색 성장을 위한 다각적인 정책을 마련하는 중이다. <표 3-13> 2008년 수송수단별 온실가스 배출 원단위 구분 여객 (CO 2 톤/백만 통행-km) 화물 (CO 2 톤/백만 통행-km) 도로 해운 철도 6 13 항공 단, 벙커링 부분을 제외한 국내 온실가스 배출량 사용 2008년 전체 항공부문 온실가스 배출량은 여객부분만 고려 출처 : 교통안전공단, 2008년도 교통부문 온실가스 배출량, 2010 한국교통연구원, 2008 국가교통 DB 최종보고서 제12권, 2009 한국교통연구원, 국가교통DB센터, 2. 최적가용기술 적용 2.1 국외의 최적가용기술 조사 자동차 영국의 경우, 화물차인 대형 트럭과 소형 밴에 의한 온실가스 배출량이 화물수송 에 의한 배출량의 약 91.8%를 차지하고, 이중 대형 트럭에 의한 배출량은 78.5%에 해당하는 것으로 나타났다. 또한, 이 화물수송에 의한 온실가스 배출량은 전체 교통 부문의 온실가스 배출량의 약 21%에 해당하고, 영국 전체 온실가스 배출량의 약 6%에 해당하는 것으로 나타났다. 그러나 수송 수단별 화물수송실적 당 이산화탄소 배출량(g-CO 2 /ton-km)은 항공 부문에서 가장 높게 나타났으며, 소형 밴형, 대형 트 럭, 내륙 운하, 연안 선박, 철도, 파이프라인 순으로 나타났다(Alan McKinnon, 2007). 물류부문에서는 단순히 온실가스 배출량만 고려할 경우에는 항공부문이 총량적으

131 로는 배출량이 가장 적지만, 화물수송실적 당 온실가스 배출량을 고려할 경우에는 가장 비효율적인 지표로 나타내고 있다. 이와 같이 물류부문에서는 화물수송실적 당 온실가스 배출량과 같은 화물환경지표(g-CO 2 /ton-km) 자료는 물류체계 효율을 평 가하는 중요한 인자가 되고 있다. 여기서, 물류기업의 화물차에 의한 온실가스 배출 량은 화물수송실적(ton-km) 당 이산화탄소 배출량으로 표현되며, 이는 1ton의 화물 을 1km 수송하는데 배출되는 이산화탄소 배출량을 의미하는 것으로 이산화탄소 배 출량을 화물수송실적(ton-km)으로 나눈 값이다(최상진 외, 2011). (a) 온실가스 배출율 (b) 온실가스 배출량(g-CO 2 /ton km) <그림 3-50> 화물수송 수단별 온실가스 배출율 및 배출량(영국, 2004) 화물차의 화물환경지표의 비교에서 일반형과 특수형으로 구분하여 산정한 ton-km 당 CO 2 배출량은 화물 전체를 비교하였을 경우 국내 화물차는 영국 130g-CO 2 /ton- km로 2.8배, 프랑스는 97g-CO 2 /ton-km로 3.7배 높게 배출되는 것으로 나타났다. <표 3-14> 각 국가별 차종별 g-co 2 /ton-km 비교 구분 국내 영국 프랑스 일반형 특수형 화물전체 출처 : 화물운송시장정보센터 소식지 4호, 화물운송정보센터, 2009 최상진 외, 물류기업의 온실가스 배출량 및 도로화물환경지표 산정에 관한 연구, 2011,

132 <그림 3-51> 차종별 g-co 2 /ton-km 비교 또한, 화물수송실적에 따른 에너지 소비량을 주요 국가별 비교해 보면, 화물환경 지표의 또 다른 지표로서 물류기업별 화물수송실적(ton-km) 당 연료 소비량을 MJ의 열량 단위로 환산하여 에너지 소비량으로 산정한 것이다. 국내의 경우 화물수송실 적 당 에너지 소비량은 약 4.8MJ/ton-km로 주요 국가별(2005년 기준) 화물수송실적 당 에너지 소비량을 국내 물류기업과 비교해보면, 일본이 4.3MJ/ton-km로서 비슷한 수준을 나타내었으며, 호주는 1.7MJ/ton-km로 국내 보다 약 2.8배 낮은 에너지 소비 량을 나타내었다. <표 3-15> 주요 국가별 화물수송실적 당 에너지 소비량 국가 MJ/ton-km 호주 1.7 프랑스 3.1 일본 4.3 영국 4 미국 2.5 국내 4.8 출처 : 화물운송시장정보센터, 소식지 6호, 화물운송정보센터, 2009 최상진 외, 물류기업의 온실가스 배출량 및 도로화물환경지표 산정에 관한 연구, 2011 주요 국가별 화물수송 관련 지표 중 공차 운행율을 비교해 보면(<표3-16>), 우리 나라의 경우 52.2%로 이는 영국의 26.8%, 프랑스의 25.2%에 비해 약 2배 높은 것으

133 로 나타났다. 또한, 우리나라의 평균 적재량은 6.5ton으로 영국 9.5ton의 68%, 프랑 스 12.8ton의 51%에 해당하는 양이다. 1톤의 화물을 1km 수송하는데 사용되는 연료 사용량의 경우 0.136L/ton-km로 영국 0.050L/ton-km보다 2.7배, 프랑스 0.037L/ton-km 보다 3.7배 많은 것으로 나타났다. 이러한 국내의 화물수송실적 당 연료 사용량의 차이는 영국과 프랑스에 비해 공차 운행률이 약 2배 정도 높고, 평균 적재량 또한 약 2배 정도 낮은 것이 주요 원인으로 평가되고 있다. <표 3-16> 주요 국가별 화물수송 관련 지표 비교 국내 영국 프랑스 구분 공차 운행률 (%) 평균 적재량 (ton) 연료 사용량 (L/ton-km) CO 2 배출량 (gco 2 /ton-km) 일체형 특수형 52.2% 3) 6.5 3) 전체 화물차 일체형 화물차 1) 27.4% 연결형 화물차 2) 26.1% 전체 화물차 26.8% 일체형 화물차 1) 27.8% 연결형 화물차 2) 23.7% 전체 화물차 25.2% ) 견인차와 피견인차가 일체형인 화물차(본 연구의 일반형) 2) 견인차와 피견인차가 연결형인 화물차 3) 2005년도 국가교통 DB 구축사업 전국 지역간 화물기종점 통행량 조사 결과 출처 : 화물운송시장정보센터 소식지 4호, 화물운송정보센터, 2009 최상진 외, 물류기업의 온실가스 배출량 및 도로화물환경지표 산정에 관한 연구, 2011, 영국은 2007년에 물류부문의 온실가스 저감을 위한 시나리오에서 2015년에 2004 년 대비 약 72% 및 102%를 절감 가능하다고 판단하고 있다. 여기서, 첫 번째 수단 으로 물류의 전환, 즉, 소형화물차의 대형화, 철도와 연안선박 및 내륙운하로의 전 환이다. 두 번째 수단으로는 자동차 화물차의 공차율의 감소와 실차율의 증가를 유 도하는 것이다. 세 번째 수단으로는 화물차 및 기차의 에너지 효율 향상 기술의 적 용이다. 네 번째 수단으로 화물차의 에너지원 전환에 의한 온실가스 감축으로 구분 하고 있다. <그림 3-52>, <그림 3-53>은 영국의 중대형 차량에 차체 및 구름노면저 항을 줄여 에너지 저감사례를 나타낸다

134 <그림 3-52> 영국의 물류 온실가스 저감계획

135 <그림 3-53> 영국의 중대형 차량의 차체기술 적용에 따른 에너지 사용 절감사례 <그림 3-54>은 캐나다의 대형 화물차의 에너지 절감을 위한 요소 기술 적용에 따 른 저감율을 표현한 것이다. 장축 화물차의 운행 시 디젤 연료 1리터 중 약 6.5%는 카고의 이동에 사용되고, 4.5%는 트랙터-트레일러의 이동에 사용되고 있다. 나머지 89%는 도로 상의 손실이다. 이 손실 중 56% 엔진의 열 발생이고, 12%는 공회전이 고, 2%는 동력전달장치의 저항이고, 19%는 공기저항에 대한 것이고, 11%는 구름 저 항이다. <그림 3-54> 캐나다 중대형 차량의 에너지 절감사례

136 일본의 물류부문 온실가스 저감 계획은 <표 3-17>과 같으며, 크게 수송의 효율화, 수송수단의 전환, 에코 드라이빙 유도로 나눌 수 있다. <표 3-17> 일본의 물류부문 온실가스 저감계획 구분 수송의 효율화 수단의 전환 에코 드라이빙 내용 차량의 대형화 : 10톤 트럭을 22톤 트레일러로 전환시 57.7% CO 2 저감효과 간선수송의 공동화 - 10톤 트럭 3대로 각각 수송시보다 공동 1대 운영시 39.3% CO 2 저 감효과 - 4톤 트럭 3대로 각각 수송시보다 15톤 공동 수송시 38.2% CO 2 저 감효과 물류거점 집약에 따른 수송효율화 : 2곳의 중계지점을 운영시보다 1곳 집약시 13.8% CO2 저감효과 수송구간 500km, 연간 7,000톤 10톤 트럭을 수송을 철도수송 전환 시 74.0% CO 2 저감효과 쿠루메전기(주)의 경우 연간 744톤 트럭 수송을 철도수송 전환하여 86.9% CO 2 저감효과 야마기-요쿠하마 간 인테리어 화물트럭을 RORO선 수송 전환하여 70.6% CO 2 저감효과 에코드라이빙 유도시 약 12.4%(중형차 13.4%, 대형차 11.4%)의 연료 절감 철도 프랑스의 알스톰(Alstom)은 배터리 방식의 에너지 저장장치를 장착한 철도 차량을 개발하였고, 2007년 11월에 프랑스 남부 니스(Nice) 지방에서 이를 적용한 Citadis Tram을 최초로 도입하였다. Nice Citadis Tram은 지붕에 에너지 저장장치를 장착하 여 가선으로부터 또는 제동시의 발생하는 회생 에너지로 충전이 가능하며, 배터리 동력으로 가선이 설치되어 있지 않은 구간을 운행할 수 있도록 하였다. 또한 디젤 발전기와 배터리, 견인 전동기를 포함하는 추진 시스템의 디젤 하이브리드 기관차 를 개발하여, 2009년 4월에 네덜란드의 로테르담에서 시험운전을 수행하였다. 알스 톰에서 개발된 기관차는, 배터리로부터 견인 전동기를 구동시켜 차량의 주동력을 발생시키고 디젤 발전기는 배터리를 충전하거나 필요시 보조 동력으로 사용하는 직 병렬 하이브리드 방식이다. 알스톰에 따르면 기존 디젤 기관차에 비해 화석 연료 사용량을 40% 이상 절감할 수 있고, 공해 배출량과 CO₂배출량은 각각 55%, 50% 이상, 분진과 질소 산화물도 각각 60%, 40% 이상 감소시켰다고 한다. 또한 소음은 15dB 이상 낮추었으며, 정비 비용 또한 15% 감소시킴으로서 수명 주기 비용을 30%

137 가량 줄일 수 있다고 한다. 일본의 히타치(Hitatch)는 비 전철화 구간을 운행하는 디젤 차량의 환경 개선 및 효율 향상을 목표로 2002년부터 2004년까지 하이브리드 시스템을 개발하여 적용성 을 확인하였다. 2007년에는 양산 선행 차량인 Kiha E200이 개발되었고, JR동 일본 은 이를 도입하여 중부 고우미선( 小 海 線 )에서 세계 최초로 영업 운행을 개시하였다. 히타치는 Kiha E200으로, 기존 디젤 차량 대비 에너지 효율을 약 20% 향상시켰으 며, 질소 산화물 등 매연 배출량은 60% 이상 감소시켰다. 주 동력원은 리튬 이온 전지를 이용한 견인 전동기로, 디젤 엔진은 배터리를 충전하기 위해서만 사용되는 직렬 하이브리드 방식이다. 제동시 회생 에너지로 배터리 충전이 가능하며 1회 충 전으로 평탄 선로를 5km 정도 주행 가능하며, 엔진의 정지 및 기동은 차량의 주행 상태와 배터리의 전압에 따라 자동으로 조절된다. 배터리는 차량의 지붕에 탑재되 어 있다. 미국의 제너럴 일렉트릭(General Electric)은 2010년 상용화를 목표로 2007년에 디 젤 하이브리드 기관차 시제 차량을 선보였고, 타 회사와 마찬가지로 제동시 발생하 는 회생 에너지를 활용하여 에너지 효율을 높이고 연료 사용량을 15% 이상, 유해가 스 배출량을 50% 이상 줄이기 위해 노력하고 있다. 특히 고성능 배터리 개발에 집중 투자하여 2010년에 상용화될 하이브리드 기관차에 자체개발한 나트륨-염화-니켈 전 지를 내장할 예정이다. 캐나다의 철도차량 제조사 봄바르디아는 자체 개발한 철도차량용 에너지 저장 시 스템인 MITRAC Energy Saver를 상용화하여 독일에서 2003년 9월부터 영업 운전을 시작하였다. Rhein-Neckar-Verkehr 구간에 운행중인 경전철과 MVV 등이 있으며 트 램과 및 디젤동차에도 이 시스템을 적용하고 있다

138 <표 3-18> 각국의 하이브리드 철도차량 개발현황 국가 개 요 캐나다 미국 프랑스 Railpower Technologies사 하이브리드 디젤기관차 GE사 하이브리드 디젤기관차 Alstom사 하이브리드 디젤기관차 - 용도 : 입환 및 본선운전용 - 개발 : 캐나다 Railpower Technologies (2004) - 시스템구성 : 디젤엔진 & lead acid 배터리 (연축전지)에 의한 하이브리드 - 차량별 시스템구성 및 개발효과 RP14BD - 4축 입환기관차 사양 : 1,400마력, 2 GenSet 개발효과 : 연료절감 35%, NOx 저감 80% RP20BD - 4축 입환/지선용 사양 : 2,000마력, 3 GenSet 개발효과 : 연료절감 50%, NOx 저감 80% RP20CD - 6축 Hump Yard용(구배가 있는 조 차장) 사양 : 2,000마력, 3 GenSet 개발효과 : 연료절감 50%, NOx 저감 80% - 제작 : General Electric사(2007년4월 시제차 개발, 2010년 상용화 예정) - 시스템구성 : 디젤엔진 + Sodium nickel chloride 배터리에 의한 하이브리드 - 사양 : 4400HP - 개발효과 : 최신화물기관차 대비 연료점감 15%, 배기가스 50% 저감(2010년 기준) - 현황 : 2010년도 상용화 마케팅 예정 - 제작 : Alstom사(디젤-유압 입환기관차 BR 203을 개조) - 시스템구성 : 디젤엔진 & Ni-cd 배터리에 의한 하이브리드 - 사양 : 중량 68톤, 배터리 무게 5800kg (Ni-Cd), 견인마력 738HP(550kW), Loading capacity 1600톤, 최고속도 60km/h - 개발효과 : 연료소비 평균 40% 절감, 배기 가스 50% 저감, 소음 15dB 저감, 유지보수 비 절감. - 현황: 철도운영회사에서 입환기로 운용하면서 다양한 시험실시 중, 2011년 상용화 마케팅 예정

139 <표 3-18> 각국의 하이브리드 철도차량 개발현황(계속) 국가 개 요 일본 토큐차량 JR동일본 KUMOYA E995형 연료전지 하이브리드전차 JR총연 KUYA R291+KUMOYA R290형 연료전지 하이브리드전차 도시바 JR화물 HD300형 하이브리드 디젤기관차 - 용도 : 무가선구간 여객수송용 차량 개발을 목적으로 한 시험차(NE Train 2단계) - 개발 : JR동일본과 JR총합기술연구소가 공동 개발/토큐차량제조(주), 2008년 개조 - 시스템구성 : 연료전지&리튬이온전지에 의한 시리즈형 하이브리드 - 사양 : L20000*W2800*H4052, 리튬이온축전지 19kWh, 농형주전동기 95kW*2대, VVVF 인버 터제어, 최고속도 100km/h, 고체고분자형 연 료전지 65kW 2대, 수소탱크 35MPa 약270리터 - 개발목적 : 연료전지시스템 철도차량 적용 시 문제점 과제 파악 - 용도 : 무가선구간 여객수송용 차량 개발을 목적으로 한 시험차 - 개발 : JR총합기술연구소(R291은 2006년, R290 은 2008년) - 시스템구성 : 연료전지&리튬이온전지에 의한 시리즈형 하이브리드 - 사양 : 최고속도 100km/h, 고체고분자형 연료 전지 120kW*1대, 연료전지초퍼 1500V 600kVA, 리튬이온축전지 36kWh 360kW, 배터 리 충방전장치 360kW, 농형주전동기 95kW*2 대, 수소탱크 35MPa 약 720리터, 연비 5km/kg 2량 편성 - 개발목적 : 연료전지시스템 철도차량 적용 시 문 제점 과제 파악 - 특기사항 : 연료전지의 철도차량 적용 세계 최초 - 운전정비중량 : 60톤(축중 15톤) - 용도 : 입환기관차 (기존 디젤기관차 대체용) - 제작 : 제1호기가 토시바 후츠공장에서 완성 (2010년3월25일) - 시스템구성 : 디젤엔진&리튬이온전지에 의한 시리즈형 하이브리드 - 사양 : L14300*W2950*H4088, 정비중량 60톤, 축중 15톤, Bo-Bo대차, 최고운전속도 45km/h, 회송최고속도 110km/h, 엔진 270HP, 발전기 160kW, 축전지 최대 70kWh, PWM 전압제어, 영구자석 동기주전동기 - 개발효과 : 배기가스 최대 40%, 소음 10dB 저 감 - 특기사항 : 국가(국토교통성)가 개발비 지원

140 <표 3-18> 각국의 하이브리드 철도차량 개발현황(계속) 국가 개 요 일본 토큐차량 JR동일본 KIHA E200형 하이브리드 디젤동차 - 용도 : 무가선구간 여객수송용(NE Train 1단계) - 제작 : 2006년, 토큐차량제조(주) - 시스템구성 : 디젤엔지 & 리튬이온전지에 의한 시리즈형 하이브리드 - 사양 : L19500*W2920*H3620, 바닥높이 1130, 디젤엔진 331kW, 주발전기 270kW, SIV 50kVA, 축전지 152kWh, 농형주전동기 95kW*2대, 최고 속도 100km/h, 정원 117명(좌석46, 입석71) - 개발효과 : 배기가스 최대 60%(NOx) 저감, 역 정차시 소음 30dB, 연료 10% 절감 - 특기사항 : 영업용 하이브리드차량 세계최초 (2007년부터 JR동일본 코우미선 영업운행) 2.2 국내의 최적가용기술 조사 자동차부문 자동차부문의 온실가스를 저감하는 기술은 크게 엔진기술과 차량 구동방식 기술 등을 포함 동력계 적용기술, 바퀴, 차체, 캡 등의 차체 적용 기술, 자동차를 운행하 는데 사용되는 연료의 선택을 등의 연료개선 기술로 구분할 수 있다. 가. 엔진기술 엔진기술을 이용하여 온실가스를 저감하는 방법은 Reduction of parasitic losses, 열효율 증가, 엔진 에너지 절감, 대체 동력기관 교체로 나뉘며, <표 3-19>와 같다. 이러한 기술은 매우 복잡하기 때문에 기존 엔진을 교체하여야 하며, 비용이 많이 소요된다

141 <표 3-19> 엔진기술 구분 열손실 감소 (Reduction of parasitic losses) 열효율 증가 (Increased Thermal Efficiency) 엔진 에너지 저감 (Engine Energy Reduction) 대체 동력기관 (Alternative Powertrains) 내용 variable flow/electric water pump Variable speed oil pump Controllable Air Compressor Electric Engine Accessories Mechanical Turbocompound Electrical Turbocompound Bottoming Cycles Stop/start Hybrid Hydraulic Hybrid Flywheel Hybrid Pneumatic Air booster - Air Hybrid Dual Fuel Systems Hydrogen Fuel Cells Electric Vehicles

142 <표 3-20> 엔진기술에 의한 CO 2 저감 효과 및 적용성 기술내용 CO 2 저감효과 적용한계 적용성 Hydrogen Fuel Cells(하이브리드 연료전지차) 연료전지는 수소연료에 의한 화학에너지를 전기에너지로 전환하여 자 동차 모터를 구동하는 기술 CO 2 배출 없음 - 현재 수소연료전지 인프라 부재 - 수소연료 및 연료전지 시스템의 안전한 운영을 위한 교육 필요 - 수소 저장탱크 및 배터리를 포함하기 때문에 차량 무게 증가 - 도심버스에 적합 기술내용 CO 2 저감효과 적용한계 적용성 Electrics vehicles(전기자동차) 차량을 배터리에 의한 전기 모터로 구동하는 기술 - CO 2 배출은 없음(배기관 배출 없음) - 전환(디젤 전기)에 의한 배출 40% 저감 - 디젤차량에 비하여 적재량 감소 - 12t GVW에 한계 - 충전시간에 의한 운전 스케쥴의 한계 - 고전압 자동차이므로, 운전자 교육필요 - 저온시 작동의 잠재적인 문제 - 100마일 이하의 단일 노선버스 나. 차량 구동방식 기술 차량의 구동방식 기술은 하이브리드 및 자동변속장치를 이용하여 대형차량의 온 실가스를 줄이는 방법으로, 매우 다양한 효과를 나타낼 수 있으며, 각 기술에 대한 자세한 설명은 다음과 같다

143 <표 3-21> 차량 구동방식 기술 자동변속장치(Automated Transmission) 기술내용 CO 2 저감효과 적용한계 적용성 기어변속 및 클러치 작동을 자동 작동하는 시스템 - AMT 교체시 10% 이상 저감효과(기어변속을 많이 할 때) - 기어변속이 부드럽지 않음 - 중대형 차량 모두 적용가능 - 도심 및 고속자동차 주행시 CO 2 저감효과 좋음 기술내용 CO 2 저감효과 적용한계 적용성 하이브리드차(Full Hybrid) 전기에너지를 배터리에 저장할 수 있는 하이브리드 전기자동차로 구현 - HGV : 4~10%, 평균 7% 저감효과 - 버스 : 20~40%, 평균 30% 저감효과 - 적재물 감소 - 고전류 시스템이므로 안전교육 요구 - 외곽 주행시 효과 높음 - 장거리 주행시 CO 2 저감효과가 높음 다. 차체 기술 차체 기술은 타이어, aerodynamics, 차체 경량화 등으로, 대부분의 기술이 상용화 단계에 있다. <표 3-22> 차체기술의 구분 구분 Tyres Aerodynamics Other 내용 Low rolling resistance Single Wide Tyres Tyre Pressure monitoring Aerodynamic trailers Cab aerodynamic fairings Chassis aerodynamic fairings Body aerodynamic fairings Trailer aerodynamic Tail Extensions Spray Reduction Mud Flaps Lightweight materials 노면구름저항 감소 및 싱글와이드타이어 장착으로 인한 온실가스 저감효과는 약 5~10%이며, 각 기술에 대한 자세한 설명은 다음과 같다

144 <표 3-23> 차체기술 기술내용 CO 2 저감효과 적용한계 적용성 구름 저항 감소 타이어(Low Rolling Resistance Tyres) 노면구름저항을 최소화하는 타이어 설계 - HGV : 약 5% 저감효과 - 시내버스 : 약 3% 저감효과 - 기타 : 약 1% 저감효과 - 장거리 이동차량에서 저감효과 큼 - 타이어마모로 인한 저감효과 감소 - 장거리 이동에 적합 자동 타이어 압력 조절 장치(Automatic Tyre Pressure Adjustment) 기술내용 타이어 압력을 자동으로 모니터링하고, 자동차 및 적재량에 따른 적 정 공기압 조절 CO 2 저감효과 적용한계 적용성 HGV : 약 3~4% 저감효과 - 시스템 고가 - 모든 차량에 적용가능 차량차체의 공기저항을 최소화 시켜 차제의 주행저항과 연료소비를 감소시키는 기술로서, Aerodynamic trailers, Cab aerodynamic fairings, Chassis aerodynamic fairings, Body aerodynamic fairings, Trailer aerodynamic Tail Extensions, Spray Reduction Mud Flaps, Active Aero 이 있다

145 <표 3-24> 차량차체의 공기저항 최소화 기술 기술내용 CO 2 저감효과 적용한계 적용성 공기동력학적 트레일러(Aerodynamic Trailers) 공기저항을 감소할 수 있는 트레일러 설계 약 10% 저감효과 - 적재용량의 감소가능 - 구매비용 추가 - 장거리의 고속자동차에 최적합 - 화물지표당(ton-km) 배출량 향상 기술내용 CO 2 저감효과 적용한계 적용성 물날림 억제형 통기성 흙받이(Spray Reduction Mud Flap) 우천 운행 시 물날림 억제를 위한 고무판 흙받이를 대체하는 기술하는 것으로 관성충돌의 원리를 이용해 수적과 모래 등의 이물질은 충돌하 면서 아래 도로면으로 떨어지고, 공기는 뒤로 쉽게 빠져나가면서 차체 하부의 공기 와류현상을 억제하여 공기저항 감소 효과가 연비의 개선 을 유도 84~100km/hr 운전조건에서 약 3~5% 저감효과 약간의 추가비용 발생 - 모든 차량 적용가능 - 고속 운전조건에서 저감효과 큼 기술내용 CO 2 저감효과 적용한계 적용성 차체 공기저항 감소형 특장(Chassis Aerodynamic Feature) 차체에 공기저항 감소를 위하여 패널 등을 추가 약 0.4~1.0% 저감효과 트랙터 측면 패널 - 연결형 : 0.6% 차체 및 트레일러 측면 패널 - 일체형 : 1.0% - 연결형 : 0.6% - 견인형 : 0.7% - 추가비용 발생 및 적재량 감소 - 고속운전조건의 장거리 운전 시 저감효과 큼 - 일체형 차량에 효과 큼

146 <표 3-32> 차량차체의 공기저항 최소화 기술 (계속) 기술내용 CO 2 저감효과 상부 공기저항 저감형 유선형 특장(Cab Aerodynamic Fairings) 연료효율 향상 및 공기저항 감소를 위한 Cab 추가 Cab Deflector - 일체형 : 2.4% - 연결형 : 2.4% - 견인형 : 1.2% Cab roof fairing - 일체형 : 4.8% - 연결형 : 3.7% - 견인형 : 2.3% 약 0.6 ~ 6.5% 저감효과 Cab Collar and Roof Fairing - 일체형 : 6.5% - 견인형 : 3.2% Cab Side Edge Fairing - 연결형 : 0.6% 적용한계 적용성 - 추가비용 발생 및 적재량 감소 - 고속운전조건의 장거리 운전시 저감효과 큼 라. 연료 개선 기술 자동차의 연료를 교체 및 개선을 통하여 온실가스를 저감하기 위한 것으로 유럽 의 연료 전환을 통한 온실가스 저감위한 방향은 기존의 휘발유와 디젤유에서 에탄 올과 바이오디젤유, 그리고 궁극적으로 셀룰로스계 에탄올로 하고 있다

147 <그림 3-55> 유럽의 연료 전환 방안 <표 3-25> 연료 개선 구분 내 용 - 바이오매스로부터 얻는 연료로, 바이오디젤에 의한 CO 2 저감 효과는 5~7% 바이오연료 (Biofuels) CNG, 바이오 가스 등 대체연료 사용 대체연료 (Alternative Fuels) 마. 기타 엔진기술, 차체 기술뿐만 아니라 차중량 감소에 의해서도 에너지 저감효과가 나 타난다

148 <표 3-26> Lightweight Materials의 효과 기술내용 CO 2 저감효과 적용한계 적용성 Lightweight Materials 트랙터 차체 및 차체 및 구동기관을 알루미늄 합금철 대체 - 1톤 차중량 감소시 약 1~2% 저감효과 - 비용증가 - 제조에 많은 에너지 소요 - 설계의 한계, 자동차 수명의 한계 - 중대형 자동차에 적용 철도 및 지하철 가. 청정에너지원별 연구개발 동향 청정에너지란 기존 연료에 비하여 온실가스 및 오염물질 배출이 적고, 석유의존 도를 줄일 수 있는 에너지를 뜻한다. 청정에너지에는 태양광, 풍력, 바이오연료 등 의 신재생에너지와 석탄 청정화, 기존 화석에너지 청정화, 에너지 설비의 효율향상 및 화석에너지의 가공을 통한 신 에너지원인 GTL (Gas to Liquids), DME (Di-methyl ether) 등이 포함될 수 있다. UNEP에 의하면 세계적으로 청정에너지에 대한 투자가 2007년에 1,480억 달러로 2006년 926억불 대비 60%이상 증가하여 청정에너지가 미 래 에너지원으로 확실하게 자리매김하였다. 청정에너지는 아직까지 기존 화석연료 에 비해 경제성이 낮아서 각 국의 정책적인 지원이 요구되고, 연료 효율 역시 낮아 서 품질개선에 해결해야할 문제가 산적해 있다. 철도차량에 적용이 가능한 청정에 너지로는 천연가스, GTL, 바이오디젤, DME, 수소연료전지 등을 고려할 수 있다. 나. 하이브리드 철도차량 하이브리드 철도차량은 <그림 3-56>과 같은 동력구조로서 기존 전기 철도차량에 디젤엔진과 발전기를 연결하고 배터리를 추가한 구조를 가진다. 하이브리드 시스템 의 경우 운행 중인 열차를 정지 또는 감속할 때 기계식 제동장치에 의하여 열에너 지로 변환하는 운동에너지를 회생제동을 사용하여 연비를 향상시킬 수 있다

149 <그림 3-56> 하이브리드 시스템 철도 차량의 동력 구성도 하이브리드 철도차량은 2002년을 기점으로 일본 및 미국을 중심으로 기술 개발이 시작되었다. 현재 하이브리드 철도 시장은 미국이 가장 크고, 운행 기록에 있어서도 다른 나라보다 앞서있다. 미국은 2002년부터 2003년까지 하이브리드 철도인 Green Goat 를 시험 운행한 적이 있으며, Green Goat는 기존 디젤 차량과 비교 했을 때 연료소비율은 40~60%, 배기가스는 80~90%까지 개선시켰다고 발표하였다. 이는 미국 정부로부터 하이브리드 철도를 위한 다양한 기술개발 지원을 바탕으로 도출된 성과이며, 미국의 모든 열차를 하이브리드 시스템으로 전환시 연간 425백만 불의 연료 소비를 저감할 수 있다고 예측한 바 있다. 일본 JR East에서는 2007년부 터 디젤-전기 하이브리드 열차를 운행하고 있으며, 리튬-이온 배터리를 적용하여 시범운행을 하고 있다. French National Railways에서 운영 중인 AGC (Autorail Grand Capacite, High-Capacity railcar)의 Bombardier Transport사는 Champagne-Ardenne Lines의 Paris에서 Troyes까지 운행하는 하이브리드 열차를 보 유하고 있으며, 추가적으로 10개의 프랑스 지역 내에 144대를 확보하여 운행을 위 한 준비를 하고 있다. 호주는 2013년까지 Canberra에서 Sydney 공항까지 Hybrid Fast Train을 적용하겠다는 계획을 발표한 바 있다. 다. 연료전지 철도차량 연료전지 철도차량은 <그림 3-57>에서와 같이 하이브리드 철도 차량에서 디젤엔 진을 연료전지로 대체한 형태로서 배터리의 전기 동력 외에 연료전지로 발전한 동 력을 함께 사용한다. 이 시스템은 출발할 때는 차량 최상부에 설치된 대형 연료전 지의 동력으로 모터를 돌리며, 큰 에너지가 필요한 가속 주행 시에는 차량 밑 부분 에 있는 배터리와 연료전지의 동력을 같이 사용한다. 연료전지 하이브리드 열차는 운행 중 브레이크를 밟아 감속할 때 발생되는 회생제동을 전기로 바꿔 재충전하고

150 정거장에서도 충전 할 수 있다. 일본 JR East에서는 2005년 11월부터 기존 하이브리드 열차를 환경친화적인 연료 전지 시스템으로 변환하여 최고 속도 100 km/h의 철도차량을 개발하였다. 또한, 2007년 디젤-하이브리드 열차의 상업 운행을 시작했다. 프랑스에서도 비슷한 시기 에 일본과 유사한 형태인 디젤-전기 하이브리드 열차의 운행을 시작했다. 일본 JR 은 디젤-전기 하이브리드 열차에 디젤엔진 대신 연료전지로 대체한 연료전지 하이 브리드 열차를 2008년 최초로 발표하여 친환경 기술 및 하이브리드 기술에 대한 우 위권을 확보하였다. 미국은 기 개발된 하이브리드 철도인 Green Goat"를 청정에 너지를 사용하는 연료전지 시스템으로 발전시켰으며, 수입에너지원인 석유를 사용 하지 않고 수소 연료를 사용한다는 점에서 군사적 또는 시민 구조 등 위급비상상황 에서의 보조 이동 수단으로 사용할 것을 계획하고 있다. 영국 교통부는 차세대 도 시 간 고속열차를 건설하기 위한 제안에 전기선 위에서 운행하거나 자체 디젤 동력 을 이용하게 될 새롭고 환경 친화적인 하이브리드를 적용할 것이라고 발표하였다. 라. LNG 철도차량 <그림 3-57> 연료전지 시스템 철도 차량 동력 구성도 현재 철도차량에 적용되는 LNG 기술은 LNG만을 사용하는 전소 시스템 및 LNG 와 디젤을 혼합하여 사용하는 혼소시스템 2가지의 방식으로 구분할 수 있다. 혼소 시스템은 천연가스를 점화하기 위해 디젤연료를 연소실에 분사하는 방식을 주로 사 용하고 있으며, 연소실에 디젤연료를 분사할 때 저압 및 고압으로 분사하는 방법이 있다

151 미국 5대 메이저 철도회사중 하나인 BNSF사에서는 엔진개조 전문회사인 ECI (Energy Conversion Incorporation)사에서 개조한 입환 차량을 LA 지역에서 운영하 고 있다. 독일에서는 Usedom 스파리조트의 CNG 철도차량과 뮌헨의 LNG 입환 철 도차량 등 두 가지 청정에너지 철도차량 개발 프로젝트를 수행한 바 있다. Russian Railway 사는 천연가스 turboelectric 철도차량을 개발하고 있으며, 2007년 8월 러시 아 국영철도회사 기술혁신개발센터 개소식 때 세르게이 이바노프 (Sergey Ivanov)수 상과 블라드미르 야쿠닌 (Vladimir Yakunin) 철도공사 사장이 참석하여 11,000hp (8,090kW) 천연가스-turboelectric 철도차량을 처음으로 선 보였다. 이 차량은 가스터 빈, 전기발전기 및 모터로 구성되어 있으며, 러시아 항공우주업체에서 설계를 하였 다. 동 차량은 향후 우랄산맥과 천연가스전이 많은 러시아 북부지역에서 운행할 계 획이다. 국내의 경우 한국가스공사에서 한국철도연구원 및 천연가스차량협회 등과 공동으 로 LNG 철도차량의 타당성 검토를 위한 기획연구를 수행한 바 있다. 한국가스공사 의뢰에 의하여 2007년 한국천연가스차량협회에서 수행한 연구용역에 의하면 서울 부산 간 화물열차를 천연가스 엔진으로 개조할 경우 기관차 1대당 기관차 개조비와 충전소 건설 상각비 및 운영비로 연간 5천 6백만 원이 소요되는 반면 연료를 경유 에서 천연가스로 전환할 경우 최대 3억 1천만 원의 연료비 절감이 가능하여 연간 최대 2억 5천 4백만 원의 비용절감이 가능할 것으로 분석한 바 있다. 이 결과를 경 부화물선 구간을 운행하는 디젤기관차 67대를 전량 LNG 철도차량으로 개조할 경우 철도공사는 연간 총 96억 6천 4백만 원의 비용 절감이 가능할 것으로 분석되었다. <그림 3-58> LNG 철도차량용 혼소시스템 개략도

152 마. 바이오연료 철도차량 바이오가스는 폐기물로부터 발생되며, 수천 년 전부터 난방, 요리 등에 연료로 사 용되고 있다. 최근에는 바이오가스를 보다 효율이 높은 가스로 정제하여 발전용, 수 송용 등 폭넓게 사용하고 있다. 바이오메탄은 다른 바이오연료인 바이오디젤과 바 이오에탄올 원료와 달리 폐기물에서 생성되기에, 국내에서 원재료 확보가 가능하여 수입에 의존하는 타 연료의 대체재로 사용이 가능하다. 또한 바이오메탄은 탄소중 립으로 온실가스를 큰 폭으로 저감할 수 있는 친환경적 에너지원으로 평가되고 있 다. 바이오메탄으로 자동차, 철도, 선박용 연료로 사용되며, 천연가스배관에 천연가 스와 혼합하여 공급하면 도시가스용으로도 사용할 수 있다. 정부에서는 음식물폐기물, 축산분뇨 등의 유기성폐기물을 사료화, 퇴비화로 활용 하였고, 발생하는 폐수는 해양투기를 하고 있는 실정이다. 해양투기에 대한 런던국 제협약을 우리나라가 인준하였고, (구)해양수산부에서 음식물폐기물로부터 발생하는 폐수의 해양투기를 못하게 하자, 환경부에서는 유기성폐기물을 에너지화 하는 정책 으로 전환하여 현재 진행 중이다. 국내 대형건설회사는 이러한 정책변화에 따라 바 이오가스에 대한 사업전개가 활발하게 진행되고 있다. 신정부의 저탄소 녹색성장으 로 신재생에너지와 온실가스 저감에 대한 정책추진으로 지식경제부에서는 유기성폐 기물에서 발생하는 바이오가스를 정제한 메탄가스를 도시가스 배관에 혼합하는 정 책을 추진 중에 있다. 바. 폐기물이용 수소철도 차량 최근 국내외에서 화석연료의 고갈과 청정에너지에 대한 수요증가로 인하여 폐기 물의 에너지화에 관심이 집중되고 있다. 폐기물을 에너지화할 경우 청정에너지의 생산뿐 아니라 에너지 수급과 지역의존성이 강한 화석연료의 단점을 극복할 수 있 을 뿐만 아니라 다양한 용도의 자동차에 활용이 가능한 장점이 있다. 국내 철도사업장에서 발생되는 폐기물의 양은 2004년 기준으로 연간 10,530톤에 이르고 있으며, 역 및 객차에서 발생되는 폐기물은 2,586톤으로 보고되었다. 이러한 폐기물 중 에너지로 활용 가능한 부분은 전체 폐기물의 59.7%에 해당하는 7,829톤 으로 추정된다. 폐기물 에너지화 기술은 폐기물을 가스화하여 생산된 합성가스 중 수소와 메탄을 수소연료전지 및 LNG 철도차량에 제공하거나 자체 에너지원으로 활용하는 것으로 현재 기술로서 폐기물 1kg당 0.26kg의 수소를 발생시킬 수 있다. 이런 기준으로 환

153 산하면 철도 폐기물을 연료로 활용할 경우 연간 2,000톤의 수소를 생산할 수 있으 며, 폐기물 처리비용 또한 추가로 절감할 수 있다. 지경부 기술개발 로드맵에 따르면 기존의 폐기물 처리시장이 고효율 에너지 회수 기술인 폐기물 가스화산업으로 빠르게 전환될 것으로 예상되며 이러한 폐기물 가스 화 기술이 향후 돈이 되는 시장으로 주목받고 있다. 국내외 관련업체들의 경우에도 기존의 소각이나 매립처리방식과 단순한 폐열회수기술보다 고부가가치의 폐기물 에 너지화로 눈을 돌리고 있으며 수소제조 및 고효율 열병합발전 등 경제성을 높일 수 있는 대안기술로 가스화기술이 부각되고 있는 것이다. <그림 3-59>에서와 같이 철 도 발생폐기물에 대한 에너지화는 친환경철도라는 미래철도개념과 연료전지철도의 도입시 필요한 수소연료의 자급이 가능한 청정철도 구현에 가장 부합되는 친환경기 술로 개발가능하다. 또한 Eco-rail 및 자원의 재활용이라는 국가정책과 녹색성장시 대를 선도할 철도기술에도 부합된다. <그림 3-59> 철도폐기물을 이용한 수소철도차량 개발 개략도 전 세계적으로 비자동차(off-road) 차량에 대한 규제가 강화되는 추세이며, 우리나 라에서도 그 동안 규제에서 제외되었던 디젤철도차량에 대한 규제를 검토하고 있 다. 최근 전철화가 활발히 진행되고 있지만 여전히 석유계 연료에 의존하는 비율이 높다. 고유가 및 에너지안보 대두 등으로 철도차량 연료의 탈석유화가 필요하며, 더 불어 저렴한 청정에너지원인 천연가스, 바이오메탄, 연료전지 등 청정에너지를 철도 차량에 사용해야 할 필요성이 높아지고 있다

154 사. 회생에너지 전동차에서 발생하는 회생에너지의 유효활용으로 에너지 절감 및 온실가스 감소 를 도모하기 위한 기술로 전동차 감속시 발생하는 회생에너지는 전동차가 사용한 에너지의 약 45% 에 달하지만 이중 절반이상이 사용되지 못하고 열로 소모되고 있 으므로 회생에너지 사용기술을 연구 및 활용하여 에너지를 절감하고 온실가스 저감 을 위한 연구가 진행되고 있다. 1) 회생인버터 전동차 감속시 발생하는 회생에너지(직류)를 인버터를 통해 교류로 변환하여 역사 에 필요한 전력으로 활용하려는 기술로 잉여회생전력을 유효하게 활용할 수 있고 정위치 정차, 가선전압 안정화 등의 장점이 있는 반면, 직류 교류 변환에 따른 전 기적으로 유해한 고조파가 발생하여 이를 저감하기 위한 필터가 필요하고 변환한 교류를 사용할 수 있는 적정 전압으로 변성해야 하는 변압기가 추가로 필요하므로 소요면적이 상대적으로 많이 필요하다. <그림 3-60> 회생인버터 2) 회생에너지 저장장치(축전지 방식) 전동차 감속 시 발생하는 회생에너지를 에너지 저장장치에 충전한 후 후속 역행 차량에 공급하는 방식으로 잉여회생전력을 유효하게 활용할 수 있고 정위치 정차, 가선전압 안정화 등의 장점이 있는 반면, 저장장치 용량을 초과하는 회생에너지가 발생할 경우 회생실효(제동실패)의 우려가 있으며, 사용실적이 적고 저장매체의 가 격이 고가이다

155 <그림 3-61> 회생에너지 저장장치 3) 에너지 저장장치(플라이 휘일 방식) 발생되는 회생에너지를 플라이휠의 관성을 이용, 회전 운동에너지로 변환하여 저 장하고 후속 열차에 공급하는 장치로 축전지 혹은 배터리와 같은 화학적 에너지 저 장장치에 대비되는 기계적인 에너지 저장방식의 기술로 축전지 방식의 단점인 급속 충 방전에 따른 화학적 노화가 없으며 수명이 길고 환경의 영향으로 인한 성능저 하나 노화가 없으며 에너지 밀도가 높아서 많은 에너지를 저장할 수 있는 장점이 있으나, 베어링 등 피로보수 부품이 많고 냉각장치 등 부속기기가 필요하며 회전에 따른 공기저항이 크고 장시간의 에너지 보존이 곤란하다. 또한 사용실적이 적고 설 치비용이 축전지 방식보다 월등히 고가인 단점이 있다. <그림 3-62> 에너지 저장장치

156 아. 하이브리드 모터카 영업종료 후 터널 및 선로 설비 점검용 모터카는 현재 대다수가 디젤을 연료로 사용하고 있으므로 환경에 유해한 배기가스 및 온실가스를 다수 발생시키고 있으므 로 친환경적 하이브리드 모터카 연구개발이 이루어지고 있으며 하이브리드 모터카 구입비용을 고려하여 저렴한 비용의 모터카 개발이 이루어져야 하며, 토목시설물 점검용 모터카의 경우 청소용수 등 중량물을 견인할 수 있는 견인력이 필요하므로 그에 상응하는 출력을 낼 수 있는 배터리의 개발이 선행되어야 한다. 전기설비 점검용 신호설비 점검용 <그림 3-63> 하이브리드 모터카 : 배터리 충전방식(상시)/디젤발전(비상시) 자. 압전소자를 이용한 전환 기술 개발 압전소자란 압전기( 壓 電 氣 ) 현상을 나타내는 소자로써, 대표적인 예로는 수정, 전 기석, 로셸염 등이 있다. 압전소자의 전력전환 기술을 통해 역사 내 계단, 게이트 등에서 승객의 이동에 따라 발생하는 압력을 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 이 는 에너지원을 재활용함으로써 에너지 사용을 줄일 수 있다. 전기 발생량으로 작고 압전소자 가격대비 효율이 많이 떨어지는 단점이 있어 아직 실용화단계에 있지는 않다. <그림 3-64> 일본 동경역 압전소자 발전량 표시기

157 카. 열차풍을 이용한 에너지 재활용 기술 개발 열차풍을 이용한 풍력발전 기술은 철도차량의 이동에 따라 발생하는 열차풍을 이 용한 풍력발전 기술이다. 열차, 역사, 터널에 풍력발전기를 설치하여 열차 이동에 따라 전력을 얻거나 바닷가에 인접한 교량 밑에 풍력발전기를 설치하여 전력을 얻 는 기술이다. 이를 통해 신규 에너지원 창출 및 에너지 비용 절감 효과를 기대할 수 있으며, 열차풍을 이용한 발전에 따른 간선철도 및 도시철도의 역사에서 사용하 는 전력 비율을 단계적으로 증가시켜 온실가스 감축기대 할 수 있다. 타. 에코드라이빙 도시철도차량의 운전패턴을 분석하고 열차의 가감속을 최적화하여 전기에너지 효 율성을 극대화 하는 열차운영기법을 개발하여 온실가스 저감하려는 기술로 도시철 도는 짧은 역간거리에 잦은 출발, 정지 및 고밀도 운전을 실행하므로 부하변동이 심하여 도시철도 운영방식은 수동운전에서 자동 및 무인운전으로 발전하는 추세이 며 국내 대부분의 도시철도는 ATO 열차운행으로 인해 가감속 변동 폭이 큰 편으로 에코드라이빙 적용 시 소비효율 최대 5% 개선 효과 기대할 수 있다. - 열차운행DIA 최적설계: 열차운행DIA 최적설계를 통한 회생제동 실패율을 최소 화하고 승객가감에 따른 구간별 시간별 투입되는 열차편성 최적설계로 에너지 사용 효율을 극대화하는 방안 연구 - 운전패턴 최적화 : 구간별 전동차에 소비되는 전력량 조사 분석으로 데이터베 이스 구축, 운전자 운행패턴에 따른 에너지 소비량을 분석하여 최적의 운전기법 개 발, 소비에너지패턴 분석이 가능한 열차운행 에너지소비량 계측기 개발 - 열차운전시격을 단축하여 열차수송력을 극대화 : 가감속 패턴 최적화로 열차운 전시격 단축, 이동폐색신호시스템(CBTC등) 도입으로 열차운전시격을 단축하는 방안 연구 <표 3-27> 에코드라이빙에 따른 온실가스 감축량 (단위 : 천톤 CO 2 /년) 2015년 2016년 2017년 2018년 2019년 2020년 도시철도 예상배출량 1,092 1,116 1,141 1,166 1,192 1,218 감축비율 5% 5% 5% 5% 5% 5% 온실가스 감축효과 출처 : 기후변화대응 철도분야 온실가스 저감방안 연구보고서,

158 파. 전동차 개량 국내 도시철도 전동차의 개량을 통하여 에너지 소비효율을 높이고 친환경 설계기 술 이용 및 소비에너지의 정량화 분석을 통해 발생되는 온실가스를 저감하려는 연 구로 국내 대부분의 전동차 차체는 철제 및 스테인리스스틸 사용하고 있으며 전동 차 냉방장치의 냉매는 오존층파괴지수(ODP)가 비교적 낮은 R22, 전동차의 견인장치 는 저항제어, 초음파제어, VVVF 인버터 제어방식으로 운영 중으로 전동차 차체경량 화, 전동차 에코디자인 적용, 신규전동차 내장재를 PVC가 아닌 환경친화적이고 경 량화한 내장재로 대체, 친환경 냉방장치 냉매 오존층파괴지수(ODP)가 제로인 R407C 공비혼합냉매(아테네)를 적용하여 전동차 냉난방 겸용으로 사용함으로써 전동차 냉 난방장치 소비에너지 저감, 구간별, 전동차 종별 에너지소모량 정량적 분석, 고효율 견인장치 개발, 에너지 효율이 뛰어나고 수명이 긴 LED 형광등 적용 연구 등을 통 하여 온실가스 저감할 수 있다

159 <표 3-28> 국내 도시철도 전동차 주요현황 운영노선 신호방식 제동방식 속도제어방식 주전동기 정격출력 전기방식(V) 서울1호선 ATS 발전제동/공기제동 저항제어 120kw DC1,500/AC25,000 서울1호선 ATS 회생제동/공기제동 VVVF 인버터 제어 200kw DC1,500/AC25,000 서울2호선 ATS 발전제동/공기제동 저항제어 150kw DC1,500 서울2호선 ATS 회생제동/공기제동 초파제어 150kw DC1,500 서울2호선 ATS 회생제동/공기제동 VVVF 인버터 제어 210kw DC1,500 서울3호선 ATS 회생제동/공기제동 초파제어 150kw DC1,500 서울4호선 ATS/ATC 회생제동/공기제동 VVVF 인버터 제어 200kw DC1,500 서울5호선 ATC 회생제동/공기제동 VVVF 인버터 제어 200kw DC1,500 서울6호선 ATC 회생제동/공기제동 VVVF 인버터 제어 200kw DC1,500 서울7호선 ATC 회생제동/공기제동 VVVF 인버터 제어 200kw DC1,500 서울8호선 ATC 회생제동/공기제동 VVVF 인버터 제어 200kw DC1,500 서울9호선 ATP 회생제동/공기제동 VVVF 인버터 제어 210kw DC1,500 인천1호선 ATP 회생제동/공기제동 VVVF 인버터 제어 210kw DC1,500 인천1호선 ATP 회생제동/공기제동 VVVF 인버터 제어 210kw DC1,500 대전1호선 ATP 회생제동/공기제동 VVVF 인버터 제어 210kw DC1,500 광주1호선 ATC 회생제동/공기제동 VVVF 인버터 제어 210kw DC1,500 부산1호선 ATC 회생제동/공기제동 VVVF 인버터 제어 165kw DC1,500 부산2호선 ATC 회생제동/공기제동 VVVF 인버터 제어 210kw DC1,500 부산3호선 ATC 회생제동/공기제동 VVVF 인버터 제어 210kw DC1,500 대구1호선 ATC 회생제동/공기제동 VVVF 인버터 제어 210kw DC1,500 대구2호선 ATC 회생제동/공기제동 VVVF 인버터 제어 210kw DC1, 선박 선박으로부터 배출되는 이산화탄소 저감방법은 선박에서의 에너지 효율화를 통한 에너지 사용량 감소와 이에 따른 발생하는 이산화탄소의 양을 줄이는 방법과 선박 에서 발생된 이산화탄소를 외부로 배출하지 않고 포집하여 저장하는 방법으로 나눌 수 있다. 가. 고효율 에너지 향상 기술 - 선형 개선 : 선박의 선형, 크기 등에 대한 개선을 통하여 선박의 에너지 효율 향상

160 - 추진 계통 개선 : 프로펠러와 주변 추진 계통 개선을 통한 에너지 효율 향상 - 기계 장치 개선 : 발전기, 엔진/보조장치 개선, 대체연료사용 - 폐열회수 시스템 : 선박의 배기가스를 통해 버려지는 200 이상(연료소모량의 25%)의 중 저온 온도대의 폐열을 활용하여 전력 생산. 이에 따른 연료효율 증대와 온실가스 배출 감소효과 - 효율적 운전 및 유지 보수 : 연료첨가제, 프로펠러/선체외판 유지보수, 감속운항, 운항계획의 최적화, 에너지절약 운전교육, 유지보수 최적화, 자동항해 등을 통한 에 너지 효율 향상 - 열전발전 : 열전(Thermoelectric)이란 물질에 가해지는 열 차이(온도차)에 의한 전기에너지 발생 현상(Seebeck효과) 또는 역으로 외부에서 부하되는 전기에너지에 의해 발생하는 물질의 발열과 흡열 현상(Peltier효과)을 총칭. 열전발전 시스템은 산 업폐열과 태양열 등의 재생에너지를 이용하여 전기를 얻을 수 있는 무공해발전기술 로서 기존 발전기에서 필연적으로 발생하는 소음이 없고 기계적 접촉에 의한 부품 마멸이 없어 시스템 수명이 길고 유지비가 거의 들지 않으면서 환경을 해치지 않는 장점이 있으나, 에너지 변환효율이 10% 이하로 현재는 기존의 발전방식에 비해 현 저히 낮고, 열전변환용 반도체 원료와 열전모듈을 비롯한 소재부품의 가격이 비싸 다는 점 때문에 실용화에는 많은 제약이 있음. 최근 전력수급이나 공해 문제 등이 강하게 대두되고 열전발전에 대한 관심이 높아짐에 따라 많은 연구가 행하여지고 있으며, 이에 따라 기존의 한계를 극복하는 신소재들이 속속 개발되고 있어 효율이 나 가격 면에서 점차 경제성을 충족시킬 수 있는 방향으로 개선되고 있으며, 열전 발전 뿐 아니라 열전반도체를 이용한 각종 센서의 개발 등 여러 분야에서의 응용 방안이 제시되고 있음

161 <그림 3-65> 열전발전 원리 - 온도차발전 : ORC 발전은 유기 랭킨 사이클(Organic Rankine Cycle)을 이용하 는 발전 시스템으로, 엔진 냉각수 입구의 저온수와 같은 실온에서 액화되고 배기관 또는 냉각수 출구의 고온수와 같은 중 저온의 온도에서 쉽게 기화되는 유기화합물 의 특성을 이용하여 유기화합물의 액화/기화에 따른 상승된 압력을 이용하여 터빈 을 구동 전력을 생산. 현재까지 ORC 발전 시스템을 선박에 적용한 사례는 없으나, 일정한 열원을 지속적으로 확보할 수 있고 가동률이 높다는 점에서 선박의 각종 열 기관에서 적용이 고려될 수 있으며, 열기관에서의 폐열원 온도에 적용 가능한 작동 유체의 개발로 에너지 효율을 향상시킬 수 있을 것으로 기대됨. <그림 3-66> 온도차발전 원리

162 나. 신재생에너지 이용 기술 - 전기추진 : 전기추진방식은 기존의 주기관-축계-추진기로 이어지는 동력전달방 식이 아닌, 동력이 추력으로 변환되는 과정이 주기관-발전기-모터-추진기로 이루어 짐. 국내에서는 2006년 최초의 이중연료엔진 발전에 의한 전기추진 LNG 캐리어가 인도된 이후 대부분의 후속선 들은 우리나라의 거의 모든 조선소들을 중심으로 같 은 형식으로 주문되었고, 삼성중공업, 현대중공업, 대우조선해양, 한진중공업, STX 중공업 등은 같은 형식(가스와 디젤을 연료로 한 발전과 이를 이용한 전기추진)의 선박 건조 경험을 갖고 있음. 미국과 유럽 등을 중심으로 전기 추진시스템을 개발 하였거나 개발 중이며, 상당수의 상용 선박, 군용 선박에 사용 중에 있음. 상당수의 개발은 정부의 지원으로 이루어졌으며, 전기추진에 대한 정부의 지원 중 상당한 지 원을 아끼지 않은 나라로는 영국 해군을 들 수 있으며, 최근에는 여객선과 국제항 해선을 중심으로 유럽 지역에서 전기추진을 적용한 사례를 볼 수 있음 - 풍력에너지 : 풍력은 예전부터 선박의 주요 추진 동력원이었으나 선박이 대형 화되고 프로펠러 엔진으로 추진되면서 현재는 화석연료가 주요 동력원이 됨. 하지 만 치솟는 원유 가격과 지구온난화로 인한 이산화탄소 절감이 의무화에 따른 풍력 을 추진 동력원으로 이용하거나 보조 동력장치로 활용하여 연료비를 절감하고 더불 어 이산화탄소를 저감할 수 있는 응용기술의 개발이 필요함. 풍력을 직접 추진동력 으로 이용하는 것은 전통적인 돛(sail), 익형(wing sail, wind profile) 및 연(kite) 등의 방법과 회전하는 물체에 바람이 불 경우 바람의 수직방향으로 추진력이 발생하는 유체역학적 현상인 Magnus 효과를 이용하는 방법(Flettener-type rotor)이 알려져 있 음. 이러한 방법을 이용할 경우 북대서양의 최적 기상조건에서 선박이 15 knots로 운항하면 15%까지 연료를 절감할 수 있으며 10knots에서는 무려 44%까지 절감할 수 있다는 연구보고가 있음. 풍력을 간접적으로 이용하는 방법은 풍력발전기를 선 박에 설치하여 운항 또는 정박 중에 발전을 하여 선박의 보조동력원으로 활용하는 것으로 풍력발전기로는 수평축 풍력발전기와 수직축 풍력 발전기가 있음. 수평축의 경우에는 1기당 5MW의 발전용량을 가지는 풍력발전기가 상용화되었으며, 대형으로 갈수록 유리하며 반면에 수직축은 대용량으로 갈수록 발전기의 사이즈가 커져서 소 용량 발전에 유리함. 현재 해상에 설치되는 풍력발전기는 고정식으로 바지선박 또 는 부유식 플랫폼에 설치하려는 연구가 진행되고 있어 얼마든지 선박에도 적용 가 능함. - 태양광발전 시스템 : 연료절감 및 이산화탄소 배출 최소화를 위한 선박용 태양 광발전시스템이 많은 나라에서 실증 중에 있으며, 장거리 운송 및 항해 가능성이

163 증명되고 있음. 선박용 태양광발전은 페리, 컨테이너선, 벌크선, 탱커, 자동차운반선 등 다양한 선종에 적용 가능하고 전력의 안정공급을 위한 대용량 축전지를 조합한 실증도 실시되고 있음. 선박용 태양광발전은 해풍으로 발전 시스템이 냉각되고 일 사량이 많아서 육상 설치시보다 발전 효율이 우수하며 강풍, 뇌우, 해수 등에 의한 열화부분에서 안정함이 증명되고 있음. 단기적으로 태양광 발전은 주동력이 아닌 보조동력으로 사용될 계획인데, 태양광발전에 의한 전력을 리튬 배터리에 충전하여 선박이 부두에 접안할 때나 혹은 부두를 떠날 때의 저속에서 사용 가능함. 장기적 으로 데크 전체에 태양광 판넬을 설치하면 선박에서 사용하는 전력의 약 50%를 조 달할 것으로 예상됨. - 소수력 발전 시스템 : 소수력 발전 시스템을 선박에 적용한 기존의 사례는 없 으나, 건물의 상하수도감압밸브 및 공장 냉각수 배출관 등에서 같은 적용사례와 같 이 낙차는 높지 않아도 일정한 유량을 확보할 수 있고 출력 용량은 낮지만 가동률 이 높은 선박의 배관 내에 적용이 고려될 수 있음. 또한 선체 외부에 별도의 설비 를 갖추어 선박 항해 시 유입되는 해수의 흐름을 이용한 발전 등도 가능함 다. 연료전지 시스템 이용 기술 연료전지란 전기화학에너지의 직접 변환에 의해 고효율(40% 이상), 고전력 밀도의 에너지를 생산하는 차세대 청정 발전장치로서 수소를 연료로 산소를 산화제로 사용 하여 산화, 환원 반응을 통하여 화학적 에너지를 전기에너지로 직접 전환하는 시스 템으로, 물이 유일한 부산물로 공해물질을 거의 배출하지 않으며, 기존의 발전기술 에 비해 발전효율이 높아, 고효율, 친환경 기술이다. 선박용 연료전지 시스템은 기 존의 발전기 및 주기관을 연료전지로 대체하여 전력의 생산 및 선박 추진의 동력원 으로 이용하는 것으로 선박용 연료전지 시스템의 구성 및 요소기술은 수소생산기 술, 수소저장기술, 주변기술, 선박적용기술 및 규정관련으로 구분되어 진다 항공 가. 국외 동향 ICAO는 국제민간항공에 대한 UN최고전문기구로서 체약국과 함께 지역대기오염 에 미치는 항공배기가스의 영향을 제한 또는 감소 및 '항공 온실가스배출이 세계 기후에 미치는 영향을 제한 또는 감소 를 노력할 것임을 선언하였다. ICAO의 온실 가스 배출관련 연구는 세 부분으로 나눠지며 구체적으로 향상된 엔진 또는 기체 디 자인을 포함한 기술과 표준, 위성기반 CNS/ATM을 통한 보다 직선적인 경로설정 같

164 은 운영기준, 배출가스관련 세금과 배출가스거래 같은 시장기반 대안 등으로 추진 되고 있다. 또한 IATA는 연료절감의 실질적인 개선을 위하여 가이던스 발간, 훈련 프로그램계획 등을 통하여 중량절감, 예비연료, 항공기구조(Slat, Flaps등), 엔진물세 척, 그리고 항공기관리능력의 최적화를 포함한 다양한 해결책을 제시하였으며, 비행 루트의 개선을 통한 이산화탄소배출절감, 터미널운영의 효율성달성을 통한 환경적 이익획득방안을 강구하고 있다. EU는 기후변화대응에 가장 전향적인 입장을 취하며 기후변화 관련논의를 실질적 으로 이끌어가는 역할을 할 뿐 아니라 가장 공격적인 감축목표를 제시하고 있음. 또한 항공분야에 있어서 ETS 도입에 매우 적극적이며 수시로 일방적 시행의지를 천명하였다. 미국은 다수의 주정부가 개별적으로 혹은 연대하여 다양한 온실가스규제 프로그 램을 추진하고 있으며, 항공교통에 있어서도 지상지체(Ground Delay)감소, AFP(Airspace Flow Program) 실행, URET(User Request Evaluation Tool) 설치 등으 로 연료 및 온실가스절감을 유도하고 있다. 일본은 항공부문에 있어서 자발적계획(Voluntary Plan)을 통하여 온실가스배출을 감소를 유도하고 초기목표는 1990~2010년간 이산화탄소 배출량 10% 저감으로 설정 하여 항공부문은 2004년 이미 목표치를 달성하여, 현재는 정부의 목표수정요구에 따라 항공사는 2005~2010년간 15% 감축하는 것과 동일한 1.9MtCO 2 로 제안하였다. 나. 국내항공사 기후변화대응 동향 국적항공사의 기후변화 대응은 최신항공기 도입, 연료절감 운영기법 실행 및 에 너지 사용절감 등 주로 항공기의 연료 절감을 통한 온실가스 배출저감에 초점을 두 고 있다. - 비행계획을 통한 배출가스 저감: 경제 항로 선정을 통해 비행시간을 단축하고, 최적의 교체 공항 및 단축 항로의 사용, 최적고도의 선정 - 항공기 중량관리 : 항공기 탑재중량의 경감, 기내사용 음용수 등을 예약율과 비 행시간 등을 고려하여 탑재하고, 예비 정비부품을 해외공항이나 타 항공사와 협력 사용 방식의 도입 - 항공기 성능 향상: 장거리 항공기 장착 엔진 성능 향상 개조와 주기적인 엔진 내부 세척프로그램 도입

165 - 항공기 운항 : 최적 운항속도 및 운항 조건을 유지, 항공기 주기장 이동시 한쪽 엔진만을 사용, 항공기 무게중심 최적화 및 여객/화물의 예약과 실제 탑재율의 편차 를 최소화하여 추가연료의 탑재를 최소화 1) 아시아나항공 운항에서의 에너지 절감(연료효율성 향상 및 연료비용절감)을 위해 크게 두 가지 방향인 기존의 절감활동 활성화/관리 및 신규 절감항목 개발/수립 의 실천방안 을 추진 - 비행절차 개선 Reduced Flap 이륙 : 높은 각도의 Flap보다 낮은 각도의 Flap을 선정하여 이륙 하는 것이 연료 소모가 적기 때문에 조건이 허락한다면 낮은 각도의 Flap을 이용. Flap과 Landing Gear 펼침을 최대한 늦게 : 회사에서 정한 절차범위 내에서 Flap과 Landing Gear를 펼치는 시기를 가급적 늦추어 비행 경제속도 운항 : 비행시간이 길어져서 추가적인 비용이 발생하더라도 연료소모 감소에 따른 경제적 이익이 커서 이를 상쇄하는 속도 유지 경제고도 운항 : 주어진 중량에서 연료소모가 가장 적은 경제고도를 유지하며, 비행 초기에는 낮은 고자동차 비행하다가 점차 연료가 소모되면서 중량이 작아지면 적절한 때에 더 높은 고자동차 Step Climb하는 등 운항고도를 선택 <그림 3-67> 아시아나항공의 CDA(Continuous Descent Approach) 적용 사례

166 - 연료탑재 정책개선 탑재연료 최적 운영 : 기종/구간별 특성에 따른 연료소모 차이를 실적 통계분석 을 통하여 합리적인 수준에서 추가연료를 탑재. Overfueling 최소 운영 : 비행계획에서 필요한 법적연료와 실제 연료탑재의 차이 를 최소화함으로써 보다 효율적으로 운항. 이에 대한 지속적인 목표관리를 통하여 Overfuel을 최소로 운영. APU 사용 최소 운영: APU는 항공기가 지상에서 사용하는 전기 및 압축공기를 만드는 작은 엔진으로 항공기 꼬리부분에 있음. 지상에서는 항공기 동력보다는 지 상전원을 사용하는 것이 더욱 효율적이기 때문에 항공사에서 APU 사용을 최소화하 고, 지상 장비를 사용하여 연료소비량을 절감 - 중량관리 및 엔진세척 무게중심 후방관리 : 무게중심이 적정 범위 내에서 후방에 위치할수록 항공기의 연료소모량은 감소. 이는 항공기 무게중심이 후방에 위치할수록 상승각을 조절해주 는 수평 안정판(Horizontal Stabilizer)이 수평 꼬리날개와 평행에 가까워짐에 따라 항 력이 감소하기 때문. 계획 대비 실제 유상탑재량 차이 최소화 : 여객기와 화물기에서의 유상탑재물의 계획과 실제량 차이를 줄임으로써 불필요하게 탑재되는 연료를 줄이고, 이를 통해 추가적인 연료소모를 방지 엔진세척 : 운항 중에 제트엔진은 고온 고압의 압축공기를 엔진에 충분히 공급하 여야 효율적인 추진력을 얻음. 이러한 흡기과정에서 공기 속의 먼지나 흙 등 오염 물질이 엔진 내부에 부착되면 공기흐름을 방해하여 엔진효율이 저하되기 때문에 정 기적인 엔진세척이 필요

167 <표 3-29> 아시아나 항공 항공기 이산화탄소 배출량 및 원단위( ) 구분 이산화탄소배출량 (tco 2 ) 4,490,807 4,806,323 4,687,643 원단위 (g/atk) 원단위 (g/rtk) 단, ATK(Availble Ton Kilometer) : 한좌석(또는 qxhs)의 공간을 가지고 운항한 거리, 이용가는 좌석 (이용가능톤)을 나타내며 이는 항공기 최대 운송능력을 뜻한다. RTK(Revenue Ton Kilometer) : 여객, 화물 등의 운송량을 감안하여 환산하여 나타내는 것으로 항 공사의 종합적인 판매량을 나타낸다. <표 3-30> 항공기 항공유 사용량 및 원단위( 년) 구분 항공유 (ton) 1,424,498 1,526,325 1,488,831 원단위 (g/atk) 원단위 (g/rtk) ) 대한항공 대한항공이 국내선 운항으로 배출되는 이산화탄소 배출량은 우리나라 전체 수송 연료에 의한 이산화탄소 배출량의 약 0.6%를 차지. 국제선 배출량까지 포함할 경우 연료연소로 인한 우리나라 전체 이산화탄소 배출량의 약 2.2%를 차지. <표 3-31> 대한항공 기후변화 대응 4대 기본전략 테크놀로지 운영효율 인프라 강제적수단 -항공기와 엔진기술개발 -대체연료 개발 -연료효율적인 항공기 운항 -운항노선 및 속도최적화 -항공기 지상활동 개선 -노선 및 항공 조정에 의한 운항거리 단축 -공항 여건 개선으로 차량 대기시간 단축 -배출권거래제 다. 테크놀로지 개선 기술혁신은 이산화탄소를 저감하기 위한 가장 핵심적인 목표로서 IATA에 따르면 연료 효율이 높은 새로운 엔진의 개발, 무게 경감을 위한 신소재 적용 등 차세대 항공기에 도입되는 기술혁신 로드맵이 계획대로 진행될 경우 2020년에는 2005년 대 비 약 25%의 연료효율이 개선될 것으로 예측 - 항공기 현대화 : 이산화탄소 저감을 위해 B747, A300 등의 구형기종을 단계적

168 으로 축소하고 연료효율이 구형기종 보다 20% 이상 개선된 A380, B787 등과 같은 차세대 고효율 항공기 구매 - 친환경 엔진 장착 : 신규 도입 항공기에 첨단 엔진기술과 신소재가 적용된 친 환경 엔진을 장착 운영. B787 항공기에 장착될 GE사의 최신 GEnx-1B 엔진은 친환 경 설계로 현재 운항 중인 동급 기종의 B767 항공기에 장착된 엔진보다 이산화탄소 배출량이 평균 15% 이상 감소. 또한 2010년부터 2013년까지 도입 예정인 A 성능강화형 항공기는 기존 A330 기종에 장착하던 PW4000계열 엔진을 대폭 업그레 이드해 연료효율성이 크게 향상된 Pratt&Whitney의 PW4170 Advantage70 엔진장착 - 차세대 친환경 항공기 제작 참여 : B747-8 차세대 항공기 개발에 직접 참여하 여 주익연장날개(Wing Tip Extension), 날개 밑 유선형 구조물인 플랩 트랙 페어링 (Flap Track Fairing), 날개 끝 구조물인 레이키드 윙 팁(Raked Wing Tip) 제작. 특히 유선형의 레이키드 윙 팁 은 복잡한 곡면형상으로 제작에 고도의 정밀성과 기술 력이 요구되는 핵심구조물이며 공기저항을 획기적으로 감소시켜 연료효율성을 크게 높여주며 B747-8 차세대 항공기는 기존 B 항공기 동체 크기를 5.6m 확대해 450석으로 늘린 새로운 항공기로 2010년 하반기부터 출시될 예정, 2015년 까지 총 10대(여객기 5대와 화물기 5대)를 도입할 예정. - 대체연료 : 항공연료로 사용하기 위한 대체 바이오연료에 대한 연구시험 2008 년과 2009년을 거치면서 몇몇 항공사들이 기존 재래식 항공유와 바이오연료를 혼합 사용하여 시험비행에 성공함으로써 항공연료로서의 기술적 적합성은 이미 증명되었 으며 현재는 경제성 및 지속성 측면의 연구가 활발히 진행. 라. 운영효율 개선 - 항공기 운항효율 개선 : 연료효율 개선을 통해 온실가스를 줄이기 위해서 운항 절차, 비행계획, 중량관리, 성능개선 등 4개 분야에서 연료관리의 내부절차를 지속 적으로 개선하여 2009년에는 운항, 통제, 정비, 운송 등의 분야에서 총 48개의 연료 관리 과제 수행을 통하여 약 6만5000톤의 연료를 절감, 20만5000톤의 이산화탄소 배출을 감소 - 수송실적 대비 연료 및 이산화탄소 배출량 증가 추이 : 글로벌 항공운송 수요 증가로 2000년 이후 수송 실적은 약 57% 이상 증가하였으나 지속적인 연료효율 개 선으로 연료 및 이산화탄소 증가는 43%에 그쳐 추적인 환경 부담을 12% 줄임

169 <표 3-32> 대한항공 항공기 이산화탄소 배출량 및 원단위 구분 2007년 2008년 2009년 항공유(ton) 1,424,498 1,526,325 1,488,831 원단위(g/ATK) 원단위(g/RTK) 벤치마크계수 적용 사례 자동차의 가장 앞선 기술은 서유럽, 북아메리카, 일본시장에서 나타나며, 자동차 의 기술 벤치마크를 위하여 JAMA(Japan Automobile Manufacturers Association, Inc), Ward Auto, ACEA(European Automobile Manufacturers Association)의 자료를 이용 하였다. <표 3-33>는 차종별 벤치마크 된 모델이며, <표 3-34>는 유럽, 일본, 미국의 자동차의 벤치마크 기술이다. <표 3-33> 벤치마크 자동차 종류 차종 유럽 미국 일본 중형 화물 대형 화물 버스 Iveco Eurocargo Mercedes-Benz Atego DAF LF Mercedes-Benz Actros MAN TGX DAF XF 105 Ford F450 Freightliner M2 International Durastar Freightliner Columbia, Cascadia International Durastar, 900series, Prostar, Transtar Mercedes-Benz Citaro, Turismo Iveco Citelis, Domino, Evadys, Magelys Hino Ranger Isuzu Forward Hino Profia Isuzu Giga 출처 : AEA, Reduction and Testing of Greenhouse Gas(GHG) Emissions from Heavy Duty Vehicles - Lot 1: Strategy,

170 <표 3-34> 자동차 기술 구분 Adaptive Cruise Control Aerodynamic mirrors Air dam AMT Cab collar / Cab side extenders Cab deflector / Roof fairing Cab side edge turning vanes Chassis skirt Collision Warning/Mitigation Common Rail Cruise control DPF (Diesel Particulate Filter) EGR (Exhaust Gas Recirculation) FGT (Fixed Geometry Tubocharger) Low rolling resistance tyres POC (Particle Oxidation Catalyst) SCR (Selective Catalytic Reduction) Tractor and fuel tank fairings Turbocompounding Twin Turbocharging(series) Tyre pressure indication / monitoring Unit injectors VGT 내용 차속을 지정 조절하는 시스템으로, 앞차와의 안 전거리에 따라 유연하게 반응하여 차속을 조절 거울 전면을 둥글게 하여 공기저항을 감소시키는 기술 범퍼 또는 범퍼 아래쪽에 달아 공기흐름을 조절하 여 공기저항을 감소시키는 기술 기어변속 및 클러치 작동을 자동 작동하는 시스템 차체에 부가적인 장치를 장착하여 차체 공기저항 감소하는 기술 충돌 위험을 감지하는 시스템으로, 충돌 감지시 경보음을 울리고 자동으로 브레이크 작동 일정 압력 이상의 고압에서 연료를 분사하는 기술 차속을 지정 조절하는 시스템 배기가스의 미세먼지를 제거하는 필터 배기가스를 연소실로 재순환시켜 NOx 배출을 저 감하는 기술 엔진으로 과잉공기를 공급하여 배출가스를 전환 구름노면저항을 감소시키는 타이어 금속필터를 이용한 배기가스의 미세먼지 제거기술 요소 중 암모니아를 이용한 NOx 제거기술 트랙터 바퀴의 전면과 후면 그리고 연료탱크의 사 이를 패널로 메꿔 공기 흐름을 부드럽게 하여 저 항을 줄이는 기술 기어 및 유압장치를 경유하여 클랭크샤프트의 전 력을 배기터빈으로 더하는 기술. 대형차량만 적용 wastegate 또는 VGT 터보차저를 연속으로 장착 차량의 최적 압력타이어 설정 및 안전을 위하여 타이어 압력을 모니터링 하는 시스템 실린더에 연료를 주입하기 위한 대형디젤엔진 배기량을 조절하기위한 가변식 터보차저 출처 : Ricardo, Freight Best Practice, Aerodynamics for Efficient Road Freight Operations,

171 <표 3-35>는 현재 미국, 유럽, 일본시장의 중형화물차에 적용하고 있는 기술이다. 이들 시장은 엄격한 배출 기준을 준수하고 있으며, 일본의 경우 연료소비에 대한 기준을 따르도록 한다. 엔진 및 차체에 장착하는 사후시스템은 각 시장마다 유사하 다. 그러나 변속기의 경우 유럽과 일본은 수동변속기 장착이 기준인 반면 미국은 대부분 자동 변속기를 장착하는 것으로 나타났다. <표 3-35> 중형 화물차의 기술단계 구분 유럽 미국 일본 엔진기술 (Engine) 동력전달장치 (Drivertrain) 자체기술 (Vehicle) ITS/ICT Euro Ⅴ Emission level Inline 4 cylinder circa 4L of inline 6 cylinder circa 6L SCR or EGR + POC Common Rail or Unit Injectors FGT or 2 stage Turbocharging 5,6 or 9 speed manual 6 speed AMT- 5 speed automatic Front bumper with air dam Cab side edge turning vanes Rounded cab corners Cab deflector CAb collars Driver display, including fuel consumption Tyre pressure indication : 선택요소 출처 : OEM websites of benchmarked vehicles EPA10 emission level 6.7L V8, 7L, 9L or circa 13L inline 6 Common rail injection Dual sided compressor VGT (single sequential) or dual stage turbo SCR+EGR+DPF 2011 model year B20 compatible(ford & GM) or 6 speed automatic 6 to 13 speed manual or AMT Aluminium cab and doors(m2) Aerodynamic air shield roof deflector or roof fairing Cab side extenders Voice controlled navigation and phone LCD productivity screen - monitors fuel consumption among other things Japan New Long Term emissions Inline 4 cylinder circa 5L, inline 5 cylindeer circa 6L or inline 6 cylinder circa 8L EGR + DPF or SCR + EGR + DPF(5/6 cyl.) Common rail Injection VGT speed manual speed AMT 5 speed automatic Aerodynamic cab styling Front bumper with air dam Automatic reading of journey details on memory card Display of instantaneous fuel consumption Adaptive cruise control <표 3-36>는 대형화물차에 대한 기술을 나타내었으며, 엔진 기술은 미국, 유럽 일 본 시장 매우 유사하다. 배출기준은 미국과 일본이 가장 엄격하며, 대형화물차의 EGR 및 SCR 장착하여야 한다. 변속기의 경우 미국과 일본은 수동변속기 장착을 의

172 무화하는 반면 유럽은 자동변속기 장착을 의무화하였다. 자동변속기를 장착할 경우 운전기술에 따라 약 7%의 연료 소비의 효과가 나타난다. air dam 및 cab은 모든 차 량에 대하여 0.3~0.7% 의 저감효과를 보이는 것으로 나타났다. 구름노면저항 감소 장치는 약 5%, 타이어압력 모니터링 설치 시 약 8% 이상의 저감효과를 보이는 것 으로 나타났다. <표 3-36> 대형 화물차의 기술단계 구분 유럽 미국 일본 엔진기술 (Engine) 동력전달장치 (Drivertrain) 차체기술 (Vehicle) ITS/ICT Euro Ⅴ Emissions legislation 10, 11, 12, 13 or 16L inline 6, 12L V6 or 16 or 18L V8 SCR or EGR+DPF Unit Injectors or Common Rail FGT, VGT or 2 stage Turbocharger 100% biodiesel compatible (Daimler) 12 or 16 speed AMT 16 speed manual Integrated air dam Cab side edge turning vanes Tyre pressure monitoring Roof and side air deflector(articulated) (Rigid) Adaptive cruise control Navigation system Fleetboard Telematics system Forward collision warning : 선택요소 출처 : OEM websites of benchmarked vehicles Meets EPA 2010 Inline 6 cylinder 10.5L, 12.4L, 12.8L or 15L engine Common rail SCR+EGR+DPF VGT/twin series turbocharging (FGT) Mechanical Turbocharging - Detroit Diesel 560hp only B5 compatible 10 to 18 speed manual 10 to 18 speed AMT Aerodynamic Styled cab including rounded bumper and air dam Aluminium cab Cab deflector Tractor and fuel tank fairings Low rolling resistance tyres Aero mirrors Chassis skirts Vehicle information display Adaptive cruise control Meets Japan New Long Term emissions Inline 4 cylinder 13L EGR+DPF or SCR+EGR+DPF(5/6 cyl.) Common rail injection SCR+EGR+DOC+ DPF VGT or FGT 7 or 16 speed manual 7, 12 or 16 speed AMT Round cab corners Integrated air dam Minimised body gap Cab side edge turning vanes Cab deflector Cab collars Tyre pressure monitoring Display of instantaneous fuel consumption Pre-crash safety (collision Mitigation)

173 버스기술의 경우 주정차를 반복하기 때문에 자동변속기 장착을 의무화하였으며, 최근 유럽의 도시에서는 대기질 향상을 위하여 CNG버스 도입이 증가되고 있는 것 으로 나타났다. <표 3-37> 유럽의 버스 기술단계 구분 도심버스 대형버스 엔진기술 (Engine) Meets Euro Ⅴ and EEV emissions legislation 6L, 8 or 12L inline 6 cylinder SCR or EGR + POC Unit Injectors or Common Rail FGT, VGT or 2 stage Turbocharger 동력전달장치 (Drivertrain) 4 or 6 speed automatic 6 speed manual AMT 자체기술 (Vehicle) ITS/ICT - : 선택요소 출처 : OEM websites of benchmarked vehicles Meets Euro Ⅴ and EEV emissions legislation 6L or 12L inline 6 cylinder SCR or EGR + POC Unit Injectors or Common Rail FGT, VGT or 2 stage Turbocharger - - Cruise control Brake Assist Adaptive cruise control Integrated tyre pressure monitoring 4. 벤치마크계수 개발 방법 BM계수 개발을 위하여 국내외 기술(BAT)현황 및 이산화탄소 저감사례를 분석하 고, 이동연소 분야의 명세서를 분석하여 기업 및 배출특성을 파악한 후, 업계의 의 견을 수립하고, 자료 분석을 실시하여 국내 적용가능성을 검토한다. 관계부처 및 산 업계의 의견을 수렴하여 BAT를 선정(우선순위 결정)하여 감축효과에 대한 벤치마크 계수를 개발한다

174 1단계 문헌조사 2단계 명세서 분석 3단계 현장조사 (업계 의견 수렴) 4단계 자료분석(전문위원회) 5단계 BAT 도출 및 의견 수렴 6단계 벤치마크 계수 확정 일반원칙 정립 EU 방법론 분석 공정별 특성 및 공정별 가용기술 현황 (경제성 감축잠재량 포함) 공정별 배출량 및 배출특성 분석 공정경계수립현황 분석 : 이행계획서 또는 업종별 MRV 표준화 연구결과 활용 공정경계수립현황 조사 현장적용기술 현황조사 기술적용 제한사항 확인 - 지리적 요인 - 매체통합적요인(타법 규제) - 에너지수급 등 공정 기술 제한사항 등에 따른 그룹핑 Benchmark curve 도출 비용/편익 분석 및 잠재량 평가 매체통합평가 BAT 및 벤치마크 계수(안) 개발 : BAT에 해당하는 시설종류, 운전방법, 감축기술 관계부처 및 산업계 등 의견수렴 BAT 및 벤치마크 계수(안) 검증 BAT 및 벤치마크 계수 확정 고시 기술발전 등을 고려하여 제 개정 <그림 3-68> BM 계수 개발 방법(안) 4.1 최적가용기술 및 벤치마크계수의 국내 적용 가능성 검토 자동차(버스 및 화물차) 교통부문의 온실가스 감축을 위한 주요 정책으로 온실가스 배출량 기준설정, 저공해 자동차 보급정책, 교통수요관리정책 등이 있음

175 온실가스 에너지 목표관리 운영 등에 관한 지침 의 이동오염원 부문 최적 가용기술 중 자동차 온실가스 저감 기술(린번연소(희박연소), 직접분사, 차량 경량화 등), 저공해차량 교체(하이브리드 자동차, 연료전지 자동차 등), 대체연료 적용기술, 기타(에코타이어, 에어컨 시스템, 마찰저감 및 경량화, 공회전 제한장치 부착 등)를 제시한 바 있음. 또한, 지속가능교통물류발전 기본계획(국토해양부, 2010)에 지속가능 교통물류 글로벌 선도국가 실현을 목표로, 자동차물류수송분담률을 철도 및 연안 해운으로 전환하고, 평균 화물차량 적재율을 69%에서 75%로 상향조정을 전략으로 내세우고 있음 철도 가. 기차 철도부문의 온실가스 감축을 위한 주요 정책으로 온실가스 배출량 기준설정, 철도차량 친환경 녹색운행기술 보급, 청정에너지 철도차량 개발 등이 있음 저탄소, 녹색성장은 범국가적 경제정책의 핵심기조이며 국가 온실가스 감축목 표 달성을 위한 방안으로 철도를 중심으로 한 녹색교통투자확대 및 환경규제 적용 이 예상됨. 이는 19.7%에 달하는 국내 수송분야 온실가스 기여율을 개선하고 동시 에 국가 온실가스 발생량을 저감하기 위하여 자동차보다 녹색교통 수단인 철도의 인프라를 확대 제공하는 것임. 국가 온실가스 감축목표의 달성을 위해 녹색교통수단으로써 철도는 외형적으 로 기존의 디젤엔진차량을 점차 폐기하고 전철화를 확대하고 있으나 철도차량의 운 행 및 에너지사용 측면에서 개선이 필요함. 최근 국토부에서도 S-ERP 2020을 통해 철도 이용을 늘려서 이산화탄소 배출 을 줄이고, 물류비용을 최소화하겠다는 계획을 발표하였으며, 청정에너지 철도차량 을 연구 개발하여 운행할 경우 연료절감을 통한 철도차량 운영비를 줄일 수 있고, 최근 저탄소 녹색성장으로 관심이 높은 이산화탄소 배출 역시 상당 부분을 감축 할 수 있을 것으로 기대됨. 나. 지하철 지하철분야의 온실가스 감축을 위한 주요 방안으로는 제도 및 정책을 시행하여

176 자동차교통 이용자를 지하철로 유입하여 지하철 이용을 활성화하는 방안과 에너지 효율 향상으로 온실가스를 저감하는 기술적 수단으로 구분됨. 1) 지하철 이용 활성화 온실가스를 총량으로 제한하지 않고 인 km당 온실가스양 관리 및 자동차교통 이용자를 지하철로 유입하기 위하여 카드회사와 제휴를 맺고 대중교통 이용자에게 인센티브를 주는 에코마일리지, 스마트폰의 어플리케이션을 활용하여 개인의 이동 정보를 수집 분석을 통해 개인의 탄소배출 현황을 판별하여 실적에 따라 인센티브 등을 부여하는 녹색교통 포인트제 등이 있음. 2) 에너지효율 향상 전동차 감속시 발생하는 회생에너지 저장장치 도입, 운전패턴을 분석하고 열차의 가 감속을 최적화하여 전기에너지 효율성을 극대화하는 에코드라이빙 기술 개발, 친환경 하이브리드 모터카 도입, 전동차를 개량하는 방안이 있으며, 기타 지하철에 서 발생하는 열차풍이나 압전소자를 이용하여 전기를 생산하는 기술 등이 있음. 다. 선박(연안 화물선 및 연안 여객선) 기술동향: 선형/추진계통/기계장치 개선/폐열회수 시스템/열전발전 등을 통한 에너지효율화, 신재생에너지, 태양전지, 이산화탄소 포집기술 적용가능. 현재 협의중에 있는 IMO(국제해사기구)의 온실가스배출저감 정책, 규정을 준수 예상됨. 국내 대형 선사에서도 자발적으로 탄소배출 저감을 위한 전문부서를 통해 다 각도 연구와 정책실행중 - 에코스티밍(감속운항)/ 탄소배출량 계산기 실용화통한 온 실가스배출량 모니터링(한진해운)/ 온실가스인벤토리 구축(현대상선) 라. 항공(국내 항공) 비행계획최적화, 항공기 중량관리, 항공기 성능향상, 항공기 운항효율화 등 주 로 항공기 연료 절감을 통한 온실가스 배출저감 연간 온실가스배출량과 배출집약도에 대한 통계를 공개함으로써 녹색경영의 투명성 높임 정부관계부처와 저탄소 녹색성장 및 온실가스 규제 대응을 위해 연료효율을

177 자발적으로 개선키로 협약 (제주항공 4%, 대한항공, 아시아나항공 2.5%) 4.2 최적가용기술을 이용한 로드맵 구축 개요 온실가스 에너지 목표관리제 의 실시에 따라 2013년도 목표설정부터는 최적 가용기술(BAT)에 따른 벤치마킹 계수를 적용할 예정으로, 배출시설 단위 목표설정 을 위하여 목표설정 방법론 및 할당계수 개발 필요 녹색교통정책에 최우선 순위(현장 적용성, 저감효과, 사회적 이슈화 등을 모두 단기간에 충족시킬 수 있는 기술) 결정에 대한 체계적 연구조사가 시급 개발 진행 이동연소부문(교통물류부문)에 적용되는 자동차(버스 및 화물차), 기차 및 지하 철, 선박, 항공기의 효과적인 온실가스 저감을 위한 TRM 작성을 위한 최적가용기술 (BAT)들의 우선순위 도출. 온실가스 에너지 목표관리제 의 배출저감 목표설정을 위한 목표설정 방법 론과 벤치마크할당계수(BM) 개발 및 적용방안 도출 연구내용 및 범위 가. 자동차 1) 버스 및 화물차 온실가스 배출활동 및 배출특성 조사 배출총량이 아닌 여객 및 화물수송실적 당 온실가스 배출량의 지표를 통한 물류 부문 온실가스 배출현황 및 배출특성 조사. 2) 최적가용기술 적용 가능성 검토 자동차부문(버스 및 화물차)의 효과적인 온실가스 저감을 위한 TRM 작성을 위한 최적가용기술(BAT)들의 우선순위 도출. 3) 벤치마크계수 개발 및 적용방법 검토 최적가용기술을 적용하였을 경우 BM계수 개발

178 나. 철도 1) 철도 가) 철도분야 온실가스 배출량 조사 디젤 및 전기철도차량을 대상으로 온실가스 배출현황 및 배출특성 조사 나) 최적가용기술 적용에 따라 효용성 검토 청정에너지 철도차량, 에코 드라이빙, 운행계획 선진화 등을 적용할 경우 예상되 는 온실가스 감축량을 산정하여 최적가용기술에 대한 우선순위 도출 다) 신재생에너지 철도차량 개발 바이오디젤, LBM(Liquid Bio Methane), 하이브리드, 연료전지 등 신에너지 및 재생 에너지 철도차량 개발 및 운영으로 온실가스 감축 2) 도시철도 가) 지하철분야 온실가스 배출활동 및 배출특성 조사 1 지하철분야 온실가스 배출현황 정보 수집 2 지하철분야 온실가스 배출특성 파악 3 기관별 인 km당 온실가스 배출현황 및 배출특성 조사 나) 최적가용기술 가능성 검토 지하철분야의 온실가스 효과적 저감을 위한 TRM 작성을 위해 국내 외 온실가스 저감 최적가용기술들을 조사하고 우선순위 도출 1 지하철 이용 활성화 - 지하철 수송효율 향상 : 요일별 시간대별 요금제도 검토, 최적의 배차 간격 검 토 등 - 자동차 이용자 지하철 유도 : 대중교통 이용 시 인센티브제공 등 - 수송효율 관리 : 인 km당 온실가스 관리 적용 방안 연구 등

179 2 에너지효율 향상 - 신재생에너지 : 회생에너지 저장장치 이용 및 저장, 압전소자 연구 등 - 전동차 개량 : 차체 경량화, 전동차 에코 디자인 등 - 관리방법 개선 : 에코드라이빙, 터널환기방법 개량, 하이브리드 모터카 도입 등 다) 벤치마크계수 개발 및 적용방법 검토 1 최적가용기술을 적용시 지하철 운영 기기별 벤치마크계수 개발 2 인 km당 온실가스배출량과 벤치마크계수와의 연계지수 적용방법 검토 3 제도적용에 따른 적용방법과 소요예산 인력 등 3) 선박(연안 화물선 및 연안 여객선) 가) 국내선사 배출활동 및 특성조사 국내선사의 연료소모/배출활동 특성조사(화물 또는 여객수송실적 당 온실가스 배 출량 기반) 나) 최적가용기술 적용 가능성 검토 연안 선박 및 여객선의 효과적인 온실가스 저감을 위한 TRM 작성을 위한 최적가 용기술(BAT)들의 우선순위 도출. 다) 벤치마크계수 개발 및 적용방법 검토 4) 항공(국내 항공) 가) 항공부문 온실가스 배출활동 및 배출특성 조사 항공사별 연료소모/배출활동 특성조사(화물 또는 여객수송실적 당 온실가스 배출 량기반) 나) 최적가용기술 적용 가능성 검토 현재 UN과 그리고 EU와 논의중인 ICAO의 정책 모니터링 국내 항공사에 적용 가능한 온실가스 저감을 위한 TRM 작성을 위한 최적가

180 용기술들의 우선순위 도출. 다) 벤치마크계수 개발 및 적용방법 검토 기대효과 및 활용방안 자동차(버스 및 화물차)의 온실가스 저감을 위한 기술로드맵(TRM)을 제시함으 로써 여객업체 및 물류기업의 온실가스 및 에너지 목표관리제의 저감 이행계획 수 립을 위한 기술자료 제공 철도분야에서 기존 연료인 디젤을 바이오디젤, DME, LNG 등 청정에너지로 전 환할 경우 온실가스 배출측면에서 감축 효과를 얻을 수 있음. 지하철의 온실가스 저감을 위한 기술로드맵(TRM)을 제시함으로써 도시철도부 문의 온실가스 및 에너지 목표관리제의 저감 이행계획 수립을 위한 기본적인 기술 자료 제공 적용기술의 비용분석을 수행하기 위한 도시철도분야의 시스템적 기초정보 제공 인 km당 온실가스배출량 산정기준 표준 설정으로 공정한 계량화 가능 적용기술의 비용 효과분석을 수행하기 위한 시스템적 접근을 위한 기초 정보 제공 온실가스 및 에너지 목표관리제 시행을 위한 최적가용기술(BAT) 및 벤치마크 할당계수(BM) 적용의 기본 자료로 활용 기술 도입에 따른 비용/편익 분석 및 잠재량 평가 제공

181 6절 고정연소 부문 1. 고정연소의 개요 1.1 석탄발전 석탄을 연료로 하여 보일러에서 연소 후 발생되는 증기를 이용하여 발전을 하며, 발전 후 남는 잉여열로 산업체에 주로 증기 및 전기를 공급하는 설비이다. 1.2 석유발전 <그림 3-69> 석탄 발전의 개요도 석유를 연료로 하여 발생되는 증기를 이용하여 발전을 하며, 산업체 및 빌딩 등 에 주로 전기를 공급하는 설비이다. <그림 3-70> 석유 발전의 개요도

182 1.3 LNG 발전(열병합) LNG을 연료로 하여 발생되는 열 및 증기를 이용하여 발전을 하며, 산업체 및 가 정 등에 주로 전기 및 증기를 공급하는 설비이다. <그림 3-71> LNG 발전(열병합) 발전의 개요도 1.4 LNG 발전(가스터빈) <그림 3-72> LNG 발전(가스터빈) 발전의 개요도

183 1.5 석탄(중질잔사유)가스화 가스화 복합발전기술(Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC)은 석탄, 중질 잔사유 등의 저급 원료를 고온 고압의 가스화기에서 수증기와 함께 한정된 산소로 불완전연소 및 가스화 시켜 일산화탄소와 수소가 주성분인 합성가스를 만들어 정제 공정을 거친 후 가스터빈 및 증기터빈 등을 구동하여 발전하는 신기술이다. <그림 3-73> 석탄(중질잔사유)가스화 발전의 개요도 2. 최적가용기술 적용 사례 2.1 국외의 최적가용기술 조사 연소기술 연소효율(thermal efficiency)를 높일 수 있는 가능성이 지대한 분야 가. 연소공정에서의 손실 : 연소효율 증대 (43% 52%) 나. 배기가스 온도의 감소 : 연소효율 증대 (5% 예상)

184 다. 공기 또는 물 예열기의 설치 : 연소효율 증대 (2% 예상) 라. 열회수 방식 및 축열실 버너 : 에너지 손실 저감 (6% 예상) 마. 잉여공기의 감소를 통한 배기가스 유량의 감소 : 에너지 손실 저감 바. 기타 증기시스템 : 열손실의 감소 방안 가. 증기발생, 증기분배 : 열손실 감소 (2% 3%) 나. 응축액의 회수, 공급수 예열 : 열손실 감소(1% 정도) 다. 기타 탄소포집 및 저장기술(CCS) 현황 조사 가. 이산화탄소 분리 회수기술 1) 흡수법 흡수공정의 원리는 흡수탑에서 흡수제가 흡수대상가스(연소 배가스)와 접촉하여 분리대상 가스(여기서는 CO 2 )만 선택적으로 흡수하고 흡수되지 않은 나머지 가스는 흡수탑 상부로 배출된다. 분리대상가스를 흡착한 흡수제는 열교환기에서 가열된 후 탈수탑( 脫 收 塔 )으로 이동하여 낮은 압력, 높은 온도에서 가스가 탈수된다. 탈수된 분 리대상 가스는 탈수탑 상부로 배출되고 흡수제는 흡수한 분리대상가스를 잃고 재생 된다. 재생된 흡수제는 가스를 흡수한 흡수제와 열교환을 통하여 냉각된 후 펌프로 가압되어 흡수탑에 들어가 흡수공정을 반복한다. 2) 흡착법 배가스 중에서 이산화탄소를 선택적으로 흡착하는 고체 흡착제 (제올라이트, 활성 탄 등)을 사용하여 이산화탄소를 분리하는 방법이다. 흡착제에 이산화탄소가 포화되 면 이 흡착탑을 배기가스 라인에서 격리하고 진공 펌프로 감압시키거나(Pressure Swing Adsorption, PSA) 흡착층을 가열하여(Temperature Swing Adsorption, TSA) 이 산화탄소를 탈착하여 고순도의 이산화탄소를 얻는다. 원료가스 중 이산화탄소 농도 가 15% 이하의 농도를 지닌 화력발전소 배가스는 1단에서 이산화탄소의 함량을 40 60%로 농축시킨 후 2단 PSA 공정에서 99% 이상의 고순도 이산화탄소를 얻는다

185 따라서 흡착법은 흡착제의 성능이 가장 중요하고 진공 펌프의 성능과 효율적인 공정구성이 이 공정의 경제성을 결정한다. 이 PSA법은 공정 사이클이 수초에서 수 십 초 사이로 짧고 에너지 소모가 적어 경제적이다. 3) 막분리법(Membrane Separation Method) 서로 다른 기체가 고분자막이나 무기막을 투과하는 능력이 서로 다름을 이용한 다. 따라서 배연소 가스가 가압 상태에서 막과 접촉하면 이산화탄소만 선택적으로 막을 투과하여 저압부분으로 이동함으로써 고순도의 이산화탄소를 얻는다. 막분리 법의 핵심기술은 막소재 개발, 모듈개발 그리고 시스템개발의 3부분이다. 4) 심냉분리법(Cryogenic Separation Method) 연소배가스를 가압, Valve를 통하여 급격히 감압 냉각하여 이산화탄소를 액화 분 리하는 기술로서 고농도의 이산화탄소(>90% 이상)를 함유한 원료가스에서 이산화탄 소를 정제하기 위하여 상업적으로 많이 이용하고 있으나 농도가 낮은 경우에는 적 용에 한계가 있다. 5) 혼성분리(Hybrid) 기술 이산화탄소 분리기술(흡수법, 흡착법, 막분리법 및 심냉법)의 단점을 서로 보완하 여 두 개 이상의 분리기술을 적절히 조합한 기술이다. 6) 금속순환연소장치 금속 산화환원연소(Chemical-looping Combustion)는 연소과정을 산화-환원 영역으 로 나누어 환원 영역에서 발생하는 이산화탄소를 산화영역으로 투입되는 공기와 격 리함으로서 고순도의 이산화탄소를 얻는 공정이다. 산화영역에서 금속 산소 Carrier 입자가 NOx 발생 없이 산화되어 환원영역으로 이동하면 환원영역에서는 가스연료 가 이 금속 산소 Carrier를 환원시킨다. 이 가스 연소기에서 산화반응은 고온영역 ( )에서 일어나는 발열반응으로 연료를 직접 연소하는 기존 가스연소방식 에 비해 높은 열에너지가 방출되며(Nickel 산화시 발열량 kj/mol-ni)이 에너지 의 일부가 순환하는 산소 Carrier를 따라 환원반응기로 이동한다. 이 산화 반응기에 서 일어나는 반응은 다음과 같다. (단, M: 금속, MO: 산화금속)

186 환원 반응기에서는 중온영역( )에서 일어나는 흡열반응인 금속 매체의 환원 반응이 일어나며 산화 반응기에서 따라 들어온 열로 이 반응열이 공급된다. 이 과정에서 연료는 CO 2 와 H 2 O로 전환됨으로 H 2 O를 응축 제거하면 고농도의 CO 2 를 얻을 수 있다. 7) 산소부화/배가스 재순환 연소법 <그림 3-74> 금속순환 연소장치 개략도 산소부화/배가스 재순환 연소법(Oxygen Enriched/Flue Gas Recirculated Combustion Method) 연소배가스에서 이산화탄소를 회수하는 문제는 낮은 이산화탄 소 농도로 인하여 공정이 복잡하고 회수비용이 높아지는 문제가 있다. 이를 극복하 기 위하여 제시된 방법의 하나가 산소부화/배가스 재순환 연소법이다. 이 방법은 기 존의 연소공정의 공기 대신 농축 산소와 재순환된 연소 배가스로 배가스의 이산화 탄소 함량을 높여 이산화탄소의 분리 회수를 용이하게 한다. 따라서 기존의 연소기 에 공기분리 장치(Air Separation Unit)가 필요하다. <그림 3-75>와 같이 공기분리 장치에서 질소와 분리된 산소는 연소배가스와 혼합 되어 공기 예열기에서 배가스와 열교환으로 예열된 후 연소기에 공급된다. 연소반 응 후 연소기에서 배출되는 배가스는 연소기로 공급되는 기체와 열교환 후 일부는 공기 분리 장치에서 분리된 산소와 합쳐 연소기로 재 주입되고 나머지는 외부로 배 출된다. 기존방식으로 미분탄을 연소시킬 때 연소 배가스 중 이산화탄소의 농도가 14% 정도이나 이 산소부화/배가스 재순환 연소는 배가스 중 이산화탄소의 농도가 91% 정도로 이 배출가스(CO 2 Rich Flue Gas)에서 이산화탄소 분리 회수가 훨씬 용 이하다

187 <그림 3-75> 산소부화/배가스 재순환 연소 공정도 나. 이산화탄소 재이용 기술 지구 온난화 방지를 위하여 회수된 이산화탄소는 그 일부를 필요한 분야에 재사 용함으로서 이를 위하여 추가로 필요한 화석연료를 대치 절약할 수 있다. 이산화탄 소를 일단 활성이 높은 물질로 전환시키는데 촉매 화학법, 전기화학법 및 광화학법 을 사용한다. 다. 이산화탄소 처리기술 - 격리 : 심해저, 난채굴석탄층, 광물, EOR, 염수층, 암염광 - 지구생태계 활용 : 삼림, 토양, 식물경작 - 재순환 : 화학적 처리, 생물학적 처리 라. 이산화탄소의 생물학적 처리 식물성 플랑크톤인 미세조류[Micro Algae)는 빛을 에너지원으로 이산화탄소를 고 정화하는 광합성 특성을 이용한 방법으로, 연소가스로부터 직접 이산화탄소를 고정 화할 수 있어 이산화탄소의 분리, 회수 및 농축 공정이 불필요하다. 공정의 최종 산 물인 바이오매스는 메탄, 메탄올 등의 연료물질을 대체연료로 사용할 수 있다 SIEMENS의 CCS 기술 사례 가. Post-combustion capture

188 <그림 3-76> Post-combustion capture 나. Amino acid salt post-combustion process for postcombustion demo plant <그림 3-77> Amino acid salt post-combustion process for postcombustion demo plant

189 2.2 국내의 최적가용기술 조사 에너지 생산 및 사용 효율 향상 저탄소 연료 또는 무탄소 연료 사용 석탄 대신 천연가스 사용 원자력 이용 신재생 에너지(수력, 태양력, 풍력, 바이오매스, 지열, 등) 활용 화석연료에서 발생하는 이산화탄소 회수 및 처리 자연의 이산화탄소 저장 능력 증진 (삼림, 토양, 해양 등) 이산화탄소 이용 드라이아이스, 자동용접, 탄산음료, 식물재배, 화학공업의 원료(요소, BaCO 3, SrCO 3, EDR ) 등 산업에 이용 3. 벤치마크계수 적용 방법론 IPCC Guideline의 산정방법론은 Tier1과 Tier2, 3method로 구분되며, 방법론은 기 술형태별(technologictype)배출자료의 유무로 구분되어진다. 산정방법별로 확인하면, Tier1방법은 기술형태에 상관없이 일반적으로 에너지 수급 통계자료 및 제품생산량 을 활동도에 의해 산정된다. Tier2방법은 공정별 탄소물질수지를 배출시설별로 배출 량을 산정하는 방법이고, Tier3방법은 실제 투입연료의 물질별 탄소물질수지 또는 실측을 통하여 더욱 구체적이고 상세한 배출자료를 산정하는 방법이다

190 <표 3-38> IPCC Guideline의 산정방법론 배출량 산출방법 구분기준 대분류 소분류 기술형태별 (technolog ictype) 산정유무 *RA :X *SA :O RA (top -down) SA (bottom -up) Tier1 Tier2 Tier3 산정방법론 일반적으로 에너지 공급 통계, 제품생산량을 기초 로 기술형태에 상관없이 배출량 산정 탄소 물질수지와 저위발 열량 등의 현장 자료를 이용하여 배출량 산정 Plant(or Company) - level emission data 활용 특징 비교적 통계자료가 자세하 게 구축되지 않아도 배출 량 산정이 가능하며, 배출 량 산정시 가장 간단한 방 법이며, 오차가 타 방법에 비하여 큼. Tier1방법과 비교하여 좀더 자세한 업종별 혹은 공정 별 탄소함량,발열량 등 (country-specific data)가 요구됨. Tier2보다 더욱 자세한 자 료를 요구하는 방법으로, 시설별 제조특성과 연료 등이 차이 나는 것에 감안, plant-level emission data (실측위주)가 요구됨

191 <표 3-39> IPCC 탄소배출계수(CARBON EMISSION FACTOR: CEF) 액체 화석연료 Refinery Feedstock 연료구분 1차연료 2차연료 (20.00) Peat 탄소배출계수 kg-c/gj *(ton-c/toe) (TJ/10 3 TON) 원유 천연액화가스 (NGL) 휘발유 항공가솔린 등유 항공유 경유 중유 LPG 납사 (20.00) 아스팔트 (Bitumen) 윤활유 (20.00) Petroleum Coke 고체 화석연료 1차연료 무연탄 원료탄 연료탄 갈탄 차연료 Coke Oven /Gas Coke BKB & Patent Fuel (25.80) Coke Oven Gas 13.0(b) - - Blast Furnace Gas 66.0(b) 기체화석연료 LNG(dry) 바이오매스 (CO 2 배출량 계산시 불포함) 고체바이오매스 액체바이오매스 (20.00) 기체바이오매스 (30.60)

192 3.1 최적가용기술 및 벤치마크계수의 국내 적용성 검토 에너지 전환효율이 낮은 연료의 전환효율 향상 관련 기술 적용 한국기계화 산업연구원(전 기기유화 시험연구원)과 공동조사 한국 에너지 기술연구소 : 발열량 및 연소효율 시험의뢰 정확한 시험 분석 결과를 활용하여 적용 개발 연소효율 향상 수단의 조사, 검토, 설정 가스터빈 : SIEMENS, 두산중공업 보일러 : 두산중공업, 현대중공업 스팀터빈 : ALSTOM, SIEMENS, 두산중공업 현재, 미래의 기준기간 설정을 3년, 5년, 10년을 설정하여 성과 결과 비교 컴퓨터 시뮬레이션 : SJ연구소 파라미터의 적용결과 도출 : 효율, 열량, 운전시간, 가동률, 정밀도 등 CO 2 배출과 원료가격의 경제성 분석 3.2 벤치마크계수 개발 방법론 연구 고체, 액체, 기체의 연료사용량에 대한 발전량(MW)으로 개발 Tier 1 : 연료 Tier 2 : 국가 고유 발열량 값 사용 Tier 3 : 공인시험 분석기관의 발열량 값을 적용 가스터빈, 증기보일러 등 연료소모량이 높은 설비의 효율향상 방안으로 개발 Tier 1 ~ Tier 3을 η= 2%, 3%, 5%, 6% 적용

193 공인시험기관 효율 측정 결과로 사용 사업장(공장) 단위에서 연소기기별 CO 2 50,000톤 이상을 적용 Tier 1 ~ Tier 3을 측정불확도 ±5.0%, ±3.0%, ±2.0% 이내의 DATA 활용 개발 BM CURVE의 구상도 가. 개발 BM CURVE의 예상 구상도 1 X축은 FUEL TON으로 연료를 투입 할수록 Y축의 POWER(kW)는 가스가 높고 무 연탄이 낮다. BM계수 개발구상도 KW 6000 무연탄 유연탄 유류 가스 FUEL TON <그림 3-78> BM계수 개발구상도 1 나. 개발 BM CURVE의 예상 구상도 2 X축은 POWER(kW)로 POWER(kW)의 생산량이 많을수록 Y축의 ton CO 2 배출량은 유연탄이 많고 가스가 적다

194 BM 계수 개발구상도 TON CO 석탄 유류 가스 KW <그림 3-79> BM계수 개발구상도

195 7절 폐기물 부분 1. 폐기물의 개요 폐기물 부문에 해당하는 시설 중 하수처리장 공정과 기계적-생물학적 전처리 (MBT)공정을 <그림 3-80>과 <그림 3-81>에 나타내었음. 하수처리시설에 들어가는 공정은 일반적으로 크게 하수처리시설, 예비전원설 비, 건축전기설비 등이 있음. 하수처리시설은 침사지, 유입펌프, 생물반응조, 송풍기, 이차침전지, 소독 및 용수 공급, 방류펌프, 슬러지 및 탈취설비로 구성되어 있음. <그림 3-80> 하수처리 공정도 기계적-생물학적 전처리 시설은 크게 기계적 처리공정과 생물학적 처리 공정 으로 구분됨. 기계적 처리공정에서는 파쇄와 선별이 주 공정이며, 회수대상인 품목으로서는 유기성 물질의 분리가 일차적임

196 기계적 처리공정의 주요 구성은 입도선별기, 자력선별기, 전하선별, 풍력선별 및 적외선 선별기로 구성되어 있음. 생물학적 처리공정은 기계적 처리공정에서 선별되거나 분리 수집되어 모여진 유기물을 대상으로 하며, 유기물 특성에 따라 혐기성 및 호기성으로 처리함. <그림 3-81> 기계적-생물학적 전처리(MBT) 공정도 2. 최적가용기술 적용 사례 2.1 국외의 최적가용기술 조사 각 나라별 유해대기오염물질 방지시설과 관련한 BAT 정의를 <표 3-40>에 나 타내었음

197 <표 3-40> 각 국가별 유해대기오염물질 방지시설과 관련한 BAT 정의 국가 영국 1) 미국 독일 오스트리아 유럽연합 최적가용기술 (Best Available Technology) 최적(Best) 가용(Available) 기술(Technology) - 가장 효과적인 방 법을 의미 - 실제로 이용가능 하여야 함 - Pilot 규모로 증명 된 기술도 포함 - 외국기술 포함 - 사후처리기술을 포 함한 공정의 개선, 연 료대체 등을 모두 포 함 - 편익이 비용보다 커야 함. - 개별 기업의 경영 여건을 고려하지는 않음. - BACT(Best Available Control Technology) : 주요 배출원에서 배출 되는 오염물질의 최대감축 정도에 근거한 배출한계. 허가기관이 사 안별로 환경 및 에너지, 경제, 그리고 비용을 고려하여 결정하며 청 정연료, 혁신적인 연소기술 등을 포함하여 공정, 시스템, 기술을 적 용하여 달성 할 수 있는 값 - LAER(Lowest Achievable Emission Rate) : 같은 종류의 오염원에 대하여 각 주의 실행계획에 포함되어 있는 것 중 가장 엄격한 배출 한계치, 혹은 실제로 달성 가능한 가장 엄격한 배출 한계치를 반영 한 배출율을 의미 - 배출수준을 실제로 저감할 수 있다고 여겨지는 최고수준의 공정, 시설 및 운전 모드를 모두 포함. 해당 기술이 다른 공정에서 성공 적으로 사용되었을 경우에는 이용가능하다고 판단. 비용은 처음 BAT를 규정할 때 고려되고 허가 과정에서는 반영하지 않음 - 신뢰할만한 과학적 지식을 근거로 그 기 능이 시험되고 증명 되어진 최신의 기술 과 공정, 설비, 운전 방법 - 높은 수준의 환경 보호를 달성하는데 있어서 가장 효과적 인 것을 의미 - 원칙적으로 새로운 기술의 성공예가 한 번이라도 있으면 성 립 - 경제적/기술적으로 가능한 조건하에서 관련 산업에서 적용 할 수 있는 규모로 개발된 것을 의미 - 직접적인 정의는 없음 - 대기배출시설의 경 우 관리 방법의 개선 은 법적인 BAT 정의 에 포함되지만, 에너 지와 원료물질의 효 율적 사용은 비포함 - 폐수의 경우 효율 적인 물사용 방법은 포함 - 기술 그 자체뿐만 아니라 장치의 설계, 건설, 유지, 운전 및 해체를 포함 단, 영국에서는 BAT 대신 BATNEEC(Best Available Techniques Not Entailing Excessive Cost) 사용 출처 : 공성용, 외국의 BAT 제도분석과 국내도입을 위한 과제, 환경정책평가연구원, (2001)

198 BAT 정의를 살펴보면 BAT는 오염방지에 효과적인 모든 기술과 방법뿐만 아 니라 경제성까지도 포함하여 정의하고 있는 것으로 나타났음. 폐기물 소각시설의 경우 POPs와 같은 유해대기오염물질 저감을 위해 스톡홀 름 협약 사무국에서 제시한 폐기물 소가의 BAT 가이드라인 있음. <표 3-41> 일반연소기술 상의 스톡홀름협약 BAT 가이드라인 항목 로의 설계 연소대 내의 가스상 온도 연소실 조건 운전형태 모니터링 시스템 제어장치 구축 스톡홀름 협약 - 폐기물의 특성에 맞추어 설계 - 도시폐기물 : 850~950 - 염소함량이 높은 폐기물 : 1,000~1,200 - 충분한 체류시간과 혼합 - 1차 및 2차 공기 예열 - 최적온도를 유지하기 위한 자동보조버너 설치 - 벙커 및 저장설비의 공기를 연소공기로 사용 - 연속공정 - 최적온도 미달 시 폐기물공급 자동 중단 시스템 설치 - 모니터링 시스템 구축(그레이트 속도, 온도, 압력차 및 CO, CO 2, O 2 의 농도 등) - 폐기물 공급, 그레이트 속도, 온도, 부피, 1차 및 2차 공기의 분배 조절 출처 : Article 5 and Annex C of the Stockholm Convention, 2004 스톡홀름협약에서 정한 폐기물 형태에 따른 소각기술의 BAT를 <표 3-42>과 <표 3-43>에 정리하였음

199 <표 3-42> 도시폐기물/유해폐기물/하수슬러지 소각기술의 최적가용기술 폐기물 형태 도시폐기물 유해폐기물 하수슬러지 스톡홀름 협약 - 이동화격자 소각로 : 장시간의 운전 경험이 있음 - 수냉식 화격자 소각로 : 고열량의 도시폐기물 처리 - 화격자형 로타리킬른 : 처리량이 적은 도시폐기물 처리에 가능 - 유동층 소각로와 스프레더/스토커 소각로 : RDF와 같은 일정한 크기의 폐기물 처리 - 로타리킬른 사용(액체 및 고체와 같은 페이스트 처리 가능) - 수냉 킬른 : 더 높은 온도에서 운전 가능, 고열량의 폐기물 처리 - 열회수 보일러 설치 시 : 다이옥신류 배출을 조절할 수 있는 처 리시설 준비(예, 활성탄 분사/흡착) - 포장된 폐기물의 파쇄 - 폐기물 공급균질화 시스템 필요 - 유동층 소각로 사용 - 순환유동층 소각로 사용 시 층물질을 보존하기 위한 싸이클론 설치 필요 - 건조공정에서 발생된 열의 회수 : 보조연료 사용량 저감 - 혼소 시 공급 기술의 중요성 (이송, 분배, 혼합) 출처 : Article 5 and Annex C of the Stockholm Convention,

200 <표 3-43> 배가스처리의 최적가용기술 항목 입자제거기술 산성가스 제거기술 배가스 정화기술 촉매에 의한 질소산화물 제거기술 스톡홀름 협약 - 배가스로부터의 먼지제거는 필수임 - 전기집진기(먼지의 전기저항값 고려)와 여과집진기가 효과적 : 다이옥신류 형성 최소화를 위해 200 이하에서 운전 - 싸이클론과 멀티싸이클론 : 거대입자 제거하기 위한 전처리 단계로 활용 - 반건식세정탑 + 여과집진기 : 효과적 - 여과집진기 1) 수분응축 및 부식 방지를 위해 가스흐름은 이슬점(130~140 ) 이상 유지 2) 스크러빙 시스템 사용 시 모니터링 필요 - 습식스크러버 : 용해성 있는 산성가스의 제거에 가장 효율적 - 소용량의 스크러버 : 스크러버의 막힘을 방지하기 위해서 먼지의 사전제거 필요 - 활성탄 등의 스크러버 충진물 : 다이옥신류 70%까지 저감 - 반습식 스크러빙 : 높은 제거효율, 여과집진기 전단에 위치 - 여과집진기의 주입구 온도 : 130~140 이상 (백의 응축 및 부식 예방) - 추가적인 먼지제거 시 여과집진기, 습식전기집진기 및 벤츄리 스크러버 사용 - 이중필터 : 1mg/m3 이하의 집진효율 달성 - 효과적인 기법들의 기적용 : 비용효용성 측면에서 적절치 않음 - 설비 부담이 큼. - 선택적촉매환원 : 질소산화물 및 다이옥신류 제거 (98~99.5%의 제거효율) - 배가스 온도 : 250~400 로 재가열 - 먼지 및 산성가스의 제거 후에 설치 - 경제성 측면에서 대형설비에 적합 출처 : Article 5 and Annex C of the Stockholm Convention, 2004 폐기물 부문의 경우 현재까지 온실가스 저감을 위한 최적가용기술과 BM계수 의 개발 및 적용사례가 전무하여 본 장에서는 폐기물 부문에 대한 온실가스 저감 정책과 온실가스 저감기술에 대해 서술하고자 함 폐기물 부문 온실가스 저감 정책 사례 캘리포니아 AB 32는 2006년에 제정된 캘리포니아 지구온난화방지법 (California s Global Warming Solutions Act of 2006)으로 온실가스배출을 저감하기 위해 포괄적 규제책과 시장체제를 도입하기로 한 것임

201 2006년 캘리포니아주 의회는 하원법안 32(Assembly Bill 32)를 통과시켰고, 공 화당소속의 주지사인 Schwarzenegge가 2006년 9월 27일 서명하였으며2007년 1월부 터 시행되고 있음. 동법은 2020년까지 1990년 수준으로 온실가스를 감축하는 것을 목표로 하고 있으며, 캘리포니아 대기자원청(California Air Resources Board: ARB)70)에게 별개의 온실가스저감 초기 행동안을 마련함과 동시에 2020년 기준을 준수할 방안에 대한 범위계획(scoping plan)을 마련하도록 하고 있음. 2020년 목표치를 달성하기 위해 2011년부터 감축방법이 적용될 예정임. 캘리포니아 AB 32의 범위계획은 기후변화를 일으키는 온실가스를 감축하는 캘리포니아주의 주요전략을 담고 있는데 채택된 범위계획은 직접적 행정규제, 대체 준수체계(alternative compliance mechanisms), 금전적ㆍ비금전적 유인책, 자발적 참 여, 총량규제거래제와 같은 시장체계, 규제비용과 프로그램예산충당책 등을 포함하 고 있음. AB 32 범위계획은 총량규제거래방식(cap-and-trade program)을 주요한 온실가 스저감책의 하나로 채택하고 있음. 총량규제거래방식은 발전부분, 대형 공업배출원, 교통연료, 상업용ㆍ가정용 천 연가스사용으로부터 나오는 캘리포니아 온실가스의 85%이상의 배출에 대해 총량을 정하고 있음. 총량규제거래방식에서는 총량규제를 받은 오염원으로부터 배출되는 온실가스 의 총량이 설정될 것임. 총량규제를 받는 사업장(facilities)은 온실가스배출허용량을 거래할 수 있음. ARB는 불균형적으로 악영향을 받는 지역사회에 대한 배려를 포함하는 AB 32 의 요구조건을 충족시킬 수 있는 실현가능한 총량규제거래방식을 설계하기 위해 이 해당사자들과 협력하고 있는바, 시장자문위원회(Market Advisory Committee)도 ARB 의 총량규제거래제도설계에 자문을 하고 있음. AB 32에 따르면, ARB는 반드시 2011년 1월 1일까지 총량규제거래규제를 제정 해야 하며, 총량규제거래는 2012년에는 반드시 시작해야 함. 또한 캘리포니아는 캘리포니아주 단독으로 총량규제거래제를 시행한 것보다는

202 공동으로 온실가스저감을 하여 비용을 줄이기 위해서 서부기후계획(Western Climate Initiative: WCI)을 통해 지역총량규제거래제를 설계하려고 미국서부 6개주와 4개의 캐나다 주와도 면밀히 협력하고 있음. AB 32는 2020년까지 달성할 배출기준으로 작용할 1990년 기준의 주 전체의 배출량을 산정하도록 하고 있음. 2007년 12월, ARB의 1990년에서 2004년 기록을 바탕으로 ARB는 2020년 배출 기준은 4억2천7백만 톤의 탄소배출량으로 승인하였음. AB 32는 의무적 온실가스배출보고를 채택하고 있고 2007년 12월 ARB는 대형 공업배출원에 대해 온실가스자기배출량을 보고ㆍ검증하도록 하는 규정을 채택하였 음. AB 32는 2010년 1월 1일 이전에 실행 가능한 별개의 조기행동규정을 채택할 것을 요구하였는데 ARB은 매립장, 자동차연료, 자동차냉각기, 타이어공기압, 항만운 영, 선박충전 등에 영향을 미치는 9가지 별개의 조기행동조치를 채택하였음. The California Integrated Waste Management Board(CIWMB)에서는 전체 버려 지는 쓰레기의 약 94%가 매립되고 있는 것으로 추산하고 있음. 매립지들 중 41개소의 매립지는 별도의 배출방지 장치가 없는 것으로 확인되 었음. 생활폐기물 매립지에 대한 CIWMB에서 제안한 온실가스 배출 감축에 관한 전 략은 다음과 같음. 1) 온실가스 배출 제어장치(포집 및 연소시설)의 설치 2) 매립가스 메탄의 에너지 회수율을 증가시키는 것 3) 매립가스 중의 메탄 포집 효율을 증대시키는 시설의 설치 이러한 전략을 기본으로 CIWMB에서는 2010년까지 약 1.0MMTCO2e, 2020년까 지는 약 3.0MMTCO2e의 온실가스 감축량을 기대하고 있음. EU의 경우 현재 EU-ETS 2기가 진행 중이나 폐기물 분야는 포함시키지 않고 있음. 다만, 폐기물발생에서부터 관리를 하여 매립지에 반입되는 폐기물의 매립량을

203 감소시키기 위하여 EU에서는 Council Directive 1991/31/EC(Landfill Directive) 지침 을 정하여 매립지에 반입되는 생분해 가능한 폐기물의 반입량을 제한하였음. 1995년의 매립폐기물량을 기준으로 2010년은 75%, 2013년은 50%, 2020년은 35%까지 생분해 가능한 폐기물의 반입량을 규제하고 있음. 영국에서는 Landfill Allowances and Trading Scheme(LATS)를 시행하여 생분해 가능한 폐기물의 매립량을 할당하였음. 뉴질랜드(NZ-ETS)와 호주의 경우 배출권거래제도를 현재 준비 중에 있음. 뉴질랜드의 경우 폐기물 부문은 2013년 1월 1일부터 시행할 계획이며, 폐기물 부문에서 하 폐수 분야는 정확한 온실가스 배출량 산정이 어렵다는 이유로 제외시 켰음. 또한, 폐기물 부문의 경우 무상할당이 아닌 유상할당을 실시하기로 하였으며, 이는 폐기물 처리비용이 소비자에게 전가될 것을 우려하였기 때문임. 호주의 경우 연간 2만5,000톤 이상 온실가스를 배출하는 사업장을 대상으로 탄소오염감축제도(Carbon Pollution Reduction Scheme)를 시행할 계획이며, 대상분야 는 에너지산업, 자원산업, 운송산업, 산업처리 및 폐기물 그리고 조림산업분야이며 할당방식은 아직 정해지지 않았음 폐기물 부분 온실가스 저감기술 적용 사례 가. 하수처리장 현재 바이오가스는 스웨덴, 독일, 미국 등 목재자원이나 폐기물이 풍부한 국가 에서 주로 이용되고 있음. 2007년 EU에서는 20MTOE 이상 추정되는 부존량 중에서 5.9MTOE 정도의 바 이오가스가 생산되고 있으며, 중국의 바이오가스는 1990년대 말부터 급속하게 보급 되어 2005년에는 3.4MTOE(80억m3) 정도가 이용되고 있음. 또한 미국은 2005년에 10.26MTOE 정도의 바이오가스가 생산되었으며, 일본은 0.15MTOE 정도의 바이오가스가 이용되고 있음. EU내에서도 독일의 경우 축산농가의 소규모 열병합발전(CHP) 증가로 2006년 에는 3,500건에 달하고 있음

204 이는 바이오가스를 이용한 전력공급시 고정가격 매입제도에 따른 것이며, 또 한 전체 바이오가스 이용에서도 전력공급업 중에서 CHP가 우위를 차지하고 있는 데에 기인함. 영국은 매립지(377개 시설), 하수처리장(125개 시설)에서 바이오가스 및 매립지 가스 생산이 증가되고 있음. 주된 이용형태는 대부분 발전용이며, 이는 신재생에너지 이용증서에 바이오가 스 이용이 의무화 대상으로 포함된 것이 증가 원인 중 하나로 판단됨. 스웨덴에서는 매립지(139개 시설), 하수처리장(70개 시설)에서 바이오가스가 생 산되며, 하수처리장에서 발생하는 바이오가스가 많음. 열공급 및 발전용뿐만 아니라 바이오가스의 12%가 수송용 연료로 사용되는 것 이 특징임. 수송용 연료로 사용되는 바이오메탄은 1992년에 사용을 개시하였고, 1996년부 터 본격적 도입이 시작되었으며, 현재는 버스, 트럭, 철도 등으로 사용되고 있음. 일본은 실증실험을 통한 바이오가스 설비도입을 추진하고 있으며, 바이오가스 생산은 주로 축산분야, 식품, 음식물쓰레기, 하수분야에서 증가되는 추세임. 하수처리장에서의 바이오가스 발생량은 1일 8,000m 3 가 1일 약 5,000m 3 정도임. 정도이며, 정제 메탄가스 이 중에 3,000m 3 을 하수처리장에서 사용하고 나머지 2,000m 3 을 CNG (Compressed Natural Gas)자동차에 공급하고 있음. 일본의 山 形 市 에서는 소화가스를 이용한 가스엔진발전기(1998년 가동 : 179kW 1기)와 연료전지발전기(2002년 가동 : 100kW 2기)의 2방식으로 발전을 실 시하고 있음. 발전에 의한 전력은 연간 264만kWh(2003년도 실적)이며, 처리장내 소비전력의 40%를 충당하는 외에 발전배열은 소화조의 가온이나 시설의 냉난방 등에 이용되고 있음

205 <그림 3-82> 일본 山 形 市 소화가스 발전사례 고베시에서는 소화가스를 정제하여 메탄농도 98%의 바이오가스로 재생하여 하 수처리장내의 연료로 이용하거나 천연가스 자동차 연료로 활용하고 있음. 또한, 고베시 지구온난화방지실행계획 에 명시된 CO 2 감축과 화석연료 소비 감축 등 환경보호를 목적으로 하고 있음. 東 灘 처리 공장에서 발생하는 소화 가스는 대략 8,000 Nm 3 /일로, 바이오 가스 5,000 Nm 3 /일로 재생할 수 있음. 이 가스를 가스탱크에 저장하고 하수처리장내 이용으로 3,000 Nm 3 /일, 하수처 리장 외부 공급으로 2,000 Nm 3 /일로 사용되고 있음. 이것은 하루에 시내버스 40대분(50km/일 여행의 경우) 연료이고, CO 2 삭감량은 연간 1,200t에 해당하며, 대상으로 공용차, 시내버스, 쓰레기 수거 차량과 민간 운송 차량 등 100대 이상의 차량에 공급하고 있음. <그림 3-83> 고베시 바이오가스 자동차 연료화 하수처리장에서 발생하는 하수슬러지를 고형연료화로 활용하여 온실가스를 저 감시키는 사례도 있음

206 도쿄의 東 部 슬러지플랜트는 하수오니에서 탄화물을 제조하여 화력발전소에 공 급하여 석탄의 대체연료로 이용하고 있음. 탄화물의 제조공정에서 질소를 포함함 열분해가스를 950 의 고온에서 연소시 켜, 아산화질소(N 2 O)의 발생을 크게 제어하고 있음. 東 部 슬러지플랜트에서 탈수 처리된 연간 99,000t의 탈수오니를 원료로 연간 8,700t의 탄화오니연료를 제조하고 있음. 이 탄화오니연료를 석탄화력발전소에서 석탄의 대체연료로 하여 석탄에 1%정 도로 혼합해 이용하고 있으며, 제조된 탄화물은 발열량이 일반 석탄의 1/3 정도로 낮은 품질의 석탄에 상당하고, 악취가 없으며 품질(발열량)이 안정한 특정을 가지고 있음. <표 3-44> 東 部 슬러지플랜트 온실가스 저감효과 소각처리시 발생하는 온실가스의 저감효과 발전소의 연료사용량 절감에 의한 온실가스 저감효과 약 6,700t-CO 2 /연 약 37,000t-CO 2 /연 <그림 3-84> 오니탄화공정도 <그림 3-85> 오니 탄화사업 개요도

207 하수처리장에서 신재생 에너지를 활용하는 사례도 있는 것으로 조사되었음. <표 3-45>은 미국의 하수처리장에서 태양광발전시스템을 적용하여 탄소중립을 이루고 있는 사례를 나타낸 것임. <표 3-45> 미국의 하수처리장 태양광발전시스템 적용 사례 처리장 Oroville 하수처리장 Alvarado 하수처리장 위치 Oroville california 샌디에고 용량 520kW (최대) 1,135MWPV 설치면적 acres(rooftop) PV 패널 약 5,000매 (120W bp solar panels) 6,128매 (kyocera 130TM, kyocera 200GT) 에너지 생산 - 처리장 사용전력의 20% 생산 에너지 절감 소비되는 부하의 80% 담당 $400,000/year 전경 기타 2002년 8월 완공 풍력에너지는 큰 풍속을 안정적으로 얻을 수 있는 지역에서의 도입이 기대되 고 있으며, 현재 국내에는 적용사례가 없으나, 일본의 경우 2개소의 하수처리장에서 풍력발전이 도입되어 있음(<표 3-46> 참고). <표 3-47>에 정강시 나카지마 정화센터의 풍력발전시스템의 적용 사례를 구체 적으로 나타낸 것임. 또한, 하수처리장에서 소수력 발전을 적용한 사례를 <표 3-50>에 나타내었음

208 <표 3-46> 일본의 하수처리장 풍력발전 적용현황 하수처리장 명 시즈오카현 카케가와시 오스가 정화 센터 정강시 나카지마 정화 센터 정격 출력 (kw) 660 1,500 정격 출력 풍속 (m/s) 최소 출력 풍속 (m/s) 연간 발전량 (만 kwh) 전력소비에 차지하는 비율 거의 100% 20% 정도 가동년도 2002년 2004년 <표 3-47> 나카지마 정화센터의 풍력발전시스템의 적용 사례 정격출력 - 1,500kW 제원 - 날개직경 70m, 지상고 65m(최고도달점 100m) 설치장소 - 처리장내 방류구 부근 용도 - 내부 전력용 풍차의 종류 - 수평형 프로펠러식(3매 블레이드) 발전량 - 연간 256만 kwh 전력충당률 - 연간 소비전력의 약 20% 총사업지 - 약 3억 5천만엔 전경 시스템의 특징 - 연간 166만kWh 발전시 CO 2 삭감량은 약 626 t-co 2 - 본 설비는 널리 시민에게 개방되고 있어 수시 견학이 가능 - 풍차 부근에는 발전전력 및 풍속을 리얼타임에서 확인할 수 있도록 풍력발전시스템 표시판이 설치되어 있음

209 <표 3-48> 일본 하수처리장 소수력 발전 적용현황 하수처리장 명 동경도 카사이 처리장 동경도 모리가사키 물재생센터 코베시 스지란다이 하수처리장 쿄토시 이시다 물환경보전센터 정격 출력 (kw) 평균 유량 (m 3 /s) 유효 낙차 (m) 연간발전량 (만kWh) 전력소비에서 차지하는 비율(%) 하수처리시설은 다소비 에너지 시설로서 에너지 절감을 통한 온실가스 저감을 이루는 사례도 있음. 나고야시 하수처리시설에서는 초미세기포식 산기장치를 도입하고, 송풍기의 최적용량산정을 통한 기기교체를 실시하여 종합적으로 에너지 저감을 실시하였으 며, 그 결과, 기기도입 전후와 비교하여 약 30%정도의 전력사용량이 감소하였음. 하수도시설전체에 저렴한 IC칩을 이용한 전력량계를 설비마다 설치하고, 사용 전력량을 세밀히 파악하고 있으며, 이 데이터를 기초로, 세밀한 운전관리를 실시하 고 사용전력량의 제어를 도모하고 있음. 하수도시설에서 설비의 변경 시에는 고효율의 기기 및 설비의 도입을 실시하 고 있음. 이러한 대책에 의해, 하수도시설전체에는 2000년 대비 약 7%의 전력사용량을 절감하는데 성공하였음. 일본의 요코스카시에는 하수처리수를 재처리해서 재이용수로 공급하는 사업을 적극적으로 몰두하고 있음. 이때, 재이용수의 필요 및 목적에 요구되는 수질을 고려하고, 재처리에 필요한 에너지 원단위에 주목하고, 에너지 소비가 적은 처리방식을 채택하여 에너지절약을 실현하고 있음

210 <표 3-49> 하수처리수 재이용 사례 사례 1 사례 2 사례 3 이용목적 수경용수 수경용수 공업용수 사용량 432 m 3 /d 648 m 3 /d 4,000 m 3 /d 재처리 방법 최종침사지 급속여과 자외선소독 최종침사지 급속여과 자외선소독 염소접촉탱크 고속여과 오존처리 전력량 원단위 0.389kWh/m kWh/m kWh/m 3 미타가시 東 部 하수처리장은 에너지비용을 효과적으로 저감하기 위하여, 하수 처리용 송풍기, 수중교반기 및 조명에 에너지 절약기기를 도입해 사용전력량과 CO 2 배출량의 저감을 행하고 있음. <표 3-50> 에너지절약효과 사업내용 기존 대책 후 사용량(kWh) 사용량(kWh) 하수도송풍기 인버터제어 745, ,000 하수도수중교반기 인버터제어 1,198, ,000 조명기기 에너지 절약 21,300 16,300 환기 팬 에너지 절약 98,500 93,700 환기 팬 주기적 운전 95,200 66,200 합 계 2,158,700 1,265,200 처리장 전체 5,009,200 4,115,200 도쿄에서는 수처리공정에 소비되는 전력에서 반응조 내의 송풍전력이 약 40% 를 차지하고 있는 것에 착안하여 도쿄내의 일부 하수처리장에 미세기포 산기장치를 도입하여 효과를 검증한 결과 종래의 산기장치와 비교하여 약 20%의 전력절감이 가능하여, 소비전력량이 많은 곳부터 순차적으로 도입하고 있음

211 <그림 3-86> 산기장치 개선에 의한 전력절감 개요도 또한, 도쿄에서는 동경연안의 적조 발생 원인이 되는 질소 인을 제거하기 위해 고도처리(A2O)법을 도입하였으나 고도처리도입에 따른 소비 전력량이 증가하였음. 이에 에너지 절약형 교반기에 대한 예비조사를 실시한 결과 기존 교반기에 비 해 약 40%의 절감효과가 나타나는 것으로 조사되어 에너지 절약형 교반기 도입을 순차적으로 실시하고 있음. 나. 폐기물 <그림 3-87> 고도처리시설(A2O법) 폐기물매립지에서 발생하는 매립가스의 경우 전처리를 통해 발전 및 차량연료 로 활용하는 사례가 많음. <표 3-51>는 2008년~2009년 사이에 매립가스와 관련하여 등록된 CDM 사업 현 황을 나타낸 것임

212 <표 3-51> 폐기물 매립가스 CDM 사업 현황( 년) Registered Title Host Parties 매립가스 처리시설 매립기간 매립량 (톤) 모델링 방법 CDM기간 중 CH 4 발생량(톤) Annual ERs (tco2/yr) Methodology Crediting Period. Credit start 30 Jan 08 PROBIOGAS-JP João Pessoa Landfill Gas Project Brazil enclosed flare ,000,000 FOD 137, ,150 ACM0001 ver.5 ACM0002 ver.6 7 ( ) Jan 08 Proactiva Mérida Landfill Gas Capture and Flaring project Mexico enclosed flare (>700 ) 1997~2010 2,622,031 FOD - 106,340 ACM0001 ver.5 7 ( ) Feb 08 Montevideo Landfill Gas Capture and Flare Project Uruguay Flaring system 1990~ ,450,635 FOD 159, ,790 ACM0001 ver.5 ACM0002 ver.6 7 ( ) Feb 08 Retamim Landfill Project Israel Electricity generator, Flaring system 1978~2003 5,883,639 Land GEM 16,073 53,715 ACM0001 ver.5 7 ( ) Feb 08 ESTRE Pedreira Landfill Gás Project (EPLGP) Brazil Flaring system 2001~ ,709,860 FOD 172, ,315 ACM0001 ver.5 ACM0002 ver.6 7 ( ) Feb 08 Durango EcoMethane Landfill Gas to Energy Project Mexico Electricity generator(1mw), Flaring system 1974~2015 3,497,851 FOD (EPA) 62,828 83,340 ACM0001 ver.5 AMS-I.D. ver ( ) Mar 08 Jaroensompong Corporation Rachathewa Landfill Gas to Energy Project Thailand Electricity generator(1mw), Flaring system 1999~2001 4,700,000 FOD 48,623 47,185 ACM0001 ver.5 10 ( ) Mar 08 AESA Misiones (Proactiva Group) Sanitary Landfill Gas capture and flaring project Argenti na Flaring system 2001~2016 1,336,009 FOD 33,302 37,236 ACM0001 ver.5 10 ( ) Apr 08 Nanning Landfill Gas to Energy Project China Electricity generator, flaring 1995~2015 2,176,447 FOD (EPA) 160, ,195 ACM0001 ver.5 AMS-I.D. ver ( ) May 08 Terrestre Ambiental Landfill Gás Project Brazil Flaring system 2003~2009 3,225,595 FOD 78, ,222 ACM0001 ver.5 ACM0002 ver.6 7 ( )

213 <표 3-53> 폐기물 매립가스 CDM 사업 현황( 년) (계속) Registered Title Host Parties 매립가스 처리시설 매립기간 매립량 (톤) 모델링 방법 CDM기간 중 CH 4 발생량(톤) Annual ERs (tco 2/yr) Methodology Crediting Period. Credit start 26 May 08 Mianyang Landfill Gas Utilsation Project China Internal combustion Engine & Generator system(2mw), Flaring system 1998~2012 2,200,000 Land GEM 43,860 93,539 ACM0001 ver.5 AMS-I.D. ver ( ) May 08 CTRVV Landfill emission reduction project Brazil Flaring system 2002~2031 5,130,001 Land GEM 65,932 94,454 ACM0001 ver.5 7 ( ) May 08 Alto-Tietê landfill gas capture project Brazil flare( , retention time>0.3s) 2000~2014 9,721,296 FOD 291, ,595 ACM0001 ver.5 7 ( ) May 08 Pontianak - GHG emission reduction through improved MSW management LFG Capture, Flaring and Electricity Generation Indonesia Electricity generator, flaring 1996~2016 1,188,044 FOD 33,612 49,098 ACM0001 ver.5 7 ( ) Jul 08 Regional landfill projects in Chile Chile enclosed flare ( , retention time>0.3s) 1985~2010 3,718,661 Mexico Model 38,926 70,299 ACM0001 ver.5 10 (2008~2018) Jul 08 Kunming - Wuhua Landfill Gas to Energy Project China Electricity generator, flaring 2001~2012 5,998,759 FOD (EPA) 121, ,602 ACM0001 ver.5 AMS-I.D. ver ( ) Jul 08 Feira de Santana Landfill Gas Project Brazil flaring 2002~2013 1,642,199 Land Gem 33,376 42,572 ACM0001 ver.6 ACM0002 ver.6 7 ( ) Aug 08 Kuantan Jabor-Jerangau Integrated Landfill Management Malaysia flaring(1,000-1,200, residence time >0.3s) 1993~2007 1,612,323 FOD 17,177 15,418 ACM0001 ver.5 10 ( ) Aug 08 Proactiva Tijuquinhas Landfill Gas Capture&Flaring project Brazil enclosed flare(>700, retention time>0.3s) 1991~2013 3,897,442 FOD 106, ,194 ACM0001 ver.5 7 ( ) Corrections Landfill Gas Management Project Puerto Vallarta Landfill site, Mexico Mexico leachate forced evaporation system (900-1,200 ), flaring 1981~2006 1,828,472 Mexican model 17,423 52,267 ACM0001 ver.5 7 ( )

214 <표 3-53> 폐기물 매립가스 CDM 사업 현황( 년) (계속) Registered Title Host Parties 매립가스 처리시설 매립기간 매립량 (톤) 모델링 방법 CDM기간 중 CH 4 발생량(톤) Annual ERs (tco2/yr) Methodology Crediting Period. Credit start 27 Aug 08 Tianjin Shuangkou Landfill Gas Recovery and Electricity Generation China Electricity generator, flaring 2004~2006 4,760,876 FOD 68, ,444 ACM0001 ver.5 AMS-I.D. ver.10 7 ( ) Nov 08 Milpillas Landfill Gas Recovery Project Mexico flaring(1,200 ) 1973~ ,176,200 FOD 73, ,588 ACM0001 ver.7 10 ( ) Nov 08 Fuzhou Hongmiaoling Landfill Gas to Electricity Project China gas engine(2.5mw), flaring 1995~2007 6,412,500 Canyon Scholl 67, ,194 ACM0001 ver.5 10 ( ) Nov 08 Kunming Dongjiao Baishuitang LFG Treatment and Power Generation Project China gas engine(1.5mw) flaring(800~1,000, retention time>0.3s) 2001~2007 2,082,526 Land Gem 26,056 62,403 ACM0001 ver.6 ACM0002 ver.6 10 ( ) Minor corrections Phuoc Hiep I sanitary Landfill gas CDM project in Ho Chi Minh City VietNam Electricity generator(3mw), flaring 2003~2007 1,940,894 Tier2 58, ,351 ACM0001 ver.6 AMS-I.D. ver.12 7 ( ) Dec 08 Shenyang Laohuchong LFG Power Generation Project China gas engine(6mw), flaring(800-1,000, retention time>0.3s) 2003~2018 5,614,571 Land Gem 56, ,570 ACM0001 ver.6 ACM0002 ver.6 10 ( ) Jan 09 Dong Thanh Landfill gas CDM Project in Ho Chi Minh City VietNam Electricity generator(1mw) flaring, leachate recirculation 1991~2002 3,191,724 Tier2 62, ,618 ACM0001 ver.6 AMS-I.D. ver.12 7 ( ) Mar 09 Durban Landfill-Gas Bisasar Road South Africa spark ignition engine generator (4MW), flaring - - GasSim - 342,705 AM ( ) Jan 09 Methane capture and destruction on La Hormiga landfill in San Felipe and El Belloto landfill in Quilpue Bundle CDM project. Chile enclosed flare (1,000-1,200, retention time>0.3s) 1993~2008 1,620,373 FOD 11,610 36,486 ACM0001 ver.7 10 ( ) Feb 09 Curva de Rodas and La Pradera landfill gas management project Colombia enclosed flare (>1,000, retention time>0.3s) 1984~ ,967,500 FOD 103, ,321 ACM0001 ver.7 7 ( )

215 <표 3-53> 폐기물 매립가스 CDM 사업 현황( 년) (계속) Registered Title Host Parties 매립가스 처리시설 매립기간 매립량 (톤) 모델링 방법 CDM기간 중 CH 4 발생량(톤) Annual ERs (tco2/yr) Methodology Crediting Period. Credit start 12 Feb 09 Monterrey II LFG to Energy Project Mexico gas engine(8mw), flaring 1999~2005 6,170,000 FOD 79, ,323 ACM0001 ver.7 7 ( ) Feb 09 SANTECH Saneamento & Tecnologia Ambiental Ltda. SANTEC Resíduos landfill gas emission reduction Project Activity Brazil flaring 2005~2017 2,435,867 FOD 30,980 39,478 ACM0001 ver.6 7 ( ) Feb 09 Methane capture and destruction on Calle 100 landfill in Havana and Gascon landfill in Santiago de Cuba. Bundle CDM project Cuba electricity generator (3.3MW), enclosed flare (1,000-1,200, retention time>0.3s) 1989~2019 8,942,229 FOD 90, ,162 ACM0001 ver.8 AMS-I.D. ver ( ) Mar 09 Montalban Landfill Methane Recovery and Power Generation Project Philippines gas engine(15mw), enclosed flare 2002~2006 4,602,996 Land Gem 531, ,993 ACM0001 ver.6 AMS-I.D. ver ( ) Mar 09 Salta Landfill Gas Capture Project Argentina flaring 1999~2013 2,116,925 FOD 7,228 10,287 AMS-I.D. ver.13 AMS-III.G. ver.5 7 ( ) Mar 09 Dir Baalbeh Landfill Gas Capture Project in Homs Syrian Arab Republic flaring 2001~2010 2,920,000 FOD 45,461 67,890 ACM0001 ver.8 7 ( ) Mar 09 Tecamac EcoMethane Landfill Gas to Energy Project Mexico modular reciprocating engine, flaring 2004~2014 2,000,435 FOD 29,873 57,196 ACM0001 ver.8 10 ( ) Mar 09 El Empalme Landfill Gas Recovery Project Chile evaporating leachate (2,500L/hr), flaring 2001~2012 1,882,351 FOD 49,481 55,300 ACM0001 ver.6 AMS-I.D. ver ( ) Mar 09 Xiamen Dongfu Landfill Gas-to-Energy Project China electricity generator (3.5MW), flaring 1997~2008 5,490,030 FOD ,296 ACM0001 ver.8 10 ( )

216 2.2 국내의 최적가용기술 조사 온실가스를 저감할 수 있는 방안으로 직접적인 저감방법과 간접적인 저감방법 이 있으며, 최적가용기술의 경우 이 방법 중 하나에 속할 것으로 판단됨. <표 3-52> 온실가스 저감방법의 내용 저감방법 분류 항목 내용 직접 저감방법 간접 저감방법 1차 방법론 대체물질 적용 2차 방법론 대체공정 적용 3차 방법론 공정개선 4차 방법론 온실가스 활용 5차 방법론 온실가스 전환 6차 방법론 온실가스 처리 7차 방법론 신재생에너지 적용 - 공정에서 사용되는 온실가스를 온실가 스가 아닌 물질로 대체 - 공정에서 사용되는 온실가스 배출을 유 발하는 물질을 GWP가 낮은 또는 온실가 스 배출이 없는 물질로 대체 - 온실가스 배출이 높은 공정에 대한 배 출이 적거나 없는 대체공정 - 에너지 효율 향상을 위한 운전조건 개선 등을 통한 온실가스 배출저감 또는 근절 - 온실가스를 재활용 또는 다른 목적으로 활용 - 지구온난화지수가 높은 온실가스를 낮은 온실가스로 전환 또는 온실가스 가 아닌 물질로 전환 - 온실가스를 처리하여 대기로의 배출량 감축 - 신재생에너지를 도입 적용하여 배출 원의 온실가스 배출을 상쇄 8차 방법론 탄소상쇄 - 외부로부터 탄소배출권 구매 폐기물의 경우 국내에서는 현재 매립가스를 이용한 발전이 많이 이루어지고 있으며, 폐기물을 자원화하기 위한 MBT 시설 등이 도입되고 있음

217 <그림 3-88> 매립가스 자원화 <그림 3-88>은 현재 매립가스를 자원화하고 있는 매립지를 나타낸 것으로 온 실가스 에너지 목표관리 대상 업체로 지정된 매립지들도 포함되어 있는 것으로 나 타남. 하수처리장에서도 바이오가스를 이용하여 발전을 실시하고 있음. 바이오가스 발전을 도입하기 위해서는 대체로 메탄가스 농도가 60%이상이어야 하고 또한 이용 가능한 소화가스(잉여가스)가 1,000m 3 /일 이상이어야 가능하며, 설치 를 위한 공간도 10m 10m 정도가 필요함. 국내의 경우 소화조가 설치되어 가동 중인 59개소의 처리장에서 발생한 가스 양은 413,967m 3 /일이며, 이중 약 6%(26천m3)정도가 발전에 사용되고 있음. 소화가스를 발전에 활용하는 처리장은 서울의 난지, 서남, 중랑, 탄천하수처리 장, 부산의 수영하수처리장, 충북의 제천하수처리장, 강원도의 속초하수처리장, 그리 고 제주하수처리장 등 8개 하수처리장이며 전체 발전용량은 16,678kW임

218 <표 3-53> 국내 하수처리장 바이오가스 발전 적용현황 No. 하수처리장 시설용량 (m 3 /일) 위치 발전용량 가동년도 1 난지 1,000,000 서울 고양 덕양구 현천동 720kW 3대 중랑 1,710,000 서울 성동구 송정도 3 탄천 1,100,000 서울 강남구 일원동 846kW 3대 1,200kW 3대 kW 1대 800kW 2대 1,600kW 1대 서남 2,000,000 서울 강서구 양천길 1,600kW 2대 수영 550,000 부산 수영구 안락 2동 750kW 1대 제천 70,000 충북 제천시 천남동 280kW 1대 속초 46,000 강원 속초시 대포동 65kW 5대 제주 130,000 제주 도두2동 375kW 1대 2005 계 8 16,678kW 서울 탄천하수처리장에 설치 및 운영되고 있는 연료전지는 전 세계에 설치된 연료전지 중에서 하수처리장의 소화가스만을 연료로 공급하는 연료전지 발전시스템 임. 소화가스만을 연료로 공급하는 연료전지에 있어 서 소화가스 정제공정 등 연 료공급 장치의 최적화를 통하여 45%의 전기효율과 40%의 열효율을 보이면서 200kW의 전력을 정상적으로 발전할 수가 있음. 탄소중립방안으로 환경기초시설에 태양광발전시설을 도입한 곳도 있음. 우리나라에서 현재 태양광발전설비를 도입한 처리장은 대구의 신천하수처리 장, 강원 춘천하수처리장, 경기 벽제하수처리장, 부곡 하수처리장, 울산시 온산하수 처리장, 경남 진해하수처리장, 충북제천하수처리장 등 7개 하수처리장이며, 전체 발 전용량은 1,526kW임. 미국의 경우 하수처리장에서의 태양광 발전은 관리동 등의 지붕이나 침사지 복개를 이용하여 10~300kW급의 태양광발전이 도입되고 있음. 하수처리장의 부지 중, 관리동의 지붕에 태양광발전을 부설할 경우 하수도시 설의 에너지소비량 중 약 5% 정도를 조달 가능한 것으로 보고하고 있음

219 <표 3-54> 국내 하수처리장 태양광 발전 적용현황 No. 하수처리장 시설용량 (m 3 /일) 위치 발전용량 (kw) 1 신천 680,000 대구 북구 서변동 879 가동년도 1차: 차: 춘천 150,000 강원 춘천시 호반순환로 부곡 10,000 경기 의왕시 월암동 온산 150,000 울산 울주군 온산읍 당월리 진해 60,000 경남 진해시 덕산동 제천 70,000 충북 제천시 천남동 벽제 30,000 경기 일산동구 지영동 계 7 1,150,000 1,526 소각시설에서는 여열을 이용하여 온실가스를 감축하는 사례가 있으며, <표 3-55>는 현재 국내 온실가스 감축 사업에 등록된 여열 이용사례를 나타낸 것임. <표 3-55> 국내 온실가스 감축사업에 등록된 여열 이용사례 No. 대상 소각시설 사업내용 1 비노텍(주) 소각시설 소각열을 이용한 지역난방 열공급 2 부경산업(주) 소각시설 소각열을 이용한 지역난방 열공급 3 성림유화(주) 소각시설 소각열을 이용한 지역난방 열공급 4 SKC(주) 소각시설 5 (주)유성 소각시설 6 한솔홈테코(주) 소각시설 7 대상(주) 소각시설 폐수 미생물 처리로 소각로 연료 사용 절감에 의한 CO 2 감축사업 폐열을 활용하여 생산한 스팀으로 화석연료 사용생산 스팀을 대체하는 사업 유동층 소각로의 폐목재를 이용한 스팀 생산 활동을 통한 CO 2 감축 사업 소각장의 잉여스팀 활용으로 보일러의 연료절 감을 통한 CO 2 감축사업 8 동양제철화학(주) 소각시설 폐수 소각로의 폐수 소각량 절감에 의한 CO 2 감축사업

220 3. 벤치마크계수 적용 사례 폐기물분야의 경우 온실가스 BM계수를 적용한 사례가 없어 현재 국외에서 적 용하는 일반적인 BM계수에 대한 사례를 조사하였음. 배출권 할당방식은 무상할당인 과거배출량 기준 할당 방식(Grandfathering)과 벤치마킹 할당방식과 유상할당(경매)이 있음. <그림 3-89> 산업계 탄소배출권 할당방식 차이 및 분류 과거배출량에 기초한 할당방식은 조기에 감축한 노력(early action)을 반영하지 못하는 단점을 가지고 있음. 그러나 국가가 사업장별 탄소배출량 혹은 탄소집약도의 정도에 따라서 순서를 정하고 그 순서에 따라서 배출권 할당을 차별화할 수 있다면 이는 해당 사업장이 적용하고 있는 청정기술에 대한 인센티브를 제공하게 됨. 즉, 현재 잘하는 기업(front runner)이나 BAT기술 그리고 상위 10%내에 속하는 Best Practice 기업을 대상으로 감축목표량을 선정하고, 이에 근거하여 배출량을 할 당하는 방식임. 이 방식의 장점은 정부의 인위적인 배출권할당으로 인해 시정에서 결정된 배 출량 순위를 변경(수평적 형평성) 시키지 않음과 동시에 기술적이고 경제적으로 도 달 가능한 감축목표를 제시할 수 있다는 점임. 현재 선두주자인 기업에 대해 탄소비용을 절감시키고, 상대적으로 온실가스 배출량이 높은 기업에 대해서는 비용을 부과하는 방식임. 모범사례에 기초한 벤치마킹 할당방식은 기준배출량 산정이 가능하고, 기준년

221 도에 따른 감축목표를 쉽게 선정할 수 있는 장점을 가지고 있음. 그러나, 동일하거나 비슷한 제품과 업종을 구분하고, 각각의 벤치마크 값을 결 정해야 하는 단점을 가지고 있음. 벤치마크 방식은 국가단위로 감축목표를 설정하는 교토메커니즘과는 달리 업 종별로 감축목표를 설정하려는 업종별 접근방식(Sectoral Approach)에서 적용하는 방식임. <표 3-56> 배출권 할당방식의 차이 구분 과거배출량 기준할당 방식 (Grandfathering) 벤치마킹 할당방식 (Benchmarking) 기준배출량 과거년도 배출량 원단위 최소/평균 배출량 장점 단점 적용부문 - 기준배출량 산정 용이성 - 감축목표 산정 용이성 - 지표선정 용이성 - 에너지 고효율과 저탄소 제품 불리 - 국가단위 - 업종별 할인 - 형평성 유지 가능 - 조기행동 인정 가능 - 청정기술 반영 가능 - 선진국 과거책임 면제 가능 - 지표선정 어려움 - 국제협상 업종별 접근 (Sectoral Approach) - 사업장 및 제품 단위 독일은 유럽연합의 배출권거래지침에서 제시한 사업장 단위의 할당지침을 활 용하여 국가할당계획을 수립하였고, 특히 할당규칙에 대해서는 별도의 법령(ZuG 2007, 2012)을 제정하고 있음. 독일은 설비 종류와 도입 시기에 따라서 9개의 할당공식을 배출권할당특별법 (ZuG 2012)에서 규정하고 있음. 배출권할당공식 사례를 살펴보면, - 첫째, 에너지부문에서 과거설비인 경우 이 공식은 과거배출량을 기준으로 배출권을 할당함과 동시에 낮은 적응계수(0.85) 를 통해 높은 감축목표를 부여. 즉 과거배출량에서 약 15% 수준의 감축의무를 부과 한 것임. - 둘째, 에너지부문의 설비이지만 용량이 소규모일 경우

222 과거배출량을 그대로 배출권으로 허용. 즉 적응계수가 1.0이기에 감축을 요구하지 않는 것임. - 셋째, 청정기술로 인정받은 열병합발전(CHP)의 경우 이 사업장에 대해서는 전력과 난방부문의 온수를 구별하여 이중으로 배출권을 할 당하는 더블벤치마킹(double benchmarking)할당방식을 적용 첫째 할당공식 : 에너지부문 과거설비(2002년 12월 31일 이전 설비) 배출허용량 배출량 적응계수 둘째 할당공식 : 에너지설비로 온실가스 연간 25,000톤 이하 배출설비(적응계수 1.0) 배출허용량 배출량 셋째 할당공식 : CHP 부문(2003년 1월 1일부터 2007년 12월 31일까지) 배출허용량 전력부문시설용량 전력벤치마킹값 에너지부문적응계수 온수부문시설용량 온수부문벤치마킹기준치 *적응계수 혹은 순응계수(Compliance Factor) : Top down 방식으로 정해지는 감축 목표량과 Bottom up 방식으로 산출된 실제배출량을 일치시키기 위한 값임. 이때 일 치하는 않는 감축량을 해당부문에 일정하게 배분(1/n)하는 방식과 산업별로 가중치 를 두어 배분하는 방식이 있음. 또한, 제품 및 고정단위로 표준값을 적용할 수 있도록 벤치마크 값을 특별법 에서 공개하고 있음. 제품단위 온실가스 배출량을 기준으로 하여 벤치마킹 값을 활용할 수 있게 하 였음. 벤치마킹 방식은 산출물 원단위당 평균배출량을 기준으로 하여, 이때 필요한 할당은 과거 혹은 현재 그리고 예상 산출량을 기반으로 할 수 있게 되어있음. 이제 사업장 단위의 할당방식이 차별화되는 시점에서 배출허용량 산정의 가장 중요한 요소는 원단위 벤치마크 값이 되었음

223 <표 3-57> 원단위 벤치마킹 기준치 적용 사례 구 분 제품단위 벤치마킹 기준치 전력생산설비 기타연료 사용 750 (g-co 2 /KWh) 천연가스 사용 365 (g-co 2 /KWh) 엔지니어링 전기 사용 530 (g-co 2 /KWh) 온수생산설비 기타연료 사용 345 (g-co 2 /KWh) 천연가스 사용 225 (g-co 2 /KWh) 시멘트설비 제품단위 차별화 845,815,805 (g-co 2 /kg) 유리제품생산설비 제품단위 차별화 330,670 (g-co 2 /kg) 요업생산설비 제품단위 차별화 115,680,130,158 (g-co 2 /kg) <표 3-57>에서 제품 및 공정별 벤치마킹 기준치 사례를 나타내었음. 전력을 생산하는 연료는 천연가스와 석유류로 구분하여 벤치마킹 기준치를 이 산화탄소 750g과 365g으로 차별화하고 있음. 난방설비에서 온수를 생산하는 경우에서도 천연가스를 연료로 사용할 경우에 는 225g과 345g의 이산화탄소로 배출허용량의 기준치를 설정하고 있음. 이외의 산업에서도 생산하는 방식과 제품에 따른 벤치마킹 기준치를 차별하여 설정하고 있음. 벤치마크 계수는 대상 제품 생산에 따른 직접배출량과 간접배출량을 제품 수 로 나눈 값임. 즉 총배출량을 제품단위로 환산한 제품 단위 평균배출량의 개념으로, 다만 간 접배출량인 에너지 소비에 따른 탄소배출량은 해당 에너지원의 배출계수를 곱하여 산출함. 톤 톤 제품단위탄소배출량 에너지소비량 배출계수 다음으로 사업장에 할당하는 연간 배출허용량은 BM값을 기준으로 하되, 사업 장 설비용량과 가동률 그리고 업종별 조정계수를 반영하여 결정함

224 연간사업장배출허용량 배출권 단, BM : 제품단위 벤치마크 기준치 C : 설비용량(tons/year) CF : 설비가동률 AF : 조정계수(correction factors) 이 때 조정계수(AF, 혹은 적응계수 Compliance factor)는 국가감축목표와 실체 배출량의 차이(gap)를 조정하기 위해 산출한 값임. 국가 정책에 따라 이 값은 업종별로 차이를 둘 수 있음. 예를 들어 독일은 에너지업종에서는 이 값을 0.85로 산정하였으며, 이는 에너 지업종 모두 15% 수준으로 온실가스를 절감해야 함을 뜻으로 공동감축목표인 것임. 유럽연합(EU)은 2000년부터 EU-ETS(Emission Trading Scheme)를 설계하고 진 행하여서, 현재는 사업장 단위의 배출권 할당방식으로 유상할당 방식과 벤치마킹 할당 방식을 조합하였음. 내수산업인 에너지산업은 엄격한 감축목표를 설정하거나, 경매를 통한 유상할 당을 실시 제조업에도 유상할당 비율을 점차 높이고 있으나, 수출의존도가 높은 제조업 제품에는 벤치마킹 무상할당 방식을 적용하였음. 수출상품 제조업에서 무상할당 방식이 적용되는 이유는 제품의 국가경쟁력과 직결되기 때문임. 예를 들어, 유럽연합의 수출상품이 유상으로 배출권을 할당받아 상대적으로 높은 탄소비용을 지불하는데 반해, 경쟁 상대국의 수출상품은 무상으로 배출권을 할당받는다면 생산비용의 차이에 따라 유업연합 수출 상품의 국제경쟁력은 저하됨. 유럽연합의 경우 제조업에 초기에 무상으로 할당하던 배출권을 유상할당으로 전환하고 있는 과정에서 문제점이 발생하였음. 유상으로 배출권이 할당된 사업장이 배출권 강제할당이 없는 지역(외국)으로 이전하는 현상이 발생하였음. 이 경우 지구 전체적으로 탄소배출량이 감소되지 않고 오히려 탄소배출이 다 른 지역으로 이전되는 탄소누출(Carbon leakage) 현상이 발생함. 유럽연합은 에너지 다소비 업종을 대상으로 연소설비 용량이 20MW 이상인 사

225 업장을 대상으로 EU-ETS를 운영하고 있음. 유럽연합은 약 12,000개 대규모 사업장을 대상으로 배출권을 할당하고 있으며, 독일은 약 2,000여개 사업장이 현재 배출권을 할당받고 있음. EU-ETS는 기간에 따라 3가지로 구분하여 설정되어 있음(<표 3-58> 참조). <표 3-58> 유럽연합 배출권거래제도 동향 구 분 제1기 (2005~2007) 제2기 (2008~2012) 제3기 (2013~2020) 산업계 감축기준 할당방식 할당규칙 주요 논점 2002년 기준 2005년 기준 연간 1.7% 감축 무상할당 과거배출량 + 업종별 성장률 반영 에너지산업 windfall profit 무상할당 + 유상경매 제조업과 에너지 및 내수산업 차별화 벤치마킹 할당방식 유상경매 중심 수출의존도 높은 제조업 차별화 탄소누출산업 무상할당 carbon leakage EU-ETS 제1기(2005~2007) : 업종별 성장률을 배출권 할당에 반영함. 일부 산업 계는 과거 배출량 수준을 초과하는 수준으로 배출량을 할당받았으며, 에너지산업은 배출권 과다할당(over allocation)으로 인해 추가적인 수익(windfall profit)을 가지게 됨. EU-ETS 제2기(2008~2012) : 산업계에 저탄소 기술에 인센티브를 제공하기 위 해 벤치마크 방식으로 배출권을 할당하였음. 국제경쟁력 유지를 위해 제조업에 대 해서는 온실가스 감축의무를 면제함. 반면에 내수산업인 전력산업에 대해서는 보다 높은 온실가스 감축의무를 부과하였음. EU-ETS 제3기(2013~2020) : 국가별 할당계획(NAP, National Allocation Plan)에 따라서 서로 다른 할당규칙을 가졌던 1기 및 2기와는 달리 3기에는 회원국 공동으 로 하나의 배출권 할당방식이 도입될 예정임. 각국의 배출권 할당방식과 탄소비용 차이가 하나의 유럽연합시장에서 제품가격 차이를 가져올 수 있기 때문임. 유럽연합은 회원국 간의 공정경쟁을 위해 배출권거래지침 부록(2003/37/EC Annex Ⅲ)에서 12가지 배출권할당 기본원칙을 명시하였음(<표 2.16> 참조). 사업장단위의 배출권할당에서 강제적으로 준수해야 할 의무사항을 두 가지로

226 제안함. 1. 사업장 및 업종의 형평성 유지(5번 항목) 2. 사업장 온실가스 인벤토리(10번 항목, 온실가스 배출량 목록 업무, 온실가스 감축과 거래를 위한 기초 통계사항이기에 강제로 준수해야 할 사항) 사업장단위의 배출권할당 방식에서 중요한 평가기준은 공정경쟁을 위한 사업 장간 형평성 유지와 청정기술 고려 및 조기감축 행동을 반영하는 것임. <표 3-59> EU 배출권거래제도 기본 원칙 구분 강제(M)/선택(O) 국가 산업 사업장 설비 1. 교토의정서 감축목표와 일관성 M/O O 2. 배출량 추이 평가 M O 3. 온실가스 감축 잠재력(기술+경제) M/O O O 4. 다른 법률과의 일관성 M/O O O 5. 기업/업종간 차별금지(형평성) M O O O 6. 신규 사업장(배출원 예비할당) O O 7. 조기감축 포함(BAT/benchmark)여부 O O 8. 청정기술(에너지효율 기술) 우대 O O 9. 이해관계자 참여 M 10. 대상사업장 목록 M O 11. 국제 경쟁력 반영 O 12. 교토메커니즘 연계 O O 4. BM 계수 개발 방법론 BM 계수 산정방식은 최적가용기술 기준(best available level)과 실현가능한 기 준(best practice) 그리고 평균값 혹은 상위 10%등에서 선정될 수 있음. 독일은 제2단계 배출권거래제도(2003~2012)를 설계하면서 9개의 다양한 할당공 식을 산출하였음(ZuG 2012 부록 1). 최적가용기술 혹은 best practice에 기초한 벤치마킹 할당규칙을 사업장에 적

227 용하거나 업종 평균 원단위를 기준으로 배출허용량을 할당할 수 있음. 벤치마크를 결정하기 위해서는 먼저 해당 업종과 제품의 배출량이 산출되어야 하며, 이는, 업종과 제품별로 배출량의 평균과 분산이 추이가 각각 다를 것이기 때 문임. 독일의 경우 벤치마크 값을 결정하는 방식에 따라 포함되는 대상 사업장의 수 와 탄소집약도 차이를 나타내며 이를 <표 3-60>에서 나타내었음. <표 3-60> 기준치 설정에 따른 사업장범위와 BM차이 구분 사업장 비율 사업장 누적비율 탄소집약도(tCO 2 /ton제품) 모범사례 (best practice) 3% 3% 0.5 상위권 10%이내 7% 10% 0.8 상위권 25%이내 15% 25% 1.1 평균값 25% 50% 1.2 먼저 모범사례를 기준으로 할 경우 전체에서 최상위 3%이내에 포함되는 사업 장의 탄소배출량이 선정. 이 때 벤치마크 값으로 선정되는 탄소집약도는 0.5t-CO 2 /t이며, 이 값에 생산량 이 곱해지면 사업장의 배출허용량이 결정되는 것임. 하지만 기준을 평균값으로 정한다면 전체 사업장의 50%가 현재 배출량 수준 이상으로 배출권을 할당 받게 됨. 물론 나머지 하위 그룹 50%는 현재배출량에서 추가적으로 감축하는 의무를 가 지게 될 것임. 이때 벤치마크 값으로 선정되는 탄소집약도는 1.2t-CO 2 /t임. 모범사례를 기준으로 설정한 값과 많은 차이를 나타냄. 최적가용기술과 모범사례 선정에는 높은 수준의 환경보호를 달성하는 가장 효 과적인 기술로써 기술도입으로 인한 비용과 편익 즉 경제성도 함께 고려해야 함. BM계수를 검증하는 방안으로 본격적인 시행에 앞서 제도 시행에 따른 문제점 을 최소화하기 위해 시범사업을 실시할 필요가 있을 것으로 판단됨

228 시범사업장을 선정하여 사업장의 기본현황, 온실가스 할당량, 온실가스 매월 배출량 정 등을 평가하여 온실가스 할당 결과의 평가 및 분석을 통해 벤치마크 계 수의 적합성 및 적정 할당방안 등을 파악하도록 하여 BM계수에 대한 검증을 실시 하도록 함

229 8절 건축 부문 1. 건축의 개요 건축물이란 건축법 제2조에 따라 토지에 정착하는 공작물 중 지붕과 기둥 또는 벽이 있는 것과 이에 딸린 시설물, 지하나 고가의 공작물에 설치하는 사무소, 공연 장, 점포, 차고, 창고 등을 말한다. 건축물에서의 탄소배출은 지어지는 과정, 완공 후 유지관리ㆍ사용되는 과정, 사용이 끝난 후에 폐기되는 과정에서 다양한 형태로 발생하게 된다. 본 연구에서는 유지관리ㆍ사용하는 과정에서 발생되는 온실가스를 감축하기 위한 벤치마크 할당계수를 도출하게 된다. 건축법에서는 건축물의 종류를 유사한 구조, 이용 목적 및 형태별로 묶어 28개로 분류하고 있으나 건축물의 벤치마크 계수 개발은 건축물의 용도 분류를 기본으로 다음과 같이 구분하였다. 이때 주거용 건물(단독주택, 공동주택 등)은 관리업체 대상 에서 제외한다. <표 3-61> 관리업체 대상 용도건물 사무소 사무소(관공서의 청사) 정보통신 방송국 상업 숙박 교육 의료 문화 물류 주차장 공장 등 기타 배출특성 건축물에서 사용하는 에너지는 냉방, 난방, 급탕, 환기, 조명 등의 [건물에너지] 와 사용자가 건물에서 생활하면서 사용하는 [생활에너지]로 구분한다. 건축물은 설계방법(층고, 단열 성능, 외피구성방법, 열교점유무, 내부 공간조닝 등), 내외장재선정, 설비의 효율, 위치, 외기온도, 사용용도, 내부 체류인원, 사용자 요구 등 다양한 조건에 따라 건물에너지 중 에너지요구량이 결정되며, 이에 설비시 스템의 효율에 따른 에너지 손실량까지 합쳐서 [건물에너지] 소비량이 산출된다. 건 축물은 총 [건물에너지] 사용량의 두 배 이상을 원유에 의존해야 하므로 온실가스가 배출은 상대적으로 매우 심각하다고 할 수 있다. 다음은 기존건축물의 에너지 흐름도이다. 13) 13) 제드엠제이건축사사무소

230 <그림 3-90> 기존건축물의 에너지 흐름도 2. 최적가용기술 적용 사례 2.1 국외의 최적가용기술 조사 독일 임대용건축물의 유지 관리비 효율화 (Betriebkosten bei Mietwohnungen) - 임대주택에서 유지비용을 저감하기 위한 정책을 법으로 제정함 - 현재의 주택 임대에 관한 법률에도 에너지 절약을 위한 다양한 정책이 포함되 어 있으나 에너지효율을 위한 건물 리노베이션이 급속히 증가됨으로 인해 임대를 위한 공동주택 에너지사용 효율화를 강화하기 위해 건물 난방비에 대한 법률 [Heizkostenverordnung]을 2009년부터 시행함 - 관련 부처 : BMVBS, BMWi, Beteiligung BMU

231 2.1.2 미국 14) Target Finder / Portfolio Manager - 16가지의 다른 건물 형태로 구분 15) 하고, 호텔의 형태는 5가지로 구분하여 측정 - 인구수에 있어서 비슷한 다른 건물을 기준으로 하여 경험적인 모델을 제시 Minnesota B3-50여가지의 건물 형태로 구분하여 측정 16) - 에너지시뮬레이션 결과치로 기본적인 에너지 량을 예측하고 표준량과 비교 New DOE - Target finder 와 동일한 건물 형태를 가지고 측정 - 에너지시뮬레이션 결과치로 기본적인 에너지 량을 예측하고 표준량과 비교 미국 건물 에너지 계산 전문 회사 The Weidt group의 에너지 계산 단계 - 에너지 시뮬레이션을 통한 벤치마크 목표값을 설정 - 현존하는 건물 에너지 벤치마크 시스템 조사 - 여러 종류의 벤치마크시스템으로 계산된 에너지사용량을 8~10개의 다른 건물형 태와 비교 - 적합한 벤치마크시스템 선정 - 해당 공간에 따른 총체적인 에너지사용량의 BM계수 산출 14) The Weidt Group, 15) 건물은 Office, K-12 School, Hospital, Hotel, Medical Office, Residence Hall/Dormitory, Supermarket, Warehouse(Refriger), Warehouse(Unrefriger), Court House, Bank, Date Center, House of Worship, Senior Care facility, Retail 로 구분하며, 추가 공간구성으로 Other, Multifamily Housing, Parking, Swimming Pool 등으로 구분 출처: 16) 건물구분은 Administration, Animal Shelter, Auditorium, City Hall, Coliseum/Stadium, Collge Classroom, College Laboratory, Community Center, Courthouse, Data Center, Dedicated Kitchen/Food prep, Dental Lab, Dormitory, Elementary School, Field House/Gym, Fire Station, Highschool, Hospital, Ice Arena, Kitchen/Dining, Library, Machine Shop, Maintenence Repair, Mechanical, Middle School, Multifamily Housing, Museum, Nursing Home, Office, Park/Recreation, Parking Garage, Parking Lot, Parts Assembly, Police Facility, Prison/Jail, Prison Housing, Retail/Store, Retirement Home, Student Union, Swimming Pool, Warehouse(Active), Warehouse(Inactive) 등으로 세부적으로 구분하였으며 그 이 후 계속 건축물의 형태가 추가되고있음 출처: 37p

232 2.2 국내의 최적가용기술 조사 에너지시뮬레이션 가. 개요 건축물은 큰 규모의 공간 안에 여러 가지 건축적 요소가 복합적으로 이루어져 있어 하나의 요소로서는 에너지소요량을 가늠할 수 없음 실제 지어지거나 지어질 건축물의 도면을 바탕으로 시뮬레이션과정을 거치는 것 이외에 다른 대안이 없음 에너지 시뮬레이션을 통해 에너지소요량을 예측 할 수 있으며 이에 따라 설계 안이 에너지 절약형 건축물인지 알 수 있음 실제 완공된 최종 설계도를 분석하여 에너지요구량 도출 도출된 에너지요구량은 연간 단위면적당 난방, 냉방, 급탕, 조명에너지임[kWh/ m2 a yr] 에너지 요구량은 다음과 같은 요소에 따라 결정됨 - 건축물 배치 - 창호 열관류율 - 단열 공법 - 침기율 - 벽체 열관류율 - 창호비율 - 난방 공간 과 비난방 공간 조닝

233 나. 과정 <그림 3-91> 제로에너지건축물 설계과정 에너지 절약형 건축물을 설계하기 위해서는 건축기획단계부터 건축가가 건축적 인 방법 즉, 에너지 절약 요소기술을 적용하면서 에너지 요구량 기준과 가이드라인 을 충족시키는 설계를 해야 함 기본계획단계에서부터 에너지계산과 설계를 병행해야하고 설계안이 변경될 때 마다 피드백을 통해 에너지 값이 에너지 절약형 건축물 에너지 요구량과 가이드라 인에 적합한지 계산을 통해 각 부위 관류율 값을 지속적으로 체크해야함 실시설계단계에서 설계변경이 있을 경우에도 다시 한 번 에너지계산을 통해 원 하는 에너지 소요량이 나오는 지 검토해야 함 만약 이 과정을 검토하지 않으면 기본계획단계에서의 에너지 소요량과 완공이 후 운영단계에서의 에너지 소요량에 오차가 생길 것이며 완공 후 운영단계에서 계 산과는 다른 등급을 얻게 됨 또 열교 시뮬레이션을 통해 건축물에서 발생 할 수 있는 열교를 미리 검토하고 시공 상에 열교 발생을 미리 차단해야 함 완공 후에는, 지속적인 모니터링을 통한 건물의 유지 관리가 필요하며, 건물 운영지침에 따른 사용이 요구됨

234 다. 국내 에너지시뮬레이션 적용사례 분석 1) 개요 17) <표 3-62> 건축물 기본정보 제목 A건물(1,000m2이하) B건물(3,000m2이하) 프로젝트명 동숭동 문화 및 집회시설 천리포 수목원 교육센터 대지위치 서울시 종로구 동숭동 1-144번지 충남 태안군 소원면 의항리 875 대지면적 424.4m m2 건축면적 m m2 연면적 1470m2 [지상:947.94m2, 지하: m2] 4616 m2 [지상 : m2, 지하 : m2] 지역/지구 제3종일반주거지역/문화지구 - 건폐율/용적율 46.5% / 223.4% 40% / 92.8% 국내 업무용으로 1,000m2이하 건물(A건물)과 3,000m2이하의 건물(B건물)로 에너 지시뮬레이션 실행 국내에서 3,000m2 이하 민간 건축물에 대한 냉방, 난방, 조명, 환기, 급탕을 포 함한 1차 에너지 소요량 평균값을 구하기 어려운 것이 건축물 전기적산전력계, 열 적산전력계는 건축물 내에서 거주자가 사용하는 기계장비까지 포함한 에너지 사용 량이므로 순수하게 [건물에너지]로 볼 수 없음 반면 3,000m2 이상 공공건축물의 경우에는 신 재생에너지사용이 의무화 되어 있고, 공공건축물이기에 데이터 값을 구하기 어렵지 않음 따라서 국내에서 지어지고 있는 일반건축물의 도면을 임의적으로 선택한 후 CE3 프로그램을 사용하여 일차적으로 난방에너지요구량만을 산출 난방에너지요구량은 독일은 에너지 절약형 건축물 등급별로 규정화 되어있어 비교하기 용이하며, 실제 난방에너지가 건축물에서 가장 많이 쓰이고 있음 2) 건축물 에너지요구량 산출결과 예시 연간 에너지 분석결과 17) 출처: 명지대학교 건축대학 이명주교수 & (주)제드엠제이건축사사무소

235 <그림 3-92> A 건물 이용별 에너지요구량(kWh/m2a) 월별에너지요구량 분석결과 <그림 3-93> B 건물 이용별 에너지요구량(kWh/m2a) <그림 3-94> A건물 월별 에너지요구량분석