본 연구 수행을 위해 환경부와 농림축산부 등에서 발간한 국가 자료를 활용하였다. 충남 지역의 가축 사육 현황을 파악하기 위해 농림축산부에서 발표한 통계연보를 사용하였으며(MAFRA, 2023a), 온실가스 배출량은 국가 온실가스 종합정보센터에서 산정한 자료를 활용하였다(GIR, 2023). 온실가스 배출량 자료는 1990년부터 가장 최근 확정된 2021년 자료를 대상으로 하였다. 축산 분야에서 배출되는 온실가스 배출량은 장내발효와 가축분뇨 처리로 구분되며, 산정 대상으로는 젖소(Cow), 한육우(Korean beef cattle), 돼지(Pig), 가금류(Poultry) 등이 포함된다. 본 연구에서는 온실가스 배출량의 대부분을 차지하는 소(젖소 및 한육우)와 돼지를 대상으로 분석을 진행하였다.

2. 1. 1 축산 온실가스 배출 단계

축산 분야 온실가스 배출 과정은 크게 4단계로 구분되며, 그림 1은 1단계부터 4단계까지의 온실가스 배출과정을 나타낸 것이다(KREI, 2024a). 첫 번째 단계는 사료의 제조, 생산, 수입 과정에서 배출되며, 이는 직접 배출보다는 간접 배출로 산정된다. 두 번째 단계는 가축의 사육 단계로, 가축 관리와 가축분뇨 처리 과정에서 발생하는 배출량이 포함된다. 세 번째 단계는 가축의 도축 과정이며, 마지막 네 번째 단계는 유통 및 소비 단계이다. 온실가스 배출량 산정 시 배출량으로 집계되는 부분은 2단계(가축 사육 및 가축분뇨 처리)에서 발생하는 직접 배출을 대상으로 하며, 현재까지 1, 3, 4단계는 간접 배출로 간주되어 온실가스 배출량 산정에는 포함되지 않는다. 본 연구에서는 국가 온실가스 통계에서 가축 부분 배출에 대해 분석을 진행하였으며 모든 자료의 값은 CO₂ equivalent 값으로 제시하였으며, 대부분의 온실가스 배출량을 차지하는 2단계의 장내발효와 가축분뇨 중 CH₄와 N₂O를 대상으로 대해 분석을 진행하였다.

Fig. 1. 
General greenhouse gas emission processes in the livestock sector.

본 연구의 공간범위는 충남 지역을 대상으로 하였다. 충남은 한반도 정서쪽에 위치해 있으며 북쪽으로는 경기도, 남쪽으로는 전라북도와 인접해 있다. 충남의 서북부 지역에는 석탄화력발전소, 제철소, 석유화학단지 등이 위치해 있어 지역 배출원이 많은 지역이다(그림 2). 온실가스 전망을 위해 필요한 자료인 배출량 자료는 GIR에서 확정한 통계 자료를 대상으로 하였으며, 사육두수 자료는 한국농촌경제연구원(Korea Rural Economic Institute, KREI)에서 발표한 「농업전망 2024」를 활용하였다.

Fig. 2. 
Study area (Chungcheongnam-do) and major industry facilities.

표 1은 현재 추진 중인 축산 분야 온실가스 감축 정책을 기반으로 적용할 수 있는 저감기술을 단계별로 정리한 것이다. 온실가스를 감축할 수 있는 방법은 크게 세 가지 대분류로 구분된다. 첫 번째 대분류(Tier 1A)는 가축 사육두수의 감소를 통해 축산 분야의 온실가스 배출을 근본적으로 감축하는 방법이다. 가축 사육두수를 줄임으로써 배출되는 온실가스를 감축하는 방안이며, 이를 위해 기존 육류를 대체할 수 있는 기술이 연구되고 있다. 대표적인 대체 기술로는 콩고기, 밀고기와 같은 식물성 대체육 개발, 곤충·해조류·균류 기반 대체 단백질 개발, 줄기세포 배양을 활용한 배양육 생산 등이 있다.

두 번째 대분류(Tier 1B)는 가축 사육 단계에서 발생하는 온실가스를 줄이는 방법이다. 이는 사육 기간 단축, 사육 환경 개선, 장내발효에 의한 배출 저감, 가축분뇨 처리 과정에서의 온실가스 감축 등을 포함한다. 가축 육종 개발을 통해 소의 사육 기간을 단축하거나, 사료 전환율을 개선하여 적은 사료로 가축의 성장 속도를 촉진시키는 방법이 연구되고 있다. 또한 축사 내 적정 사육 밀도를 유지하여 배출량을 줄이고, 저메탄 및 저단백질 사료의 개발 및 보급을 통해 장내 발효 과정에서 발생하는 CH₄ 배출량을 줄이는 기술도 포함된다. 가축분뇨 처리 과정에서는 기존보다 효율적인 CH₄ 회수 및 정제 기술과 배출 저감 시설 도입을 통해 온실가스를 줄이는 방안이 고려되고 있다. 현재 축산 분야의 온실가스 감축기술 개발은 주로 사육 단계에 집중되어 연구가 진행되고 있으며, 이 단계에서 효과적인 감축 방안이 개발될 경우 전체 축산 분야 온실가스 배출량을 상당 부분 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

세 번째 대분류(Tier 1C)는 도축, 보관, 물류 및 폐기 과정에서 온실가스를 줄이는 방법이다. 가축의 도축 및 제품 보관, 물류 이송, 폐기 과정에서도 온실가스가 발생하기 때문에, 이 과정에서의 배출 저감을 위한 기술적 접근이 필요하다. 대표적인 방안으로는 도축 시설의 현대화를 통해 에너지 소비를 절감하고, 유통 및 보관 기간을 단축하여 냉장·냉동 저장 과정에서 발생하는 배출을 줄이는 것이 포함된다. 또한, 물류 이송 과정에서 온실가스를 줄이기 위해 운송 수단을 친환경 차량으로 전환하고, 경제적인 운전 기법을 적용하여 도로에서 배출되는 온실가스를 최소화하는 방안이 제시되고 있다.

이와 같은 감축 시나리오를 기반으로 축산 분야의 온실가스 감축 기술을 적용하면, 전체적인 배출량을 상당히 줄일 수 있을 것으로 예상된다. 다만, 축산 분야의 감축 기술이 아직 상용화 단계에 도달하지 않은 경우가 많고, 농가의 경제적 부담 문제로 인해 일부 기술의 도입이 어려운 상황이기 때문에, 정책적 지원과 기술 개발이 병행되어야 한다.

KREI에서는 저탄소 축산업으로의 전환을 위해 제시된 기술 중 저탄소 사양 관리 및 생산성 향상 기술에 대한 온실가스 감축량을 정량적으로 산정하였다(표 2). 표 2의 기술분류는 표 1의 온실가스 저감기술 단계 중 정량적으로 산정 가능한 기술을 나타낸 것이다. 생산성 향상(Increased productivity)은 비육 기간 단축, 젖소의 산유량 증대, 자돈 생산량 증가를 목표로 설정하였으며, 저탄소 사양 관리(Low-carbon feeding management)는 저메탄 및 저단백질 사료 공급을 통한 감축량을 산정하였다. 산정 결과, 2030년까지 해당 기술을 적용할 경우 총 96.1~99.0만 톤 CO₂eq의 온실가스를 감축할 수 있을 것으로 예측되었다(KREI, 2024a).

충남 지역에서 배출된 온실가스 감축을 목적으로 현재 수준에서 적용 가능한 기술을 적용한 경우를 대상으로 시나리오를 작성하였고, 기술 적용에 따른 온실가스 감축량을 산정하였다.

앞서 언급한 것처럼, 에너지·산업 분야의 온실가스 배출 기여도가 높은 반면, 농업 및 축산 관련 저감기술은 아직 초기 단계에 머물러 있으며, 이로 인해 현재 적용할 수 있는 원단위가 개발된 기술이 많지 않다. 이에 현재 적용할 수 있는 기술들을 기반으로 충남 지역 축산 분야의 온실가스 감축 시나리오를 작성하였다. 축산 분야 기술적용에 따른 감축 효과 분석을 위해 전망배출량(business as usual, BAU) 개념을 사용하였다. BAU 산정에 필요한 사육두수 전망 자료는 KREI에서 발표한 농업전망 데이터를 활용하였다(KREI, 2024b). 사육두수 전망을 위한 성장계수(growth factor)는 2000년도부터 2021년까지의 사육두수 통계 자료를 활용하여 1차 선형회귀(y=ax+b)를 활용하여 2030년까지의 값을 산출하였다. 온실가스 전망 배출량은 앞서 계산한 사육두수 전망 자료와 GIR에서 발간한 온실가스 배출 산정 자료를 기반으로 산출하였다. 그림 3은 본 연구에서 제시한 미래 전망과 시나리오 적용에 따른 개선 효과 분석 방법 및 순서를 도식화한 것이다.

Fig. 3. 
BAU estimation method and flowchart (schematic diagram).

표 3은 배출량 전망을 위해 개발된 시나리오에 적용된 감축 기술을 나타낸 것이다. 현재까지 개발된 축산 분야의 온실가스 감축 기술 중, 온실가스 배출량 산정을 위한 원단위가 확립되어 정량화 가능한 기술 중에서 3개 기술을 적용하여 2개의 시나리오를 설정하였다. 젖소의 우유 생산량 증가 및 돼지의 양돈 생산성 증대는 온실가스 배출량 항목 세부 분류 부재 및 정량화하기 어려운 기술이므로 본 연구의 시나리오 적용에서는 제외하였다. 첫 번째 시나리오(Scenario 1, S1)는 비교적 소극적인 정책이 추진된 경우를 가정한 것이다. 저메탄 사료의 메탄 저감 효과를 10%로 설정하고, 적정 단백질 사료의 단백질 함량을 1% 감소시킨 경우를 반영하였다. 또한 비육 기간을 기존 31개월에서 28개월로 3개월 단축한 시나리오를 적용하였다. 두 번째 시나리오(Scenario 2, S2)는 동일한 기술을 적용하되, 보다 적극적인 감축이 이루어진 경우를 가정하였다. 저메탄 사료의 메탄 저감 효과를 20%로 설정하고, 적정 단백질 사료의 단백질 함량을 2% 감소시킨 경우를 반영하였으며, 비육 기간을 S1보다 2개월 단축된 26개월로 설정하여 온실가스 배출 저감 효과를 극대화하는 방안을 적용하였다.

축산업은 최근 식습관의 변화와 함께 성장하고 있는 산업 중 하나이다. 농림축산식품부에 따르면, 소, 돼지, 닭의 1인당 소비량은 2010년 각각 8.7 kg, 19.3 kg, 10.7 kg에서 2022년 14.9 kg, 30.1 kg, 14.8 kg으로 증가하였으며, 반대로 곡물 소비량은 감소하고 있다(MAFRA, 2023b).

그림 4a와 그림 4b는 전국을 대상으로 2016년부터 2022년까지 주요 가축(한육우, 젖소, 돼지, 닭)의 사육농가 및 사육두수 변화를 나타낸 것이다. 2016년 이후 사육농가 수는 전반적으로 감소하고 있으며, 특히 한육우의 사육농가 수가 급격히 감소하고 있는 것으로 확인된다. 반면, 사육두수는 전반적으로 증가하는 경향을 보이며, 특히 닭의 사육두수 증가율이 가장 높다. 사육농가 수는 감소한 반면 사육두수가 증가하고 있다는 점은 축산업이 점차 소규모에서 대규모로 전환되고 있음을 의미한다. 그림 4c와 4d는 사육농가 및 사육두수의 전국 분포를 나타낸 것이다. 사육농가 분포를 살펴보면, 한육우의 경우 경북이 국내 전체 사육농가의 21%로 가장 높은 비율을 차지하며, 그 뒤를 이어 전북(18%), 충남(13%), 경남(12%) 순으로 나타났다. 젖소의 경우 경기가 37%로 가장 높은 비율을 차지하였으며, 충남(17%), 경북(11%) 순으로 분포하였다. 돼지의 경우, 경기(20%), 충남(19%), 전북(13%), 경북(12%), 경남(11%) 순으로 사육농가가 분포하고 있었다. 전국 17개 시·도 중 경북, 경남, 충남, 전북, 경기 등 5개 지역에서 대부분의 축산업이 진행되고 있다는 것을 확인할 수 있다.

Fig. 4. 
Trends and regional distribution of livestock farms and heads.

사육두수를 기준으로 보면, 한육우의 경우 경북이 22%로 가장 높은 비율을 차지하며, 전남(17%), 충남(13%), 전북(13%) 순으로 나타났다. 젖소의 경우 사육농가가 가장 많이 분포한 경기가 40%로 가장 높은 비율을 보였으며, 그 뒤를 이어 충남(17%), 전북(8%), 경북(8%) 순으로 나타났다. 돼지는 사육농가 수에서는 경기가 20%로 가장 높은 비율을 차지했으나, 사육두수 기준으로는 충남이 20%로 가장 높은 비율을 차지하였으며, 경기(16%), 경북(13%), 전북(12%), 경남(12%) 순으로 나타났다.

그림 5는 2022년 기준 충남 지역에서 사육 중인 한육우, 젖소, 돼지의 시·군별 사육두수를 나타낸 것이다. 한육우와 젖소는 예산군에서 가장 많이 사육되는 것으로 확인되었으며, 돼지는 홍성군에서 가장 많은 개체 수가 사육되고 있었다. 축종별로 정리하면, 한육우는 예산>홍성>공주>천안>부여 순으로 많이 사육되고 있었으며, 젖소는 예산>천안>당진>보령>홍성 순으로 확인되었다. 돼지는 홍성>보령>당진>예산>천안 순이었다. 전반적으로 예산, 홍성, 당진, 천안, 보령 등 5개 시·군에 가축 사육이 집중되어 있는 것으로 확인되었으며, 이들 상위 5개 시·군에서 젖소(74.9%), 돼지(67.8%), 한육우(58.1%) 순으로 높은 비율을 차지하고 있었다.

Fig. 5. 
Distribution of livestock farms and heads each species in Chungcheongnam-do.

그림 6은 충남 지역에서 배출된 가축분뇨의 처리 방법 및 시군별 처리 현황을 나타낸 것이다. 시군별 가축분뇨 처리량을 살펴보면, 돼지 사육두수가 가장 많은 홍성에서 전체의 16.4%를 처리하고 있었으며, 그 뒤를 이어 예산(13.5%), 당진(11.2%), 천안(10.5%), 보령(9.4%) 순으로 처리량이 많았다. 즉, 가축 사육두수가 많은 지역에서 많은 양의 가축분뇨를 처리하고 있는 것으로 확인되었다. 가축분뇨 처리 방법을 살펴보면, 전체 가축분뇨 중 59.5%가 퇴비화 방식으로 처리되고 있었으며, 정화 방류(17.4%), 가축분뇨 시설 처리(8.6%), 공공처리시설 처리(8.4%), 액비화 처리(5.5%) 순으로 나타났다. 전반적으로, 가축농가에서 자체적으로 처리하는 비율 (82.4%)이 시설 위탁처리 비율(17.6%)보다 높은 것으로 확인되었다.

Fig. 6. 
Livestock manure treatment volume (a) and proportion of treatment methods (b) in Chungcheongnam-do.

우리나라는 고에너지 소비구조를 가지고 있어 온실가스 배출량이 높은 국가 중 하나이다. 유럽연합(European Union, EU)의 공동연구센터(Joint Research Centre, JRC)에서 발표한 보고서에 따르면, 2023년 대한민국의 온실가스 배출 순위는 단일 국가 기준 세계 13위이며, 이는 전 세계에서 배출되는 인위적인 온실가스의 1.2%를 차지하는 수준으로, 1990년 대비 2.1% 증가한 것으로 나타났다(JRC, 2024).

그림 7a는 2010년부터 2021년까지 전국 온실가스 배출량 변화 추이와 전국 온실가스 배출량 중 충남 지역의 온실가스 배출 비율을 나타낸 것이며, 그림 7b는 2021년 기준 부문별 온실가스 배출 기여도를 나타낸 것이다. 2010년 국내 온실가스 총 배출량은 655,106 Gg CO₂eq에서 2021년 676,648 Gg CO₂eq로 3.3% 증가한 것으로 나타났다. 반면, 충남의 경우 2010년 162,743 Gg CO₂eq에서 2021년 143,642 Gg CO₂eq로 11.7% 감소하였다. 충남 지역은 석탄화력발전소를 비롯하여 대규모 에너지 산업 배출 시설이 다수 위치하고 있으나, 2016년부터 시작된 방지시설 개선 사업, 석탄화력발전소 조기 폐쇄, 온실가스 감축 정책 추진 등 다양한 정책적 노력의 결과로 온실가스 배출량이 감소한 것으로 판단된다.

Fig. 7. 
Greenhouse gas emissions in Chungcheongnam-do and South Korea.

전국 기준 온실가스 배출량 대비 충남의 기여도 역시 2010년 25.8%에서 2021년 21.2%로 소폭 감소하였다. 2021년 기준 부문별 온실가스 배출 기여율을 살펴보면, 에너지 부문이 86.9%로 가장 높은 비율을 차지하였으며 다음으로 산업공정 및 제품 생산 7.6%, 농업 3.2%, 폐기물 2.4%로 나타났다. 이를 통해 여전히 에너지 산업 부문의 배출 비중이 가장 높다는 것을 확인할 수 있다.

그림 8은 충청남도의 온실가스 배출량 변화 추이를 나타낸 것이다. 그림 8a는 연도별 온실가스 배출량을 시군별로 나타낸 것으로, 2010년부터 2021년까지 증감을 보이는 가운데 당진이 가장 높은 기여율을 기록하고 있으며, 그 뒤를 이어 태안, 보령, 서산 순으로 높은 배출량을 보이고 있다. 당진의 경우 석탄화력발전소와 제철소가 동시에 위치해 있어 가장 높은 온실가스 배출량을 기록하고 있으나, 2010년 71,481 Gg CO₂eq에서 2021년 53,432 Gg CO₂eq로 25.2% 감축하였다. 두 번째로 높은 태안은 10기의 석탄화력발전소가 운영 중인 지역으로, 2010년 29,374 Gg CO₂eq에서 2021년 29,077 Gg CO₂eq로 큰 변화 없이 일정한 배출량을 유지하고 있다. 세 번째로 높은 보령의 경우, 2010년 35,709 Gg CO₂eq에서 2021년 26,766 Gg CO₂eq로 25.0%의 감축률을 기록하였으며, 이는 보령 1·2호기의 조기 폐쇄로 인해 온실가스 배출량이 감소한 결과로 판단된다.

Fig. 8. 
Comparison of greenhouse gas emissions by city and agricultural sector in Chungcheongnam-do.

그림 8b는 충청남도 내 농업 부문의 온실가스 배출량 변화 추이를 나타낸 것이다. 2010년 농업 부문에서의 온실가스 배출량은 4,154 Gg CO₂eq였으며, 2021년에는 3,785 Gg CO₂eq로 8.9% 감소한 것으로 나타났다. 그러나 축산 분야에서 발생하는 온실가스 배출량(장내발효+가축분뇨 처리)은 증가하는 추세를 보였다. 2010년 1,971 Gg CO₂eq였던 축산 분야 온실가스 배출량은 2021년 2,094 Gg CO₂eq로 증가하였으며, 전체 농업 부문 온실가스 배출량 중 기여율도 2010년 47.4%에서 2021년 55.3%로 증가한 것으로 나타났다. 이러한 추세를 고려할 때, 축산 분야 온실가스 배출에 대한 체계적인 관리가 필요할 것으로 판단된다. 2010년 장내발효와 가축분뇨 처리로 인한 온실가스 배출량은 각각 891 Gg CO₂eq, 1,080 Gg CO₂eq였으며, 2021년에는 923 Gg CO₂eq, 1,170 Gg CO₂eq로 각각 3.7%와 8.4% 증가하였다. 농업 부문 중 기여율 역시 2010년 장내발효 21%, 가축분뇨 처리 26%에서, 2021년 각각 24%와 31%로 증가 추세를 보였다. 그림 8c는 각각 장내발효 및 가축분뇨 처리에 대한 축종별 기여율을 나타낸 것이다. 장내발효의 경우 한육우가 69.5%로 가장 높은 기여율을 차지하였으며, 젖소 (22.2%), 돼지 (7.4%) 순으로 나타났다. 이 세 축종에서 전체 장내발효 온실가스 배출량의 99.1%가 배출되는 것으로 확인되었다. 가축분뇨 처리의 경우 돼지가 68.1%로 가장 높은 기여율을 보였으며, 젖소(15.1%), 한육우(10.4%), 가금류(6.3%) 순으로 나타났다. 본 연구 결과, 국내 축산 부문의 온실가스 감축을 위해서는 한육우, 젖소, 돼지의 배출 관리가 중요한 것으로 나타났다.