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290 최상진 김정화 손지환 홍현수 한용희 김정수 조경두 항만에서는선박을통해운반된화물의양 적하및운송등의처리과정이진행된다. 이러한화물처리를위해선박이외에다양한장비들을사용한다. 본연구에서는항만의배출특성파악을위해외항선 (Ocean going vessels), 예인선 (harbor craft), 화물취급장비 (Cargo handling equipments), 철도기관차 (Rail locomotives), 화물자동차 (Heavy duty vehicles) 으로설정하였으며, 대상항만은항만내배출원별배출특성과화물처리형태를파악하기위해컨테이너화물과벌크화물등다양한종류의화물을취급하는인천항만을선정하였다. 인천항만은내항 (Inner harbor), 남항 (South harbor), 북항 (North harbor), 연안항 (Coastal harbor), 영흥항 (Yeonghung harbor) 으로이루어져있으며, 본연구에서는항만내활동자료수집이가능한내항, 남항, 북항, 영흥항을대상으로설정하였다. 항만의배출원별온실가스배출량산정결과를토대로격자별공간할당방법론을적용하기위한기준연도는활동자료수집이가능한 2014년을기준으로하였다. 본연구에서항만의온실가스배출량을추정하기위해필요한활동자료가없을경우, 미국의버지니아항만청보고서 (VPA, 2013) 와국내인천항만을조사한연구 (IDI, 2009) 를참조하였다. 2.2 항만의오염물질배출량산정방법항만의배출원별온실가스배출량을산정하기위한방법론은기본적으로온실가스종합정보센터에서제안하는방법을적용하였다 [ 식 (1a), 식 (1b)]. 항만의수상배출원인외항선 (OGV) 과예인선 (HC) 은엔진가동을위해주로 Bunker Fuel(B-A 유, B-C유 ) 를사용하며, 육상배출원인화물취급장비 (CHE), 철도기관차 (RL), 화물자동차 (HDV) 는주로경유와휘발유등을사용하고, 이러한사용유종을고려하여 Table 1의유종별배출계수와매개변수를적용하였다. Emissions(CO 2 )(GgCO 2 eq.) = (1a) TA: 총연료사용량 ( 천 TOE) 41.868: J-TOE 단위환산계수 (TJ/ 천 TOE) NA: 비연료사용량 ( 천 TOE) CF: 전환계수 ( 순발열량 / 총발열량 ) FCS: 탄소몰입률 EF: 배출계수 (t C/TJ) OF: 산화계수 i: 연료유형 j: 부문 : 탄소기준배출량을이산화탄소기준으로전환 (kg CO 2 / kg C) Source: GIR, 2014. Emissions(CH 4, N 2 O)(GgCH 4 eq.)(ggn 2 Oeq.) = TA: 총연료사용량 ( 천 TOE) 41.868: J-TOE 단위환산계수 (TJ/ 천 TOE) EF: 배출계수 (t C/TJ) CF: 전환계수 ( 순발열량 / 총발열량 ) i: 연료유형 j: 설비유형 k: 부문수식 Source: GIR, 2014. 2.3 연료소비량추정방법 (1b) 항만의배출원별연료사용량에대한자료는해당배출원의 연료사용량정보가없으므로유럽환경청 (EEA, 2013) 에서제시 Table 1. Emission factor and parameter Category Gasoline Diesel B-A B-B B-C CO 2 [tc/tj] 19.7 20.0 20.2 20.6 20.8 Emission factor CH 4 [kg/tj] 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 N 2 O [kg/tj] 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 Gross calorific value[mj/l] 33.5 37.9 38.9 40.4 41.4 Net calorific value [MJ/L] 31.0 35.4 36.6 38.1 39.1 Oxidation factor 0.99 Journal of Climate Change Research 2016, Vol. 7, No. 3

항만의온실가스배출량산정및공간할당방법에관한연구 291 한엔진출력에따른연료소비량추정식을적용하였다 [ 식 (2)]. 본연구에서는외항선 (OGV) 과예인선 (HC) 의경우, 엔진 출력, 엔진부하율과운전시간등의자료를확보하여연료사 용량을추정한기존의선행연구 (Kim et al., 2014) 와동일한 방법으로온실가스배출량을산정하였다. 항만육상배출원 중화물취급장비 (CHE) 와철도기관차 (RL) 의경우, 선박과마 찬가지로경유엔진을주로사용하는비도로이동오염원으로 써장비별엔진출력과엔진부하율, 연간평균가동시간등을 고려하여연료사용량을추정하였다. 화물자동차 (HDV) 의경 우, 도로이동오염원으로분류하여항만내주행거리를고려한 연료사용량을추정하였다. Fuel consumption(tco 2 eq.) = (2) T: Average duration of operation of each equipment per year(hr/yr) P: Nominal engine power(kw) LF: Engine load factor(%) SFOC: Specific fuel oil consumption(l/kwh) b: Equipment type e: Engine type Source: EEA, 2013. 2.3.1 외항선 (OGV) 본연구에서항만배출원중수상배출원인외항선 (OGV) 의 온실가스배출량산정을위한활동자료는기존선행연구 (Kim et al., 2014) 와동일한방법으로활동자료를수집하였다. 외항선 (OGV) 의경우, 항만의수상배출원으로써선박엔진 의가동에따른연료사용량정보가필요하나, 해당선박의연 료사용량이관리되고있지않기때문에, 본연구에서는해당 선박의입출항호출수, 엔진출력과엔진부하율, 운항시간등 의자료를확보하여연료사용량을추정하였으며, 이에따라외 항선 (OGV) 의온실가스배출량을산정하였다. 외항선 (OGV) 의엔진부하율을추정할수있는방법으로 프로펠러법칙 (Propeller law) 을활용하였다 [ 식 (3)]. 프로펠러 법칙은외항선의속력이저속일때실제엔진추진부하와최 대속력비율의세제곱에의해추진부하의변화이론을근거 로하여선박추진부하를추정하는데사용된다. (3) Table 2. Summary Ship category Ship call [N] Maximum speed [knot] Average engine power [kw] Load factor [%] Carrier 230 18.7 1,179 0.3 Bulk ships 477 14.5 7,311 0.3 Liquid bulk ships 162 14.8 2,668 0.2 Cement carrier ships - 18.7 6,591 0.3 General cargo ship 1,905 15.2 3,656 0.3 Ro-Ro/vehicle 356 16.8 11,195 0.2 Container ships 2,034 21.6 10,574 0.1 Tank ships 190 14.8 6,570 0.3 Other 42 13.0 1,228 0.5 LF: Load factor(%) AS: Actual speed(knots) MS: Maximum speed(knots) Source: VPA, 2009. 외항선 (OGV) 의운항시간은해양수산부의항만운영정보시 스템 (Port-MIS) 을통해인천항의입출항선박의시간정보를 적용하였다. 선박은운항모드에따라순항모드 (Open ocean), 감속운항 (Reduction speed zone), 접안모드 (Manuevering mo- de), 정박모드 (Hotelling mode) 로나눌수있으며 (Fig. 1), 모 드별운항시간산정 ( 주엔진시동 OFF 인접안은제외 ) 은선박 속력과항로거리의함수로산정하였다. 선박의실제운항속 도는인천항도선매뉴얼에제시된운항모드별제한속력을적 용하였다. 2.3.2 예인선 (HC) 인천항에등록된예인선 (HC) 은인천지방해양수산청에서 등록현황을관리하고있으며, 선박의입출항시선박속도제 한구역내에서선박을견인또는접안활동지원을한다. 예 인선의운항척수는외항선의톤급규모에따라예인선의가 동척수를분류할수있고, 이러한예인선가동척수는인천 항도선표준매뉴얼 (Incheonpilot, 2015) 에제시된선박톤급 규모에따른예인선의가동척수를적용하였다. 가동시간은 외항선의접안시가동시간을적용하였으며, 엔진부하율의경 우국내조사된자료가없으므로미국버지니아항만청 (VPA, http://www.ekscc.re.kr

292 최상진 김정화 손지환 홍현수 한용희 김정수 조경두 Fig. 1. Operating mode of the ship. Table 3. Characteristics of harbor craft used in the port of Incheon Classification (t) Count [N] Average operating hours [hr] Load factor [%] < 2,000 1 2 30 2,000 40,000 2 2 30 > 40,000 3 2 30 Source: Incheonpilot, 2015. 2013) 에서조사한값을적용하였다. 2.3.3 화물취급장비 (CHE) 화물취급장비 (CHE) 의장비종류와등록현황은하역요람 ( 한국항만물류협회, 2015) 에조사된자료를적용하였으며, 해 당항만의화물취급장비별등록자료를적용하였다. 온실가스 배출량산정대상장비는지게차 (Forklift), 기중기 (Excavator), 로우더류 (Loader), 탑핸들러 (Top handler), 리치스테커 (Reach stacker) 등 7 종으로분류하였다. 화물하역의장비중크레인류 ( 컨테이너크레인, 레일식갠 트리크레인 ), 언로더, 스택커리크레이머의경우, 전기로운전 하는장비이며, 자동차로분류되는트랙터, 탱크로리, 트럭등 은항만게이트를출입하는차량으로분류되기때문에대상에 서제외하였다. 화물취급장비의엔진제원은국내조사자료 ( 환 Table 4. Characteristics of cargo handling equipments used in the port of Incheon 1) Equipment Count [N] Engine power [kw] Annual operating hours [hr/yr] Load factor [%] Forklift 1) 36 139 1,512 0.30 Excavator 1) 39 160 2,400 0.57 Wheel loader 1) 17 216 1,872 0.51 Log loader 1) 5 216 1,872 0.51 Pay loader 2) 24 344 1,694 0.51 Top handler 2) 5 210 2,095 0.59 Reach stacker 2) 30 218 3,112 0.51 ME, 2009; 2) VPA, 2013. Journal of Climate Change Research 2016, Vol. 7, No. 3

항만의온실가스배출량산정및공간할당방법에관한연구 293 경부, 2008) 를적용하였으며, 엔진제원정보가없는장비의경우미국버지니아항만청 (Virginia Port Authority) 에서조사된장비엔진제원을적용하였다. 2.3.4 철도기관차 (RL) 인천항의철도기관차 (RL) 는남항 (South harbor) 의석탄부두에서하역하는석탄을싣고인천항을경유하여인천역까지운행하고있다. 본연구에서는철도기관차에대한온실가스배출량을산정하기위해기존연구자료 (IDI, 2009) 의방법론을참고하였다. 철도기관차 (RL) 의온실가스배출량산정방법은기관차의사용연료량과배출계수를적용하여산정한다. 철도기관차의연간연료사용량추정을위해기관차의엔진출력, 엔진부하율, 연간운전시간을고려하였다. 인천항에서가동중인철도기관차는 1대 (4400호대 ) 를운영하고있다. 철도기관차의엔진출력은 2,040 kw에해당하며, 최고속도는 105 km/h이다. 인천역현장조사결과, 석탄부두에서싣고나오는시간은약 40분이며, 일주일중일요일을제외한 3회 / 일운행한다. 다만비가다소많이내리는날에는운행을중지하는데, 그기준을 비다소많음 으로표현되는예보기준 20 80 mm의중간값인 50 mm 이상인날로정하였다. 2014 년 비다소많음 예보기준에해당되는일수는 26일이며, 이를연간운행일수에 서제외하였다. 2.3.5 화물자동차 (HDV) 인천항의화물자동차에의한온실가스배출량은인천항내부보안자료 ( 인천항보안공사, 2008) 에서제공한차종별출입차량대수를근거로추정하였다. 본연구에서는인천항차량출입대수를인천항의화물물동량과비례한다고가정하에화물물동량처리비율을적용하여화물자동차출입대수를추정하였다. 인천항을출입하는차량은트레일러화물차, 승용차, 기타차량으로분류하였으며, 화물차의대부분은컨테이너차량이고, 기타차량의 90% 이상은소형화물차이다. 배출계수적용을위해화물차의경우, 적재중량 5톤이상 ( 총중량 10 톤이상 ) 의대형화물차, 승용차의경우중대형승용차와소형승합차, 기타의경우적재중량 1톤이하 ( 총중량 3톤이하 ) 인소형화물차로가정하였다. 항만내차량속도는인천항내의제한속도인 20 km/h를적용하였다. 인천항내화물자동차의이동거리는인천항게이트부터항만내화물처리구역까지왕복으로이동한거리를적용하였다 (Table 6). 인천항게이트별이동거리산출은각게이트에서가장가까운부두 2곳의평균값을산출하였으며, 게이트 -3의경우, 고속도로에서인접하여모든부두의차량이동에관여된다고가정하여게이트-3 에서각부두까지거리의평균값을이용하였다. Table 5. Estimation of number of heavy duty vehicles within the port entrance 1) Category Cargo (10 3 RT) 1) Count (N) 2) Total Cont. Bulk Trailer truck Passenger car Vans Heavy duty vehicle 2008 141,814 27,216 114,597 2,354,166 1,303,600 256,238 256,238 2014 150,083 39,373 110,710 3,405,691 1,379,612 247,545 247,545 Rate (%) 1.06 1.45 0.97 1.45 1.06 0.97 0.97 ME, 2009; 2) VPA, 2013. Source: IPS, 2008. Table 6. Traveled distance in the port of Incheon (Unit : m) Length G-1 G-3 G-4 G-5 G-6 G-8 South gate Coastal gate Wolmi gate Coal pier Average 579 2,015 563 1,136 471 379 775 1,745 100 290 Total 1,157 4,030 1,126 2,271 942 758 1,549 3,490 200 580 Source : IPS, 2008. http://www.ekscc.re.kr

294 최상진 김정화 손지환 홍현수 한용희 김정수 조경두 2.4 항만온실가스배출량 할당기초자료로활용하였다. 본연구에적용한항만배출원분류체계에따른온실가스배출량은전체약 142.2 kton CO 2 eq./yr 정도로산정되었다. 인천항만내터미널별온실가스배출량은내항이 84.8 kton으로전체의절반인 59.6% 로가장높은배출비중을차지하였다. 다음순으로남항이 39.5 kton, 북항이 16.3 kton으로산정되었다. 내항의경우, 인근고속도로와밀접해있기때문에, 화물자동차출입에따라배출비율이높은것으로분석되며, 외항선입출항호출비율이다른터미널에비해많기때문에배출비율이높게나타난것으로판단된다. 항만내배출원별온실가스배출량은화물자동차가 64.1 kton으로전체배출량중절반정도 (45.1%) 를차지하고있는것으로분석되었다. 외항선 (OGV) 과화물취급장비 (CHE) 의온실가스배출량은각각 37.9 kton, 26.7 kton으로산정되었다. 화물취급장비의경우에는남항의온실가스배출량이 21.3 kton CO 2 eq./yr로화물취급장비배출비중의 79.7% 를차지하였다. 남항은컨테이너화물과벌크화물등다양한화물을취급하는터미널이기때문에화물취급장비가동에따른온실가스배출이많은것으로판단된다. 항만내배출원별운영특성을반영하여온실가스배출량을산정한결과s 는 Table 7과같으며, 이를배출특성에따른공간 3. 항만공간할당 본연구에서는항만의온실가스배출량에대한공간할당결과를표출하기위해 OpenGIS tool과 GeoServer v2.4.8을이용하여 GIS Data를구축하였으며, GIS 격자체계는항만경계전체를고려하여 1 km 1 km로설정하였다. 3.1 항만의온실가스배출량공간할당방법론항만의온실가스배출량공간할당을위해수상배출원과육상배출원에대해배출량산정결과를토대로공간할당을실시하였다. 항만의배출원별온실가스배출량을 GIS 상에표출하기위해기본적인지도정보는 Fig. 3(A) 에서보는바와같이수상배출원의경우, 항계 (Harbor limit) 를적용하였고, 육상배출원의경우, 각배출원의육상활동구역을적용하였다. 항만의수상배출원의경우, 인천항의항계내에서외항선이정박지에서항구로진입하는구간 (RSZ) 과항구로진입시접안활동구간 (Maneuvering) 에대해 2가지운항패턴을고려하였다. 또한항만의육상배출원의경우, 화물취급장비, 철도기 Table 7. 2014 total port-related GHGs emission by source category in the port of Incheon (Unit : kton/yr) Terminal Emission OGV HC CHE RL HDV Total Inner harbor 14.2 5.3 3.1 0.0 62.1 84.8 South harbor 11.5 4.8 21.3 0.2 1.7 39.5 North harbor 11.0 2.6 2.3 0.0 0.3 16.3 Yeonghung harbor 1.1 0.5 0.0 0.0 0.0 1.6 Total 37.9 13.3 26.7 0.2 64.1 142.2 (A) Emission rate of the harbor (B) Emission rate of source category Fig. 2. Percentage of GHGs emission in the port of Incheon. Journal of Climate Change Research 2016, Vol. 7, No. 3

항만의 온실가스 배출량 산정 및 공간할당 방법에 관한 연구 (A) Harbor limit in the port 295 (B) Allocation information based on grid Fig. 3. Information for the space allocation in the port. 관차, 화물자동차에 대해 가동 패턴에 따라 각각의 항구 지점 결과를 총괄적으로 Fig. 4와 같이 확인하였다. 항만 경계를 중 별로 배출량을 균등 할당하였다[Fig. 3(B)]. 심으로 선박의 활동범위와 육상 배출원의 배출범위를 설정하 여 격자별 배출량을 할당하였다. # 격자별 배출량 산정 이러한 연구결과를 바탕으로 항만의 배출원 분류체계를 구 QG = ΣFT GFi EF 분하여 산정된 온실가스 배출량에 대한 공간할당 결과를 통 GFi = 해 지역별 관리를 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이며, (4) 향후 대기확산 모델을 활용하여 항만의 온실가스 및 대기오 염물질 배출이 주변 지역에 영향을 미치는지 파악할 수 있을 QG: 격자단위 배출량 것이라 기대한다. FT: 전체 운전모드 연료소비량 GFi: 운전모드 격자할당지수 EF: 배출계수 MCi: 격자에 걸친 운전모드 면적 TC: 운전모드 전체면적 Source: ME, 1996. 3.2 항만의 온실가스 배출량 공간할당 결과 본 연구에서 항만의 온실가스 배출량을 공간 할당하기 위 해 적용한 방법론을 토대로 GIS에 배출량 결과를 표출하였다. 기존의 선행 연구(Kim et al., 2015)는 국내 연근해 선박의 온실가스 배출량을 GIS MAP 상에 공간할당하였다. 선박 종 류에 따라 선박의 운항노선, 접안 및 정박 구간, 어장 형성도 를 바탕으로 배출량 할당결과로 표출하였다. 본 연구에서는 항만의 배출원별 온실가스 배출량 산정 결 과를 토대로 공간할당을 하기 위해 구축한 GIS Map 상 표출 Fig. 4. Allocation result of grid-based of emission source in port. http://www.ekscc.re.kr

296 최상진 김정화 손지환 홍현수 한용희 김정수 조경두 4. 결론 본연구에서는선박외에항만단위배출원을파악하였고, 세부배출원에대해선행연구및문헌조사를통해신뢰성있는배출량산정방법을제시하였다. 세부배출원에대해배출량산정에필요한활동자료를파악하였다. 또한, 항만의온실가스감축정책등의기초자료로활용하기위해배출영향범위를파악하였으며, 다음과같은결론을얻었다. 1) 외항선 (OGV) 는선종용도에따른재분류를통해인천항의입출항호출수를부두별로분석하였으며, 선종별엔진출력자료를이용하여선박의엔진출력을추정하였다. 예인선 (HC) 의경우, 인천항부두별로외항선호출에따른예인작업을지원하는선박에대해조사하였다. 화물취급장비 (CHE) 의경우, 경유엔진을사용하는장비에대해장비사용대수, 주엔진출력, 엔진부하율, 장비별평균가동시간, 연료소비계수 (SFOC) 를활용하여온실가스배출량을산정하였다. 철도기관차 (RL) 의경우, 기관차의가동대수, 주엔진출력, 엔진부하율, 장비별평균가동시간, 연료소비계수 (SFOC) 를활용하여온실가스배출량을산정하였다. 화물자동차 (HDV) 는인천항게이트출입차량과항만내부에서운행하는차량에대해상향식방법을적용하였다. 화물자동차의총주행거리와유종별오염물질배출계수를활용하여온실가스배출량을산정하였다. 2) 온실가스배출량은총 142.2 ktonco 2 eq./yr 으로산출되었다. 배출원별로는화물자동차 64.1 ktonco 2 eq./yr(45.1%) 로가장많은배출량으로나타났으며, 다음외항선 37.9 ktonco 2 eq./ yr(26.7%), 화물취급장비 26.7 ktonco 2 eq./yr(18.8%) 순으로분석되었다. 터미널별로는내항이 84.7 ktonco 2 eq./yr으로산정되었으며, 전체배출량중약 59.6% 를차지하는것으로분석되었다. 3) 항만에서배출되는온실가스관리를위해배출량산정결과의지역별배분을위한공간할당기준설정을하였으며, 항만배출원분류체계로설정한외항선, 예인선, 화물취급장비, 철도기관차, 화물자동차에대한배출량산정결과를 GIS 공간에할당하는방법을제안하였다. 항만의수상배출원의경우, 인천항의항계내에서외항선 (OGV) 이정박지에서항구로진입하는구간 (RSZ) 과항구로진입시접안활동구간 (Maneuvering) 에대해 2가지운항패턴을고려하였다. 또한항만의육상배출원의경우, 화물취급장비 (CHE), 철도기관차 (RL), 화물자동차 (HDV) 에대해가동패턴에따라각각의항구지점별로배출량을균등할당하였다. 본연구에서항만의배출원분류체계를구분하여산정된온실가스배출량에대한공간할당결과를통해지역별관리 를위한기초자료로활용될수있을것이며, 향후대기확산모델을활용하여항만의온실가스및대기오염물질배출이주변지역에영향을미치는지파악할수있을것이라기대한다. 또한항만의온실가스및대기오염통합관리를할수있도록지속적인연구가필요할것이라판단된다. 5. 사사 본연구는국립환경과학원교통환경연구소의오토-오일사업 국내연근해선박에의한대기오염물질및온실가스배출계수개발과배출량산정연구 ( ) 의지원으로수행되었으며, 이에감사드립니다. REFERENCES Han SH, Youn JS, Kim WJ, Seo YH, Jung YW. 2011. Estimation of air pollutant emissions from port-related sources in the port of Incheon. Journal of Korean Society for Atmospheric Environment 27(4):460-471. Kim PS, Lee JT, Son JH, Choi SJ, Park SK, Hong HS, Kim JS. 2015. A study on space allocation method of GHGs emissions from domestic coastal shipping. Journal of Climate Change Research 6(4):345-355. Song GE, Han CH. 2007. A study on the strategies forthe reduction of port pollution, Journal of Korea Port Economic Association 23:95-113. (in Korean with English abstract). GIR. 2014. Guidelines of the statistics of the country s greenhouse gas, calculation, reporting, verification. Greenhouse Gas Inventory & Research Center of Korea (In Korean). IDI. 2009. The status of the atmospheric environment and air quality management measures of the Port of Incheon. Incheon Development Institute (In Korean). Incheonpilot. 2015. Standards manual of Incheon pilot. KOPLA. 2015. Unloading of the port Korea Port Logistics Association (In Korean). ME. 1996. A study on the development of survey methods and guideline for area & mobile pollution source. Ministry of Environment (In Korean). MOF. 2014. Cargo handling statistics. Ministry of Oceans and Fisheries (In Korean). NIER. 2016. A study on the development of air pollutants and greenhouse gases emission factor and emission esti- Journal of Climate Change Research 2016, Vol. 7, No. 3

항만의온실가스배출량산정및공간할당방법에관한연구 297 mation from the domestic coastal shipping( ). IMO. 2014. Third IMO GHG Study 2014. EEA. 2013. Air pollutant emission inventory guidebook. U.S. EPA. 2009. Current methodologies in preparing mobile source port-related emission inventory. Virginia Port Authority. 2013. 2011 Comprehensive air emi- ssions inventory update. http://www.ekscc.re.kr