Land Infrastructure and Transport R&D Report 항공선진화사업 기획보고서 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획 연구 2013. 10. 23 주관연구기관 : 한국교통연구원 협동연구기관 : 교통안전공단 한국과학기술원 국 토 교 통 부 국토교통과학기술진흥원
제출문 국토교통부 장관 귀하 이 보고서를 "기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획 연구" 의 최종보고서로 제출합니다. 2013. 10. 23 주관연구기관명 : 한국교통연구원 주관연구책임자 : 박 진 서 연구원: 김 제 철 " : 이 준 규 " : 심 가 람 협동연구기관명 : 교통안전공단 협동연구책임자 : 김 용 석 연구원: 이 주 형 " : 신 홍 철 " : 손 희 상 " : 최 동 욱 협동연구기관명 : 한국과학기술원 협동연구책임자 : 이 주 성 연구원: 김 요 한
보 고 서 요 약 서 과제고유번호 해 당 단 계 2012.12.24~ 과제 단 계 구 분 연 구 기 간 2013.10.23 기본기획 연 구 사 업 명 항공선진화사업 연 구 과 제 명 대 과 제 명 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획 연구 세부과제명 - 연 구 책 임 자 박진서 해당단계 참 여 연구원수 총연구기간 참 여 연구원수 총 : 11명 내부 : 11명 외부 : 명 총 : 11명 내부 : 11명 외부 : 명 해당단계 연 구 비 총연구비 정부 : 96,000천원 정부 : 96,000천원 연구기관명 및 한국교통연구원 소 속 부 서 명 항공정책기술본부 참여기업명 - 국제공동연구 상대국명 : - 상대국연구기관명 : - 공 동 연 구 연구기관명 : 교통안전공단 연구책임자 : 김 용 석 공 동 연 구 연구기관명 : 한국과학기술원 연구책임자 : 이 주 성 위 탁 연 구 - - 요약 보고서면 수 465 Page 항공용 바이오연료 적용 기술 개발 - 선진국 수준의 항공용 바이오연료 기술 개발을 통한 국내 기술력을 확보하여 항공부 문 온실가스 감축 및 이를 통한 국제사회로의 기여 확대 항공 온실가스 산정 및 예측 시스템 개발 - 항공 온실가스 추정 및 저감방안 분석에 요구되는 시뮬레이션 모델 개발로 항공부문 온실가스 배출량 최소화에 기여 - 항공분야 국내외 온실가스 배출규제에 효과적인 대응을 위해 저감 잠재량 및 국가 감 축이행계획 수립을 위한 온실가스 저감효과 분석시스템 개발 및 활용방안 제시 에코플라이트 시뮬레이터 개발 - 항공 온실가스 감축을 위한 에코플라이트 시뮬레이터 제작 및 내장 소프트웨어 기술개발 공항주변 온실가스 모니터링 관리 기술 개발 - 공항주변 종사자와 주민들의 건강보호를 위하여 공항 내 및 공항주변에서 발생되는 오염물질을 체계적으로 관리하여 쾌적한 안전한 도시환경을 조성 색 인 어 (각 5개 이상) 한 글 영 어 항공용 바이오연료, 온실가스 배출 저감, 시뮬레이션 모델, 공항 대기질, 배출명세 Aviation Biofuel, GHG Emission Reduction, Simulation Model, Airport Air Quality, Emission Inventory
요 약 문 Ⅰ. 제 목 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획 Ⅱ. 연구개발의 목적 항공부문 온실가스 배출량을 최소화하여 미래 기후변화와 에너지 고갈에 대비 하고, 정부 공사 항공사를 중심으로 녹색성장을 선도하기 위한 녹색항공 기 술개발 전략 수립 및 추진과제 발굴 - 항공용 바이오연료 적용기술 개발 -항공 온실가스 산정 및 예측 시스템 개발 - 에코플라이트 시뮬레이터 기술 개발 - 공항주변 온실가스 모니터링 관리 기술 개발 항공용 바이오연료 적용 기술 개발 - 선진국 수준의 항공용 바이오연료 기술 개발을 통한 국내 기술력을 확보하여 항공 부문 온실가스 감축 및 이를 통한 국제사회의 기여 확대 항공 온실가스 산정 및 예측 시스템 개발 - 항공기의 경제적 운항과 항공분야 온실가스 배출량 최소화에 기여하고 국내외 배출규제에 효과적으로 대응 가능한 항공 온실가스 산정 및 예측 시스템 개발 에코플라이트 시뮬레이터 기술 개발 - 항공기 온실가스 감축을 위한 에코플라이트 시뮬레이터 제작 및 내장 소프트 웨어 기술 개발 공항주변 온실가스 모니터링 관리 기술 개발 - 공항주변 종사자와 주민들의 건강보호를 위하여 공항 내 및 공항주변에서 발 생되는 오염물질을 체계적으로 관리하여 쾌적하고 안전한 도시환경 조성 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획 i
Ⅲ. 연구개발의 필요성 항공용 바이오연료 적용 기술 개발 - 항공교통 수요의 지속적 증가 및 유가 변동의 심각화로 인한 항공용 바이오 연료 개발의 필요성 대두 - 한정적인 화석연료 대신 안정적 공급이 가능한 대체연료 도입으로 인한 잠재 적인 경제성 검토 요구 - 항공용 바이오연료 기술의 국산화에 대한 국가적 필요성 제기 -현재 사용 중인 바이오연료는 식용계 원료를 사용하여 석유계 연료 대비 경제 성이 현저하게 떨어지므로 연료보급의 대중화를 위해서는 정부지원정책이 필요 - 국적항공사 항공운송 경쟁력 제고 및 녹색항공 선진국 도약 - 항공분야의 신규 인프라 구축 및 일자리 창출 항공 온실가스 산정 및 예측 시스템 개발 -현재 우리나라 항공부문의 지구온난화 대응은 장기적인 계획이나 체계적인 대응 계획이 다소 부재 - 감축수단별 항공 온실가스 감축량 예측 분석을 통한 저감비용 분석, 국가 온 실가스 감축이행 계획 수립 및 이에 근거한 감축전략 우선순위 도출 등 우리 나라 항공사의 비용효과적 온실가스 감축을 견인하는 국익 증대차원의 중요 성 부각 -항공 온실가스 배출량 산정 프로그램은 적절한 환경투자 수준을 정량적으로 도출함으로써 항공 산업의 친환경 신기술도입 및 운항법 개선 활동에 타당성 과 정당성을 부여하게 되며, 저탄소 녹색성장 촉진에 기여 -항공 산업의 친환경 신기술도입 및 운항법 개선 활동에 경제적 타당성과 당 위성을 부여하여 저탄소 녹색성장 촉진에 기여 - 기후변화와 에너지 위기가 동시에 진행되면서 탄소배출권 시장은 빠른 속도 로 성장할 전망이며, 이에 따른 항공 온실가스 산정 및 예측 시스템 개발은 국적항공사의 경쟁력 확보에 매우 중요한 기술 - 항공산업의 녹색성장을 위한 의사결정을 위해 항공기 에너지소모량 및 배출 가스 데이터베이스 요구 ii 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
- 국적항공사에 적용 가능한 감축기술 선정 및 감축수단별 항공 온실가스 감축 량 예측 프로그램 개발 요구 - 감축수단별, 항공기종별 온실가스 감축량 데이터베이스 구축 및 국내 환경에 적합한 항공 온실가스 감축량 예측 프로그램 개발 필요 에코플라이트 시뮬레이터 개발 - 환경에 대한 사회적 관심 증가로 인한 온실가스 저감을 위한 조종사 감축기 술의 체계적 교육의 필요성 증가 - 사회적 관심을 유지시키고 온실가스 배출량 감축의 장기적인 관점에서 초기 조종교육을 받는 조종훈련생 및 일반인들을 대상으로 한 감축수단 별 에코 조종교육의 필요성 증가 공항주변 온실가스 모니터링 관리 기술 개발 - 우리나라는 2011년 기준 세계 6위 1) 의 항공운송강국으로의 국제위상에 맞게 ICAO 의 공항 대기질 개선활동 강화에 따라 이에 발맞추어 나아갈 필요성 대두 - 대기질 관리 정보시스템 구축으로 공항 및 주변의 대기 오염도를 등급화 하여 체계적으로 분석 관리함으로써 주민 건강에 미치는 잠재 위험요인을 사전에 차단, 사회적 비용 최소화 -국내 최초 공항환경 관리시스템 구축으로 선진국 수준의 기술력 확보 -공항 대기질의 효율적 관리를 통한 대기환경 개선 및 국민 웰빙 건강 실현 Ⅳ. 연구개발의 내용 및 범위 항공용 바이오연료 적용 기술 개발 - 항공용 바이오연료 시험평가 기술 개발 국내 항공용 바이오연료 시험평가를 위한 기초연구(실험실 테스트) 국내 항공용 바이오연료 시험평가 연구(실험실 테스트-플랜트 규모) - 항공용 바이오연료 안전성 평가 및 표준화 기술 개발 국내 항공용 바이오연료 엔진 및 비행 안전성 평가 기술 개발 항공용 바이오연료에 대한 지속가능성 기준 기술 개발 1) 11년 기준 여객수송량 세계 15위, 화물수송량 세계 3위 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획 iii
항공용 바이오연료 표준화 기술 개발 항공 온실가스 산정 및 예측 시스템 개발 -항공 온실가스 데이터플랫폼 구축 항공 온실가스 기초데이터 요구도 조사 및 분석 기술 개발 항공 온실가스 데이터플랫폼 설계 기술 개발 - 항공 온실가스 배출량 산정 프로그램 개발 항공 온실가스 배출량 산정 모듈 기술 개발 항공 온실가스 배출량 산정 프로그램 성능 및 신뢰성 검증 기술 개발 -항공 온실가스 감축량 예측 프로그램 개발 항공 온실가스 감축량 산정 모듈 기술 개발 온실가스 감축수단별 경제성 분석 및 의사결정 지원 모듈 기술 개발 항공 온실가스 감축량 예측 프로그램 성능 및 신뢰성 검증 기술 개발 운영 및 유지 보수 전략 수립 에코플라이트 시뮬레이터 기술 개발 - 에코플라이트 시뮬레이터 제작 기술 개발 - 비행훈련용 소프트웨어 기술 개발 - 연료절감 분석 소프트웨어 기술 개발 공항주변 온실가스 모니터링 관리 기술 개발 - 공항주변 온실가스 및 대기오염물질 측정 모니터링 기술 개발 - 공항주변 대기확산 모델링 시스템 기술 개발 - 온실가스 및 대기오염물질 지도표출시스템 구현 기술 개발 Ⅴ. 연구개발의 활용방안 및 기대성과 항공용 바이오연료 적용 기술 개발 -본 연구를 통해 확보된 신재생에너지 적용 기술 확보로 인하여 전량 수입에 의존하고 있는 화석연료의 대체 에너지로서 크게 활용될 것으로 예상 -본 연구를 통해 확보된 신재생에너지 적용 기술은 우리나라의 항공용 바이오 iv 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
연료 개발 기술자립을 실현하여 우리나라 현장에 적합하게 실용화할 수 있음 -향후 신재생에너지 개발과 그 적용 기술 개발로 우리만의 독자적 기술 체계 구축 가능 -본 연구를 통해 확보된 기술 경험은 국가 차원의 신재생에너지 사업육성을 위 한 선행투자가 이루어질 수 있으며, 해외사업 추진 시 유리한 위치 선정 가능 항공 온실가스 산정 및 예측 시스템 개발 -본 연구를 통해 확보된 기술은 온실가스 저감 방안 개발과 함께 다른 항공 교통부문에서도 활용 가능하여 관련분야 기술 발전에도 기여 - 우리나라는 ICAO 상임이사국임에도 불구하고, 기술력 부족으로 선진국이 주 도하는 각종 국제표준 제정 및 국제회의의 주체가 되지 못하였으나 선진 기 술 확보를 통한 국가 위상을 높일 수 있는 기회가 될 것임 - 우리나라 항공 산업이 세계 수준의 온실가스 산정 및 예측 시스템 기술을 확 보하기 위한 전략계획을 수립함으로써, 우리나라가 지속가능 경영의 국제적 모범사례로 자리 잡는데 크게 기여 - 항공기 지상이동 및 절차별 온실가스 산정 및 예측 알고리즘의 경쟁력 확보 기반 마련 -항공 온실가스 감축량 예측 프로그램 기술의 연구 분석을 통해 국가 온실가스 감축목표 설정과 이를 이행하기 위한 관리체계를 확립함으로써 국제항공 기 후변화 대응력 확보 기대 에코플라이트 시뮬레이터 기술 개발 - 기후변화에 따른 연료사용량 변화 및 엔진 성능에 따른 연료사용량 변화 측 정이 가능, 항공사가 보다 효율적인 연료절감 계획 수립 - 시뮬레이터를 저비용 예산으로 개발하여 제작 및 운영비 절감효과 - 단발엔진 (Single Engine Operation, One engine inoperative) 유도로 및 활주 로 진입 및 활주 훈련, 연속강하접근 및 저항력 플랩 사용의 효율적 사용 시 기 등으로 연료절감은 물론 조종사의 비정상 상황을 대비한 활주로 침범 (Runway Incursion)예방에도 성과 기대 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획 v
공항주변 온실가스 모니터링 관리 기술 개발 -본 연구는 공항주변 온실가스 모니터링 관리 기술 개발사업의 성공적 수행과 이를 통한 국가 온실가스 감축전략에 활용 가능 - 지상조업장비, 수송차량 등 공항 대기질 효율적 관리를 통한 대기환경 개선 및 공항도시지역 주민들의 웰빙환경 조성 기대 -국내 최초 공항 및 공항 주변 실시간 배출가스 지도 표출 시스템 구축을 통 한 미래공항 환경변화 및 기후변화에 대응할 수 있는 경쟁력 확보 vi 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
SUMMARY I. Title Development plan for greenhouse gas reduction technology in response to climate change II. Research and development objective Preparing for future climate change and depletion of resources by reducing greenhouse gas emissions in the aviation industry and leading government corporation airline based green growth by establishing green aviation strategy and developing initiatives - development of a renewable Bio Jet fuel technology - estimation of aviation greenhouse gas emission and development of reduction effect analysis simulation model - development of eco-flight simulator technology - development of technology that monitors emission of greenhouse gas near airports Renewable Bio Jet fuel technology development -Reducing aviation sector greenhouse gas and expanding the contribution of the international society by securing domestic technology from developing aircraft bio-energy technology by an advanced country level Estimation of aviation greenhouse gas emission and development of reduction effect analysis simulation model - Development of estimated aviation greenhouse gas emission system in order to contribute to minimizing greenhouse gas emission and economic air operation Eco-flight simulator technology development -Eco-flight simulator production and embedded software technology development 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획 vii
for aircraft greenhouse reduction Greenhouse monitoring technology development near airports - Systematic management of pollutants generated around the airport and the surrounding area in order to protect employees and nearby residents' health and to create a clean and safe environment III. The need for research and development Renewable Bio Jet fuel technology development -Increasing need for Aviation bio-energy development as a result of increasing air support demand and high oil price change - Rising national need for securing localization of Aviation bo-energy technology -Raising economic profit by replacing limited fossil fuels into sustainable alternative fuels - Need of government support for popularization of fuel supply since bio-energy used nowaday made of edible oil have low economic feasibility compared to petroleum-based fuel -Authorizing economical validity and justifiability for introduction of environment-friendly technology and navigation improvement activities of aviation industry in order to stimulate low carbon green growth -Boosting air transport competitiveness of national airlines and jumping up to the level of green aviation advanced countries Estimation of aviation greenhouse gas emission and development of reduction effect analysis simulation model - Establishing new infrastructure and creating jobs in the aviation sector -Korean aviation sector's long-term plan or systematic response plan over global warming is in an opening stage -Abatement cost analysis, national greenhouse gas reduction plan establishment viii 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
and reduction strategy priority deduction and so on from reduction measures' reduction effect analysis have large significance in increasing national interest of korean airlines' cost-effective greenhouse gas reduction -Aviation greenhouse gas assumption(evaluation) simulation model quantitatively derives appropriate environmental investment level that authorizes validity and legitimacy for aviation industry's introduction of environment-friendly technology and navigation development activities and contributes to low carbon green growth acceleration and Korean aviation industry's sustainability management becoming an international role model - Emission trading market is expected to rapidly grow due to climate change and energy crisis and as a result, greenhouse reduction effect analysis system development became an significant technology for national airlines to secure competitiveness -aircraft's energy dissipation and emission database is need for decision making of aviation industry's green growth - Reduction technology and reduction measures' reduction effect analysis program development applicable by national airlines - Establishing reduction effect database based on reduction measures and types of aircraft and developing reduction effect analysis system applicable in domestic environment Eco-flight simulator technology development -Increasing need of pilot reduction technology education for greenhouse gas reduction due to rising social interest on the environment - Maintaining social interest and necessity of eco pilot education of reduction measures for pilot trainee training for early pilot education and the general public in the long-run of greenhouse gas emission reduction Greenhouse monitoring technology development near airports -Korea, which ranked 6th place based on 2011 standards of air transport power, needs to follow ICAO airport air quality improvement activity 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획 ix
reinforcement -Leveling air pollution of airports and near by air quality management information system establishment and systematically analyze manage harmful factors that threaten resident's health preventing in advance and minimize social costs - Establishing advanced country level technology by implementing airport environment management system - Improvement of air environment and achievement of public's well-being health using effective management of airport air quality Ⅳ. Research and development contents and range New renewable aircraft energy application technology development -Phased aviation bio-energy test and evaluation technology development Basic research(laboratory test) for domestic aviation bio-energy test and evaluation Domestic aviation bio-energy test and evaluation research(laboratory test-plant scale) -Aviation bio-energy safety evaluation and standardization technology development Domestic aviation bio-energy engine and flight safety evaluation technology development LCA analysis technology development of aviation bio-energy Aviation bio-energy standardization technology development Aviation greenhouse gas assumption(evaluation) and reduction effect analysis simulation model development -Aviation greenhouse gas assumption(evaluation) simulation model development Aviation greenhouse gas DB plan Wake data extraction/disposal and DB plan technology development Aerodynamical aircraft performance and emission algorism plan x 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
Algorism modeling Macro/micro scenario analysis technology development Output credibility evaluation technology development -Aviation greenhouse gas reduction effect analysis simulation model development Greenhouse gas reduction effect computation technique development of each reduction measures Reduction effect analysis model and system development Eco-flight simulator technology development -Simulator assembly and production technology development -Software technology development -Eco-mode and function implementation technology development Greenhouse gas monitoring management technology development near airports -Greenhouse gas and air pollutant detector monitoring technology -Atmospheric diffusion modeling system technology development near airports -Greenhouse gas and air pollutant map display system implementation technology development Ⅴ. Research and development utilization plan New renewable aircraft energy application technology development -Expected to be used as alternative fuel of fossil fuel which are entirely depending on import by new renewable energy application technology secured through current research - Accomplishing technology independence and used practically in domestic by new renewable energy application technology secured through current research - Future new renewable energy development and its application technology development is a possible implementation of our independent technology system -Technology secured through current research can be used in greenhouse 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획 xi
gas reduction plan development and contributes to technology development in the related field Aviation greenhouse gas assumption(evaluation) and reduction effect analysis simulation model development - Current research leads to successful implementation of greenhouse gas monitoring management technology development project near airports and thereby used in national greenhouse gas reduction strategy -Even though Korea is a permanent member of the ICAO, Korea could not enact such international standard which are lead by advanced countries and become a subject of international conference. However, it would be a chance to enhance the nation's position thorough securing advanced technology -As planing strategic plans to achieve world level greenhouse gas emission modeling technology, Korea became a model of sustainable management -aircraft ground mobile and securing competitiveness of phrased greenhouse gas emission algorism -National greenhouse gas reduction objective setting through research and development of aviation greenhouse gas reduction effect analysis model technology and securing international air climate change countermeasure by establishing management system Eco-flight simulator technology development -Expected to be used as measurement of estimated change of consumed fuel depending on climate change and engine quality, airlines would be able to establish effective fuel reduction plan - Development of low cost simulator and reduction of operation cost - Expectation of runway incursion prevention and improvement in the fuel economy by effectively utilizing resistance flap, continuous descent approach, and single engine operation taxiway and runway xii 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
Greenhouse gas monitoring management technology development near airports - Improvement of air environment and achievement of public's well-being health near airport through effective management of airport air quality using such as ground airport equipments, transport vehicles and so on -Establishing competitiveness over future airports' environmental changes and climate change by real time emission map display system establishment in airports and near airports for the first time in Korea 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획 xiii
목 차 제 1 장 기술의 정의 및 필요성 1 제 1 절 기술의 정의 3 제 2 절 연구개발 배경 17 제 3 절 연구개발 필요성에 따른 세부과제 선정 35 제 2 장 항공용 바이오연료 적용 기술 개발 55 제 1 절 국내외 동향 및 환경 분석 57 제 2 절 연구개발과제 구성 및 추진전략 100 제 3 절 과제별, 연차별 기술로드맵 및 성과로드맵 109 제 4 절 성과활용 방안 112 제 5 절 사전타당성 검토 114 제 6 절 연구투입 소요예산 산정 117 제 7 절 과제 제안요구서 124 제 3 장 항공 온실가스 산정 및 예측 시스템 개발 135 제 1 절 국내외 동향 및 환경 분석 137 제 2 절 연구개발과제 구성 및 추진전략 176 제 3 절 과제별, 연차별 기술로드맵 및 성과로드맵 197 제 4 절 성과활용 방안 201 제 5 절 사전타당성 검토 204 제 6 절 연구투입 소요예산 산정 221 제 7 절 과제 제안요구서 227 제 4 장 에코플라이트 시뮬레이터 개발 243 제 1 절 국내외 동향 및 환경 분석 245 제 2 절 연구개발과제 구성 및 추진전략 266 제 3 절 과제별, 연차별 기술로드맵 및 성과로드맵 279 제 4 절 성과활용 방안 282 제 5 절 사전타당성 검토 284 제 6 절 연구투입 소요예산 산정 300 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획 xv
제 7 절 과제 제안요구서 306 제 5 장 공항주변 온실가스 모니터링 관리 기술 개발 315 제 1 절 국내외 동향 및 환경 분석 317 제 2 절 연구개발과제 구성 및 추진전략 374 제 3 절 과제별, 연차별 기술로드맵 및 성과로드맵 378 제 4 절 성과활용 방안 381 제 5 절 사전타당성 검토 383 제 6 절 연구투입 소요예산 산정 388 제 7 절 과제 제안요구서 394 제 6 장 투자 우선순위 선정 403 참고문헌 411 부록. 자문회의록 419 xvi 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
표 목차 <표 1-1> RVSM 개념도 6 <표 1-2> ASTM에 따른 항공용 바이오연료 생산 기술 개발 15 <표 1-3> 항공 온실가스 감축 기술 분류 16 <표 1-4> 2010년도 교통 및 국제벙커링 부문 온실가스 배출량 19 <표 1-5> 항공부문 연료별 배출량(Tier 1) 21 <표 1-6> 항공부문 연료별 배출량(Tier 2) 22 <표 1-7> 항공부문 기종별 배출량(Tier 2) 22 <표 1-8> 항공부문 노선별 배출량(Tier 2) 23 <표 1-9> 공항별 대기오염물질 배출량 25 <표 1-10> 국내 환경관련 규정 동향 27 <표 1-11> 국내 기술 정책 동향 27 <표 1-12> 감축 수단의 종류별 목표 감축량 30 <표 1-13> 자발적 협약 목표 설정 현황 32 <표 1-14> 국내 항공사의 영향 분석(항공사 제공 11. 4) 32 <표 1-15> 항공부문 온실가스 배출규제 및 대응체계 33 <표 1-16> ICAO 시장기반체제 12개 기본 원칙 38 <표 1-17> 세부과제 선정을 위한 기준 47 <표 1-18> 세부과제 선정 47 <표 1-19> 세부과제 선정 목록 48 <표 1-20> 단발엔진 유도로 활주의 저감잠재량 51 <표 2-1> 국내 바이오연료관련 규정 동향 57 <표 2-2> 국내 기술 정책 동향 57 <표 2-3> 바이오디젤 보급 현황 60 <표 2-4> European Advanced Biofuels Flightpath 66 <표 2-5> 바이오연료 보급 확대를 위한 지원정책 70 <표 2-6> 국제적 항공용 바이오연료 프로그램 76 <표 2-7> 해외 항공용 바이오연료 적용 비행테스트 현황 77 <표 2-8> F-T 기술 88 <표 2-9> HEFA 기술 89 <표 2-10> 항공용 바이오연료 기술 현황 91 <표 2-11> SWOT 분석 93 <표 2-12> 항공용 바이오연료 기술수준 94 <표 2-13> 항공용 바이오연료 관련 핵심기술 국산화율 94 <표 2-14> 바이오디젤 기술 관련 논문 및 특허 현황 95 <표 2-15> F-T 기술 관련 논문 및 특허 현황 96 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획 xvii
<표 2-16> BtL 기술 관련 논문 및 특허 현황 98 <표 2-17> 항공용 바이오연료 기술수준 99 <표 2-18> 핵심기술요소 후보 100 <표 2-19> 핵심기술요소 선정 101 <표 2-20> 핵심기술요소 목록 101 <표 2-21> 기술성숙도(TRL) 단계별 목표(1) 102 <표 2-22> 기술성숙도(TRL) 단계별 목표(2) 102 <표 2-23> 성과로드맵 110 <표 2-24> 기술정의서 111 <표 2-25> 항공용 바이오연료 적용 기술 연구개발비 118 <표 2-26> 인력 투입 계획 119 <표 2-27> 연구 장비 재료비 120 <표 2-28> 항공용 바이오연료 적용 기술 연구비 소요 명세서 121 <표 2-29> 세부 과제별 성과목표 132 <표 2-30> 항공용 바이오연료 적용 기술 개발 연구의 양적 성과지표 132 <표 2-31> 항공용 바이오연료 적용 기술 개발 연구의 질적 성과지표 133 <표 3-1> 국내 기술 정책 동향 137 <표 3-2> 캐나다 항공사 보유기종 평균기령 139 <표 3-3> 국가별 항공사 보유기종 평균기령 140 <표 3-4> IPCC 가이드라인의 tier별 데이터 요구사항 141 <표 3-5> 항공 온실가스 감축 기술 로드맵 143 <표 3-6> 항적 자료 추출 및 처리 모듈 요구 데이터 153 <표 3-7> 항공기 이동 데이터베이스 모듈 요구 데이터 154 <표 3-8> 항공 온실가스 배출 감축수단 156 <표 3-9> 국가별 항공 온실가스 평가 모델 개발 및 운영 162 <표 3-10> SWOT 분석 172 <표 3-11> 항공 온실가스 산정 및 예측 시스템 기술 분야의 기술수준 173 <표 3-12> 항공 온실가스 산정 및 예측 시스템 기술 관련 논문 173 <표 3-13> 항공 온실가스 산정 및 예측 시스템 기술 분야의 기술수준 175 <표 3-14> 항공 온실가스 산정 및 예측 시스템 기술 관련 논문 175 <표 3-15> 핵심기술요소 후보 177 <표 3-16> 핵심기술요소 선정(1) 177 <표 3-17> 핵심기술요소 선정(2) 178 <표 3-18> 핵심기술요소 목록 178 <표 3-19> 기술성숙도(TRL) 단계별 목표 179 <표 3-20> 비행구간별 연료소모량 191 <표 3-21> 성과로드맵 198 <표 3-22> 기술정의서 199 <표 3-23> 상위계획과의 부합성 분석 결과 205 xviii 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
<표 3-24> IPCC Guideline 온실가스 배출량 산출 방법론 Tier 비교 208 <표 3-25> 건축물 등의 기준내용연수 및 내용연수범위표 211 <표 3-26> 항공 온실가스 산정 및 예측 시스템 연구개발비 222 <표 3-27> 인력 투입 계획 223 <표 3-28> 연구 장비 재료비 224 <표 3-29> 항공 온실가스 산정 및 예측 시스템 연구비 소요 명세서 225 <표 3-30> 세부 과제별 성과목표 241 <표 3-31> 항공 온실가스 산정 및 예측 시스템의 양적 성과지표 241 <표 3-32> 항공 온실가스 산정 및 예측 시스템의 질적 성과지표 242 <표 4-1> 국내 기술 정책 동향 245 <표 4-2> 국내 조종사 교육관련 규정 동향 246 <표 4-3> 미국의 관련 규정 동향 247 <표 4-4> 국내 모의비행장치(FFS) 사용현황 249 <표 4-5> 국내 비행훈련장치(FTD) 사용현황 249 <표 4-6> 국외 FTD/FFS 제작사 별 판매비용 현황 250 <표 4-7> 비행훈련장치 국내 지정허용범위 255 <표 4-8> 모의비행장치 국내 지정허용범위 255 <표 4-9> SWOT 분석 264 <표 4-10> 에코플라이트 시뮬레이터 기술 분야의 기술수준 265 <표 4-11> 에코플라이트 시뮬레이터 기술 분야의 기술수준 265 <표 4-12> 핵심기술요소 후보 266 <표 4-13> 핵심기술요소 선정 267 <표 4-14> 핵심기술요소 목록 267 <표 4-15> 기술성숙도(TRL) 단계별 목표 267 <표 4-16> 국내 항공사별 보유기종 및 조종사 현황 272 <표 4-17> 비행훈련장치의 세부 항목별 성능기준 276 <표 4-18> 성과로드맵 280 <표 4-19> 기술로드맵 281 <표 4-20> 자발적 협약 운영에 관한 지침 286 <표 4-21> 에코플라이트 시뮬레이터 개발 기획 연구개발비 301 <표 4-22> 인력 투입 계획 302 <표 4-23> 연구 장비 재료비 303 <표 4-24> 에코플라이트 시뮬레이터 개발 기술 연구비 소요 명세서 304 <표 4-25> 세부 과제별 성과목표 314 <표 4-26> 에코플라이트 시뮬레이터 개발 연구의 양적 성과지표 314 <표 4-27> 에코플라이트 시뮬레이터 개발 연구의 질적 성과지표 314 <표 5-1> 국내 환경관련 규정 동향 317 <표 5-2> 국내 공항주변 환경 개선 정책방향 및 세부 추진과제 318 <표 5-3> 각국의 대기환경 기준 319 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획 xix
<표 5-4> 전국 도시 대기 측정망 현황 335 <표 5-5> 측정 장비 구입비용 339 <표 5-6> 국내 대기확산 모델링 시스템 종류 339 <표 5-7> 한국공항의 주요 지상조업장비 보유현황 341 <표 5-8> 아스공항의 주요 지상조업장비 보유현황 342 <표 5-9> 공항별 업체별 지상조업장비 연료사용량 343 <표 5-10> 주요 대기확산 모델링 및 구매 비용 344 <표 5-11> 이산화탄소 및 대기오염물질 측정방법 346 <표 5-12> 배출원별 대기오염물질 분포 시 시간 입력출처 351 <표 5-13> 배출원별 대기오염물질 분포 시 공간 입력출처 352 <표 5-14> AERMOD 옵션 종류 355 <표 5-15> LASPORT 계산 방법론 366 <표 5-16> ICAO 승인 공항 대기확산 모델링 시스템 분석비교 368 <표 5-17> SWOT 분석 370 <표 5-18> 공항 주변 온실가스 및 대기오염물질 관리 기술분야의 기술수준 371 <표 5-19> 공항 주변 온실가스 및 대기오염물질 기술분야의 인프라 수준 371 <표 5-20> 공항 주변 온실가스 및 대기오염물질 관리 기술 관련 논문 및 특허 현황 372 <표 5-21> 공항 주변 온실가스 및 대기오염물질 관리 기술 관련 R&D 현황 373 <표 5-22> 핵심기술요소 후보 374 <표 5-23> 핵심기술요소 선정 375 <표 5-24> 핵심기술요소 목록 375 <표 5-25> 기술성숙도(TRL) 단계별 목표 375 <표 5-26> 성과로드맵 379 <표 5-27> 기술로드맵 380 <표 5-28> 공항주변 온실가스 모니터링 관리 기술 개발기획 연구개발비 389 <표 5-29> 인력 투입 계획 390 <표 5-30> 연구 장비 재료비 391 <표 5-31> 공항주변 온실가스 모니터링 관리 기술 개발 기술 연구비 소요 명세서 392 <표 5-32> 세부 과제별 성과목표 402 <표 5-33> 공항주변 온실가스 모니터링 관리 기술 개발 연구의 양적 성과지표 402 <표 5-34> 공항주변 온실가스 모니터링 관리 기술 개발 연구의 질적 성과지표 402 <표 6-1> 투자 우선순위 선정을 위한 기준 409 <표 6-2> 세부 연구 과제별 우선도 409 xx 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
그림 목차 <그림 1-1> 단축 항로 5 <그림 1-2> 항공로의 복선화 7 <그림 1-3> 연속강하접근 절차도 7 <그림 1-4> RNAV 성능을 제공하는 항행시스템 8 <그림 1-5> 혁신적 온실가스 감축 기술 로드맵 9 <그림 1-6> Puma 연료전지 시스템 구성 10 <그림 1-7> 연료전지 구동식 전기추진 항공기 로드맵 11 <그림 1-8> 솔라 임펄스 12 <그림 1-9> 에어로바이론먼트 12 <그림 1-10> 스토커 13 <그림 1-11> 항공과 기후변화 현황 17 <그림 1-12> 항공부문 온실가스 배출범위 19 <그림 1-13> 항공부문 온실가스별 배출비중(Tier 1) 20 <그림 1-14> 항공부문 온실가스별 배출비중(Tier 2) 21 <그림 1-15> 항공부문 대기오염물질 배출량 24 <그림 1-16> 대기오염물질별 배출량 26 <그림 1-17> 온실가스에너지 목표관리제 추진 절차 31 <그림 1-18> KOTEMS 운영 체계 34 <그림 1-19> 세계 수송용 바이오연료의 의무혼합 정책 42 <그림 1-20> 대체에너지원 별 점유율 42 <그림 1-21> 부문별 온실가스 배출량 예측 44 <그림 2-1> 바이오 디젤 중장기 보급계획 59 <그림 2-2> 항공부문 감축 기술을 통한 온실가스 감축 예상도 61 <그림 2-3> 세계 항공용 바이오연료 개발 동향 67 <그림 2-4> 국내 항공용 바이오연료 기술 개발 72 <그림 2-5> 한국생산기술연구원 바이오매스 가스화 파일럿 플랜트 72 <그림 2-6> 대한항공 엔진 테스트 공장 74 <그림 2-7> 바이오 연료 엔진 실험 결과 75 <그림 2-8> 세계 항공사 항공용 바이오 연료 75 <그림 2-9> 항공용 바이오 연료 적용 사례 75 <그림 2-10> 항공용 바이오연료 가격 예측 79 <그림 2-11> 항공용 바이오연료 기술 체계 81 <그림 2-12> 항공용 바이오연료 세부 기술 84 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획 xxi
<그림 2-13> 항공용 바이오연료 생산 공정 84 <그림 2-14> ASTM D4054-09에 따른 새로운 항공유 품질기준 개정 절차 86 <그림 2-15> feedstock의 종류 87 <그림 2-16> F-T 기술 및 HERA 기술 pathway 90 <그림 2-17> 기술로드맵 110 <그림 3-1> 착륙 환경 분석 기술 중 SAGE(AEDT) 활용용도 146 <그림 3-2> 항공 온실가스 배출량 산정 프로그램의 체계도 151 <그림 3-3> PEAT 도구의 구성도 158 <그림 3-4> SAGE가 포함된 미국 FAA의 AEDT 사용자 인터페이스 159 <그림 3-5> AEDT의 출력 결과물: 시나리오별 온실가스 배출량 160 <그림 3-6> AEDT의 출력 결과물: 글로벌 온실가스 배출량 합계 160 <그림 3-7> AERO2K의 출력 결과물: 단일 비행 절차별 온실가스 배출량 161 <그림 3-8> ERO2K의 출력 결과물: 지역별 배출량 합계 162 <그림 3-9> INM에 의한 항공기 소음예측도 163 <그림 3-10> AEDT 2a 시스템 구조 164 <그림 3-11> AEDT 개발 과정 165 <그림 3-12> Fuelplus 구현 안내도 167 <그림 3-13> 데이터 메뉴 168 <그림 3-14> 저감 잠재량 분석 도표 168 <그림 3-15> 통계 및 분석결과 도표 169 <그림 3-16> 토마스 쿡 에어라인의 연료 절감량 분석 169 <그림 3-17> 호주의 실시간 온실가스 추정 TOP-LAT 모델 174 <그림 3-18> 엔진 세척모습 184 <그림 3-19> 비행시간별 기압고도의 변화 191 <그림 3-20> 1단계 목표-기본모델 구축 194 <그림 3-21> 2단계 목표-신뢰성 및 정획도 개선 모델 구축 195 <그림 3-22> 3단계 목표-추가개선 및 시나리오 분석 모델 구축 195 <그림 3-23> 기술로드맵 199 <그림 3-24> 온실가스 배출량 도출 방법론 209 <그림 3-25> 누적편익현가 217 <그림 4-1> 국내 항공운송사업 업체 및 교육기관 보유현황 250 <그림 4-2> 미국(FAA) 항공운송사업 업체 및 교육기관 보유현황 251 <그림 4-3> 옥스퍼드 아카데미의 에코조종훈련 단계별 훈련방법 252 <그림 4-4> ATQP 방식의 훈련실시에 따른 잠재적 이익 253 <그림 4-5> 누리항공에서 개발한 B767 IPT 256 <그림 4-6> 젯블루(Jetblue) A320 CHECKLIST 260 <그림 4-7> 독일 Stuttgart 공항 도표 261 xxii 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
<그림 4-8> 항공기의 쓰로틀 쿼드런트(좌:A320, 우:B737) 269 <그림 4-9> 항공기의 주조종장치(좌:A320, 우:B737) 269 <그림 4-10> 비행관리 컴퓨터(좌: A320 FMGS, B737:FMC) 270 <그림 4-11> 항공기의 FCU와 MCP(상: A320 FCU, B737 MCP) 270 <그림 4-12> 오버헤드 패널 사진(좌: A320, 우: B737) 271 <그림 4-13> 에코플라이트 시뮬레이터 내부 전체예상 배치도 273 <그림 4-14> B737용 조종석 PFD/ND 디스플레이 예상 배치도 273 <그림 4-15> 에코플라이트 시뮬레이터 조종실 구현모습(B737) 274 <그림 4-16> 교관석에서 조종사 교육훈련을 통제하는 모습 276 <그림 4-17> 기술로드맵 280 <그림 4-18> 형식한정자격 국외 취득인원 현황 288 <그림 5-1> 중장기 항공정책 계획 주요 정책 목표 317 <그림 5-2> 일반적인 공항 배출가스 측정지점 325 <그림 5-3> 히드로 공항 배출원별 NO 2 배출비중 327 <그림 5-4> 1995년 이후 히드로 공항 주변 주요 지점별 NO 2 농도 327 <그림 5-5> 2006년 스텐스테드 공항 주변 NOx 배출비중 329 <그림 5-6> 코펜하겐 공항 측정지점별 NO 2 배출농도 및 확산정도 330 <그림 5-7> 공항부근 측정범위 정도 331 <그림 5-8> 나리타 공항 대기질 측정소 332 <그림 5-9> 나리타공항 대기질관리 목표 332 <그림 5-10> 나리타 공항 GPU 사용률 333 <그림 5-11> 대기오염도 실시간 공개(Air Korea) 334 <그림 5-12> 인천공항공사 운영 대기 측정국과 환경조사차량 337 <그림 5-13> 한국공항공사 대기질 측정 장비 338 <그림 5-14> 온실가스 및 대기오염 물질 지도표출시스템 구현 348 <그림 5-15> 국가대기오염정보시스템(NAMIS) 구성 및 자료 흐름도 350 <그림 5-16> GHG-CAPSS 운영체계 350 <그림 5-17> CMAQ ver 5.0.1을 통한 오존확산 정도 353 <그림 5-18> CMQA 모델링 시스템 개요도정도 353 <그림 5-19> AERMOD 대기확산 모의 결과(지형 고려) 355 <그림 5-20> AERMOD 구성도 356 <그림 5-21> CALPUFF 모델링 시스템 357 <그림 5-22> 점오염원에 대한 ISCST3와 CALPUFF 모델 결과 358 <그림 5-23> EDMS의 배출원별 대기오염물질 배출량 359 <그림 5-24> DMS 시스템 구조 360 <그림 5-25> ALAQS-AV 모델링 도식화 361 <그림 5-26> ALAQS-AV 공항 배출원 그룹 362 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획 xxiii
<그림 5-27> ALAQS-AV 데이터 입력 구현 363 <그림 5-28> ALAQS-AV NOx 배출농도 결과 363 <그림 5-29> ADMS-Airport 히드로 공항 주변 NOx 배출농도 365 <그림 5-30> LASPORT Tool 실행 화면 366 <그림 5-31> LASPORT 적용 NOx 농도 시각화 367 <그림 5-32> 기술로드맵 379 <그림 6-1> 세부 연구 과제별 우선도 410 xxiv 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
제 1 장 기술의 정의 및 필요성 제 1 절 기술의 정의 1. 항공부문 온실가스 감축 기술 개요 가. 항공 온실가스 측정 및 관리 관련 기술 온실가스 2) 배출량 3) 계산은 연료사용량과 항공기 기종, 운항데이터가 필요하며 자료의 활용가능 여부에 따라 Tier 1, Tier 2, Tier 3 계산방법이 있음 1 Tier 1 방법은 이산화탄소 총량을 측정하는 것에 적합 2 Tier 2 방법은 Tier 1 보다 더 복잡하고, "LTO(Landing Take-Off)"와 cruise 운항으로 구분하여 산출 3 Tier 3 방법은 가장 복잡한 방법이며 연료, 항공기 기종, LTO 모드 및 항로 운항자료를 기반으로 하여 이산화탄소 배출량 측정 국외 항공부문 온실가스 배출량 산정 및 항공기 연료효율 산정 모델 개발은 활발히 진행되고 있으며, 산정 모델은 다음과 같음 -미국 FAA에서 개발한 모형인 Aviation Environmental Design Tool(AEDT)/ System for Assessing Aviation's Global Emission(SAGE) - 1990년대 말 EUROCONTROL에 의해 개발된 Advanced Emission Model(AEM) - QinetiQ(민간기업)이 DLG(독일), 맨체스터대, 네덜란드 국립항공우주연구소 (NLR, National Aerospace Laboratory), 영국무역산업부, 에어버스사, 유로콘 트롤 등과 함께 개발한 AERO2K -영국 무역산업부에서 개발한 Future Aviation Scenario Tool(FAST) 등이 있음 항공기 소음의 영향범위를 예측하는 소음지도 작성을 위한 다양한 예측모델 존재 2) 온실가스(Green House Gas, GHG)란 대기권에서 지표에서 방사되는 적외선의 일부를 흡수함으로써 온실효과를 일으키는 원인이 되는 기체를 말함(CO 2, CH 4, N 2O, HFCs, PFCs, SF 6 등 포함) 3) 항공부문 온실가스를 측정하고 계량화하기 위해서는 국가 온실가스 인벤토리를 위한 IPCC 지침서(IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories), ICAO 항공기 배출가스 인벤토리 지침서(ICAO Aircraft Emissions Inventory Guidelines), ACRP 공항 온실가스 인벤토리 지침서 (Airport Cooperative Research Program Airport GHG Inventory Guidelines)의 3가지의 지침서가 사용되며, 온실가스 배출량 계산하기 위해 전체 연료 사용량에 배출계수를 곱하면 전체 온실가스 배출량을 산출이 가능함 제1장 기술의 정의 및 필요성 3
-Segmentation-based model의 대표적 모델로서 FAA에서 항공기 소음 영향 평 가를 위한 만든 Integrated Noise Model(INM)이 있으며, 이 모델은 평균적 입 력값을 기반으로 항공기 소음이 장기간 영향을 미치는 정도를 예측 - Simulation-based model의 대표적인 모델로서 Wyle에서 만든 Noise Model Simulation(NMSIM)이 있으며, 이 모델은 항공기가 운항경로를 지나가는 경우 에 대하여 실시간으로 시간에 따른 소음의 변화를 예측 공항주변 온실가스 배출량 산정 및 관리를 위한 온실가스 및 대기오염물질 측정 모니터링 기술, 대기확산 모델링 기술, 대기오염물질 지도표출 기술 등이 있음 -ICAO 승인된 공항 대기확산 모델링 시스템으로는 미국의 Aviation Environmental Design Tool-Emission and Dispersion Modelling System(AEDT-EDMS), EUROCONTROL의 Airport Local Air Quality Studies tool set(alaqs-av), 영국의 Atmospheric Dispersion Modelling System-Airport(ADMS-Airport), 독일의 Lagrangian of Aerosol-Transport for Airport(LASPORT) 등이 있음 나. 시장기반체제(Market Based Measure) 관련 기술 제38차 ICAO총회에서는 국제 시장기반체제(Market Based Measures, MBMs) 4) 시행에 동의하였으며, 이는 모니터링(monitering), 보고(reporting), 배출량 검증 (verifications of emission) 등을 포함 ICAO 시장기반체제의 기본 내용 - 국가별 지역별 자체 이행 기준 및 실천방안을 수립하여 시행하고 있으며, ICAO는 환경징수금(Environmental Levies), 배출권 거래제도(Emission Trading System), 자발적 협약(Voluntary Measures)을 시장기반체제로 분류하여 시 행할 것을 권고하고 있음 환경징수금 : 국가 또는 지방자치단체가 환경보전 목적을 달성하기 위해 직접적으로 발생된 환경오염 피해를 근거로 환경오염행위나 오염발생 재화 및 용역에 부과하는 금액 4) Resolution 38-19: Consolidated statement of continuing ICAO policies and practices related to environmental protection-climate Change 4 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
배출권 거래제도 : 지구온난화가스의 총 배출량을 설정한 뒤 배출허용량을 각국 혹은 산업별 기업별로 할당하여, 그 허용량을 배출권(emission right) 이라는 무형의 상품으로 간주하고, 각국 혹은 산업 기업에게 시장원리에 따라 직접 혹은 거래소를 통해 거래를 허용하는 제도 자발적 협약 : 산업에 의해 일방적이거나 산업과 정부 간 자율적인 협약에 의한 지구온난화가스 감축방안 -ICAO는 온실가스 저감을 위한 목표를 시장의 역할에 의해 달성하기 원하고 있으며, 제도 도입 시 비용 효과적 수단을 우선적으로 적용할 것을 권고 다. 항공교통관리 및 운영 관련 기술 항공교통관리(Air Traffic Management)에 대한 ICAO의 Global ATM Operational Concept, 미국의 NextGen(Next Generation) Implementation Plan, EU의 SESAR(Single European Sky ATM Research) 사례가 주요 핵심과제로 부각 되고 있음 유연적 공역 활용(단축항로 사용) - 효율적 항공운영을 통해 연료절감을 달성하기 위해 단축항로 개발은 항공사 의 필수적인 저감활동 <그림 1-1> 단축 항로 제1장 기술의 정의 및 필요성 5
수직분리간격축소기법 도입(Reduced Vertical Separation Minimum, RVSM) - 수직분리간격 축소기법(RVSM) 도입은 고도 29,000ft~41,000ft에서 수직간격 을 2,000ft에서 1,000ft로 축소하여 운항함으로써, 항공기 최적고도 운항에 따 른 연료절감과 항로의 수용력 확대로 인한 지연 감소로 연료사용을 감소시키 는 효과를 달성 가능 항공기의 최적고도 운항에 따른 연료저감 효과 달성하고 고도사용 영역이 확대됨에 따라 항로의 수용력이 증가하여 항공기 이륙 후 en-route 진입 까지의 지연을 감소 우리나라의 경우 2005년 도입하여 시행 <표 1-1> RVSM 개념도 RVSM 시행전 RVSM 시행 후 390 350 310 410 370 330 290 400 380 360 340 320 300 410 390 370 350 330 310 290 자료 : 국토교통부 보도자료 성능기반항행도입(Performance Based Navigation, PBN) - 성능기반항행(PBN)은 계기접근절차 또는 지정된 공역에서 비행하는 항공기 에 요구되는 성능(Performance Requirements)을 기반으로 하는 지역항법 지역항법(Area Navigation, RNAV)을 기반으로 하여 비행로설정을 유연하 게 함에 따라 비행거리 단축이 가능하여 항공기 연료소비 절감효과를 기대 할 수 있음 - 성능기반 항행(PBN)도입에 따라 항행 정밀도 향상으로 항공로의 복선화를 실시하여 기존의 교통 혼잡한 항공로의 지연 해소 가능 6 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
<그림 1-2> 항공로의 복선화 -또는 항공기의 첨단항법시스템을 이용하여 항공기 성능에 맞게 연속적으로 강하하는 비행방식의 연속강하접근(Continuous Descent Operations, CDO 또 는 Continuous Descent Approach, CDA)을 실시하여 항공기 연료 소모와 과 다한 소음 및 환경오염 물질을 획기적으로 감축 가능 <그림 1-3> 연속강하접근 절차도 필수항행성능 및 지역항법 표준계기절차, 표준도착절차 5) - 지역항법이란 위치참조기준 항행시설(Station-referenced navigation aids), 또는 항공기 자체 탑재장비 또는 두 가지 조합의 운용한계 내에서 항공기가 원하는 어떠한 경로라도 비행이 가능한 항법을 말함 - 지역항법은 공역활용의 유연성을 기반으로 가용공역을 최대한 효과적으로 활 5) Required Navigation Performance, RNP and Area Navigation Standard Instrument Departures, RNAV SIDs and Standard Terminal Arrival Routes, STARs 제1장 기술의 정의 및 필요성 7
용하기 위해 개발되었음 - 지역항법을 제공하는 항행시스템에는 Global Navigation Satellite System(GNSS,), Inertial Navigation System(INS), Inertial Reference System(IRS), Distance Measuring Equipment(DME), VHF Omnidirectional Range(VOR) 등이 있으 며, 조합된 여러 형태의 항행센서들을 이용하여 위치정보에 대한 지속적 업 데이트 수행 자료 : http://pbn.casa.go.kr <그림 1-4> RNAV 성능을 제공하는 항행시스템 항공기 운영 관리 - 항공사가 항공기를 운영하면서 온실가스를 저감할 수 있는 수단으로 비행계 획(대체공항, 경제고도 산출), 항공사 비용지수(Cost Index) 개선, 연료관리 (Refile Procedure, Over Fueling), 중심관리(Payload 편차감소, CG 최적관리) - 정비관리(Fan Blade 관리, 주기적 연료탱크 청소, Drag Elimination, High Thrust take-off 운영) - 중량관리(Weight & Balance 최적화, First Aid Kit 감량, 경량 화물 및 수하 물 컨테이너 사용, Portable Water 최적화) 등이 있음 교육 및 훈련 - 모의비행장치(Full Flight Simulator, FFS)와 비행훈련장치(Flight Training Device, FTD)를 통한 경제운항절차 교육 및 훈련을 통하여 온실가스 감축량 을 확인하고, 습득하여 최적화된 운항절차 수행 가능 8 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
라. 신형항공기 제작 관련 기술 신형 항공기 개발 6) - (단기) 연료 연소, 소음, 배출가스 감축을 위한 터보팬(turbofan)항공기 개발 진행 -(중기) 전기 추진 항공기 및 무인 비행체 그리고 소형 항공기 개발 및 운행 -(장기) 상업용 수송부문에서 지속가능한 항공용 바이오연료 사용 평가 완료 및 무공해 수소 연료 개발 진행 <그림 1-5> 혁신적 온실가스 감축 기술 로드맵 신기종 항공기(new aircraft types), 신형제작 항공기(new production aircraft) 또는 기존 항공기(in-service)의 연료 효율(fuel efficiency)에 근거한 CO 2 배출 표준(CO 2 Standards) 개발 1 항공역학(Aerodynamics) 항공기 디자인(aircraft design) 공기흐름역학 개선(increased laminar flow) 고양력장치(high lift devices) 신형 항공기 형상개발(new configurations) 2 추진계통(Propulsion system) 엔진기술 개발(engine technology) 연료사용 개선(fuel used) 6) Association of Eufopean Research Establishments in Aeronautics(EREA), Study on the Air transport system in 2050 from vision towards a planning for research and innovation, 2012 제1장 기술의 정의 및 필요성 9
관련 계통 및 블리드공기(associated systems and bleeds) 3 항공기 중량(Aircraft Weight) 신재료 합금(advanced alloys) 개선된 복합소재 사용(progressive implementation of composite materials) 전기장치의 개선(fly-by-wire) 기타 항공기 제작기술(manufacturing techniques) 1) 연료전지 항공기 연료의 화학적인 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 장치인 연료전지 (Fuel Cell)를 동력원으로 사용하는 항공기 - 항공기용 연료전지는 대표적으로 Proton Exchange Membrane Fuel Cell(PEMFC) 방식과 Solid Oxide Fuel Cell(SOFC)방식으로 분류됨 연료전지시스템은 기본적으로 CO 2 배출이 없고, 소음이 매우 낮으며, 적외선 탐지도 어렵기 때문에 소형 무인기는 물론 유인 항공기의 동력원으로 사용 소형 무인 항공기용 연료전지 시스템의 대표적인 회사인 미국의 Protonex는 2007 년 Puma 무인기에 적용된 Proton Exchange Membrane(PEM) 연료 전지 개발 -Puma에 적용된 붕소화수소나트륨(NaBH 4 ) 수소 발생 방식의 연료 전지 시스템 <그림 1-6> Puma 연료전지 시스템 구성 10 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
Boeing과 Airbus는 항공기의 2차 동력 계통을 연료 전지 시스템으로 대체하려는 노력을 기울이고 있으며, Boeing과 NASA에서는 Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)/가스터빈 하이브리드 시스템을 항공기 보조동력장치(Auxiliary Power Unit, APU)에 적용하기 위한 연구 진행 중 - 아래의 그림은 NASA에서 수행한 하이브리드 시스템 응용에 관한 그림임 -향후 항공기용 연료전지는 PEM 연료 전지와 SOFC방식을 중심으로 항공기 성능 요구 조건에 따라서 다양하게 대발될 것으로 전망 미래의 상용 항공기는 단계적으로 전기식 항공기 구조와 통합될 것으로 전망 <그림 1-7> 연료전지 구동식 전기추진 항공기 로드맵 2) 태양열 항공기 태양열 항공기는 태양광 패널을 통한 자체 발전을 통한 동력을 공급받아 운항 하는 항공기 현재의 기술을 사용하여 태양열 에너지로 항공기를 운항시키기 위해서는 연료 전지 및 태양열을 병행하여 운항 - 태양전지들은 4개의 전기모터들을 구동하고, 태양이 없는 밤에도 비행할 수 있도록 400kg 리튬폴리머 전지에 태양에너지를 저장함 7) 현재의 기술을 사용하여 태양열 에너지로 항공기를 운항시키기 위해서는 연료전 지와 태양열을 병행해야만 하는데 이 또한 항공기 무게의 반을 전지로 채워야 함 7) 2010년 스위스의 솔라임펄스 유인 비행 성공 제1장 기술의 정의 및 필요성 11
스위스 기술진이 제작한 태양광 비행기 솔라 임펄스 8)9)10) 는 2003년 제작이 시 작되어 1만 2000개의 태양 전자판이 생산한 에너지로 움직여 밤낮없이 비행기 가능한 기술에 도달하여 있음 자료: 연합뉴스, 2013.05.23일자 기사 <그림 1-8> 솔라 임펄스 미 항공우주국(NASA)과 미국 항공회사인 에어로바이론먼트 는 함께 태양열로 나는 무인 비행기 헬리오스(Helios)를 만들었으며 이는 6만 200개의 태양 전지가 40Kw의 에너지를 생산하며 축적한 태양열로 날개에 달린 14개의 프로펠러를 가동해 비행함 <그림 1-9> 에어로바이론먼트 8) 솔라 임펄스는 2010년 7월 야간 비행을 포함한 26시간 연속 유인비행에 성공했으며 2010년 9월 스위스 국토 횡단 시험을 마침. 2012년 스위스에서 스페인까지 1천 116km 비행을 성공하였으며 솔라 임펄스의 경우 시간 당 평균 49km의 속도로 날면서 낮에는 고도 8천 230미터 상공까지 올라가고 해가 져 동력이 없어지면 서서히 하강 하는 비행을 반복함. 솔라 임펄스는 2013년 5월 샌프란시스코에서 피닉스까지 미국 횡단 첫 번째 구간 횡단을 성공하였으며 2015년 세계 일주 비행을 목표로 잡고 있음 9) 화학저널 2013년 3월 29일자 기사 10) 이데일리뉴스, 2013.06.17 일자 기사 12 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
3) 전기 항공기 기존의 액체연료와 전기에너지를 혼합한 형태의 동력을 공급받아 운항하는 항공기 하이브리드 추진 시스템을 설치하여 항공유와 배터리를 같이 사용하여, 공항에서 충전 후 비행하고, 충전된 전기는 비행 중 탄소발생을 줄이기 위해 액체연료의 보조 또는 대체 역할을 함 - 보잉사 11) 는 연료연소 절감과 녹색 그리드 전력 이 이산화탄소 및 아산화질소 저감에 크게 기여할 것이라 봄 2012년 미국 워싱턴 주 소재 무선 충전 시스템 기업 레이저 모티브가 비행 중인 전기 항공의 배터리를 지상에서 충전할 수 있는 지대공 레이저 충전 기술을 개발하였으며 이 기술은 레이저 빔을 활용하어 무선 충전을 구현함 레이저 모티브는 지상의 발신기에서 하늘에 떠 있는 항공기를 향해 레이저를 쏘면 항공기에 내장된 광전지가 이 빛을 전력으로 변환하여 배터리를 충전하는 메커니즘으로 햇빛으로 전기를 얻는 태양 전지와 유사한 구조임 미국의 록히드마틴 사는 2012년 통상 드론 으로 불리는 무인 정찰기를 개발했 으며, 이 드론은 전기를 이용하여 비행하며 이름은 스토커임 <그림 1-10> 스토커 11) 보잉사의 하이브리드 전기 항공기 'Sugar Volt' 개발 진행 중 제1장 기술의 정의 및 필요성 13
마. 항공용 바이오연료 관련 기술 바이오연료란 바이오매스(Biomass)로부터 확보할 수 있는 연료로 화석연료와는 다른 신재생에너지로서 보통은 해조류, 목조류 등 다양한 자연부산물에서 얻을 수 있는 에너지를 말함 해외에서는 항공용 바이오연료 개발 및 지속적 연구를 위해 ICAO가 주관하는 GFAAF(Global Framework for Aviation Alternative Fuels), 미국의 CAAFI (Commercial Aviation Alternative Fuels Initiative), 유럽의 SWAFEA(Sustainable Way for Alternative Fuels and Energy in Aviation), 항공 바이오연료 사용자 그룹SAFUG(Sustainable Aviation Fuel User Group) 등이 운영되고 있음 항공용 바이오연료를 생산하기 위한 기술은 다양하며, 그 중 국제적 기준인 ASTM 12) 을 기준으로 통용되고 있는 것은 F-T SPK기술 13) (Fischer-Tropsh Synthesized Paraffinic Kerosene)과 HEFA SPK 기술 14) (Hydroprocessed Esters and Fatty acids Synthesized Paraffinic Kerosene)임 -F-T SPK기술은 Feedstock으로 Switch grass, Corn Stover, Forest waste 등이 사용되며, 가스화 F-T 반응 upgrading 공정을 거쳐 항공 바이오 연료를 생성하는 기술임 -HEFA SPK 기술은 Feedstock으로 Soybeans, Palm, Algae, Jatropha, Rapeseed, salicoria 등이 사용되며, 수첨분해공정을 거쳐 항공 바이오연료를 생성하는 기술임 12) ASTM(the America Society for Testing and Materials)는 단체표준으로서 제품의 품질고도화, 생산효율향상, 기술혁신을 기하며, 단순 공정화 및 소비의 합리화를 통하여 산업경쟁력 향상을 목적으로 한 기술에 관한 기준 으로 현재 국제적으로 통용되는 항공유(D1655) 및 항공 바이오연료(D7566)의 품질기준을 수립 운영 중에 있음 13) ASTM D7566-13 Annex 1에서 Fischer-Tropsh Synthesized Paraffinic Kerosene의 품질기준 제시 14) ASTM D7566-13 Annex 2에서 Hydroprocessed Esters and Fatty acids Synthesized Paraffinic Kerosene 의 품질기준 제시 14 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
<표 1-2> ASTM에 따른 항공용 바이오연료 생산 기술 개발 현재 ASTM에 포함된 항공용 바이오연료 생산 기술 미래 ASTM에 포함될 항공용 바이오연료 생산 기술 자료 : FAA, Sustainable Alternative Jet Fuels, 발표자료, 2012 2. 의미 및 시사점 항공 온실가스 감축 기술은 크게 항공 온실가스 측정 및 관리, 시장기반체제 도입, 항공교통관리 및 운영, 신형항공기 제작, 항공용 바이오연료 개발 등으로 구분 -항공 온실가스 측정 및 관리 기술은 항공 온실가스 배출량 산정 및 감축량 예측 모델, 항공기 소음 예측 모델, 공항주변 대기질 관리 모델 등으로 구분되며, 주로 미국 및 유럽에서 활발한 개발이 이루어지고 있음 - 시장기반체제 기술은 환경징수금, 배출권 거래제도, 자발적 협약 등 정책적 규제가 주를 이루고 있으며, 제38차 ICAO 총회에서 국제 시장기반체제 시행에 동의함 - 항공교통관리 및 운영 기술은 항공교통관리, 항공기 운영관리, 교육 및 훈련 등으로 구분되며, 항공교통관리를 위해서는 공역 제한의 문제가 존재하나 다양한 기술이 개발되고 있으며, 항공기 운영관리, 교육 및 훈련은 현재 항공사에서 다양한 기술이 개발 운영 중 - 신형항공기 제작 기술은 국외 항공기 제작국에서 다양한 기술이 개발 중 -항공용 바이오연료 기술은 국외 항공기 제작사, 엔진 제작사, 정부, 연료 생산업체 등 다양한 분야의 컨소시엄 형태로 개발 중 제1장 기술의 정의 및 필요성 15
<표 1-3> 항공 온실가스 감축 기술 분류 대분류 중분류 항공 온실가스 배출량 산정 및 감축량 예측 모델 항공 온실가스 측정 및 관리 항공기 소음 예측 모델 공항주변 대기질 관리 모델 환경징수금 시장기반체제 배출권 거래제도 자발적 협약 유연적 공역 활용 수직분리간격축소기법 항공교통관리 및 운영 성능기반항행 필수항행성능 및 지역항법 표준계기절차, 표준도착절차 항공기 운영 관리 교육 및 훈련 신형항공기 제작 신형항공기 제작 기존항공기 연료효율 향상 항공용 바이오연료 드롭인(Drop-in) 항공용 바이오 연료 16 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
제 2 절 연구개발 배경 1. ICAO 15) 항공 온실가스 정책 추진 항공운송교통량 급증에 따른 국제적 항공기 및 공항 주변 배출가스 관리 관심 증대 -세계 항공 산업이 전체 온실가스 배출량의 2%를 차지하고 있는 가운데 항공 부문의 온실가스 배출량을 최소화할 필요성이 요구됨 - 국제민간항공기구(International Civil Aviation Organization, ICAO)는 항공부 문 온실가스 규제방안 초안을 2013년 마련 ICAO는 항공기 탄소상쇄 의무화, 배출권 거래제 등 4가지 온실가스 규제 방안 논의 - 국제민간항공기구 항공환경보호위원회는 항공부문(항공기, 지상조업장비, 수 송차량, 여객터미널 보일러실 등) 온실가스 배출규제, 항공기 엔진 배출가스 규제 및 배출가스의 공항 대기질 영향 최소화 등을 주요 목표로 추진함 - 항공기, 지상조업장비 배출가스는 질소산화물(NOx), 미세먼지 16) (PM10), 탄화 수소(HC) 등을 포함하며, 이는 오존(O 3 ) 및 산성비 형성, 기후변화와 관련한 환경문제를 수반하므로 일반대중의 건강 및 환경에 잠재적 위험으로 작용함 <그림 1-11> 항공과 기후변화 현황 15) International Civil Aviation Organization 16) 미세먼지의 분류 - PM-10(Particulate Matter Less than 10μm) 입자 크기가 10μm 이하인 먼지를 말하며, 국가에서 환경기준으로 연평균 50μmμg/m3, 24시간 평균 100μg/m3를 기준으로 하고 있음 - PM-2.5(Particulate Matter Less than 2.5μm) 입자의 크기가 2.5μm 이하인 먼지(초미세먼지)를 말하며, 대한 민국은 2015년 1월에 시행 예정인 연평균 25μg/m3, 24시간 평균 50μg/m3의 기준으로 하고 있음 제1장 기술의 정의 및 필요성 17
ICAO 제38차 총회 결의안(환경보호분야) 17) - 국제항공부문 온실가스배출 비중이 총배출량의 현재 2%정도이나 계속 증가 예정 - 1997년 UNFCCC(United Nation Framework Convention on Climate Change) 당사국회의에서 채택된 교토프로토콜에 근거한 선진국의 국제항공부문 감축 노력 요구(Article 2.2 18) ) - 2020년까지 연료효율(RTK당 연료소모량: 부피)개선 연 2% 달성과 2021년부터 2050년까지 연료효율 개선 연 2%의 희망적인 목표를 달성할 수 있도록 체약국과 관련 기구는 ICAO를 통해 작업 항공업계는 2009년부터 2020년까지 매년 평균 1.5%의 지속적인 CO 2 효율 개선과 2020년까지 탄소중립성장 달성, 2005년 기준 2050년까지 탄소 50% 감축 등을 위한 공동의 약속 - 국제항공분야 탄소배출제한에 합의하여 2016년 제39차 총회까지 국제항공분야 시장기반체제(Market-Based Measures, MBMs)제도를 마련하고, 2020년 시 행에 대한 합의 2. 우리나라 항공부문 온실가스 배출 현황 및 전망 항공부문의 온실가스 배출주체는 공항, 항공사, 지상조업자로 나뉨 - 공항의 주요 배출원은 여객/화물터미널, 공항공사 소속 차량 및 장비 등 - 항공사의 주요 배출원은 사업자 건물 및 공항 내 화물창고, 항공기, 사업자 차량 등 - 지상조업자의 주요 배출원은 사업자 건물, 조업장비, 사업자 차량 등 17) Resolution 38-19: Consolidated statement of continuing ICAO policies and practices related to environmental protection-climate Change 18) 2. b) continue to study policy options to limit or reduce the environmental impact of aircraft engine emissions and to develop concrete proposals and provide advice as soon as possible to the Conference of the Parties of the UNFCCC, encompassing technical solutions and market-based measures, and taking into account potential implications of such measures for developing as well as developed countries; and 18 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
<그림 1-12> 항공부문 온실가스 배출범위 2010년 교통부문 온실가스 총배출량은 84,342천 톤CO 2 eq 19) 로 이 중 CO 2 배출량이 83,624천 톤CO 2 eq이며, 이는 전체 온실가스 배출량의 99.1%를 차지하였음 - 2010년도 교통부문 온실가스 배출량은 전년 대비 2.0% 증가하였고, 1990년도 34,950천 톤CO 2 eq보다 141.3% 증가하였으며 이는 1990 2010년 동안 연평균 4.5% 증가한 수치임 교통수단별로 도로부문이 전체 배출량의 94.6%를 차지하였고, 그 다음 해운(2.7%), 항공(1.5%), 철도(0.7%), 기타(0.5) 순으로 배출량이 높게 나타났음 최근 국민 소득수준 향상 등으로 항공 수요가 빠르게 증가하여 최근 3년 동안 국내운항에 의한 온실가스 배출량이 지속적으로 증가 <표 1-4> 2010년도 교통 및 국제벙커링 부문 온실가스 배출량 단위 : 천톤CO 2 eq 구분 교통 국제 도로 철도 항공 해운 기타 계 벙커링 CO 2 79,125 559 1,207 2,290 442 83,624 38,571 CH 4 507 1 1 3 1 514 39 N 2 O 183 1 13 6 204 167 계 79,816 561 1,221 2,299 445 84,342 38,777 주 : 1. 지구온난화 지수(CH4: 21, N2O: 310) 적용 2. 국제 벙커링은 국제 항공(30.1%) 및 국제 해운(69.9%) 포함 자료 : 국토교통부, 교통안전공단, 2012년도 교통물류 온실가스 배출량 조사, 2012 19) 이산화탄소 환산(carbon dioxide equivalent): 다양한 온실가스 배출을 지구온난화지수(GWP)에 기준하여 비교 가능하도록 만든 측정수단으로 이산화탄소 배출량으로 환산 제1장 기술의 정의 및 필요성 19
가. 2010년 항공부문 산정등급별 국가 온실가스 배출현황 Tier 1 20) 산정결과 - 항공부문 Tier 1 산정결과 총 배출량은 1,180천 톤CO 2 eq으로 서울(37.1%), 제 주(34.9%), 부산(11.5%) 순으로 배출량이 높게 나타났고, 세 지역이 전체의 83.5%를 차지하였음 -그 다음으로 충북(2.7%)이 높게 나타났는데, 이는 충북에 청주공항이 위치하 고 중국 관광객 증가에 기인한 것으로 판단되며, 반면 충남은 공항이 없는 지역으로 16개 지역 중에서 가장 낮은 2천 톤CO 2 eq(0.2%)을 나타냄 CH4, 0.0% N2O, 0.9% CO2, 99.1% <그림 1-13> 항공부문 온실가스별 배출비중(Tier 1) - 온실가스별 배출량을 보면 CO 2 배출량은 1,170천 톤CO 2 eq(99.1%), CH 4 배출량은 0.17천 톤CO 2 eq(0.0%), N 2 O 배출량은 10천 톤CO 2 eq(0.9%)임 -이 중 민간 항공기에서 1,149천 톤CO 2 eq 배출되었으며, 서울 418천 톤CO 2 eq, 제주 412천 톤CO 2 eq, 부산 136천 톤CO 2 eq으로 나타냄 - 항공운송업체에서 항공기운항에 사용하는 연료는 제트유(JET A-1, JP-8 21) )와 항공용 휘발유이며, JET A-1에 의한 배출량이 1,178천 톤CO 2 eq으로 총 배출량의 대부분을 차지 20) Tier 1 산정 방법 - 1996년 IPCC 가이드라인의 경우 CO2 배출계수의 기본값을 제공하고 있지 않아 연료 소비량에 순 발열량(에 너지탄소 배출계수를 곱하여 탄소 배출량을 먼저 산정한 후, 이 값에 CO₂로의 전환계수(44/12)를 곱하여 CO₂배출량을 구하도록 함 - 2006년 IPCC 가이드라인의 경우 배출계수 기본값을 제공하고 있기 때문에 연료 소비량에 배출계수 기본값 바로 적용함 21) JP-8은 군용기에서 사용하는 연료이며, 일부 일반 항공기에 사용되고 있음 20 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
<표 1-5> 항공부문 연료별 배출량(Tier 1) 단위 : 천 톤CO 2 eq 구분 제트유 JET A-1 JP-8 항공용 휘발유 합계 민간 항공기 1,149 0 0 1,149 일반 항공기 29 1 2 31 합 계 1,178 1 2 1,180 자료 : 국토교통부, 교통안전공단, 2012년도 교통물류 온실가스 배출량 조사, 2012 Tier 2 22) 산정결과 -Tier 2(국가 통계) 산정결과, 총 배출량은 1,221천 톤CO 2 eq이며, 이중에서 CO 2 배출량이 1,207천 톤CO 2 eq(98.9%), CH 4 배출량이 1천 톤CO 2 eq(0.0%), N 2 O 배출량이 13천 톤CO 2 eq(1.0%)으로 산정되었음 - 지역별로는 서울 37.0%, 제주 34.9%, 부산 11.5% 전체의 83.5%를 차지하였 다. 그 다음으로 충북 2.7%, 광주 2.5%, 울산 2.4%, 대구 2.3%, 인천 2.1% 순 이며 충남은 0.2%로 가장 낮은 비중이 나타났음 CH4, 0.0% N2O, 1.0% CO2, 98.9% <그림 1-14> 항공부문 온실가스별 배출비중(Tier 2) - 연료별로 보면 JET A-1이 1,219천 톤CO 2 eq로 총 배출량의 99.8%를 차지하는 것으로 나타났고, 일부 JP-8과 항공용 휘발유에 의해 배출되었음 -JP-8은 보통 군용기에서 사용하고 있는 연료이며, 항공용 휘발유는 단가가 높아 국내에서는 생산되고 있지 않으며 전면 수입하고 있음 22) Tier 2 산정 방법 - Tier 2 방법론은 이/착륙 시 배출량과 순항 시 배출량을 따로 계산하여 총 배출량을 합산하는 방법으로 1996년 지침과 2006년 지침이 동일함 - 914m(3,000feet)이상과 이하의 비행을 기준으로 이착륙(LTO, Landing and Take-Off) 및 순항(Cruise)으로 각각 구분하여 항공기 배출가스를 산정함 제1장 기술의 정의 및 필요성 21
<표 1-6> 항공부문 연료별 배출량(Tier 2) 단위 : 천 톤CO 2eq / % 제트유 구분 항공용 휘발유 합계 JET A-1 JP-8 배출량 1,219 1 2 1,221 비 율 99.8 0.0 0.1 100.0 자료 : 국토교통부, 교통안전공단, 2012년도 교통물류 온실가스 배출량 조사, 2012 - 기종별 배출 현황 국적항공사의 항공기종은 총 17개정도 조사되었으며, 대부분 Airbus와 Boeing에서 제작한 기종이며, 국내에서 가장 많이 이용되고 있는 B737-800 기종의 배출량은 275천 톤CO 2 eq으로 전체의 22.6%를 차지하였음 지역은 출 도착 공항 해당 지역으로 하여 구분하였으며, 해당 기종의 운항 횟수 파악이 가능하여 횟수 당 기종별 온실가스 배출량 확인 가능함 <표 1-7> 항공부문 기종별 배출량(Tier 2) 계 A300 A320-200 A321-100 A321-200 A330-300 B737-400 B737-500 B737-700 B737-800 단위 : 천 톤CO 2eq 서울특별시 452 99 37 21 18 16 26 22 35 115 36 9 20 부산광역시 1 4 1 1 9 4 0 0 1 1 2 3 3 1 0 1 9 3 3 1 0 대구광역시 2 8 5 3 3 1-4 - - 4 9-0 인천광역시 2 5 0 5 0 2 1 2-1 4 7 4 0 광주광역시 3 0 1 8 0 6-5 - - 0 10 0 - 대전광역시 3 - - - - - - - - - - - 3 울산광역시 2 9-8 0 0-2 - - 18 1 0 0 경기도 3 - - - - - - - - - - 0 3 강원도 4 - - - - - - - - 3 0 0 1 충청북도 33 4 1 2 4-2 - 5 6 7 0 0 충청남도 2 - - - - - - - - - - - 2 전라북도 5 - - - - - - - 1 0 2 2 0 전라남도 21-4 0 2 0 4 - - 6 4 0 0 경상북도 12-3 - - - 1 - - 6 - - 1 경상남도 6-0 - 0-1 - 0 5 0 0 0 제주 426 114 27 26 23 26 28 9 40 91 33 11 - B737-900 계 1,221 242 100 53 55 53 97 62 82 275 143 27 31 주 : 1. 민간 항공기의 기종은 상위 10개에 한하여 제시(나머지 기종은 기타1에 포함) 2. A330.200, B737-600, B747-400, B767-300, B777-200/300 등 3. 일반 항공기 기타 1,2) 기타 2,3) 22 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
- 노선별 배출현황 노선별 배출량은 민간 항공기만 대상으로 산정하였고, 일반 항공기는 대부분 부정기적으로 운행되므로 노선별 구분에서 제외되었음 김포 제주 또는 제주 김포 노선을 운항한 민간 항공기에 의한 배출량이 562천 톤CO 2 eq이었으며, 이는 전체의 47.2%에 해당되는 양으로서 2009년 도 494천 톤CO 2 eq보다 13.6% 증가한 수치였음. 그 다음으로 김포 김해 (11.9%), 김해 제주(10.1%), 청주 제주(5.4%) 노선 순으로 배출량이 높게 나타났음 <표 1-8> 항공부문 노선별 배출량(Tier 2) 노선구간 천톤CO 2 eq 비중(%) 김포 제주 562 47.2 김포 김해 141 11.9 김해 제주 120 10.1 청주 제주 64 5.4 김포 울산 56 4.7 대구 제주 46 3.8 김포 여수 37 3.1 김포 광주 31 2.6 광주 제주 29 2.5 김포 포항 20 1.7 인천 김해 20 1.7 김포 진주 11 0.9 인천 제주 10 0.8 인천 대구 9 0.8 군산 제주 9 0.8 원주 제주 6 0.5 김포 인천 4 0.3 포항 제주 2 0.2 김포 무안 2 0.2 진주 제주 2 0.2 울산 제주 2 0.1 여수 제주 1 0.1 기타 7 0.6 계 1,190 100,0 주 : 민간 항공기(국적항공사)를 대상으로 노선구분 제1장 기술의 정의 및 필요성 23
3. 우리나라 대기오염물질 배출 현황 가. 국내 항공부문 대기오염물질 배출량 국립환경과학원 대기정책지원시스템(Clean air Policy Support System, CAPSS) 의 2010년 항공부문 대기오염물질 23) 배출량에 따르면 NOx의 총 배출량은 5,692톤 으로 전체의 46%를 차지하며 가장 많이 배출되었고, CO는 5,533톤으로 전체 배출량의 44.7%, SOx는 532톤으로 4.3%, VOC는 473톤으로 3.8%, TSP는 75톤 으로 전체 배출량의 0.6%를 차지함 <그림 1-15> 항공부문 대기오염물질 배출량 23) 대기오염물질이란 대기 중에 존재하는 물질 중 대기환경보전법 제7조에 따른 심사 평가 결과 대기오염의 원 인으로 인정된 가스 입자상 물질( 대기환경보전법 제2조제1호, 대기환경보전법 시행규칙 제2조 및 별표1 24 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
나. 주요 공항별 배출량 인천공항, 김포공항, 제주공항, 김포공항 총 4개의 공항에서 배출된 대기오염물질의 양이 가장 많은 공항은 항공기 트래픽의 이동이 가장 많은 인천공항이고 공통 적으로 4개의 공항에서 가장 많이 배출되는 물질은 NOx와 CO임 <표 1-9> 공항별 대기오염물질 배출량 단위 : 톤 공항 CO NOx SOx TSP(PM10) VOC 인천공항 2,394 2,469 242 33 (31) 281 김포공항 1,101 1,132 105 16 (16) 70 제주공항 998 1,026 92 14 (14) 56 김해공항 620 637 54 6 (6) 41 제1장 기술의 정의 및 필요성 25
다. 대기오염물질별 배출량 공항의 배출물질을 CO, NOx, SOx, PM10, VOC, TSP 총 6가지의 대기오염물질로 구분하여 비교하였을 때 인천공항에서 배출되는 대부분의 오염물질이 두 번째로 대기오염물질을 많이 배출하는 김포공항보다 약 2배가 넘는 오염물질을 배출하며 특히 VOC의 경우 김포공항의 VOC 배출량 대비 4배 더 많은 양을 배출함 <그림 1-16> 대기오염물질별 배출량 26 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
4. 우리나라 항공부문 온실가스 감축목표 가. 국내 환경 관련 정책 및 규제 <표 1-10> 국내 환경관련 규정 동향 주요 규정 주요 관련 내용 R&D 사업/ 연구와의 연계성 저탄소 녹색성장 기본법 - (제9조) 저탄소 녹색성장 국가 전략 수립 - (제23조) 녹색경제, 녹색산업의 육성 및 지원 - (제26조) 녹색기술의 연구개발 및 사업화 등의 촉진 - (제37조) 국제규범 대응 - (제38조 제42조) 기후변화 대응 - (제43조 제46조) 온실가스 감축 및 종합정보관리체계 구축 - ( 제47조) 교통부문 온실가스 관리 - (제55조) 저탄소 교통체계 구축 - 온실가스를 획기적으로 감축하기 위하여 온실가스 배출 중장기 감축 목표 설정 및 부문별 단계별 대책, 에너지 수요관리 및 안정적 확보대책 등을 포함한 기후변화 대응 기본계획 과 에너지기본 계획 을 수립 시행 - 국제기구에서 제정하거나 도입하려는 EU-ETS와 같은 저탄소 녹색성장과 관련된 제도 정책에 관한 지원체제를 구축 지속가능 교통물류발전법 - (제14조 제15조) 지속가능교통지표 개발 및 관리 - (제16조) 기호변화협의 대응 - (제27조 제29조) 녹색교통기술개발사업 - (제28조) 에코드라이빙, 친환경 교통(대중교통, 철도) 활성화 - (제33조, 제35조) 비동력, 무탄소 교통수단 개발 - 지속가능 항공기술개발을 통한 교통보문 온실가스 감축 등 정책과제를 효율적으로 추진 환경정책기본법 - (제12조) 환경기준의 설정 - 대기환경기준 설정을 통한 국가 대기질 관리 <표 1-11> 국내 기술 정책 동향 주요정책 주요 관련 내용 R&D 사업/ 연구와의 연계성 녹색성장 국가전략 및 5개년 계획(2009) - 정부의 녹색성장정책에 대한 장기적이고, 구체적인 실천계획 수립, 녹색 기술 및 그린 비즈니스 창출계획 - 국가 중기 온실가스 감축 목표 2020년 BAU 대비 30% 감축 - 자발적 독자적 국내목표 설정으로 감축 추진 - 온실가스 감축을 위한 감축기술 개발 연구와 연계 제1장 기술의 정의 및 필요성 27
주요정책 주요 관련 내용 R&D 사업/ 연구와의 연계성 지속가능 발전기본계획 (2011-2015) 지속가능 교통물류발전계획 (2011-2020) - 저탄소 녹색 성장법 제50조에 근거하여 수립 - 기후변화 적응 및 대응체계 확립, 경제 및 산업구조의 지속가능성 제고 등을 위한 84개 과제 추진 - 핵심제도인 온실가스 에너지 목표관리 제도 시행 - 지속가능교통물류발전법에 근거하여 10년단위로 수립 - 교통물류부문의 온실가스 감축목표 설정 및 관리, 재원조달 방안, 수송분담구조 조정, 기반 구축 등 - 지속가능성장 및 온실가 스 에 너지 목표관 리 제 도 에 대응 방안 연구와 연계 - 항공교통분야의 온실가스 관리를 위한 감축기술 개 발 연구와 연계 우리나라 주요 온실가스 감축 계획 - 저탄소 녹색성장 기본법에 의거한 녹색성장 5개년 계획 수립 시행 우리나라는 온실가스 비의무감축국임에도 불구하고 20년까지 온실가스 감 축을 국가 중기 목표를 설정하였으며, 이는 기후변화에 관한 정부 간 협의 체(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)가 개발도상국에 권고한 감축범위인 15 30% 감축의 최고 수준으로 국내적으로 녹색성장 정책을 강력하게 추진하고, 범지구적인 기후변화 대응노력에 적극적으로 동참하고자 하는 의지를 표명 - 우리나라는 교통부문 온실가스 감축 계획을 수립하여 온실가스 감축 목표를 설정하고, 세부적인 온실가스 감축 방안 마련 (지속가능발전기본계획) 감축목표 달성을 위해 2011년부터 시행해온 에너 지 온실가스 목표관리제 를 한 단계 발전시켜, 2015년부터는 국내항공을 포함한 주요산업분야에서 배출권 거래제도 를 시행할 예정이며, 2010년부 터는 정부와 항공사간에 자발적 감축협약 이 시행 중 (지속가능국가교통물류발전계획) 2020년 국가 전체의 온실가스를 BAU 대 비 30% 감축할 예정이며, 특히 교통부문은 부문별 감축목표 중 가장 높은 34.3%를 감축할 예정 - 항공부문 저탄소 녹색성장 추진을 위한 제1차 항공정책기본계획( 10-14) 수립 28 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
항공분야 저탄소 녹색성장 중장기 계획 수립 항공부문 온실가스 배출량 관리시스템 구축 항공부문 온실가스 자발적 배출량 감축협약 추진 국내적으로도 온실가스 감축 노력을 위해 항공사의 자발적 협약, 온실가 스 에너지 목표관리제, EU-ETS 등이 시행 한국공항공사, 인천국제공항공사 배출량 관리: 공항시설의 온실가스 배출 은 건물부문으로 포함되어 감축목표 설정 및 관리 우리나라 국가이행계획(State's Action Plan) 24) -신형 항공기 도입, APU 억제, 보정연료 개선 등 다양한 온실가스 감축수단을 통하여 국제적으로 거론되는 목표가 아닌 자체적으로 달성 가능한 목표 설정 필요 -아래 표에 설명된 감축수단을 사용하여 감축목표를 달성할 경우 2020년 우리 나라 국제선의 연료효율은 0.2752리터/RTK 25) 가 될 것이며, 이 때 2010년 2020년 기간 동안의 연간 연료효율 개선비율은 1.3%가 됨 -이는 ICAO의 지구적 감축목표 연간 2% 연료효율 개선목표에는 미치지 못하는 수치이나 세계 평균 연료효율을 고려하면 매우 의욕적인 목표 세계 평균 연료효율은 2010년 0.375리터/RTK 26) 이며, 세계 평균 수준의 연 료효율을 가진 국가가 2020년에 우리나라와 같은 0.2752리터/RTK의 효율을 달성하기 위해서는 매년 3.05%리터/RTK씩의 연료효율개선이 필요 24) 국토교통부, 항공부문 온실가스 감축 국가이행계획 수립 연구, 2012 25) RTK: Revenue Ton-Kilometer 26) WATS Ten-Year Overview, Average Fuel Efficiency of IATA member airline in 2010 제1장 기술의 정의 및 필요성 29
<표 1-12> 감축 수단의 종류별 목표 감축량 단위 : 리터 종류 세부 정책 2013년 2015년 2020년 합계 항공기 신형 항공기 도입 189,536,555 359,842,430 829,585,076 121,300,000 관리/ 인프라 개선 운영 효율 개선 APU 억제, PBN 도 입, 단축항로 확대 보정연료개선, CI 개선, 단일엔진 활주, 엔진세척, 공회전 역추진, 경량 ULD사용 35,432,085 70,618,710 119,478,992 75,857,917 44,890,781 69,726,279 93,690,964 23,888,198 합계 269,859,420 269,859,420 500,187,419 1,042,755,031 자료 : 항공부문 온실가스 감축 국가이행계획 수립 연구, 2012 온실가스 목표관리제 - 국제사회에 천명한 국가 온실가스 감축목표를 효과적으로 실현하기 위하여 핵심수단으로 서 온실가스 다배출 업체에 대해 목표관리제(Target Management System)를 시행 중 27) - 목표관리제는 환경부가 총괄기관으로서 종합적인 지침 및 기준을 수립하고, 정부 4개 부처(환경부 지경부 국토부 농식품부)가 협력하여 소관 부문별 관리업체에 대한 목표설정, 이행지원, 실적평가 등 직접적 관리를 맡는 것으 로 부처의 역할을 명확히 하였으며 국토교통부는 항공을 포함한 도로, 철도 및 건물부문을 관장 - 관리업체는 매년 배출량 조사를 통해 최근 3년간의 평균이 공표된 온실가스 배출량 기준(12만5천CO 2 톤)을 초과하는 업체를 대상으로 지정하며, 2011년 기준으로 총 490개의 관리업체가 지정되었고 관리업체 온실가스 배출량은 국 가 전체 배출량의 약 60%를 차지 27) 온실가스 목표관리제란 정부가 온실가스 다배출 업체의 배출량에 대한 목표를 부과하고 이에 대한 이행실적을 점검함으로써 온실가스 배출에 대한 정보를 체계적으로 관리하는 제도로 향후 국가 온실가스 관리의 핵심기반 이 될 전망 30 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획
<그림 1-17> 온실가스에너지 목표관리제 추진 절차 - 우리나라는 2011년 기준으로 국제항공 배출량 비중이 항공 전체 배출량의 93%로 대부분을 차지하고 있으며 국내항공 배출량은 7% 수준으로, 2012년 목표관리제도 하에 지정된 관리업체는 대한항공, 아시아나항공, 에어부산임 온실가스 감축 자발적 협약 - 국적항공사를 대상으로 온실가스 자발적 감축활동을 촉진하기 위하여 정부는 항공 온실가스 감축 자발적 협약 운영에 관한 지침 을 제정하고 항공운송사 업자와 온실가스 감축이행을 위한 자발적 협약 제도 운영 -1단계 자발적 협약에 참여한 항공사는 대한항공, 아시아나항공, 제주항공이며, 2012년 3단계 협약에는 7개 항공사가 참여하여, 최근 3년간(2007 2009) 연평 균 연료효율 대비 개선치를 기준으로 자발적 감축목표를 설정하고 세부적인 이행방안을 마련하여 감축활동을 전개하고 있음 - 자발적 협약에 참여한 항공사들은 항공기의 전반적인 스케줄 및 운용을 관리 하는 운항관리 분야와 관제기관에서 시행하는 운항절차 개선 등 연료절감을 위한 적극적인 활동을 전개하고 있으며, 특히 각 항공사는 연료효율 향상을 위해 효율적인 비행계획의 수립, 공회전 역추진 사용, 저항력 플랩 이륙, 항 공기 중량감소, APU 사용 억제, 엔진 세척 및 대체공항 최적화 등 다양한 감축수단을 사용하고 있음 제1장 기술의 정의 및 필요성 31
<표 1-13> 자발적 협약 목표 설정 현황 구분 1차협약 목표 2차협약 목표 3차 협약 목표 대한항공 2.5% 2% 2% 아시아나항공 2.5% 2% 2% 제주항공 4.0% 3% 3% 진에어 - 3% 3% 에어부산 - 3% 3% 이스타 항공 - 3% 3% 티웨이 항공 - - 3% 자료 : 교통안전공단, 항공 온실가스 감축을 위한 자발적 협약 이행 매뉴얼, 2012, p. 7 EU-ETS(Europe Emission Trading System) - 2005년부터 발전, 철강, 화학 등 5개 분야에 시행중인 이산화탄소(CO 2 ) 배출권 거래제를 2012년부터 국제항공부문으로 시행 추진(EU역내는 2011년에 착수) -EU 집행위원회는 2012년 1월부터 적용되는 배출권 거래제도 항공부문의 전체 연간 배출량 한도를 확정 발표( 11. 3. 7) 28) 배출한도량: 2012년(2.13억 톤 CO 2 ), 2013년(2.09억 톤 CO 2 ) 산출근거: 04 06 실제연료 소비정보를 근거로 항공부문 배출량 2.19억 톤 CO 2 의 95-97%를 배출한도로 결정 항공사의 10년도 배출량 실적에 대한 모니터링 결과를 검증하여 항공사별 무상배출할당량 발표 29) <표 1-14> 국내 항공사의 영향 분석(항공사 제공 11. 4) - 운항실적 및 CO 2 배출량: 11,026편/ 227만 톤( 10년 기준) - (예상) 무상배출권 할당량: 약 260만 톤 - (예상) 구매배출권( 12년): 약 40만 톤(100억 원 210억 원) 28) 최근 ETS 시행 일시가 2014년까지 연기됨 29) 전체 배출한도 중에서 82%는 항공사의 실적을 기준으로 항공사에 무상으로 할당되며, 15%는 경매 그리고 3%는 특별유보량으로 설정 32 기후변화 대응 항공 온실가스 감축 기술 개발 기획