Quality Improvement of Greenhouse Gas Inventories by the Use of Bottom-Up Data

2. 1 2006 IPCC 가이드라인상의 상향식 자료 이용

IPCC 가이드라인은 온실가스 인벤토리 작성의 전단계에 걸쳐 품질을 담보하기 위한 가이던스를 제공함으로써 국가 온실가스 인벤토리가 품질측면에서 평가되고 개선될 수 있도록 지원하는 역할을 한다(IPCC, 2006). 본 연구에서는 2006 IPCC 가이드라인에서 제시하고 있는 상향식 자료의 직접 이용방법과 화학, 금속분야 카테고리에 대한 품질관리 (Tier 2 QC) 방법을 살펴보았다.

2. 2 온실가스 인벤토리 보고서상의 상향식 자료 이용

유엔기후변화협약 부속서 I 국가는 매년 국가 온실가스 인벤토리 보고서를 작성하여 제출하고 있으며 이 가운데 가장 최근인 2013년에 제출된 20개국(표 1)의 국가 인벤토리 보고서를 분석하여 화학, 금속분야에서 사업장 단위의 정보를 이용한 인벤토리의 품질개선 방법을 살펴보았다.

Table 1.

Examined Annex I countries.

Table 2.

Greenhouse gas reporting scheme related to plant level data.

2. 3 사업장 수준의 온실가스 정보 보고제도와 자료의 활용

EU 27개국은 2005년부터 EU Emission Trading Scheme (EUETS)을 시작하였고, 미국은 2010년부터 Greenhouse Gas Reporting Programme (GHGRP)을, 호주는 2007년부터 National Greenhouse and Energy Reporting System (NGERs)를 시작하여 일정량 이상의 온실가스를 배출하는 사업장을 대상으로 사업장 단위의 온실가스 배출량을 매년 보고받고 있다 (표 2). 우리나라에서는 저탄소 녹색성장기본법에 따라 2012년부터 온실가스∙에너지 목표관리제 (목표관리제)를 실시하고 있으므로, EUETS, GHGRP, NGERs의 사례로부터 상향식 자료의 인벤토리 활용방안을 고찰해 보고자 한다.

3. 1 2006 IPCC 가이드라인에 따른 상향식 자료의 이용

2006 IPCC 가이드라인에서는 상향식 자료를 국가 인벤토리에 활용하기 위한 방안을 제공하고 있는데, 다음과 같이 정리될 수 있다. 첫째, 측정된 사업장 수준의 자료가 2~3 사업장 정도로 상향식 접근을 하기에는 충분치 않을 경우 Tier 2 방법으로 기존에 적용하고 있는 국가 고유 파라미터와 비교하여 국가 고유 변수의 합리성과 대표성을 검토한다. 둘째, 사업장 수준의 자료가 해당 배출원 카테고리를 모두 포함할 경우 Tier 3 방법으로 적용한다. 셋째, 측정된 사업장 수준의 자료를 국가고유 변수와 함께 사용하여 Tier 2와 Tier 3을 함께 적용한다. 넷째, 주요 배출원(key category)이 아닐 경우 사업장 수준의 자료를 IPCC 기본값과 함께 사용하여 Tier 1과 Tier 3을 함께 적용한다. 이러한 내용은 고정연소 배출원을 예로, 사업장 수준의 데이터 활용과 배출량 산정의 적정수준을 결정하는 의사결정도를 통해서도 확인할 수 있다(그림 1).

Fig. 1.

Decision tree for estimating GHG emissions from stationary combustion (IPCC, 2006). Activity Data (AD)

3. 2 2006 IPCC 가이드라인에 따른 국가 인벤토리의 품질관리

온실가스 인벤토리의 일반적 품질관리(Tier 1 QC)는 데이터 수집, 계산, 가공, 문서화 등 모든 배출원과 흡수원 카테고리에 해당되는 반면, 특정 카테고리 품질관리 (Tier 2 QC)는 일반적 품질관리 외에 추가적으로 주요 배출원 (key category), 방법적인 수정이나 데이터 수정이 발생한 카테고리에 대해 적용하며 해당 특정 카테고리에 대한 기술적 이해를 바탕으로 이루어진다.

Table 3.

Tier 2 QC using plant level data in chemical industry.

2006 IPCC 가이드라인에서 제시하는 상향식 자료를 이용한 Tier 2 품질관리, 혹은 상향식 자료에 대한품질관리 내용은 다음과 같이 정리할 수 있다(IPCC, 2006). 첫째, 사업장 수준에서 개발된 배출계수는 현장간 비교, IPCC 기본값이나 국가 고유값과 비교하고 개발된 값 혹은 국가 고유 계수의 합리성과 대표성을 검토한다. 둘째, 사업장에서 직접 측정된 데이터의 특이사항에 대해서는 현장 담당자와 논의하고 현장 자료에 유의한 불확실성이 있을 경우 보충적인 QC 활동을 장려한다. 또한 측정 절차가 공인된 국가혹은 국제 기준에 부합하는지를 검토한다. 셋째, 활동자료에 대해 현장간, 그리고 국가 데이터와 비교하여 주요한 누락이나 과산정을 검토한다. 현장의 생산량을 플랜트 용량과 비교하여 생산데이터의 합리성을 가늠할 수 있고, 사업장 활동자료의 생산과 소비 밸런스를 이용해서 합리성을 검토할 수도 있다.

표 3과 표 4는 각각 2006 IPCC 가이드라인에서 제시하고 있는 화학, 금속 카테고리에서 적용될 수 있는 Tier 2 수준의 품질관리를 살펴본 것으로 앞서 설명된 상향식 자료와 관련된 품질관리 내용 외에 화학, 금속 배출원의 특징을 바탕으로 사업장 수준의 상향식 자료를 이용한 품질관리 방법을 요약하였다. 배출원 카테고리에 표기가 없는 것은 화학, 금속 각각의 모든 배출원에 적용될 수 있는 품질관리 방법임을 뜻한다.

Table 4.

Tier 2 QC using plant level data in metal industry.

3. 3 온실가스 인벤토리 보고서상의 상향식 자료의 이용

20개 국가에서 2013년 제출한 국가 온실가스 인벤토리 보고서로부터 화학, 금속 분야에서 수행된 Tier 2 품질관리는 다양한 형태로 분류될 수 있으나(Shin et al., 2013) 그 중에서 상향식 자료를 이용한 품질관리와 인벤토리 활용사례를 살펴보고 구체적 내용을 표 5와 표 6에서 요약하였다(UNFCCC, 2013).

Table 5.

Nations’ Tier 2 QC using plant level data in chemical industry.

유럽 국가들은 EUETS 제도하에 있는 기업의 상향식 자료를 활용하고 뉴질랜드와 같이 자국 내 ETS데이터를 활용하기도 한다. 이탈리아는 PRTR (Pollutant release and transfer register) 레지스트리에 보고된 값, 독일은 공동이행제도(Joint Implementation, JI) 사업의 결과와 비교하면서 품질관리를 수행한다. 노르웨이는 EUETS 외에도 자발적 협약에 속한 사업장의 보고 자료를 인벤토리에 활용하고 있으며, 스웨덴은 사업장의 연례 환경보고서를 통해 배출량을 보고받아 활용하고 있다. 그리스는 사업장별 정보를 취합하여 인벤토리 시스템의 입력파일로 사용하고 있으며 온실가스 배출량의 산출을 위해서 해당 사업장과 협력체계를 구축하고 있다고 밝혔다. 헝가리 또한 암모니아, 질산, 알루미늄 생산 사업장으로부터 직접 획득한 데이터의 이용으로 배출량의 품질과 신뢰성이 크게 개선되었다고 한다. 노르웨이는 알루미늄 생산 사업장이 자발적 협약에 따라 보고한 배출량과 활동자료를 인벤토리 팀이 검토하는데, 오류가 발견되면 사업장에 연락을 취해 보고된 데이터에 대해 논의하고 알루미늄 산업 관계자와 연례 회의 개최, 사업장에 대한 정기 감사 수행 등 밀접한 관계를 유지하고 있다.

3. 4 사업장 수준의 온실가스 배출량 보고제도와 자료의 활용

사업장 수준의 데이터가 인벤토리에 적절히 활용된다면 무엇보다 데이터의 공간적 시간적 해상도 개선과 데이터 카테고리의 세분화, 완화 영향의 산출개선, 불확도 자체의 감소 등을 기대해 볼 수 있다(IPCC, 2011). 사업장 온실가스 정보를 인벤토리에 활용하는 대표적 사례는 EU, 호주, 미국으로, 법적 근거 하에 수집된 상향식 자료를 배출량, 활동자료, 배출계수 측면에서 인벤토리에 활용하고 있다.

3. 4. 1 EU 배출권거래제도

2005년 EU 배출권거래제의 시작으로 EU 27개 국가는 에너지산업, 제조산업에서 연간 25,000 CO₂ 톤 eq. 를 초과하는 온실가스 배출 사업장을 대상으로 CO₂는 2005년부터, N₂O는 2010년, 그 외 기체는 2013년 이후 보고하면서 그 범위를 점차 확대하고 있다(IPCC, 2011). EUETS 데이터는 특정 카테고리의 배출량으로 직접 활용하거나 활동자료와 배출계수를 그대로 활용하는 등 다양한 방식으로 EU 온실가스 인벤토리 구축에 기여하고 있다 (IPCC, 2011; 표 7). 2010년에 제출된 EU 국가의 인벤토리 보고서를 살펴보면 같이 24개 국가가 ETS 데이터를 품질관리/품질보증 목적으로 사용하였으며 15개 국가가 ETS에 따라 사업장별로 보고한 배출량을 직접 사용하고, 16개 국가는 국가고유 배출계수 개발을 목적으로, 10개 국가는 활동자료를 국가 인벤토리에 활용하였다(IPCC, 2011; 표 7). 품질관리에 사용한 예는 앞서 살펴본 표 5와 표 6에서 더 자세히 확인할 수 있다.

Table 6.

Nations’ Tier 2 QC using plant level data in metal industry.

3. 4. 2 호주 NGERS

Sturgiss (2010)는 호주의 국가 인벤토리가 대표성 있는 국가 고유계수를 사용하는 Tier 2 방법에서 NGERS의 도입으로 사업장별 배출계수를 새롭게 활용하는 Tier 3 방법으로 전환 중이라고 밝혔다. 호주의 국가 온실가스 인벤토리는 주로 에너지, 산업공정, 폐기물에서 Tier 2 방법을 사용 중이며, 예외적으로 전기 생산을 위해 소모되는 연료와 지하 석탄광의 탈루성 배출에 Tier 3 방법이 이미 사용되고 있는데, 이는 NGERS 배출량의 약 50%를 차지한다 (Sturgiss, 2010). NGERS를 통해 역청탄, 갈탄, 천연가스, 탄층 메탄 연소의 탄소함량에 대한 사업장 수준의 상당한 데이터가 수집되었고, 연료별 CO₂ 배출계수를 기존 Tier 2 파라미터와 비교하여 일치성을 검토하였다(Sturgiss, 2010).

Table 7.

Use of ETS data for the purposes of the national GHG inventory (IPCC, 2011)*.

Sturgiss (2010)는 사업장 단위의 온실가스 배출 데이터를 일관되게 사용하기 위하여 의사결정도를 제시하였는데 (그림 2), 앞서 살펴본 2006 IPCC 가이드라인과는 달리 Tier 1 배출계수의 활용을 고려하지 않고 있다. 또한, 사업장 수준의 데이터를 이용하기에 앞서 다음의 조건에 대한 검토가 필요함을 제시하고 있다. 첫째, 보고하는 사업장 수준의 데이터 샘플이 전체 모집단을 고려하여 합리적인 비율을 차지함으로써 유의미해야 한다. 둘째, 샘플은 대표성을 갖추어야 한다. 셋째, 샘플은 대략적으로 정규분포하고 균질해야 한다. 그림 2에서와 같이 이러한 세 가지 조건의 만족 여부에 따라 사업장 수준의 배출계수의 부분적 사용, 사업장 수준 배출계수의 외삽을 통한 사용을 결정하게 되며, 사용시 인벤토리를 개선할 수 없다면 인벤토리에 직접 사용되지 못하고 국가고유 계수의 합리성을 검토하기 위한 QA/QC 툴로써 사용된다. 활동자료의 경우, 사업장 수준의 데이터가 전체 섹터를 포함할 경우 국가 인벤토리에 그대로 사용될 수 있으나 부분적일 경우 배출계수에 대한 의사결정도에서와 같은 검토를 거쳐 이용될 수 있다.

Fig. 2.

Decision tree for selecting plant level data (a) plant level activity data; (b) plant level emission factor (Sturgiss, 2010).

4. 1 우리나라의 화학, 금속 배출원

2010년 기준 우리나라의 온실가스 총 배출량은 669백만 CO₂ 톤 eq.이며 이중 산업공정은 62.67백만 CO₂ 톤 eq.으로 9.4%를 차지하고, 화학과 금속의 배출량은 각각 약 0.87백만 CO₂ 톤 eq., 0.20백만 CO₂톤 eq.으로 총 배출량 중 0.13%, 0.03%를 차지한다(GIR, 2012; 그림 3). 이러한 배출비중은 산업공정 카테고리 내 화학과 금속산업의 공정배출만을 대상으로 한 것이며, 화학과 금속산업에서 비롯되지만 인벤토리의 고정연소 배출원에서 계상되는 온실가스 배출량을 고려한다면 약 5.25%, 12.02%의 배출량이 추가되어야 한다(GIR, 2012). 목표관리제에서 보고되는 온실가스 배출량은 해당 배출원의 고정연소와 공정배출을 포함한 사업장별 온실가스 배출량이지만 국가 인벤토리에서 고정연소는 에너지부문에서, 공정배출은 산업공정 부문으로 구분되어 온실가스 배출량이 산정 및 보고되고 있는 실정이다.

Fig. 3.

Sectoral GHG emissions in Korea in 2010 (a) Sectoral GHG emissions (unit: million tons of CO2 equivalent; %); (b) GHG emissions in Industrial Process and Product Use (unit: million tons of CO2 equivalent).

우리나라의 국가 온실가스 인벤토리는 현재까지 IPCC Good Practice Guidance and Uncertainty Management in National Greenhouse Gas Inventories (2000 GPG) 수준에서 작성되고 있는데 우리나라가 2006 IPCC 가이드라인에 따라 인벤토리를 구축할 경우 추가적으로 고려하여야 하는 화학, 금속분야 배출원을 표 8에서 비교하였다. 2012년에 작성된 국가 인벤토리 보고서를 기준으로 인벤토리에서 산정되고 있는 배출원은 목표관리제에서 모두 보고되고 있으며 목표관리제는 2006 IPCC 가이드라인에서 추가된 배출원을 다수 포함하고 있음을 알 수 있다.

Table 8.

Comparisons of source categories covered in 2006 IPCC guidelines, 2000 good practice guidance, national inventory report of ROK, and target management scheme (GIR, 2012; IPCC, 2000; IPCC, 2006; MOE, 2012a).

4. 2 상향식 자료를 이용한 품질개선 방향

우리나라는 저탄소 녹색성장기본법에 근거하여 제도 운영에 필요한 절차와 방법을 담은「온실가스∙에너지 목표관리 운영 등에 관한 지침」(환경부 고시 제2012~211호)을 고시하였다 (MOE, 2012a). 업체별 감축목표의 설정, 온실가스 배출량의 산정∙보고∙검증(MRV) 방법 등에 관한 세부기준과 절차가 마련되고, 국가 온실가스 배출량의 2/3를 차지하는 대규모 관리업체가 감축목표를 이행함으로써 2012년부터 목표관리제가 본격적으로 시행되었다(MOE, 2012b).

우리나라는 2006 IPCC 가이드라인에 따른 온실가스 인벤토리 구축을 준비하고 있으나, 화학, 금속 분야 온실가스 배출량을 산정하기 위한 활동자료가 국가 통계화 되어 있지 않아 인벤토리 구축에 큰 걸림돌이 되고 있다(GIR, 2013). 제품 생산량이나 원료사용량 등의 활동자료를 국가 통계화하는 방안을 논의하고 있는 가운데, 앞서 살펴본 각국 사례와 같이 우리나라의 목표관리제를 통해 보고되는 사업장별 활동자료 혹은 배출량의 직접 활용방안을 고려해 볼 수 있을 것이다. 미국의 알루미늄, 암모니아 생산과 같이 국가 인벤토리와 사업장 수준에서 보고되는 대상 사업장이 동일한 경우 활동자료와 배출량을 직접 사용할 수 있다(IPCC, 2011). 노르웨이의 경우 사업장이 배출 허용량, EUETS, 자발적 협약에 따라 연간보고서를 전자적으로 제출하기 때문에 인벤토리 작성자가 철강, 합금철 생산, 1차 알루미늄, 니켈 생산, 전극(Anode) 제조 등 많은 카테고리에 대한 사업장 데이터의 접근이 가능하다고 한다(UNFCCC, 2013). 인벤토리 보고서와 함께 제출되는 CRF (Common Reporting Format)에 보고된 합금철 생산의 활동자료는 사업장이 보고한 데이터를 활용한 것이다 (UNFCCC, 2013). 우리나라의 예를 살펴 보자면, 금속산업 중 납은 국내에서 한 곳, 아연의 경우 두 곳에서만 생산되며 목표관리제에 따라 관련 정보를 보고하고 있어, 이 활동자료와 배출량을 이용한다면 해당 배출원 카테고리에서는 Tier 3 방법에 의한 인벤토리 구축이 가능하다. 비철금속 산업의 경우 2006 IPCC 가이드라인의 공정과 국내 공정 특성이 달라서 가이드라인에서 제시하는 기본 배출계수를 이용한 배출량 산정이 적절하지 않으므로 (MOE, 2014), Tier 3 수준의 인벤토리 작성에 대한 적극적인 검토가 요구된다. 국내 석유화학 배출원 역시, 동일 물질을 생산하지만 에너지 효율 극대화를 위하여 개별 기업 차원의 공정 최적화를 진행한 결과, 생산현장에 따라 서로 다른 공정과 기술이 적용되므로, IPCC 가이드라인의 적용은 물론 국가 고유 파라미터의 적용도 적절치 않은 상황이다 (MOE, 2014). 따라서, 사업장 수준의 자료를 이용하는 Tier 3 방법에 의해 인벤토리를 구축하는 것이 국내 화학, 금속 산업 공정상의 특수성을 반영할 수 있는 최선의 방법임을 짐작할 수 있다.

그러나, 이와 같이 모든 배출원 카테고리에 사업장 수준의 데이터로 인벤토리를 구축할 수 있는 것은 아니다. 목표관리제 대상 관리업체는 연간 25,000 CO₂톤 eq. 이상의 배출량을 보고하고 있으나 인벤토리는 소규모 배출 사업장을 포함하고 있다. 즉, 상향식 자료가 배출원 카테고리별로 인벤토리상의 모든 배출원을 포함하고 있다면 그대로 이용할 수 있으나 그렇지 않은 경우 일관된 프레임웍에 따른 활용 방법을 결정해야 한다. 호주는 그림 2와 같은 의사결정도에 따라 사업장 수준의 자료 이용방법을 채택하고 있다. 그러나 호주는 인벤토리에서 국가 고유 배출계수를 사용하는 경우가 일반적이고 우리나라는 국가 인벤토리에서 고유 배출계수를 적용하고 있는 배출원이 매우 적으므로 2006 IPCC 가이드라인에서 고정연소 배출원에 대해 제시하고 있는 의사결정도(그림 1)를 이용하여 상향식 자료의 활용을 점차 확대해 갈 수 있다. 첫 단계로, 상향식 접근을 하기에 충분치 않을 경우 Tier 2 방법으로 적용하고 있는 국가 고유 파라미터의 품질관리에의 활용, 두 번째, 사업장 수준의 자료를 IPCC 기본값과 함께 사용하여 Tier 1과 Tier 3을 병용, 세 번째, 측정된 사업장 수준의 자료를 국가고유 변수와 함께 사용하여 Tier 2와 Tier 3 병용, 네 번째, 사업장 수준의 자료가 해당 배출원 카테고리를 모두 포함하고 대표성이 충분할 경우 Tier 3 방법으로 적용하는 것이다.

두 데이터 간의 영역차이 이외에 목표관리제와 같은 사업장 수준의 데이터 이용시 고려해야 할 점은 에너지 관련 배출원과 산업공정 배출원의 구분으로 인한 차이이다. 산업 생산시설에 포함된 연료 연소와 공정 배출에 의한 활동자료와 배출량이 목표관리제에서는 세부 자료와 함께 통합 보고되는 반면, 국가인벤토리에서는 에너지 부문과 산업공정 부문으로 구분되어지므로 사업장 수준의 자료를 국가 인벤토리에 활용하기 위해서는 목표관리제에 따라 보고된 세부내역을 이용한 재할당이 필요하다(MOE, 2012a; IPCC, 2011). 해상도가 높은 사업장 수준의 자료를 이용하여 인벤토리에서 부문간 할당의 정확성을 높이는데 활용하는 것이다. 다음으로 고려할 것은 이용되는 배출계수와 배출량 산정방법의 차이이다(GIR, 2012; MOE, 2012a). 현재 시점에서 국가 인벤토리는 2000 GPG 수준에서 작성되고 있으나 목표관리제에 적용된 배출원과 배출량 산정방법은 이에 준하고 있지 않은 경우가 대부분이다. 배출계수 또한 2006 IPCC 가이드라인에 근거하여 제시된 경우가 많고 사업장 자체적으로 개발한 사업장 고유 배출계수를 이용하는 경우도 점차 늘어가고 있어 기본값을 이용하는 인벤토리와는 결과값에 차이가 발생할 수 밖에 없다. 따라서, 사업장 수준의 자료를 활용하고자 한다면, 적용된 배출량 산정방법과 배출계수 적용의 일치성과 시계열상의 일관성을 확인하여 사용여부와 사용방법을 결정하여야 한다.

위 사항을 모두 고려한다 할지라도 사업장 수준의 자료 활용시 주의해야 할 점이 있다. 그것은 상향식자료라고 하여 보다 정확하다고 전제해서는 안 되며, 사업장 운영자와의 논의를 포함할 수 있는 적절한 품질관리에 대한 검토를 거쳐야 한다는 것이다(IPCC, 2011). 2006 IPCC 가이드라인에서 제시한 상향식 자료의 Tier 2 QC 절차(표 3, 4)를 거친 후 상향식 자료의 품질이 우수하다고 판단된다면 일관된 프레임웍에 따라 국가 인벤토리에 직접 활용 혹은 품질관리에 활용할 수 있을 것이다.