축산부문 LCA 연구에서의 할당방법에 따른 환경영향 비교
Comparison of Allocation Procedure in the Livestock Industry
- 주제(키워드) 축산부문 , LCA 연구
- 발행기관 亞州大學敎 大學院
- 지도교수 李健模
- 발행년도 2011
- 학위수여년월 2011. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 환경공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000011543
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
이 연구는 LCA 국제 표준인 ISO14044를 기반으로 연구를 진행하였으며 낙농우의 체내활동을 고려한 할당 방법 및 계수를 도출하여 향후 축산부문에 적용할 수 있는 할당방법을 제시하는 것을 목적으로 한다. 낙농우는 우유와 쇠고기를 같이 생산하는 축산부문에서 대표적인 다중산출 가축이며 이로 인해 LCA연구에 있어서 할당문제가 발생한다. 축산업은 일반적인 제조업과는 상이한 특성을 갖는다. 제품 생산수단과 투입·산출간의 관계, 폐기물 발생 기작 등이 일반적인 제조업과 달라 LCA연구 수행에 있어서 고려해야한다. 현재 축산부문 LCA연구에서 환경부하는 생산되는 제품의 무게비율 혹은 경제적 가치의 비율을 기준으로 할당한다. 하지만 이는 동물 체내에서 일어나는 생체활동과 제품간의 관계를 반영하지 않고 단순한 비율로 전체 환경영향을 제품에 부여하는 방식으로 적합한 방법이라고 하기에 무리가 따른다.가축은 사료를 섭취하여 신체를 유지하고, 움직이며 체중을 늘려 고기를 생산하고, 우유, 알 및 새끼를 생산하는데 이용한다. 즉 사료의 섭취의 목적은 앞서 열거한 신체활동을 정상적으로 진행하기위한 에너지 공급에 있다고 할 수 있으며 이때 사용되는 에너지를 net energy라고 한다. 낙농우의 Net Energy가 요구되는 생체활동은 활동, 성장, 착유, 유지, 임신의 5가지로 구분할 수 있다. 낙농우로부터 생산되는 제품은 우유와 쇠고기다. 낙농우는 0~24개월 동안 우유를 생산할 수 있는 성우(成牛)로 성장한다. 이 기간을 성장기라 한다. 송아지는 성장기동안 체중을 늘리고 체내 장기들을 발달시킨다. 성우(成牛)로 성장해야 우유를 생산하기 때문에 성장기는 우유생산에 꼭 필요한 단계이다. 하지만 낙농우로부터 생산되는 쇠고기는 이 기간 동안에 모두 생성된다. 따라서 성장기동안 낙농우가 섭취하는 사료와 배설하는 분뇨, 농장을 관리하는데 필요한 기타 자원소비에 의한 환경부하는 우유와 쇠고기 모두에 그 책임이 있다고 할 수 있다. 25~60개월 동안 낙농우를 사육하는 것은 낙농우를 생산하기 위함이다. 이를 유생산기라고 한다. 낙농우로부터 생산되는 쇠고기는 성장기에 모두 생산되며, 유생산기동안 낙농우는 증체량 없이 우유를 생산하기 위해 신체를 유지하는 상태이다. 또한 대개의 경우 우유를 생산하지 않고 쇠고기의 생산을 목적으로 하는 소의 경우 생후 24개월경에 도축하기 때문에 25개월 이상의 기간 동안 사육하는 것은 쇠고기의 생산과 관련이 없다고 할 수 있다. 따라서 이 기간 동안 발생하는 투입·산출물에 대한 모든 환경부하는 우유에 책임이 있다고 할 수 있다. 임신의 경우 생후 24이후에 할 수 있다. 낙농우는 임신을 해야 우유를 생산할 수 있기 때문에 임신에 의한 환경부하는 낙농우에 책임이 있다. 하지만 임신은 새로운 낙농우를 생산하는 활동으로 새롭게 태어난 낙농우 송아지는 성장기 동안 쇠고기도 생산하기 때문에 쇠고기 또한 임신에 의한 환경부하에 책임이 있다고 할 수 있다. IPCC 가이드라인에는 net energy를 앞서 설명한 5가지 생체활동별로 산정할 수 있는 수식을 제공하고 있다. 즉, 각각의 생체활동별 요구되는 에너지 투입량을 구할 수 있고 이를 통해 총 에너지 섭취량 대비 각 생체활동별 요구에너지 비율을 구할 수 있다. 각 체내활동에 필요한 사료섭취와 분뇨 배출에 의한 환경부하를 net energy 비율을 기준으로 할당하고, 각 체내 활동별 관계된 제품에 할당된 환경부하를 부여함으로써 각 제품의 생산으로 인해 발생한 환경부하를 공정하게 할당 할 수 있다. 각 생체활동에 의한 환경부하는 연관된 제품으로 부여되며, 한 가지 생체활동에 다수의 제품이 연관될 경우에는 그 생체활동에 의해 발생하는 환경부하는 생산되는 제품의 생산량을 기준으로 할당한다.이에 관하여 국내 평균 낙농우 사육 데이터를 통하여 사례연구를 진행한 결과 기존의 생산제품 무게비율로 환경부하를 할당하는 것과 제안한 할당계수를 적용한 경우를 비교하였을 때 우유의 환경부하는 1%정도 증가하였으나 쇠고기의 환경부하는 74%가 감소하는 것으로 나타났다. 본 연구는 기존의 공산품제조업과 특성이 다른 축산부문에 대해 적용할 수 있는 할당방법을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 할당방법은 가축의 체내활동에 필요한 net energy 개념과 각 체내활동과 제품간 상관관계를 통하여 할당계수를 도출한 것에 그 의미가 있다. 하지만 실제 낙농우 사육 농장을 대상으로 환경영향을 산정하지 않고 가상의 농장의 환경부하를 통해 할당적용에 따른 차이만을 결과로 보여준 것은 이 연구의 한계점이다. 향후 실제 농장을 선정, LCA연구를 진행하여 실제 환경 영향의 차이와 그 차이가 갖는 정확한 의미를 파악하는 연구가 추가적으로 진행되어야 한다.
more초록/요약
This study is based on ISO 14044. The allocation procedure applied to the livestock industry followed three steps. They are: (a) defining the allocation criteria for the livestock industry, (b) applying the allocation criteria, and (c) estimating the environmental impact of each. The mass is the most commonly used allocation criteria in LCA study. In this study, the mass of milk and beef production were chosen as the allocation criteria. Environmental load from the raw material acquisition, energy, and emissions to air, water, and land are allocated to milk, and beef based on the mass ratio. The net energy requirement for the livestock metabolism process can be the allocation criteria. Each livestock metabolism process was related to the product. The energy use is for maintenance and activity needed for the production of both milk and beef. However, the beef production ends after the 24month of growing period. Milk production, however, continues after the 24 month of growing period; thus the energy use for maintenance and activity are only for milk production. In addition, lactation is a process only for the milk production. Therefore, milk gets 100% of the environmental loads from maintenance and, activity after the 24 month and from the lactation process. The environmental loads from other processes, during the growing period and pregnancy are allocated to the milk and the beef. Information on the net energy equations for the livestock metabolism is described in the IPCC guideline. The IPCC guideline for National Greenhouse Gas Inventories proposed net energy equation for estimating the environmental load from the metabolic process. The net energy ratio results from the net energy equation. The environmental load from the livestock industry can be calculated by multiplying the production amount by the net energy ratio (coefficient). Two different allocation criteria have the same scope. The rule-based methodology for generating an LCA study encompasses from cradle to the farm gate. The functional units are 1kg of milk and beef. The reference flow is one dairy cow. Agricultural technology information from the Rural Development Administration was the source of data for dairy cow. The net energy ratio becomes the allocation criteria. The net energy ratio is calculated using the net energy requirement equations in the IPCC guideline. In addition, weight change influences the net energy calculation because weight change must be applied to calculating the net energy. Assuming a linear condition from 40kg to 660kg over 2years, growing period 730day. It should be reflected in calculation of net energy ratio. The environmental impact from beef varied substantially with the two different allocation criteria. Greenhouse gas, ozone layer, ecotoxicity and human toxicity have gaps hovering more than 74%. However, gap of the environmental impact in case of milk was insignificant. The biggest gap was mere 1%. The livestock industry has different features that differentiate from the other types of industries such as electrical or chemical industries. The livestock industry deal with organisms. Organisms have their own metabolic characteristics. Therefore, LCA practitioners must consider the metabolic aspects of the organisms in their LCA studies.
more목차
1. 서론 1
가. 연구배경 1
나. 연구목적 2
다. 논문구성 2
2. 문헌연구 4
가. 전과정평가 관련 표준 및 축산부문 LCA 연구 현황 4
(1) 전과정 평가(LCA) 4
(2) 해외 축산부문 LCA 연구 6
(가) 기능단위 7
(나) 시스템 경계 및 단위공정 8
(다) 할당 11
나. LCA 연구의 할당 11
(1) 할당 개요 11
(가) 제품이 두 개 이상인 경우, 다중 산출 공정(multi-output process) 12
(나) 투입물이 두 개 이상인 경우, 다중 투입 공정(multi-input process) 13
(다) 닫힌고리 재활용 공정이 경우(closed-loop recycling process) 14
(라) 열린고리 재활용 공정인 경우(open-loop recycling process) 14
(2) ISO 14040 Series의 할당방법 15
(가) 개요 15
(나) 할당 원칙 16
(다) 할당 절차 16
① Step 1 17
㉮ 단위공정으로 분할 18
㉯ 시스템 경계의 확장 20
② Step 2 23
③ Step 3 27
(3) 기존의 할당방법 28
(가) 방법론 개요 28
① Closed loop approximation 28
② Avoided impact approach 29
③ Cut-off method 30
④ Extraction load method 30
⑤ Disposal load method 31
⑥ 50/50 method 31
⑦ Material pool 32
(나) 할당 방법의 비교 33
① Closed loop approximation 34
㉮ 제품시스템 1 35
㉯ 제품시스템 2와 3 35
② Avoided impact approach 36
㉮ 제품시스템 1 36
㉯ 제품시스템 2 37
㉰ 제품시스템 3 37
③ Cut-off method 38
④ Extraction load method 39
㉮ 제품시스템 1 39
㉯ 제품시스템 2, 3 40
⑤ Disposal load method 41
㉮ 제품시스템 1, 2 41
㉯ 제품시스템 3 41
⑥ 50/50 method 42
㉮ 제품시스템 1 42
㉯ 제품시스템 2 43
㉰ 제품시스템 3 44
⑦ Material pool 45
㉮ 제품시스템 1 45
㉯ 제품시스템 2 46
㉰ 제품시스템 3 46
3. 축산부문 LCA 연구 할당 계수 및 방법 개발 47
가. 축산부문의 산업적 특성과 LCA연구와의 관계 47
(1) 생산수단 48
(2) 투입산출간의 관계 48
나. 축산부문에 대한 할당계수 개발 49
(1) Net energy의 개념 및 산정식 49
(가) 유지를 위한 net energy 50
(나) 활동을 위한 net energy 51
(다) 성장을 위한 net energy 52
(라) 수유를 위한 net energy 53
(마) 임신을 위한 net energy 53
(2) Net energy와 제품의 관계 54
(가) 유우의 생장 단계 54
(나) 제품과의 연관성 55
(3) Net Energy와 제품 생산량을 통한 할당계수 개발 56
(가) 성장기 유지를 위한 총 net energy 59
(나) 유생산기 유지를 위한 총 net energy 60
(다) 성장을 위한 총 net energy 60
(라) 성장기 활동을 위한 총 net energy 61
(마) 유생산기 활동을 위한 총 net energy 61
(바) 수유를 위한 총 net energy 62
(사) 임신을 위한 총 net energy 62
(아) 총 net energy 62
(자) Net energy 비율과 제품 생산량을 통한 할당계수 도출 63
4. 사례연구 64
가. 시스템 경계 64
나. 국내 낙농우 사육 데이터 65
다. Net energy 계산 66
(1) 낙농우 성장기 유지를 위한 총 net energy 66
(2) 낙농우 유생산기 유지를 위한 총 net energy 67
(3) 낙농우 성장을 위한 총 net energy 68
(4) 낙농우 성장기 활동을 위한 총 net energy 68
(5) 낙농우 유생산기 활동을 위한 총 net energy 69
(6) 낙농우 수유를 위한 총 net energy 69
(7) 낙농우 임신을 위한 총 net energy 70
(8) 낙농우 총 net energy 요구량 70
라. Net energy 비율 및 제품별 할당계수 설정 71
마. 할당 계수에 따른 환경부하 비교 73
5. 결론 및 향후연구방향 74
6. 참고문헌 76
