상하수도기술사[LCA·탄소중립·자산관리]4편. 전과정평가는 어떻게 계산하고 어디서 배출이 커지는가

LCI(목록분석), LCIA(영향평가), 그리고 상수도·하수도 주요 배출원까지 한 번에 보기

앞선 글에서 전과정평가의 기본 개념, 탄소발자국의 의미, 그리고 시스템 경계와 기능단위가 왜 중요한지까지 정리했다.

그렇다면 이제 다음 질문으로 넘어가야 한다.

“그래서 실제로는 어떻게 계산하는가?”

그리고

“계산해보면 상수도와 하수도에서 어디서 배출이 커지는가?”

전과정평가는 개념만 알아서는 감이 잘 잡히지 않는다.

결국은 자료를 모으고, 그것을 환경영향으로 바꾸고, 그 결과를 해석해 어느 공정이 핵심 배출원인지 읽어내야 한다.

이번 글에서는

• LCI(목록분석)와 LCIA(영향평가)는 무엇이 다른지
• 생애주기 온실가스 배출량은 어떤 구조로 산정하는지
• 상수도와 하수도에서는 어디가 주요 배출원인지

를 한 번에 정리해보려고 한다.

전과정평가 계산은 어떤 흐름으로 이루어질까

전과정평가는 보통 아래와 같은 흐름으로 정리한다.

1. 목표 및 범위 설정
2. LCI(목록분석)
3. LCIA(영향평가)
4. 해석

앞선 3편에서 다룬 시스템 경계와 기능단위는 1단계에 해당한다.

어디까지 포함하고, 무엇을 기준으로 비교할지를 먼저 정해둬야 한다.

그 다음부터가 실제 계산 흐름이다.

• LCI(목록분석)에서는 자료를 모은다
• LCIA(영향평가)에서는 그 자료를 환경영향값으로 바꾼다
• 마지막에는 어떤 공정이 얼마나 큰 비중을 가지는지 해석한다

전과정평가는

자료 수집 → 환경영향 환산 → 결과 해석의 구조라고 보면 된다.

LCI(목록분석)는 무엇인가

LCI는 Life Cycle Inventory, 우리말로는 목록분석이라고 한다.

쉽게 말하면

“무엇을 얼마나 썼고, 무엇이 얼마나 나왔는가”를 정리하는 단계다.

예를 들어 정수장을 평가한다고 하자.

이때 목록분석에서 모으는 자료는 보통 다음과 같다.

• 전력 사용량
• 약품 사용량
• 콘크리트, 철근, 관재 등 자재 사용량
• 연료 사용량
• 폐기물 발생량
• 슬러지 발생량
• 유지관리용 부품 교체량

하수도도 비슷하다.

• 송풍기 전력 사용량
• 펌프장 전력 사용량
• 외부탄소원, 응집제, 고분자응집제 사용량
• 슬러지 처리량
• 소화가스 발생량과 회수량
• 관로 보수 자재량
• 직접배출 관련 산정자료

즉 이 단계에서는 아직

“환경에 얼마나 나쁜가”까지 가지 않는다.

그냥 사실자료, 활동자료, 투입·산출자료를 정리하는 단계다.

그래서 LCI는 전과정평가의 기초공사에 해당한다.

입력자료가 빠지거나 부정확하면 뒤의 결과도 흔들릴 수밖에 없다.

LCIA(영향평가)는 무엇인가

LCIA는 Life Cycle Impact Assessment, 우리말로는 영향평가라고 한다.

이 단계는 앞에서 모은 자료를 환경영향의 언어로 바꾸는 단계다.

예를 들어 LCI에서

• 전기 10,000kWh
• 응집제 500kg
• 경유 200L

같은 자료를 모았다고 하자.

이 숫자만 보면 그냥 사용량일 뿐이다.

여기에 배출계수와 영향계수를 적용하면

• 온실가스 몇 kgCO₂eq
• 산성화 몇 kgSO₂eq
• 부영양화 몇 kgPO₄³⁻eq

같은 형태로 바뀐다.

즉

• LCI는 자료 자체
• LCIA는 그 자료를 환경영향 결과로 바꾸는 단계

라고 이해하면 된다.

상하수도 기술사 공부에서는 이 둘의 차이를 간단히 이렇게 외워도 좋다.

• LCI : 무엇을 얼마나 썼는가
• LCIA : 그래서 환경에 얼마나 영향을 주는가

생애주기 온실가스 배출량은 어떻게 계산할까

탄소발자국, 즉 생애주기 온실가스 배출량의 기본 구조는 단순하다.

온실가스 배출량 = 활동자료 × 배출계수

여기서

• 활동자료는 실제 사용량이나 발생량이고
• 배출계수는 단위당 온실가스 환산값이다

예를 들어

• 전력 사용량 10,000kWh
• 전력 배출계수 0.4kgCO₂eq/kWh

라면

10,000 × 0.4 = 4,000kgCO₂eq

가 된다.

이 계산 구조를 자재, 연료, 약품, 폐기물, 직접배출 등에 각각 적용한 뒤 모두 더하면 전체 생애주기 온실가스 배출량이 된다.

다만 실제 적용에서는 배출계수가

• 국가
• 연도
• 전력믹스
• 적용 데이터베이스
• 기준 보고서

에 따라 달라질 수 있다.

즉 숫자는 단순해 보여도

무슨 계수를 썼는지, 어떤 기준을 적용했는지를 함께 봐야 한다.

왜 CO₂eq로 계산할까

앞선 2편에서 정리했듯이 온실가스는 CO₂만 있는 것이 아니다.

대표적으로

• CO₂
• CH₄
• N₂O

같은 물질이 있고, 이들은 지구온난화에 미치는 영향이 서로 다르다.

그래서 각 물질을 그대로 더하는 것이 아니라,

GWP(지구온난화지수)를 이용해 CO₂ 기준으로 환산한다.

이렇게 해서 최종적으로

• kgCO₂eq
• tCO₂eq
• kgCO₂eq/m³

같은 결과가 나온다.

즉 전과정평가에서 탄소발자국을 본다는 것은

여러 온실가스를 하나의 CO₂ 기준으로 통합해 비교한다는 뜻이다.

상수도에서는 어디서 배출이 커질까

상수도는 일반적으로 전력과 약품 중심의 간접배출 구조를 가진다.

즉 공정 자체에서 직접 온실가스가 많이 나오는 구조라기보다,

물을 만들고 보내는 데 필요한 에너지와 자원의 사용이 핵심이다.

상수도의 주요 배출원은 크게 다섯 가지로 정리할 수 있다.

1. 취수·도수·송수 펌핑 에너지

상수도에서 가장 먼저 큰 비중을 차지하는 것은 펌프 전력이다.

• 취수량이 많을수록
• 양정이 클수록
• 이송거리가 길수록
• 가압 횟수가 많을수록

에너지 사용량이 커진다.

즉 같은 양의 물을 보내더라도

어떻게 취수하고, 얼마나 멀리 보내고, 얼마나 높이 올리는지가 탄소배출량에 큰 영향을 준다.

2. 정수처리 전력

정수장에서는

• 혼화
• 응집·침전
• 여과
• 역세
• 오존
• 활성탄
• 막처리

같은 공정이 돌아간다.

이 중에서도 오존, 활성탄, 막처리 같은 고도정수처리는 전력 사용량이 큰 편이다.

즉 수질을 높이기 위한 공정이 탄소발자국을 증가시키는 방향으로 작용할 수 있다.

3. 약품 사용

응집제, 소독제, 활성탄, pH 조정제 등은

정수장 안에서 바로 만들어지는 것이 아니라 외부에서 생산되어 들어온다.

즉 약품을 사용한다는 것은 그 약품의 생산·운반 과정까지 포함한 환경부하를 함께 안고 온다는 뜻이다.

특히 활성탄은 제조 과정 자체가 에너지 집약적일 수 있어 고도정수처리 체계에서 중요한 배출원으로 작용할 수 있다.

4. 누수에 따른 시스템 비효율

누수는 직접 온실가스를 배출하는 공정은 아니다.

하지만 이미 취수하고, 정수하고, 송수한 물을 잃게 만드는 현상이기 때문에

결국 추가 취수·추가 정수처리·추가 펌핑을 유발한다.

즉 누수는

개별 배출원이라기보다 전체 시스템의 간접배출을 키우는 요인이라고 보는 것이 더 정확하다.

5. 자재와 개량·교체

관로, 구조물, 펌프, 전기·계측제어설비 등도 장기적으로 보면 중요한 배출원이다.

• 콘크리트
• 철근
• 강재
• 덕타일관
• PE관

같은 자재는 생산단계에서 이미 상당한 환경부하를 가진다.

즉 상수도는 운영단계 비중이 큰 경우가 많지만,

건설·개량·교체 단계도 생애주기 전체에서는 무시할 수 없다.

하수도에서는 어디서 배출이 커질까

하수도는 상수도보다 배출구조가 더 복합적이다.

전력 사용뿐 아니라 직접 온실가스 배출까지 함께 봐야 하기 때문이다.

하수도의 주요 배출원은 크게 여섯 가지로 정리할 수 있다.

1. 관로와 불명수

관로는 단순한 이송시설처럼 보이지만, 전체 배출 구조에 큰 영향을 준다.

특히 불명수가 많아지면

• 이송량 증가
• 펌프 가동 증가
• 처리장 유입수량 증가
• 송풍·반송·탈수 에너지 증가

로 이어진다.

즉 불명수는 직접적인 배출원이라기보다

여러 배출원을 동시에 키우는 시스템적 요인이다.

2. 펌프장 전력

자연유하가 어려운 구간에서는 하수를 들어 올려야 하므로

펌프장 전력이 계속 들어간다.

• 양수량
• 양정
• 펌프 효율
• 제어 방식
• 인버터 적용 여부

등이 탄소배출에 영향을 준다.

3. 생물학적 처리의 송풍 전력

하수처리장에서 가장 대표적인 Hot Spot 후보는 송풍기 전력이다.

폭기조에서는 미생물에 산소를 공급해야 하기 때문에 송풍기가 장시간 가동된다.

여러 시설에서 전체 전력 중 큰 비중을 차지하는 경우가 많다.

4. N₂O 직접배출

질산화·탈질과 관련된 조건이 비최적일 경우

N₂O(아산화질소) 배출이 커질 수 있다.

즉 질소 제거 공정은 수질에는 중요하지만,

운전 조건이 불안정하면 탄소 측면에서는 불리하게 작용할 수 있다.

5. CH₄ 직접배출

혐기성 조건이 형성되는 구간, 슬러지 저장부, 소화조 등에서는

CH₄(메탄)가 발생하거나 누출될 수 있다.

특히 혐기성 소화는 에너지 회수 측면에서는 유리할 수 있지만,

가스 회수율과 누출 저감이 제대로 관리되지 않으면 기대한 저탄소 효과가 줄어든다.

6. 슬러지 처리

슬러지 단계는 하수도의 또 다른 큰 배출원이다.

• 농축
• 탈수
• 건조
• 소각
• 운반
• 바이오가스 회수

등이 모두 탄소발자국에 영향을 준다.

즉 하수도는

송풍 + 직접배출 + 슬러지 처리가 핵심 구조라고 보면 된다.

상수도와 하수도의 차이를 한 줄로 정리하면

지금까지를 아주 짧게 정리하면 이렇다.

• 상수도 : 전력과 약품 중심의 간접배출이 핵심
• 하수도 : 전력 사용에 더해 직접 온실가스까지 함께 봐야 하는 복합 구조

즉 둘 다 에너지 사용이 중요하지만,

하수도는 생물학적 처리와 슬러지 계통 때문에 한 단계 더 복잡한 해석이 필요하다.

계산 결과를 볼 때 주의할 점

전과정평가 계산 결과를 볼 때는 몇 가지를 같이 봐야 한다.

1. 총량만 보지 말 것

총 1,000tCO₂eq라고 해도

그 안에 무엇이 얼마나 기여했는지는 따로 봐야 한다.

2. 원단위를 함께 볼 것

시설 규모가 다르면 총량 비교는 왜곡될 수 있다.

그래서 kgCO₂eq/m³ 같은 원단위가 중요하다.

3. 시스템 경계와 기능단위를 함께 볼 것

어디까지 포함했는지, 무엇을 기준으로 비교했는지에 따라 결과 해석이 달라질 수 있다.

4. 수질과 기능을 함께 볼 것

탄소배출이 작다고 해도 수질 목표를 만족하지 못하면 좋은 대안이 아니다.

즉 전과정평가는

숫자만 보는 도구가 아니라 맥락을 함께 읽는 도구다.

 

마무리

전과정평가는 자료를 많이 모으는 작업만도 아니고, 단순히 숫자를 계산하는 작업만도 아니다. 먼저 무엇을 얼마나 썼는지 정리하고, 그다음 그것이 환경에 어떤 영향을 주는지 환산해야 한다. 그 과정에서 상수도와 하수도는 각각 다른 배출구조를 보여준다.

상수도는

펌핑 에너지, 정수처리 전력, 약품 사용, 누수에 따른 시스템 비효율이 핵심이고,

하수도는

송풍기 전력, 직접 온실가스, 슬러지 처리, 불명수에 따른 부하 증가가 핵심이다.

결국 전과정평가는

어떻게 계산할 것인가와

어디서 배출이 커지는가를 함께 이해해야 비로소 실제 설계와 운영에 쓸 수 있는 도구가 된다.

 

다음 편 예고

5편에서는 전과정평가 결과를 어떻게 해석하고 어디에 활용하는가를 정리해볼 예정이다.

Hot Spot 분석, 대안 비교, LCC(생애주기비용), 자산관리, 정책 활용까지 이어서 묶어볼 것이다.