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2017년 11월 24일 (금)
     
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CleanSYS를 활용한 산업시설에서 배출되는 CO2 모니터링

 

                               한국환경공단 호남지역본부 환경관리처 대기관리팀 황 태 웅

 

 

  올 겨울은 유난히도 바람이 세차고 추운 날씨가 반복된 느낌입니다. TV나 신문 등을 통해 잠깐 접한 정보에 의하면 북극의 기온이 평년에 비해 따뜻해지면서 상부 기류의 속도가 느려져 차가운 북서풍이 남쪽으로 내려와 한파가 유난히 심했다는군요. 정말 지구적 규모의 기상이변이 속출하고 있음을 실감할 수 있습니다. 여러 가지 논란에도 불구하고 이러한 기상이변의 주요한 원인으로 온실가스 증가를 꼽고 있습니다.
  우리나라도 이러한 온실가스 문제의 해결방안 중 하나로 다양한 산업시설에서 배출되는 온실가스에 대해 저탄소 녹색성장 기본법에 의거, 온실가스․에너지 목표관리제를 추진하여 2020년 온실가스 배출전망치 대비 30%의 감축목표를 확정하였습니다. 또한, 온실가스 배출량을 적절하게 평가․관리하기 위해 구체적인 배출량 산정방법이 제시되어 있습니다.
  본 글에서는 온실가스 모니터링 기법의 하나로 다양한 배출시설에 부착되어 운영중인 CleanSYS의 활용성에 대해 말씀드리고자 합니다.

CleanSYS는

  1997년 여수국가산업단지 굴뚝 원격감시체계(TMS; Tele-monitoring system) 정상화 시범사업을 시작으로 한국환경공단이 주요 대기오염물질 배출시설에서 배출되는 오염물질의 원격감시체계 업무를 환경부를 대신하여 수행한 지도 벌써 15년째에 접어들고 있습니다. 특히, 2006년부터는 굴뚝 TMS를 맑고 깨끗한 환경(Clean)을 지키는 첨단과학 시스템(System)이라는 의미의  ‘CleanSYS'라는 브랜드로 사업장 및 국민 여러분께 보다 친근하게 다가서려 노력하고 있습니다.
  CleanSYS를 간단히 정의하자면 굴뚝을 통해 오염물질을 배출하는 배출시설에 자동측정기기를 설치하고 이로부터 전송되는 측정결과를 24시간 상시 감시하고 나아가 그 데이터를 분석하여 행정처분 등의 행정자료 등으로 활용하는 것을 의미합니다. 현재 CleanSYS 대상 사업장은 3종 이상의 중․대형 사업장이며, 먼지, CO, SO2, NOx, HCl, HF 및 NH3의 7개의 오염물질과 O2, 유량 및 온도의 일반항목을 측정․관리하고 있습니다.
  사업장 굴뚝에서 측정된 대기오염물질은 데이터 수집/전송장치를 거쳐 전국 4개의 권역에 설치되어 있는 CleanSYS 관제센터로 실시간 전송됩니다. 이 중 호남권 CleanSYS 관제센터는 광주광역시, 전라남․북도 및 제주도를 관할하고 있으며, 2010년 12월 기준으로 84개 사업장, 220개 굴뚝에서 대기오염물질 측정데이터가 전송되고 있습니다.

 산업공정에서 배출되는 온실가스는 주로 어떤 것일까요?

  지구 기온상승을 유발하는 CO2를 포함한 온실가스의 배출감소, 적정제어 및 지속가능한 발전을 위한 노력이 전세계적으로 진행되고 있습니다. 이러한 온실가스 중 산업공정에서 배출되는 주요 물질로 CO2, CH4 및 N2O를 선정, 관리하고 있습니다. 2008년에 작성된 CO2, CH4 및 N2O의 배출계수를 기초로 지구온난화지수를 고려하여 연소과정에서 배출되는 비율을 추정해 보면, CO2 : CH4 : N2O은 100 : 0.02 : 0.17로 나타나 대부분의 온실가스는 CO2로 배출되는 것임을 알 수 있습니다. 이 외에도 수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs) 및 육불화황(SF6)도 온실가스로 규정되어 있으나 반도체제조공정 등 특수한 경우를 제외한 대부분의 산업공정에서는 거의 배출되지 않는 것으로 알려져 있습니다.
  산업시설에서 배출되는 CO2 배출량 산정을 위해서는 적절한 배출량산정방법이 도입되어야 하는데, 가장 기초적인 단계인 Tier 1은 기후변화 정부간 패널(IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change)에서 제시한 배출계수를 그대로 적용하는 것이고, Tier 2는 우리나라의 고유 배출계수를 만들어 사용하는 것으로 좀 더 정확한 배출량 산정이 가능한 단계를 의미합니다. Tier 3는 Tier 2의 분류를 보다 세분화하여 각 단위 배출시설별로 배출계수를 만들어 사용하는 것으로 한 단계 고급화된 배출량 산정이 가능한 단계입니다. CleanSYS를 활용한 배출량 산정은 실제 굴뚝을 통해 배출되는 온실가스를 직접 측정․산출하는 방법으로 가장 정확한 배출량 산정이 가능한 Tier 4라고 할 수 있습니다.
 
온실가스 배출량 평가를 위한 CleanSYS의 활용

  그러나, 국가적인 온실가스 관리가 이루어진지 얼마되지 않은 현시점에서  CleanSYS와 같은 직접 모니터링에 의한 배출량 산정방법은 직접적으로 활용하는 것 보다는 Tier 1부터 Tier 3까지를 순차적으로 검토․적용하고 온실가스 배출량 산정과 관련한 다양한 기반이 확충된 다음에 실시할 필요가 있어 Tier 4 적용까지는 앞으로도 지속적인 검토와 연구가 필요합니다.
  미국 환경청(US EPA)의 40 CFR 75에서는 CleanSYS와 같은 대기오염물질 연속모니터링 기법을 이용하여 CO2 배출량을 산정하는 방법이 정리되어 있습니다. 이 중에서 연료중 탄소함량과 사용연료량으로 CO2 배출량을 산정하는 방법을 빼면, 다음의 2가지 방법으로 압축될 수 있습니다.
  첫째는 굴뚝에 CO2 측정기기를 설치하여 대기로 배출되는 CO2 농도를 연속으로 모니터링하여 배출량을 산정하는 방법이며, 둘째로는 연속으로 측정된 산소 농도를 CO2 농도로 환산하여 배출량을 산정하는 방법입니다.
  물론 현재 설치되어 운영중인 CleanSYS에 CO2 측정기기를 추가로 설치하여 연속 모니터링을 하는 것은 가장 정확한 평가방법이 될 수 있습니다. 하지만, CleanSYS로 측정․전송되는 산소 농도로부터 CO2 농도를 환산하는 방법의 유효성은 충분히 검증된 방법이라 판단됩니다.
  기존에도 이에 대한 연구가 있었으며 작년에 호남권 CleanSYS 관제센터에서는 이러한 방법을 재차 검증하는 현장조사를 수행하였습니다. 다양한 CleanSYS 부착시설 중에서 단일연료를 사용하고 연간 거의 일정한 수준으로 오염물질이 배출되는 발전시설 6곳 10개 굴뚝을 대상으로 정상 가동시에 O2, CO2 농도를 기준장비를 이용하여 측정하였습니다.
  실측한 CO2 농도와 US EPA 40 CFR 75에서 제시한 방법을 적용하여 O2 농도로부터 CO2 농도를 환산한 값을 비교하였을 때 오차율이 평균 3.7 % 수준으로 거의 유사한 값을 나타냄으로써 CO2 측정기기가 부착되어 있지 않아도 O2 농도로부터 CO2 농도의 추정이 충분히 가능한 것으로 평가되었습니다.

  이로써 단일연료를 사용하는 연소공정, 즉, 발전시설 및 보일러 시설에서는 CO2를 직접 측정하거나 O2로부터 CO2를 환산하는 방법 모두 유효한 방법으로 적용가능한 것으로 평가되었습니다. 물론 폐기물 소각시설과 같이 연료의 조성이 복잡한 경우와 유리, 시멘트 제조시설과 같이 투입연료로부터 CO2가 추가적으로 발생하는 시설 등에 대한 적용가능성을 지속적으로 평가하는 것이 향후 가장 중요한 문제가 될 것입니다.
  이 외에도 대기오염물질 관리를 위해 CleanSYS를 부착한 사업장 전체를 대상으로 온실가스 측정을 규정하는 데에는 많은 어려움이 있을 것입니다. 앞서 언급한 바처럼 앞으로 지속적인 연구와 투자가 필요하며, 일정한 수준에 도달하여야만 실용화가 될 것이라 판단됩니다.
  하지만, 현재에도 CleanSYS를 활용함으로써 얻을 수 있는 장점은 많습니다. 각 사업장에서 산정한 온실가스 배출량을 검증하는 유용한 도구로 활용가능하다는 것이 그 예가 될 것입니다. CleanSYS에 의해 측정․저장된 데이터를 이용하여 산정된 배출량을 교차검증 함으로써 검증에 필요한 인적, 기술적 비용과 시간을 크게 단축시킬 수 있을 것입니다.
  또한, 실측 데이터를 활용하여 각 배출시설별 배출계수를 개발하거나 지속적인 배출계수의 수정, 사업장 자체 모니터링 수행 등 다양한 목적을 위한 수단으로 활용 가능할 것입니다. 물론 향후에는 CleanSYS에서 측정된 온실가스 실측값이 실시간으로 배출량으로 환산․관리하는 것도 가능하리라 기대해 봅니다.

 

 

 

 

환경공업신문/월간환경21

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기사입력 : 2011-03-25 14:02:00

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