공공하수처리시설 배출권거래제

메탄배출량 산정기준 개선건의

2018. 9

서울특별시, 부산광역시

성남시, 창원시, 안산시

공공하수처리시설 메탄배출량 산정기준 개선건의

Ⅰ			현 황

□ 메탄배출량 산정

○ 산 정 식(환경부 지침)

• 메탄배출량 = (유입BOD량 – 방류BOD량 - 슬러지BOD량) × 배출계수 – 메탄회수량

[eqn: CH _{4} 배출량=(BOD _{i`n} TIMES Q _{i`n} -BOD _{out} TIMES Q _{out} -BOD _{sl} TIMES Q _{sl} )TIMES 10 ^{-6} ` TIMES EF-R]

• 메탄배출계수(kgCH4/kgBOD)

혐기적 처리공정이 없을 경우	혐기적 처리공정이 있을 경우
0.01532	0.48

주 1)배출계수 0.01532 : ‘02년 환경부에서 개발한 호기적공정의 배출계수

2)배출계수 0.48 : IPCC 가이드라인에서 ‘슬러지에 대한 혐기성 소화조’에 적용하는 배출계수

○ 메탄발생 및 배출량 산정

- 메탄발생량은 BOD제거량으로 산정하며, 하수처리공정에서 BOD가 제거되는 공정은 생물반응조 및 소화조에 해당

- 소화조의 메탄발생량은 전량 회수되어 배출량에서 제외되며, 생물반응조의 메탄발생량이 메탄배출량으로 산정

- 소화조를 운영하는 경우 생물반응조를 혐기적공정으로 간주하여 메탄배출량을 산정

<메탄발생 및 배출공정>

하수 유입 (BOD)			생물반응조 -BOD를 CO2로 분해 (메탄 발생 없음)			소화조 有	배출계수 0.48 적용 (BOD 1.0kg 제거시 10.1 tCO2발생)				31.33배 과다산정
						소화조 無	배출계수 0.01532 적용 (BOD 1.0kg 제거시 0.32 tCO2발생)				적 정 배출량
			소 화 조 -BOD에서 CH4 발생 (60~70% 메탄 발생)			배출계수 0.48 적용 -회수량은 배출량에서 제외			메탄배출량 극히 적음. -발생량 전량 회수
			방류수 및 반출슬러지						메탄배출 없음

Ⅱ			문 제 점

□ 소화조 운영시 호기적 공정에도 혐기적 공정의 배출계수를 일괄 적용하고 있어 메탄배출량 31.33배 과다 산정됨.

○ 호기적공정과 혐기적공정은 공정의 설치목적, 반응메카니즘 및 메탄발생량에서 현저한 차이가 있어 동일한 배출계수를 적용할 수 없음.

호기적 공정 (생물반응조)	-목 적 : 유기물(BOD)제거 -반응기작 : 유기물(BOD) + 공기(O2) = 유기물 분해로 CO2발생 메탄발생 : CO2발생, 메탄은 발생하지 않음.
혐기적 공정 (소화조)	-목 적 : 하수슬러지 감량화 및 메탄발생 -반응기작 : 유기물(BOD) + 메탄생성균(밀폐,가온) = CH4 + CO2 메탄발생 : 발생가스 중 60~70% 메탄발생, 전량회수

○ 생물반응조에 혐기적공정의 배출계수(0.48)를 적용하여 메탄배출량 31.33배 과다산정됨.

- 생물반응조는 호기적 공정으로 배출계수 0.01532 kgCH4/kgBOD

※ 소화조의 메탄발생량은 전량 회수되므로 배출량에서 제외됨.

□ 감축율(14.8%) 적용시 초과배출량 증가로 막대한 배출권 매입 불가피

○ 과다산정된 메탄배출량에 감축율 적용되어 감축대상량 현저히 증가

- 배출총량이 증가로 감축율(14.8%) 적용시 감축대상량 현저히 증가

• 감축대상량 5.7배 증가 : 53천tCO2 ⇨ 300천tCO2(서울시 경우)

○ 하수처리시설의 특성상 인위적인 메탄배출량 감축 불가능

- 메탄배출량(BOD제거량) 감축을 위하여 하수유입량을 줄이거나, 오염물질(BOD)을 방류수 및 반출슬러지로 과다 배출하여야 함.

○ 감축대상량은 전량 초과배출이 불가피하여 막대한 배출권 매입예산 소요

- 온실가스 초과배출 전망(‘18~’20년)

<단위 : tCO2/년, 백만원/년>

계	서 울	창 원	안 산	성 남	부산
초과배출량	297,792	146,844	78,845	48,346	8,242
소요예산	6,551	3,231	1,735	1,064	181

주1) 소요예산은 ‘18.2월 배출권 거래가격 기준(22,000원/tCO2)

2) 창원은 도시개발로 인한 하수유입량이 증가되어 온실가스 초과배출 불가피

Ⅲ			건의사항

□ 메탄배출량 과다산정으로 인한 불이익 해소 필요

◯ 산정식 개선하여 2차~3차 계획기간 소급적용하여 재할당

◯ 소급적용 어려운 경우 과다산정량에 대한 추가할당 필요

◯ 소급적용 및 추가할당 불가시 배출권 매입비용 국비지원

□ 메탄배출량 산정기준 합리적 개선 건의

◯ 호기적 및 혐기적 공정에 각각의 배출계수 적용되도록 변경

- 생물반응조에는 배출계수 0.01532, 소화조에는 배출계수 0.48 적용

‣ 소화조의 배출계수(0.48)는 현실과 차이가 크므로 별도 배출계수 개발필요

- 사업장에서는 소화조의 유․출입 유량 및 BOD측정 필요

【개선안】

현행

메탄배출량 = (유입BOD-방류BOD-슬러지BOD)×배출계수-메탄회수량

다만, [eqn: {메탄회수량} over {메탄발생량} >0.75]인 경우 “메탄배출량=메탄회수량×1/3” 적용

배출계수	혐기적 처리공정이 없을 경우	혐기적 처리공정이 있을 경우
	0.01532	0.48

개선

메탄배출량 = 호기적공정 메탄배출량 + 혐기적공정 메탄배출량

•호기적공정 = (유입BOD-방류BOD-슬러지BOD-소화조BOD)×배출계수

•혐기적공정 = (소화조 유입BOD-소화조 방류BOD)×배출계수×메탄회수량

배출계수	호기적 처리공정	혐기적 처리공정
	0.01532	0.48

□ 하수처리시설의 증설 없이 도시의 개발 등으로 인한 하수유입량이 증가되는 경우 추가할당 필요

◯ 도시개발로 인구가 증가되는 경우 하수처리시설의 증설 없이 유입하수량이 증가되어 온실가스배출량 증가요인으로 작용

참고자료1

메탄배출계수 개발에 대한 의견

□ 메탄배출계수 개발에 대한 의견

•환경부에서 ‘호기+혐기’를 병행하는 경우에 적용 가능한 메탄배출계수 개발 추진(‘18.8월 용역발주)

•현행 메탄배출량 산정식 적용(배출계수 일괄적용)

◯ ‘호기+혐기’공정을 병행하는 경우의 배출계수 개발시 실제 메탄배출량을 감안할 경우 0.07~0.16 전망됨.

- 조사표본의 총 메탄발생량 대비 소화조 메탄발생량 비율이 높은 경우 배출계수가 높아지며, 비율이 낮은 경우 배출계수 낮아짐.

◯ ‘호기+혐기’병행 배출계수 적용시 [eqn: {메탄회수량} over {메탄발생량} >0.75] 조건식에 해당되어 배출계수를 적용할 수 없는 경우가 빈번하게 발생

- 조건식에 해당되는 경우 ‘메탄배출량 = 메탄회수량 × 1/3’

◯ 조사표본보다 총 메탄발생량 대비 소화조의 메탄발생량 비율이 높은 경우 메탄배출량 산정값이 ‘-’값을 가지게 되어 메탄배출량 산정불가

⇨ ‘호기+혐기’ 병행 배출계수를 개발하는 경우에도 현행 산정식으로는 합리적인 메탄배출량 산정 불가능 ⇨ 산정식 개선이 반드시 필요

<메탄배출량 산정식>

① [eqn: {R} over {(BOD _{i`n} TIMES Q _{i`n} -BOD _{out} TIMES Q _{out} -BOD _{sl} TIMES Q _{sl} ) TIMES ``10 ^{-6} ` TIMES EF _{i}} LEQ 0.75]인 경우

[eqn: CH _{4} 배출량=(BOD _{i`n} TIMES Q _{i`n} -BOD _{out} TIMES Q _{out} -BOD _{sl} TIMES Q _{sl} )TIMES 10 ^{-6} ` TIMES EF-R]

⇨ CH4배출량 = BOD제거량 × 배출계수 - CH4회수량

② [eqn: {R} over {(BOD _{i`n} TIMES Q _{i`n} -BOD _{out} TIMES Q _{out} -BOD _{sl} TIMES Q _{sl} ) TIMES ``10 ^{-6} ` TIMES EF _{i}} >0.75]인 경우

CH4배출량 = CH4발생량 – CH4회수량 이 경우 [eqn: CH _{4} 발생량=CH _{4} 회수량 TIMES (1/0.75)]	⇨	CH4배출량=CH4회수량×[eqn: {1} over {3}]

□ 메탄배출량 산정예시

•A사업장 : 유입하수의 BOD총량 100kg, 생물반응조 BOD제거량이 55kg,

소화조의 BOD제거량 35kg, 방류수․슬러지로 배출되는 BOD량이 10kg

•B사업장 : 유입하수의 BOD총량 100kg, 생물반응조 BOD제거량이 55kg,

소화조의 BOD제거량 20kg, 방류수․슬러지로 배출되는 BOD량이 25kg

※ 생물반응조의 메탄배출계수 0.01532 kgCH4/kgBOD

소화조의 메탄배출농도 63%, 소화조 메탄발생량은 전량 회수하는 조건

◯ ‘호기+혐기’를 병행하는 경우의 메탄배출계수 산정

- 메탄배출량은 ‘BOD제거량 × 배출계수 – 메탄회수량’으로 산정되며, 제거된 BOD는 CH4 및 CO2로 발생되므로, CH4발생농도로 배출계수 예측가능

• 배출계수 0.48 : 1 kgBOD = 0.48 kgCH4 + 0.52 kgCO2[eqn: 0.48` {kgCH _{4}} over {kgBOD} = {CH _{4} (0.48 TIMES 22.4/16)} over {CO _{2} (0.52 TIMES 22.4/44)+CH _{4} (0.48 TIMES 22.4/16)} =71.7%(CH _{4} )]

• 소화조의 메탄발생농도 63%인 경우 → 배출계수 0.3826 kgCH4/kgBOD

- 배출계수는 ‘메탄발생량 / BOD제거량’으로 산정되므로, ‘호기+혐기’를 병행하는 경우의 배출계수는 조사표본에 따라 배출계수가 달라짐.

생물반응조 메탄발생량

소화조 메탄발생량

• A사업장 : [eqn: {(55 TIMES 0.01532)+(35 TIMES 0.38)} over {BOD제거량(55+35)} =] 0.15714 kgCH4/kgBOD

⇨ 적정 메탄배출량 = (90×0.15714) - (35×0.38) = 0.84kgCH4

• B사업장 : [eqn: {(55 TIMES 0.01532)+(20 TIMES 0.38)} over {BOD제거량(55+20)} =] 0.11257 kgCH4/kgBOD

⇨ 적정 메탄배출량 = (75×0.11257) - (20×0.38) = 0.84kgCH4

※ 소화조의 메탄발생량은 전량 회수되므로 실제 메탄배출량은 동일함.

⇨ 메탄발생량이 많은 소화조의 운영비율에 따라 배출계수가 큰 폭으로 달라지게 되므로 ‘호기+혐기’ 병행에 대한 배출계수를 개발하는 경우에도 과다산정의 문제점은 해소되지 않음.

◯ A사업장을 기준으로 ‘호기+혐기’병행 메탄배출계수를 개발한 경우(0.157)의 사업장별 메탄배출량

- 메탄배출량은 ‘BOD제거량 × 배출계수 – 메탄회수량’으로 산정되므로

•  A사업장 메탄배출량 = (90×0.15714)-(35×0.38) = 0.84kgCH4

메탄회수량

메탄발생량

[eqn: {메탄회수량(35 TIMES 0.38)} over {메탄발생량(90 TIMES 0.157)} >0.75]조건에 해당되어 배출계수 적용할 수 없으며

‘메탄배출량 = 메탄회수량(13.3) × 1/3’ 적용으로 메탄배출량 4.43kgCH4이 되어 실제배출량보다 5.3배 과다산정

• B사업장 메탄배출량 = (75×0.15714)-(20×0.38) = 4.185kgCH4

실제 메탄배출량보다 5.0배 과다산정

⇨ A사업장 : 조건식에 해당되어 ‘호기+혐기’ 메탄배출계수 적용불가

B사업장 : 20에 해당하는 소화조를 운영하고 있으나 35를 운영하는 것으로 산정되어 메탄회수량에 포함되지 않는 15에 해당하는 메탄배출량이 과다산정됨.

◯ B사업장을 기준으로 ‘호기+혐기’병행 메탄배출계수를 개발한 경우(0.1126)의 사업장별 메탄배출량

- 조사표본보다 소화조의 메탄배출량 비율이 높은 경우 메탄배출량 산정값이 ‘-’의 값을 가지게 됨.

•  A사업장 메탄배출량 = (90×0.1126)-(35×0.38) = -3.166kgCH4

[eqn: {메탄회수량(35 TIMES 0.38)} over {메탄발생량(90 TIMES 0.1126)} >0.75]조건에 해당되어 배출계수 적용할 수 없으며

‘메탄배출량 = 메탄회수량(13.3) × 1/3’ 적용으로 메탄배출량 4.43kgCH4이 되어 실제배출량보다 5.3배 과다산정

•  B사업장 메탄배출량 = (75×0.1126)-(20×0.38) = 0.845kgCH4

[eqn: {메탄회수량(20 TIMES 0.38)} over {메탄발생량(75 TIMES 0.1126)} >0.75]조건에 해당되어 배출계수 적용할 수 없으며

‘메탄배출량 = 메탄회수량(7.6) × 1/3’ 적용으로 메탄배출량 2.53kgCH4이 되어 실제배출량보다 3.0배 과다산정

⇨ A․B사업장 모두 조건식에 해당되어 ‘호기+혐기’ 메탄배출계수 적용불가하며, 메탄배출량 산정값이 ‘-’ 값을 가지는 경우가 발생함.

참고자료2

초과배출량 전망 및 소요예산

□ 2018년 초과배출 전망

(단위 : tCO2, 백만원)

시도	2차 계획기간 (2018년)					비고
	인증배출량	할당량	감축전망	초과배출예상	소요예산
서울	2,030,627	1,729,688	3,147	297,792	6,551
부산	505,529	430,572	66,715	8,242	181
창원	162,266	138,219	-122,797	146,844	3,231	하수유입량 증가
성남	249,628	201,282	-	48,346	1,064
안산	181,761	102,916	-	78,845	1,735
대구	1,040,566	770,053	-	270,513	5,951
대전	342,219	291,503	-	50,716	1,116
부천	261,985	223,753	-	38,232	841
충주	81,116	69,120	-8,000	19,996	440
구리	82,449	67,836	-	14,611	321
익산	96,945	82,577	-	14,368	316

※ 소요예산은 ‘18.2월 배출권 거래가격 기준 : 22,000원/tCO2

□ 제2차~3차 계획기간 소요예산 전망

(단위 : 백만원)

구분	합 계	2차 계획기간 (‘18~’20년)	3차 계획기간 (‘21~’25년)	비 고
계	176,151	65,241	110,910	- 2차 계획기간 14.8% 감축 3차 계획기간 25%감축예상 - ‘30년 국가목표 배출전망치의 37% 감축
서울	53,063	19,653	33,410
부산	1,466	543	923
창원	26,171	9,693	16,478
성남	8,618	3,192	5,426
안산	14,054	5,205	8,849
대구	48,203	17,853	30,350
대전	9,040	3,348	5,692
부천	6,812	2,523	4,289
충주	3,564	1,320	2,244
구리	2,600	963	1,637
익산	2,560	948	1,612

※ 국가 감축목표 : 저탄소녹색성장기본법 시행령 제25조

- 제1항 : 온실가스 감축 목표는 2030년의 국가 온실가스 총배출량을 2030년의 온실가스 배출 전망치 대비 100분의 37까지 감축하는 것으로 한다