(x)에너지 기후변화 관련자료

온실가스 배출량 추계 방법론

온실가스 배출량 추계 방법론

– IPCC 제시 방법론의 기술 –

1. 연료연소에 따른 CO2 추계

☞ 1단계 : 연료제품별 연료 연소량의 추계(고유단위)

IPCC의 기준방법론의 1단계는 해당 국가의 연료 형태별 “명시적 소비(Apparent
Consumption)”를 추계하는
것이다. 이는 1차 에너지 발란스상의 생산량에 수입량을 합하고, 수출량, 국제벙커량
그리고 스톡의
순변동량을 빼주어 한 경제내의 연료 총 투입량을 추계한다. 이에 따라, 1차 에너지
의 “명시적 소비량”은
다음 식과 같이 산정될 수 있다.

<표 1> 1차 에너지 명시적 소비량 추계식



[ 1차 에너지의 경우 ]

명시적 소비량 = 생산량 + 수입량 - 수출량 - 국제벙커량 - 스톡변동량



2차 연료의 명시적 소비는 1차 연료의 명시적 소비량 추정시 이미 포함되어 계산된
다. 따라서 2차 연료의
생산(혹은 제조)은 명시적 소비에서 고려하지 않는다. 이는 1차 연료가 소비(연소)되
지 않고 2차 연료
생산의 원료로 사용될 경우, 2차 연료소비로부터 발생하는 배출량까지 추정한다면 중
복 추정의 문제점이
발생함으로 이를 피하기 위하여 1차 연료소비량만을 고려하는 것이다. 다만, 국내생
산으로부터 얻어진
2차 연료가 아닌 경우는 2차 연료의 명시적 소비량을 고려하여야한다. 이 경우 2차
연료에 대한 명시적
소비량은 다음의 식과 같이 추정한다.

<표 2> 2차 에너지 명시적 소비량(Apparent Consumption) 추계식



[ 2차 에너지의 경우 ]

2차 연료의 명시적 소비량 = 수입량 - 수출량 - 국제벙커량 - 스톡변동

☞ 2단계 : 고유단위의 연료소비량을 공통단위로 전환


화석연료별 고유계량단위는 분석의 편의를 위하여 하나의 공통단위로 통일을 시켜야
한다. 『IPCC Reference
Manual(1996)』에서는 열량단위 GJ(또는 TJ)을 공통단위로 하여 단위를 통일시킨
다.

☞ 3단계 : 제품별 탄소배출계수의 선정

화석연료별로 탄소함유량이 상이하므로 연료별 탄소배출계수를 결정하여야 한다. 그
러나 국내에서 실사된
연료별 탄소배출 계수가 존재하지 않기 때문에 IPCC가
추천한 연료별 탄소배출계수
를 이용한다.

☞ 4단계 : 제품에 沒入(stored)된 탄소량의 추계

연료가 아닌 제품의 중간재 내지는 최종제품으로 사용되는 화석연료에 내포된 탄소는
연소과정을 거치지
않기 때문에 이산화탄소화되지 않고 최종 재화내에 탄소형태로 남게 된다. 이처럼 제
품중에 포함되어
있는 탄소를 몰입탄소(carbon stored)라 한다. 제품몰입
탄소량
은 지구온난화에 직접 영향을 미치지 않기 때문에 온실가스 배출통계량에
서 제외된다.

☞ 5단계 : 연소과정에서 산화되지 않은 탄소량의 고려

연료에 함유되어있는 탄소중 불완전 연소되는 부분은 이산화탄소로 전환되지 않는
다. 일반적으로 연료의
연소율은 연소종류별, 연소사용기기의 기술별로 상이하기 때문에, 사전에 정할 수 없
으나, IPCC 방법론에서는
연료
별로 평균 연소율
을 제시하고 있다. 본
보고서에서는 국내 고유 연소율이 존재하지 않아 IPCC가 제시하고 있는 평균 연소율
을 사용한다.

☞ 6단계 : 탄소배출량을 CO2로 전환

위에서 설명하고 있는 절차를 통해 얻게되는 배출량은 탄소(carbon)량이므로
CO2 배출량을 구하기
위해서는 위의 탄소배출량을 CO2 배출량으로 전환시켜주어야 한다. 연료
연소를 통해 탄소가
산화될 때 산소(O2)와 결합하여 질량이 증가하므로, 탄소배출량을
CO2 배출량으로
전환할 때 CO2와 탄소간의 질량비를 탄소량에 곱하여 CO2 배출
량을 구할 수 있다.
화학적으로 CO2와 탄소간의 질량비는 44/12로 알려져 있다.

2. 연료연소에 따른 Non-CO2 추계

『개정 1996년 IPCC guidelines』에서의 가장 큰 특징은『1995년 IPCC guidelines』에
는 없었던『Tier1』
방법론이 추가되었으며『Tier2』와『Tier3』방법론의 고정배출원(Stationary
Sources) 구분에서 각 부문별
기기들(보일러 등)의 종류가『1995년 IPCC guidelines』와는 다르게 세분화하였다는
점을 들 수 있다.
그리고 Non-CO2 배출계수도 상당 부분이 수정되었다. IPCC의『개정 1996
년 IPCC guidelines』
에서의 신규로 도입된『Tier1』방법론은 연소기술을 고려하지 않고 연료소비량만을 기
초로 하여 배출량을
추정하는 것으로 3가지 방법중에서 가장 용이한 방법이다. 만일 해당국가가 연료타
입, 기술 및 운용조건에
대하여 상세한 정보가 없어 정확한 배출계수를 알 수 없을 때『Tier1』이 제시한 배출
계수의 사용을 IPCC는
권고하고 있다.

가. 연료소비량기준 : 『Tier1』방법

『Tier1』방법은 각 부문별 투입연료의 형태와 해당 온실가스의 배출계수를 고려하여
배출량을 추정한다.
SO2를 제외한 온실가스의 배출량 추정식은 아래와 같다.

<표 3> Non-CO2 온실가스의『Tier1』추계식




배출량 =∑(EFab × ACTIVITYab)

EF = 배출계수(kg/TJ), ACTIVITY = 투입에너지(TJ)

a = 연료타입, b = 부문별 activity




나. 저감기술고려추계법 :『Tier2-3』방법

『Tier2』방법과『Tier3』방법을 정확히 구분하는 것은 어려우나 정교성과 추정과
정의 구체성에 따라
다르다. 예컨대,『Tier2』방법은 대표적인 배출계수 적용이 가능하도록 동질적 기술
들에 대한 지식과
표본에 기초하여 연료소비를 구분한다. 『Tier3』방법은 연료소비를 기준으로 하지 않
고 에너지활동
결과(예 ; 수송부문에서의 주행거리 혹은, ton-km 등)와 연료 혼합비율 등의 자료를
기초로 하여 추정한
배출계수를 사용하여 온실가스 배출량을 추정한다. 이하에서는 온실가스 배출원을 고
정연소배출원과
이동연소배출원 등의 두가지 배출원으로 구분하여 설명한다.


1) 고정연소

대부분의 NOX 배출은 고정연소배출원으로부터 발생한다. 그리고
CO,
NMVOC,
N2O
,
CH4
의 경우
고정배출원이 차지하는 배중은 NOX
에 비하여
작은 수준이지만 주요 배출원이 되고 있다. SO2
배출량 추정방법
은 기본적으로『Tier1』과 동일하며 다만, 연료에 대한 자료가 보
다 세분화되었다.
고정배출원으로부터의 배출량 추정은 다음과 같은 기본공식을 사용한다.

<표 4> 고정배출원으로부터의 배출량 추정 일반식




배출량 = ∑ (EFabc × ACTIVITYabc)

EF = 배출계수(kg/TJ), ACTIVITY = 투입에너지(TJ)

a = 연료형태, b = 부문별 activity, c = 기술유형



2) 이동연소

이동배출원에 대한 배출량 추정을 위하여 파라메타에 대한 구체적 이해가 필요하다.
관련 파라메타들로는
① 모드구분, ② 연료소비, ③ 운영, ④ 배출제어, ⑤ 유지, ⑥ 기령(vintage) 등이
있다. 수송부문의 각
수단별 배출량 추정은 연료소비가 이루어지는 다른 부문의 추정방법과 유사하다. 배
출량 추정 일반식은
다음과 같다.

<표 5> 이동배출원으로부터의 배출량 추정 일반식




배출량 = ∑ (EFabc × ACTIVITYabc)

EF = 배출계수, ACTIVITY = 에너지소비량 혹은 주행거리

a = 연료형태(디젤, 휘발유, LPG, 벙커 등)

b = 수송수단종류(승용차, 경량차, 중량차 등), c = 배출저감기술




3. 탈루성 배출에 따른 온실가스 추계

화석연료의 연소를 제외한 채취에서 최종소비에 이르기까지 여러 단계를 거치는 동안
가스형태의 연료,
휘발성분의 물질, 또는 여러 가지 가스가 함유되어 있는 물질 등이 배출된다. 이러
한 배출(대부분의
메탄임)을 탈루성 배출이라 한다.

가. 석탄채광과 후처리에 따른 온실가스 배출

석탄의 생산과 생산공정, 가공, 그리고 석탄의 사용으로부터 발생하는 탈루성 배출을
다룬다. 여기서
다루는 가장 중요한 배출가스는 석탄의 채굴과 가공과정에서 발생하는 메탄
(CH4)이다. 메탄의
주요 발생원인은 대기와 만나게 되는 석탄의 표면적이 확대되면서 석탄내 함유되어 있
던 메탄이 이탈되면서
발생하는 것이다. 석탄의 운송과정(예를 들어 철도수송)에서도 석탄으로부터 대기중
으로 CH4
신속한 이탈이 발생한다. 그밖의 제철용 석탄의 사용 등에서도 메탄이 발생한
다.

1) 채광으로 인한 CH4 배출

환기시스템을 보완하기 위하여 기체화 방지시스템(degasification system)을 사용하
는 국가라면,
지하광산으로부터 발생하는 메탄 배출량 추정시 환기시스템 뿐만 아니라 기체화 방지
시스템으로부터
발생하는 배출량도 포함시켜야 한다. 메탄 배출량에 대한 가장 간단한 추정방법은 지
하광산(환기시스템과
기체화 방지시스템 포함)으로부터 발생하는 전세계 평균 메탄 배출량을 반영하는 배출
계수의 범위로부터
적정 배출계수를 선택하여 지하광산으로부터의 석탄 생산량에 곱하여 준다.

<표 6> 채광으로 인한 CH4 배출량 추정식 1




[추정식 1]

『Tier1』전세계 평균배출계수 범위를 사용한 방법 – 지하광산

CH4 배출량(Gg) = 메탄 배출계수
(m3CH4/tonne of coal mined)
× 지하광산으로부터의 석탄생산량(Mt) × 단위변환계수
(Gg/106m3)

⼇ 배출계수는 다음의 범위안에서 선택하여야 한다.
∙ CH4 배출계수 하한 = 10 m3/tonne
∙ CH4 배출계수 상한 = 25 m3/tonne

⼇ 다음의 단위변환계수는 CH4의 부피를 무게단위로 변환시켜
며, 20℃ 1기압에서의
밀도값이다.

0.67 Gg / 106m3



2) 채광후 처리로부터 발생하는 CH4

IPCC에서는 채광후 처리로부터 발생하는 배출량 추정방법으로 전세계 평균 배출계수
범위로부터 선택한
배출계수를 사용하는『Tier1』방법을 제시하고 있다.

<표 7> 채광후 처리로부터 발생하는 CH4 배출량 추정
식 2




[추정식 2]
『Tier 1』전세계 평균배출계수 범위를 사용한 방법 – 채광후 처리
채광후 처리로부터의 CH4 배출량(Gg) = 메탄배출계수
(m3CH4/tonne
of coal mined) × 지하광산으로부터의 석탄생산량(Mt) × 단위변환계수
(Gg/106m3)

⼇ 채광후처리로부터의 CH4 배출계수는 다음의 범위안에서 선택
하여야 한다.
∙ CH4 배출계수 하한 = 0.9 m3/tonne
∙ CH4 배출계수 상한 = 4.0 m3/tonne

⼇ 다음의 단위변환계수는 CH4의 부피를 무게단위로 변환 시키
며, 20℃ 1기압에서의
밀도값이다.
0.67 Gg / 106m3




나. 석유와 천연가스처리에 따른 온실가스 배출

석유와 천연가스의 처리로부터 발생하는 온실가스의 대부분은 메탄(CH4)
이며 주요 배출원은
환기장치, flaring, 만성적 누출, 송유관의 미세한 균열, 또는 보수기간중의 배출, 시
스템 고장이나 사고로
인한 배출, 일반적인 공정상에서의 배출 등이 있다.

석유와 가스 처리로부터 발생하는 메탄(CH4)의 배출량 추정을 위한 가장
간단한 접근방법으로서
석유와 가스산업으로부터 발생하는 배출량이 규모면에서 상대적으로 작은 국가에서,
또는 정확한 추정을
위하여 필요한 관련자료와 배출원에 대한 연구 및 분석이 부족한 나라에서 매우 유용
한 방법이다. IPCC에서
제시하고 있는 석유와 가스처리로 인한 메탄의 배출계수(표 : 석유와 가스처리로부터
배출되는 메탄의
배출계수 참조)는 전세계의 석유·가스 시스템 특성이 유사한 지역별로 분류되어 있
다. 따라서 각국은
반드시 자국의 시스템 특성을 파악하고 동일 시스템 분류내에서 각각의 처리
(activities)에 해당하는 대표적
배출계수를 선택하여야 한다.

4. 산업공정에서의 온실가스 추계

산업공정으로부터 배출되는 온실가스(GHG)에 대한 일반적 추계방법론은 제품생산량
및 제품소비량, 그리고
생산단위당 또는 소비단위당 배출계수를 사용하여 구한다. 온실가스는 에너지와는 직
접 관계가 없는 다양한
산업공정에서도 배출된다. 이는 배출원들이 화학적 및 물리적으로 전환되는 과정에
서 발생하며 여기서
CO2, CH4, N2O, PFC 등을 포함한 다양한 온실가스
가 배출된다. 『개정된
1996년 IPCC 가이드라인(Revised 1996 IPCC Guidelines)』의 내용은 이전 가이드라인
(1995년 판)과는 상당히
다르다.
먼저, 추계할 배출가스가 이전의 6개 가스(CO2, NOX, NMVOC,
CH4, CO,
N2O)에서 SO2가 추가되었으며 산업공정부문을 크게 광물분야,
석유화학분야,
금속분야, 기타(펄프제지, 음식료품 및 할로카본의 생산과 소비)등 4분야로 구분하고
있다. 그리고 각

정에 해당하는 배출계수
도 상세히 제시하고 있다.

자료: www.portalenergy.com

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