한국의 온실가스 배출량 평가를 위한 정확성 제고를 목적으로, Tier 1과 Tier 2 방법론을 복합하여 주요 산업 부문의 배출량 불확도를 추정하는 방법론 제시 및 적용 doc_id CNTS-00118881798_1

온실가스는 다양한 배출원으로부터 발생한다. 화석연료를 연료로 사용하는 기계장치뿐만 아니라 화석연료가 원료로 사용되는 산업 분야, 가축의 분뇨, 폐기물의 소각 및 매립 등 다양한 부문으로부터 온실가스가 배출된다. 배출원이 다양한 만큼 온실가스 배출 과정에 영향을 미치는 요인들도 다양하다. 그러나 온실가스 배출량을 측정하는 방법은 다양한 부문의 다양한 특성들을 모두 고려할 수 있을 정도로 세부적인 정교성을 가지고 있지 않다. 또한 세부적인 정교성을 확보한다 할지라도 배출량 추정에 필요한 자료 수집 과정에서 측정 오차가 발생할 수 있다. 불확도는 이러한 오차들로 인하여 생성되는 실제 참값과 추정값 사이의 차이 정도를 나타내는 개념으로서, IPCC(2006)는 불확도가 현실의 참값(true value)에 대한 정보의 부족으로부터 발생하며 지식의 정도 및 분석 방법에 의해 그 정도가 결정되는 것으로 설명한다. 보다 구체적으로 IPCC(2006)에서는 불확도 개념을 정확성(Accuracy), 정밀성(Precision)의 개념을 사용하여 설명하고 있다. 정확성은 실재의 참값과 관측 또는 추정된 값(이하 추정치) 사이의 일치 정도를 나타내는 용어이다. 따라서 정확성이 결여되어 실재의 참값과 추정치가 큰 차이를 나타내게 되면 체계적인 불확도가 높게 나타나는 것으로 해석될 수 있다. 반면, 정밀성은 관측 또는 측정된 통계값이 여러 번 반복되어 관측 또는 추정되었을 때 그 값들이 동일한 값을 가지게 되는 정도를 나타내는 용어이다. 따라서 정밀성이 결여되어 추정된 값들이 큰 차이를 보이게 되면 확률적인 불확도가 크게 나타나는 것으로 해석될 수 있다. IPCC의 온실가스 배출량의 불확도를 분석하는 방법은 기본적으로 정밀성과 관련된 불확도, 즉 확률적인 불확도를 분석하기 위한 방법론이다(IPCC, 2006). 이는 정확성과 관련된 불확도를 산정하는 분석 방법이 아직 일반화된 형태로 정립되지 않았기 때문이며(EPA, 2002), 다른 한 편으로는 품질관리(QA/QC)를 통해 체계적인 불확도를 일정 부분 감소시킬 수 있다고 보기 때문이다(에너지경제연구원, 2013). 한국은 그동안 온실가스 배출량을 감축하기 위하여 다방면에 걸쳐 정책적 노력을 기울여왔다. 그리고 이러한 정책적 효과는 온실가스 배출량의 변화로 나타난다. 온실가스 배출량의 불확도를 추정하는 것은 온실가스 배출 과정에 내재된 다양한 요인들의 불확실성을 고려하여 온실가스 배출량을 보다 과학적으로 엄밀하게 추정하고, 이로부터 온실가스 배출량의 변화가 불확실성을 고려했을 때에도 발생하였는가를 정확하게 평가하기 위해서이다. 따라서 한국의 온실가스 배출량의 변화를 보다 정확하게 평가하기 위해서는 다양한 요인들의 불확실성을 고려한 불확도 분석이 수행되어야 한다. 본 논문의 기여는 Tier 1과 Tier 2를 복합하여 불확도를 추정할 수 있는 방법론을 제시하고 나아가 이 방법론에 의거하여 다배출 업종인 발전, 철강산업, 비금속광물산업 부문의 온실가스 배출량의 불확도를 추정하였다는 점에 있다. 한국의 실정을 반영한 Tier 2 방법이 향후 불확도 분석에서 주요한 위치를 차지하게 될 것이지만, Tier 2 방법은 시간과 비용 측면에서 Tier 1 방법보다 많은 자원을 소요한다는 점을 감안할 때 Tier 2 방법은 모든 부문에 일시에 적용되는 것이 아니라 점진적으로 다른 부문으로 확장되어 적용될 것이다. 그러나 이러한 노력에도 불구하고 NIR에서 수행된 온실가스 배출량의 불확도 분석은 선진국과 비교했을 때 미미하고 뒤떨어져 있는 수준이다. 그나마 이루지는 불확도 분석도 IPCC 가이드라인에서 제시하는 참고값을 바탕으로 한 Tier 1 방법에 치중되어 한국의 실정을 제대로 반영하지 못하고 있고, 일부 배출 부문에 국한되어 있는 상황이다. 본 논문은 위에서 언급한 바와 같이 한국의 불확도 분석이 수준이나 범위 면에서 진전시켜야 할 부분이 많다는 인식 하에서 발전, 철강산업, 비금속광물산업 부문의 이산화탄소 배출량에 대한 Tier 2 불확도 분석을 실시하여 불확도 분석의 저변을 넓히고자 하였다. 그리고 Tier 2 방법으로 추정된 이산화탄소 배출량의 불확도를 Tier 1 방법으로 추정한 메탄, 아산화질소의 불확도와 복합할 수 있는 방법론을 탐구하고 실제로 그 방법론을 수행함으로써 향후 Tier 1과 Tier 2 방법의 불확도를 복합하여 추정할 수 있는 기반을 제시하였다. 이 중 IPCC가 권고하는 방법론은 에러 전파 방법과 직접 시뮬레이션 방법 중 몬테카를로 시뮬레이션 방법이다. IPCC는 에러 전파 방법과 몬테카를로 시뮬레이션 방법을 각각 Approach 1과 Approach 2로 명명하고 있지만, 대부분의 국가 온실가스 인벤토리 보고서에서는 에러 전파 방법과 몬테카를로 시뮬레이션 방법을 Tier 1과 Tier2로 부르고 있다. 따라서 본 논문에서도 에러 전파 방법과 몬테카를로 시뮬레이션 방법을 Tier 1과 Tier 2로 명명한다. 에러 전파 방법, 즉 Tier 1 방법은 상위 부문의 불확도와 하위 부문의 불확도를 일련의 방정식으로 나타내어 하위 부문의 불확도를 방정식에 대입하여 상위 부문의 불확도를 산출하는 방법론이다. 이 Tier 1 방법은 하위 부문의 불확도만 알고 있으면 Tier 2 방법보다 비교적 쉽고 빠르게 분석을 수행할수 있다는 장점을 가지고 있다. 그러나 Tier 1 방법을 적용하기 위해서는 몇 가지 전제가 충족되어야 하는데, 불확도를 나타내는 확률변수가 정규분포의 형태를 가져야하고, 변동계수(표준편차/평균)가 0.3보다 작아야 하고, 그리고 확률변수 간에 상관관계가 존재하지 않아야 한다. 불확도 산출에 필요한 경험적인 자료(추정 또는 관측된 자료)가 부족하고 관련된 불확도가 모두 고려되지 못했다고 여겨질 경우, 관련 분야 전문가의 판단으로부터 불확도에 관한 자료를 얻어야 한다. 전문가 판단 조사방법(expert elicitation)은 전문가로부터 불확도에 관한 자료를 얻는 일련의 과정을 일컫는 용어로서, 관련 전문가에게 불확도(uncertainty)와 관련된 과학적 질문, 예를 들어 불확실한 수량(uncertain quantity)과 서로 다른 사건(events), 관계, 변수의 발생확률과 관련된 질문을 던져 그들로부터 정량화된 수치로 그 질문에 대한 답을 얻고자 할 때 사용된다(EPA, 2011). 온실가스 배출량의 불확도 분석과 관련하여 전문가 판단 조사방법의 목적은 전문가들에게 과학적 방법으로 구성된 질문들을 던져 활동자료 및 배출계수의 확률분포 형태, 중앙 값, 95% 신뢰구간의 상한치 및 하한치의 정보를 정량적으로 구체화하는 것이다(IPCC, 2006). 우선, 정규분포는 불확도(예를 들어, 95% 신뢰구간의 길이)가 작고 확률분포의 형태가 평균을 중심으로 대칭을 이룰 때 사용될 수 있으며, 여기에 더해 배출계수 또는 활동자료의 불확도를 구성하는 개별 불확도 중 어느 하나도 그것의 불확도에 큰 영향을 끼치지 않아야 한다. 이 정규분포는 불확도가 작으면 대체로 잘 적용되는 것으로 알려져 있으며, 특히 화석연료의 배출계수와 활동자료에 적합한 것으로 여겨진다. 로그정규분포는 왼쪽이 볼록한 형태를 갖고 오른쪽으로 긴 꼬리를 갖는 분포로서, 토양에 뿌려진 비료로부터 발생하는 아산화질소의 배출계수에 적합한 분포로 여겨진다. 균일분포는 확률분포 안의 모든 값의 발생 확률이 동일할 경우를 나타내는 분포형태로서, 불확도에 대한 사전지식이 없고 전문가가 배출계수 및 활동자료의 하한과 상한을 제시할 수 있을 때 사용될 수 있는 분포이다. 삼각분포는 전문가가 하한치, 상한치, 그리고 최빈값만을 제공할 수밖에 없을 때 적용될 수 있는 분포형태로서, 대칭적 형태를 가질 수도 있고 비대칭적 형태를 가질 수도 있다. 마지막으로 언급할 계단분포는 배출계수 및 활동자료가 취할 수 있는 값의 구간을 몇 개의 구간으로 나누어 이 구간의 상대적 발생확률을 비교할 때 적합한 분포형태이다.