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표제지

국문 요약

목차

1. 서론 14

가. 연구배경 14

나. 연구목적 15

다. 논문구성 15

2. 문헌연구 17

가. 전과정평가 관련 표준 및 축산부문 LCA 연구 현황 17

(1) 전과정 평가(LCA) 17

(2) 해외 축산부문 LCA 연구 19

나. LCA 연구의 할당 24

(1) 할당 개요 24

(2) ISO 14040 Series의 할당방법 28

(3) 기존의 할당방법 41

3. 축산부문 LCA 연구 할당 계수 및 방법 개발 60

가. 축산부문의 산업적 특성과 LCA연구와의 관계 60

(1) 생산수단 61

(2) 투입·산출간의 관계 61

나. 축산부문에 대한 할당계수 개발 62

(1) Net energy의 개념 및 산정식 62

(2) Net energy와 제품의 관계 67

(3) Net Energy와 제품 생산량을 통한 할당계수 개발 69

4. 사례연구 77

가. 시스템 경계 77

나. 국내 낙농우 사육 데이터 78

다. Net energy 계산 79

(1) 낙농우 성장기 유지를 위한 총 net energy 79

(2) 낙농우 유생산기 유지를 위한 총 net energy 80

(3) 낙농우 성장을 위한 총 net energy 81

(4) 낙농우 성장기 활동을 위한 총 net energy 81

(5) 낙농우 유생산기 활동을 위한 총 net energy 82

(6) 낙농우 수유를 위한 총 net energy 82

(7) 낙농우 임신을 위한 총 net energy 83

(8) 낙농우 총 net energy 요구량 83

라. Net energy 비율 및 제품별 할당계수 설정 84

마. 할당 계수에 따른 환경부하 비교 86

5. 결론 및 향후연구방향 87

6. 참고문헌 89

Abstract 92

표목차

Table 2-1. 해외 축산 LCA연구의 기능단위 20

Table 2-2. 해외 축산 LCA연구 사례 23

Table 2-3. 각 life cycle 단계에서의 환경부하 47

Table 2-4. 각 life cycle에 할당되는 환경부하(Closed loop approximation) 49

Table 2-5. 각 life cycle에 할당되는 환경부하(Avoided impact approach) 51

Table 2-6. 각 life cycle에 할당되는 환경부하(Cut-off method) 52

Table 2-7. 각 life cycle에 할당되는 환경부하(Extaction load method) 53

Table 2-8. 각 life cycle에 할당되는 환경부하(Disposal load method) 55

Table 2-9. 각 life cycle에 할당되는 환경부하(50/50 method) 58

Table 2-10. 각 life cycle에 할당되는 환경부하(Material pool) 60

Table 3-1. 유지에 필요한 net energy를 계산하기 위한 계수 63

Table 3-2. 동물 사육 상황에 따른 계수 65

Table 3-3. 임신 계수 67

Table 3-4. 체내활동의 분류와 연관제품, 관계 71

Table 3-5. 낙농우 LCA 시스템 경계 78

Table 3-6. 국내 낙농우 평균 데이터 78

Table 3-7. 생체활동별 net energy 비율 및 연관제품 85

Table 3-8. 낙농우 생체활동별 할당계수 86

Table 3-9. 낙농우 생산 제품별 할당계수 86

그림목차

[Fig. 1-1] 논문의 구조 16

[Fig. 2-1] LCA의 4단계 18

[Fig. 2-2] 전과정 목록분석 모식도 19

[Fig. 2-3] 다중출력 시스템 26

[Fig. 2-4] 다중입력 시스템 27

[Fig. 2-5] 닫힌고리 시스템 27

[Fig. 2-6] 열린고리 재활용 시스템 28

[Fig. 2-7] 할당 절차 30

[Fig. 2-8] 할당을 피하기 위한 방법 30

[Fig. 2-9] 더 세부적인 데이터 수집과 두 개의 서로 다른 하부 시스템으로 분리함으로써... 31

[Fig. 2-10] 밀가루 제조 공정 32

[Fig. 2-11] 물질 재순환 공정과 에너지 회수 공정 34

[Fig. 2-12] 시스템 경계의 확장 35

[Fig. 2-13] 할당을 피할 수 없는 경우의 할당 절차 37

[Fig. 2-14] 수송 무게에 따른 트럭의 연료소모량 38

[Fig. 2-15] 단순화된 Cascade 재활용 시스템 47

[Fig. 3-1] 낙농우의 생장곡선 68

[Fig. 3-2] 생체활동과 제품의 관계 69

[Fig. 3-3] 생체활동별 투입·산출 관계 모식도 76

[Fig. 3-4] 성장기 기간별 Cfi 값[이미지참조] 80

[Fig. 3-5] 낙농우의 생체활동과 제품의 관계 모식도 84

[Fig. 3-6] 우유의 환경부하 비교 87

[Fig. 3-7] 쇠고기의 환경부하 비교 87

수식목차

〈Eq. 3-1〉 겨울철 유지를 위한 net energy 계수 산정식 63

〈Eq. 3-2〉 유지를 위한 net energy 산정식 64

〈Eq. 3-3〉 활동을 위한 net energy 산정식 64

〈Eq. 3-4〉 성장을 위한 net energy 산정식 65

〈Eq. 3-5〉 수유를 위한 net energy 산정식 66

〈Eq. 3-6〉 임신을 위한 net energy 66

〈Eq. 3-7〉 가축 생체중 함수 72

〈Eq. 3-8〉 성장기 유지를 위한 총 net energy 산정식 73

〈Eq. 3-9〉 유생산기 유지를 위한 총 net energy 산정식 73

〈Eq. 3-10〉 성장을 위한 총 net energy 산정식 73

〈Eq. 3-11〉 성장기 활동을 위한 총 net energy 산정식 74

〈Eq. 3-12〉 유생산기 활동을 위한 총 net energy 산정식 74

〈Eq. 3-13〉 수유를 위한 총 net energy 산정식 75

〈Eq. 3-14〉 임신을 위한 총 net energy 산정식 75

〈Eq. 3-15〉 총 net energy 산정식 76

〈Eq. 3-16〉 낙농우 생체중 증가 함수 79

〈Eq. 3-17〉 낙농우 성장기 유지를 위한 총 net energy 함수 79

〈Eq. 3-18〉 낙농우 성장기 유지를 위한 총 net energy 계산과정 80

〈Eq. 3-19〉 낙농우 유생산기 유지를 위한 총 net energy 계산과정 81

〈Eq. 3-20〉 낙농우 성장을 위한 총 net energy 계산과정 81

〈Eq. 3-21〉 낙농우 성장기 활동을 위한 총 net energy 계산과정 82

〈Eq. 3-22〉 낙농우 유생산기 활동을 위한 총 net energy 계산과정 82

〈Eq. 3-23〉 낙농우 한 마리 우유 총 생산량 82

〈Eq. 3-24〉 낙농우 수유를 위한 총 net energy 계산과정 83

〈Eq. 3-25〉 낙농우 임신을 위한 총 net energy 계산과정 83

〈Eq. 3-26〉 낙농우 총 net energy 요구량 계산과정 83

초록보기

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.

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