An Estimation of Direct and Indirect GHG-AP Integrated Emissions from Energy Sector in Seoul (2010)

2. 1 연구의 범위

본 연구의 공간적 범위는 서울시이며, 시간적 범위는 2010년으로 하였다. 에너지활동도는 최종에너지 사용량을 기준으로 국가 에너지 통계자료를 이용하여 자료를 수집 및 구축하는 하향식 접근법 (Top-Down Approach, TDA)을 이용하여 자료를 구축하였다. 표 1은 연구대상 지역의 특징과 에너지원별 활동도를 나타낸 것이며, 2010년 기준 서울시 면적은 605.25 km², 인구는 10,575,447명이다 (Korea Energy Economics Institute, 2011; Seoul City, 2011).

Table 1.

Urban characteristic information and energy activities of Seoul.

운영경계설정은 직접배출원 (scope 1), 간접배출원(scope 2), 기타배출원 (scope 3)으로 구분할 수 있으며, scope 1은 연료연소 등에 의해 직접적으로 배출되는 배출원, scope 2는 직접배출원이 아닌 전력 등의 사용에 의해 간접적으로 배출되는 배출원, scope 3는 scope 1과 scope 2를 제외한 이외의 배출되는 배출원을 의미한다. 앞서 설명한 운영경계를 근거로 scope 1은 고정연소 (에너지 산업 및 지역난방시설), 이동연소, 탈루배출 그리고 신재생에너지 (바이오에너지, 폐기물)로 구분하였으며, scope 2는 구매전력, 구매상수도 그리고 신재생에너지 (태양광, 태양열, 연료전지, 풍력, 지열)로 구분하였다. 본 연구는 에너지 활동도를 기준으로 온실가스-대기오염 통합 배출량을 산정하기 때문에 scope 3는 산정에서 제외하였다.

연구의 내용적 범위는 서울시 에너지 소비구조의 분석을 토대로 온실가스-대기오염 통합 배출목록 작성하고, 부문별 발생하는 직∙간접 온실가스-대기오염 통합 산정 시스템을 데이터베이스화하여 서울시 온실가스-대기오염 통합 인벤토리를 구축함이다.

2. 2 배출원별 직∙간접 통합 배출량 산정방법

배출량 산정방법은 IPCC (2006) 가이드라인과 지자체온실가스 배출량 산정지침 그리고 대기오염물질 산정방법편람 및 전력거래소에서 제공하는 전력 간접배출계수 (Indirect Emission Factor, IEF)를 기반으로 산정하였다 (Korea Power Exchange, 2012; Korea Environment Corporation, 2012; NIER, 2010; IPCC, 2006). 표 2에 온실가스-대기오염 통합 배출량 산정식과 산정방법을 정리하였다.

Table 2.

Methods and equations of GHG-AP emissions estimation in energy sector.

배출원별 온실가스-대기오염 통합 배출량의 자세한 산정방법은 다음과 같다. 고정연소부문은 통계자료를 이용하여 활동도를 추출하였으며, 온실가스 산정방법은 tier-2 수준을 적용하되, 국내배출계수가 부재한 경우에는 IPCC에서 제공하는 기본계수 (tier-1)를 적용하였다. 그리고 대기오염물질은 국내에서 개발한 배출계수를 적용하였다. 또한 지역난방시설은 수집 및 추출된 전력 및 열 사용량에 대하여 간접배출계수를 적용하여 tier-2 수준으로 온실가스 배출량을 산정하였다. 이동연소는 도로이동연소와 비도로이동연소로 구분하였으며, 2011년에 교통안전공단에서 발행한 2010년도 자동차 주행거리 실태분석 연구 및 서울시 통계연보 등을 바탕으로 차량주행거리(Vehicle Kilometer Traveled, VKT)를 적용하여 tier-3 수준으로 온실가스와 대기오염물질 배출량을 산정하였다(Kim et al., 2012b; Korea Transportation Safety Authority, 2011). 항공기는 연료사용량을 이용하는 tier-1과 tier-2 방법론 대신 tier-3 수준의 기종별 이착륙횟수(Land/Take-Off Cycles, LTO)와 지상부대장비(Ground Support Equipment, GSE) 운영시간을 이용하여 온실가스-대기오염 통합 배출량을 산정하였으며, 온실가스부문 지상부대장비는 활동도가 부재하여 산정에서 제외하였다(Shon et al., 2013; Song et al., 2012). 그리고 철도는 서울시 내 이동구간과 사용된 연료사용량을 이용하여 tier-1과 tier-2 수준으로 산정하였다(Lee et al., 2012; Lee et al., 2011). 건설장비와 농업기계는 2010년 국립농업과학원에서 발행한 농업기계 및 농작업 기계화율 개발 연구 및 서울시 통계자료를 바탕으로 운영시간과 사용연료 등을 추출하여 온실가스는 tier-1과 tier-2, 대기오염물질은 tier-3 수준으로 산정하였다 (National Academy of Agricultural Science, 2010). 탈루배출은 연료의 저류, 저장량 그리고 수송량을 이용하여 tier-1과 tier-2 수준으로 하였다.

Scope 2인 구매전력은 한국전력공사 통계연보에서 부문별 전력사용량을 취합하여 한국전력거래소(Korea Power Exchange)에서 제공하는 간접배출계수를 이용하여 tier-2 수준으로 온실가스 배출량을 산정하였다. 그리고 구매상수도는 서울시 통계연보에서 자료를 추출하여 국내에서 개발한 간접배출계수를 이용하여 tier-2 수준으로 온실가스 배출량을 산정하였다.

신재생에너지 중 바이오에너지 및 폐기물은 생산된 전력 및 열량을 이용하거나, 생산된 에너지를 이용하여 tier-2 수준으로 온실가스 배출량을 scope 1으로 산정하였으며, 이 외의 태양광, 태양열, 연료전지, 풍력, 지열부문 신재생에너지는 scope 2로 산정하였다 (Korea Energy Management Corporation, 2012; Korea Energy Management Corporation, 2011).

3. 1 서울시 온실가스-대기오염 통합 배출 목록작성

본 연구는 서울시 에너지부문 온실가스-대기오염 통합 배출 목록을 재 작성하였으며, 표 3에 재 작성된 배출 목록을 나타내었다. 표에서 보는 바와 같이 scope 1에 해당하는 통합 배출 목록작성은 대부분 가능하지만, scope 2인 구매전력과 구매상수도 및 신재생에너지 (scope 1/2)는 온실가스에 한해서 목록작성이 가능한 것으로 나타났다.

Table 3.

Comparison of reconstructed emission inventories between GHG and AP in energy sector of Seoul.

배출원별 목록작성을 자세히 살펴보면, 에너지산업 온실가스 배출 목록은 에너지산업으로 작성하였으며, 대기오염 배출 목록은 에너지산업을 공공발전시설과 집단난방(지역난방)으로 작성하였다. 그리고 제조업 온실가스 배출 목록은 제조업과 건설업으로 목록을 작성하였으며, 대기오염 배출 목록은 제조업과 기타부문으로 작성하였다. 탈루배출은 온실가스-대기오염 통합 배출 목록이 상호 유사성은 나타났지만, 목록 작성을 위한 일원화는 어려운 것으로 분석되었다. 이는 탈루배출의 경우 도시특성구조에 따라 배출 목록이 다르게 구축되며, 지역적 특성을 고려한 배출 목록 구축관리가 필요함을 의미한다. 예를 들어, 광산지역은 광산개발에 의한 배출 목록작성이 중요하지만, 도시지역은 에너지저장과 수송과 같은 배출 목록 작성이 보다 중요하다는 것이다. 따라서 서울시는 도시지역으로 온실가스 배출 목록은 액체 수송, 정제석 유제품, 가스수송 및 저장, 가스분배로 작성하였으며, 대기오염 배출 목록은 휘발유저장, 석유제품, 도장시설, 세척시설, 세탁시설, 기타사용으로 작성하였다.

3. 2 부문별 직접 배출원별 온실가스-대기오염 통합 배출량

표 4는 2010년 서울시 에너지 사용량에 따른 부문별 직접 배출원별 온실가스-대기오염 통합 배출량을 나타내었다. 온실가스는 수송에서 47.3% 비에너지산업부문에서 45.2%로 대부분을 차지한 반면, 대기오염물질은 수송과 탈루부문에서 가장 많은 배출량을 보였다(그림 1). 여기서 tonAP는 총 대기오염 발생량(Air Pollution, AP)으로 정의하였다.

Table 4.

GHG-AP integrated emissions from specific direct sources in Seoul, 2010. (Unit: ton)

Fig. 1.

GHG-AP integrated emissions from sectors in scope 1.

에너지 산업은 서울시 내에서 운영되고 있는 공공발전시설 부문과 지역난방시설 부문으로 구분하였다. 에너지산업 부문은 투입되는 에너지양을 이용하여 점오염원으로 산정하였으며, 연간 온실가스와 대기오염물질 배출량은 각각 1,821,206 tonCO_2eq, 5,235tonAP로 산정되었다. 시설별 발생량을 살펴보면, 마포구 공공발전시설 부문에서 발생한 연간 온실가스와 대기오염물질이 698,604 tonCO_2eq, 2,451 tonAP로 각각 에너지 산업 총 발생량의 38.4%, 46.8%의 비율을 차지하고 있는 것으로 나타났다. 지역난방시설은 강서구, 노원구, 양천구, 송파구, 마포구에 위치한 시설에 대해서 산정하였으며, 산정결과 강서구와 양천구에 위치한 지역난방시설에서 온실가스는 각각 365,409 tonCO_2eq, 365,406 tonCO_2eq 그리고 대기오염물질은 906 tonAP로 동일한 배출량을 보였다.

제조업부문은 식료품/담배, 목재, 인쇄, 화학, 요업, 1차 금속산업, 비금속산업, 금속기계, 운송장비 및 기타로 구분하였으며, 중복산정을 피하기 위하여 에너지는 등유, 경유, 경질중유, 중유, 액화석유가스에 한해서 산정하였다. 산정결과 연간 온실가스 배출량은 185,082tonCO_2eq이었으며, 대기오염물질은 173 tonAP이었다. 용도별 배출량을 살펴보면, 화학부문에서 46,841tonCO_2eq로 가장 많은 온실가스 배출량을 보였지만, 대기오염물질은 요업부문에서 40.37 tonAP로 가장 많은 배출량이 산정되었다. 이는 화학 및 요업부문 사용되는 연료의 사용 비율이 다르게 나타난 결과이다.

이동연소 부문은 도로수송과 비도로 수송으로 구분하여 산정하였으며, 이동연소 부문 연간 온실가스와 대기오염물질 배출량은 각각 13,178,917 tonCO_2eq, 162,092 tonAP로 산정되었다. 도로수송 부문 온실가스-대기오염 통합 배출량을 자세히 살펴보면 다음과 같다. 도로수송은 승용차, RV, 버스, 트럭, 이륜차로 구분하여 산정하였으며, 도로수송 부문 연간 온실가스와 대기오염물질 배출량은 각각 12,528,883 tonCO_2eq, 131,130 tonAP로 산정되었다. 비도로 수송 부문은 항공기, 철도, 건설장비 및 농업기계로 구분하였으며, 항공기 부문에서 발생하는 연간 온실가스는 392,404tonCO_2eq, 대기오염물질은 2,358 tonAP로 산정되었으며, 철도부문에서 발생된 연간 온실가스 및 대기오염물질은 각각 25,843 tonCO_2eq, 872 tonAP로 산정되었다. 건설장비와 농업기계 부문 온실가스 산정은 에너지 사용량을 이용하여 tier-1과 tier-2 수준에서 산정하였으며, 대기오염물질은 등록대수 및 운영시간 등을 이용하여 산정 tier-3 수준으로 산정하였다. 이에 따른 건설장비와 농업기계에서 발생한 온실가스는 각각 81,685 tonCO_2eq, 150,103 tonCO_2eq로 나타났으며, 대기오염물질은 각각 27,719 tonAP, 13 tonAP으로 산정되었다. 비도로 수송 부문 중에서 온실가스는 항공기 부문, 그리고 대기오염물질은 건설장비 부문이 가장 큰 배출원으로 나타났다.

비에너지산업부문은 가정, 상업, 공공, 농림, 어업부문으로 구분하여, 이에 따라 산정된 연간 온실가스 발생량은 12,599,635 tonCO_2eq로 산정되었으며, 대기오염물질은 34,380 tonAP로 나타났다. 비에너지 산업부문에 사용되는 에너지는 대부분 도시가스로 95% 이상의 비율을 보였으며, 용도별로는 가정 및 상업 부문에서 온실가스와 대기오염물질이 각각 12,178,308tonCO_2eq, 33,801 tonAP로 나타났다. 반면 가장 적게 산정된 부문은 농림∙어업 부문으로 온실가스와 대기오염물질 배출량이 각각 150,013 tonCO_2eq, 185 tonAP로 나타났다. 이는 서울시의 경우 농림∙어업 부문에 종사하는 인구 대비 상업 및 서비스 산업 등에 종사하는 인구에 집중되어 있기 때문이라고 사료된다.

탈루부문은 온실가스-대기오염 배출목록이 동일하지 않아 개별적 산정 후 배출량을 재구축하여 산정하였다. 즉, 탈루부문 중 온실가스 부문은 액체 수송, 정제된 석유제품수송, 가스수송 및 저장, 가스분배로 구분하였으며, 이 중 정제된 석유제품 부문은 비메탄휘발성유기화합물(Non-Methane Volatile Organic Compounds, NMVOCs)에 대해서 배출량 산정을 하였다. 그리고 대기오염물질은 VOCs 단일 물질에 한해서 배출량을 산정하였으며, 에너지수송 및 저장, 유기용제부문으로 구분하였다. 이에 따른 탈루부문 발생한 온실가스 및 NMVOCs는 각각 119,341 tonCO_2eq, 3,891tonNMVOCs로 산정되었으며, 대기오염물질은 78,001tonVOCs으로 산정되었다. 휘발성물질의 통합 산정을 위해 산정된 온실가스 부문의 NMVOCs와 대기오염물질 부문의 VOCs의 총합은 81,821 ton으로 산정되었다.

신재생에너지부문은 본 연구에서 scope 1으로 지정한 바이오에너지와 폐기물로 구분하여 온실가스에 한해서 산정하였다. 바이오에너지와 폐기물 부문은 직접 연소를 통하여 전력 및 열을 생산하기 때문에 생성된 에너지를 이용하였다. 서울시 신재생에너지 사용에 의해 산정된 온실가스 양은 836,934 tonCO_2eq로 나타났으며, 이는 scope 1 대비 약 3%에 상응하는 온실가스 감축효과가 있는 것으로 나타났다.

3. 3 부문별 간접 배출원별 온실가스-대기오염 통합 배출량

2010년 서울시 에너지 사용량을 이용한 부문별 간접 배출원별 온실가스-대기오염 통합 배출량은 표 5와 그림 2에 나타내었다.

Table 5.

GHG emissions from specific indirect sources in Seoul, 2010. (Unit: ton)

부문별 간접 배출원에 따른 배출량은 온실가스에 한해서 산정하였다. 간접 배출원별 온실가스 배출 비율은 구매전력이 연간 발생량의 98.6%로 가장 많은 배출을 하였으며, 구매상수도가 1.6%, 그리고 신재생 에너지는 scope 2 온실가스 배출량 대비 0.2%의 감축비율을 차지하였다.

부문별 간접 배출원별 온실가스 배출량을 자세히 살펴보면 다음과 같다. 구매전력의 경우 연간 온실가스 배출량은 22,319,472 tonCO_2eq로 산정되었으며, 용도별로는 서비스 부문이 13,360,963 tonCO_2eq로 간접배출원별 온실가스 총배출량의 약 60%에 해당하는 배출량 비율을 보였다. 다음으로 가정 부문이 6,173,658tonCO_2eq으로 산정되었으며, 이는 약 27.7%의 비율을 차지하고 있어 서비스와 가정 부문에서 간접 배출원별 온실가스 총배출량의 약 87.7%의 배출 비율을 보였다.

Fig. 2.

GHG emissions from sectors in scope 2.

구매상수도에 의한 연간 온실가스 배출량은 371,937tonCO_2eq으로 나타났으며, 용도별로는 가정용이 241,796 tonCO_2eq로 약 65%의 비율을 보였으며, 다음으로 상업용이 81,617 tonCO_2eq로 약 22%를 차지하는 것으로 나타났다.

신재생에너지부문은 본 연구에서 scope 2로 지정한 태양열, 태양광, 풍력, 연료전지, 지열로 구분하여 산정하였다. 앞서 설명한 신재생에너지 사용으로 인해 산정된 총 온실가스는 43,218 tonCO_2eq으로, 이는 scope 2 대비 0.2%의 온실가스 감축효과가 있는 것으로 나타났다. 신재생에너지원별로는 연료전지가 11,735tonCO_2eq으로 약 27%의 비율을 차지하였고, 다음으로 태양광과 태양열이 5,884 tonCO_2eq (13.6%), 5,281tonCO_2eq (12.2%)로 유사한 수준으로 산정되었다.

3. 4 서울시 직∙간접 온실가스-대기오염 통합 배출량

3.2 및 3.3절에서 산출한 부문별 직접 및 간접 배출량으로부터 직∙간접 온실가스-대기오염 통합 배출량을 산정한 결과를 표 6에 나타내었다.

Table 6.

Total GHG-AP integrated emissions from direct and indirect sources in Seoul, 2010. (Unit: ton)

표에서 보는 바와 같이 연간 온실가스 발생량은 50,530,566 tonCO_2eq이었으며, 그 중 scope 1이 54.8%, scope 2가 45.2%이었다. 대기오염물질은 283,701tonAP로 산정되었으며, scope 1에서 100% 배출된 것으로 산출되었다. 이에 대한 이유는 에너지부문의 경우, 온실가스는 직∙간접 통합 배출량 산정이 가능하지만, 대기오염물질은 scope 1에 한해서 산정이 가능하기 때문에 총 배출량과 scope 1의 배출량이 동일한 값을 보여준다. 또한 국립환경과학원에서 산정한 2010년 기준 서울시 에너지부문 대기오염물질 배출량 285,483 ton (전체 대기오염물질 배출량 288,642ton, 비산먼지 및 식생 제외) 대비 0.6% 적은 산정량을 보였으며(NIER, 2012), 이는 세부운영경계 범위설정 등으로 인하여 차이가 발생한 것으로 향후 지속적인 연구로 일원화된 배출량 산정이 필요하다고 사료된다.

온실가스는 구매전력 부문이 22,319,471 tonCO_2eq로서 서울시 직∙간접 온실가스 총 배출량의 44.2%, 수송부문이 13,178,917 tonCO_2eq로서 26.1%, 그리고 비에너지 산업이 12,599,653 tonCO_2eq로서 24.9%의 순으로 나타났다. 이러한 결과는 서울시 에너지부문 온실가스 감축실천계획 (action plan)에 있어 우선적으로 고려시켜야 할 부분으로 사료된다.

대기오염물질의 경우 수송부문 162,092 tonAP, 탈루부문 81,821 tonVOCs (AP)로 연간 발생량의 85.9%의 비율을 차지하였다. 대기오염물질별 배출량 구성을 살펴보면, CO, NO_x, PM₁₀ 및 NH₃는 수송 부문, SO_x는 비에너지 산업, 그리고 VOCs는 탈루 부문에서 가장 많이 배출하고 있었다. 특히, 탈루부문에서 전량 발생하는 VOCs (휘발성유기화합물질)는 인위적 발생원으로서 정확한 발생원 규명과 더불어 목록 구성에 따른 배출량 산정을 하여 탈루되는 VOCs를 제어해야 할 필요가 있는 것으로 사료된다.