건물부문의 환경부하 평가모형 개발을 위한 기초연구

산업연관표는 생산에 쓰인 모든 투입요소의 양과 산출물의 양을 화폐가치 단위로 보여주고 있는 표이다. 이 표를 이용하여 산업 간 거래를 수량적으로 파악하는 것을 산업연관분석이라 한다. 특히, 산업연관표 기본부문 분류에는 석탄 코크스 및 관련제품, 무연탄, 유연탄, 원유, 휘발유, 나프타 등의 석유화학 원료 산업의 투입 및 산출을 알 수 있어 산업별 에너지의 흐름 및 온실가스 배출량까지도 파악할 수 있다. 우리나라와 같이 건축자재에 대한 인벤토리구축이 충분하지 않은 상황이라면, 산업연관표를 이용한 LCA 분석이 건축물 전 생애주기 환경부하측정에 쓰일 유용한 방안 중 하나이다.17) 건축물에 쓰이는 원자재를 포함한 전과정평가 수행에는 한계가 있어서 산업연관분석 방법론을 기반으로 한 건축물 LCA(I-O LCA)를 널리 수행하고 있다. 특별히, 건축물 LCA를 위한 산업연관표의 활용을 위해서는 “주거용 건물” 그리고 “비주거용 건물” 산업의 투입 산출 구조를 파악해야 한다. 건축자재에 대한 원단위 산출기법으로서, 일반적으로 에너지 소비량 및 이산화탄소배출량 원단위의 산출 프로세스는 아래와 같이 표시할 수 있다. Hybrid LCA 모델은 개별적산법인 상향식(Bottom-up)과 산업연관분석법을 차용한 하향식(Top-down)방법론을 통합한 방법론으로 볼 수 있다. Hybrid LCA는 여러 종류의 LCA 방법론의 각 장점을 묶어 더 나은 LCA 접근법을 만드는데 있다고 볼 수 있다. Hybrid LCA 방법론들은 각각 매우 뚜렷한 차이점이 있으나, 모두 프로세스(process)와 산업연관분석법(I-O method)을 어떠한 방식으로든 결합했다는 공통점이 있다. 차이점은 프로세스와 투입산출 데이터를 혼합한 비율이 각각 Hybrid LCA방법 마다 조금씩 다르다는 점이다. Hybrid LCA의 방법론의 종류에는 단계별조합법(tiered), 투입 산출조합(I-O based), 통합조합(integrated), 그리고 프로세스기반 조합(augmented process-based) 방법 등이 있다(Bullard et al., 1978; Joshi, 2000; Suh et al., 2004; Guggemos, 2003; Bilec et al., 2006). 이 Hybird LCA 방법론들은 크게는 개별적산 방법론, 그리고 투입산출 방법론으로 나눠질 수 있다. Hybrid LCA는 기본 사용 방법론에 따라 크게 두 가지로 나눠 볼 수 있다. 먼저, 개별적산 방법론을 차용한 LCA 의 경우, 프로세스별 분석이 가능하다는 점과 LCA에 사용되는 개별 재화의 구분이 가능하다는 장점이 있는 반면, 데이터수집의 어려움, 시간 및 비용 면에서 경쟁력이 떨어진다는 점, 그리고 경계설정이 상당히 주관적일 수 있다는 단점이 존재한다. 투입산출방법론을 차용한 LCA의 경우, 전체 경제시스템을 경계로 설정할 수 있고, 그로 인한 경제적 측면의 분석이 용이하다는 장점이 있는 반면, 데이터 해상도가 매우 작다는 점과 각 단계별 분석이 어렵다는 단점이 있다. 세부적인 개별 방법론의 특성은 다음과 같다. 단계별 조합법(Tiered LCA)은 Bullard et al.(1978)에 의해 개발되었다. 이 방법은 재화비용에 GDP당 에너지집약도(energy intensity)를 곱하는 등 전반적인 거시 경제적 접근법이다. 투입산출표의 각 섹터에 여러 단계(tiered)를 추가할 수 있게 되어 있어 생산시스템 기반 분석의 세분화를 가능하게 한다. 본 연구에서는 상·하향 통합 방법론 중 가장 타당성 있는 방법론을 개발했다고 판단된 Suh et al.(2004)의 통합조합 방법론에 대해 더 깊이 조사해 보았다. 여기에서 제시한 산업연과분석 바탕의 LCA 방법론과 프로세스 바탕의 LCA 방법론의 차이점은 크게 3가지이다. 산업연관 분석과 다르게 프로세스 바탕의 LCA 는 (1)연간 산업 간 거래에 대한 자료가 없으며, (2) 물량단위의 거래를 보여주며, (3) 통화 흐름 대신 실제 거래물량의 흐름 및 직접적 방향성을 보여준다. 이런 차이로 인해 직접적으로 개별적산법과 투입산출분석 방법론을 통합하는데 문제가 생긴다. 따라서 Hybrid LCA를 만들기 위해서는 여러 가지 방법이 필요한데, 여기에서는 개별적산법구조가 산업연관분석 모듈에 맞게 새로운 세팅에서 재구성되는 과정을 설명하고 있다. 또한 이와 별개로 생산시스템을 투입산출표의 각 섹터별로 일반적인(typical) 상품 혹은 비일반적인(atypical) 상품으로 분류하였다. 일반적인 상품의 에너지소비는 투입산출 섹터에서 직접적으로 산정이 가능하며, 비일반적인 상품의 에너지소비는 추가적인 과정(disaggregation) 및 반복적인 투입산출분석(iterative input output approach)을 통해 구할 수 있도록 설계되어 있다. Bullard의 단계별 조합법은 비일반적인 상품 생산 시스템에 초점이 맞춰져 있으며, 예를 들어 발전소 건설에 드는 에너지비용 산정 등에 매우 적합한 방법론이다. 하지만 마진에 대한 조정, 마진 에러, 예산의 불확실성 및 에너지 집약도의 불확실성 등의 단점이 존재한다. 통합조합(integrated hybrid analysis) 방법론은 Suh et al.(2004)에 의해 개발되었다. 이는 개별적산법과 투입산출법의 수학적 조합법을 보여주고 있다. 프로세스기반 조합법(augmented process-based)은 Guggemos and Horvath(2005)에서 개발된 방법론으로, 상업건물의 생애주기 분석 모델링을 위해 개발되었다. 이 방법론에서 전 생애주기는 재화의 제조, 건설, 운용, 유지 및 해체 단계를 모두 아우르고 있다. 제조과정은 사용된 재화(materials)의 물량 및 가격 자료를 이용하여 모델을 돌린 후, 가장 최적의 투입 산출 섹터와 매칭 된다. 또한 이와 같은 작업은 시공단계의 LCI, 운용단계의 화석연료 및 전기사용 LCI, 그리고 유지단계 재화 LCI 구축에도 적용되어 사용된다. 그리고 배출요소 (emission factors)는 장비사용 및 시공, 유지 및 해체 단계의 운송단계 환경부하 산정에 사용된다. 국내외에서 건물부문의 환경부하를 평가하기 위해 전과정평가를 활발하게 활용하고 있다. 주로 건물부문의 전과정평가는 건물 전 생애주기 동안 사용되는 자재 및 상품을 선정하기 위한 목적으로 활용되고 좀 더 친환경적인 건축물을 건설하기 위해 수행되어오고 있다. 국가 차원의 국토계획이나 환경계획을 수립할 때에는 개별 건물에 대한 개별적산법을 활용한 전과정평가보다는 산업연관분석법이나 혼합법을 활용하는 것이 좋을 것이다. 이는 거시적인 관점에서 각 지역별로 건물부문 전과정평가가 수행된다면 국토 전체적으로 봤을 때 개발 관리를 할 수 있기 때문이다. 또한 신도시 개발을 할 때 등 지역적인 차원에서 환경성 평가를 수행해야 국가 전체 건물부문 온실가스 감축 목표를 달성할 수 있을 것이라 판단되는데 이 때 산업연관분석이나 혼합법을 활용하여 신도시 개발과 기존 도시를 활용하는 시나리오로 설정하여 건물부문에서 좀 더 환경부하를 줄일 수 있는 방법으로 국토계획을 수립할 수 있을 것이다. 본 연구에서 집중적으로 살펴본 통합조합 하이브리드 방법론은 지속 가능한 국토개발을 위해 지역적 차원의 환경성평가수행 시 활용도가 높을 것으로 판단된다. 최두성, 박진종, 전흥찬(2013)은 해체 및 폐기단계의 건설 폐기물 처리단계별 지역별 LCI DB 구축을 시행하였고, 건설폐기물 해체단계에 따른 에너지 소비량 산정 단계를 4단계로 나누어 구하였다. (1) 해체단계 에너지 소비량은 기본적으로 해체 장비의 에너지 소비량을 기준으로 구하며, 해체공법에 따른 장비별 표준작업능력은 건설표준품셈 자료를 이용하였다. (2) 운송단계에서의 에너지 원단위 산출을 위해서는 매립지나 중간처리장까지의 거리, 해체 폐기물 적재량, 차량종류, 및 규격 등에 대한 정보가 필요하다. 사례마다 위의 정보들이 달라질 수 있으므로, 대표적인 기준을 설정해야 하지만 이 또한 곤란한 면이 많다. 따라서 보통은 국가 LCI DB를 이용하는 방법이 일반적이다. 환경부에서 구축하는 LCI DB는 장비별, 규격별 현황 및 이산화탄소 배출원단위에 대한 정보를 제공하고 있다. BEES는 건축물 자재의 환경성능 평가를 위해 미국 NIST(National Institute of Standards and Technology)에서 개발된 소프트웨어이다. BEES는 원자재 수집, 제조, 운송, 설치, 사용, 재활용, 폐기물 관리의 전단계 분석이 가능하도록 설계되었다. 경제적 영향 분석은 ASTM 표준 LCC 방법을 이용하여 초기투자, 운용, 유지 및 보수(repair), 폐기 등의 모든 비용 또한 고려하여 분석이 가능하도록 설계되어 있다. BEES는 사용자의 선택에 따라 상대적 가치기준을 기초로 하거나 혹은 프로그램에서 제공하는 초기 값을 기초로 하여 환경성 및 경제성을 합산하는 가중치 다중설정방식을 따르고 있다. 이에 사용자가 설정하는 가중계수에 따라 다른 결과를 나타내준다. 국내에서 개발된 LCA 프로그램으로는 환경부의 TOTAL 프로그램과 한국인정원의 PASS LCA 소프트웨어가 있다. 두 프로그램은 목록분석에 의한 데이터베이스를 구축하여 일반적인 전과정평가(LCA)를 수행할 수 있도록 구성되었으며 제품에 대한 환경성적표지 결과에 활용하고 있다. 환경부와 환경산업기술원에서 개발한 TOTAL 프로그램은 해외 개발된 여러 LCA 소프트웨어의 장단점에 대한 분석 및 국내 전문가들의 개선사항에 대한 반영을 거쳐 개발된 프로그램이다. 이는 환경성적표지 전용 LCA 프로그램으로, 2005년 3월에 개발을 시작하여 최근까지 보완 및 업데이트 작업을 거쳐 널리 활용되고 있다. PASS는 일반적인 전과정평가를 위해 개발된 소프트웨어로서, 건축물 환경영향 분석에 적합한 프로그램이다. 프로세스 흐름을 단위활동으로 삼고 있어 앞서 설명한 공정별 환경영향을 분석하기에도 유용하다.