재료의 LCA기법의 통한 분석

 

저번 포스팅에 이어 재료의 LCA기법을 이용한 분석하는 방법에 대하여 알아보자.

 

 

완전한 LCA는 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 든다. 또한 많은 결정해야 할 것들이 여전히 유동적인 상태에서 제품의 환경부하 요인의 80%가 초기설계에 의해 결정이 되는 문제에는 도움이 되지 않는다. 따라서 보다 적합한 '능률적인' LCA 방법이 개발되었는데 이것은 적정비용과 충분한 정확성을 결합시켜 결론 도출 즉, 이들 결정 중의 하나인 재료의 선택을 용이하게 하도록 한다. 그렇지만 이 경우에도 문제는 있다. 모든 설계가 가지고 있는 상호 의존적인 결론에 대처하기를 원하는 설계자는 필연적으로 이와 같은 형태의 자료를 어떻게 하면 가장 잘 사용할 수 있을지 알기가 어렵다는 것을 깨닫게 된다.

 

생각의 결과, 재료의 생산에 관한 친환경 정보를 단일 척도 또는 지표로 압축하게 되었는데 이 지표는 각 부하의 요인을 표준화시키고 가감하여, 단순한 수치적 등급으로 설계자에게 나타내 준다. 일부 사람들은 단일 값을 가지는 지표를 사용하는 것에 대해 비판적이다. 이러한 비판의 배경은 표준화 또는 가감인수가 정확히 일치하지 않는다는 것이며, 지표 값에 단순한 물리적 의미가 없기 때문에 그 방법 자체가 모호하다는 것이다. 그러나 다른 한편에서는 국제적으로 용인되는 것도 있다. 1997년의 교토의정서에 서명한 개발 국가들은 점차로 탄소, 즉 이산화탄소의 배출량을 감소시키는 것에 합의하였다.

국가적인 관점에서 초점은 에너지의 소비량을 줄이자는 데 있으나 이것과 이산화탄소의 방출량과는 밀접한 관계에 있으므로 이들은 서로 거의 같다고 볼 수 있다. 따라서, 에너지 소비량 또는 이산화탄소 발생량에 대한 설계상의 결론을 내리도록 하는 논리가 있으며, 이것들은 다소 모호한 지표를 사용하는 것보다 더 설득력이 있다.

 

 

FOOTPRINT

 

 

내재 에너지와 이산화탄소 발자국

 

특정 재료의 내재에너지(embodied energy)란 1KG의 가용재료, 즉 1KG의 철강이나 PET펠렛(pellet), 또는 시멘트 분말을 만드는 데 투입되어야 하는 에너지를 말하는 것으로 MJ/kg의 단위로 측정된다. 이산화탄소 발자국(footprint)이란 주어진 공정과 관련된 이산화탄소 방출량을 말하며, kg/kg의 단위로 나타낸다.

열역학적 방식으로 제조 공정에 대한 내재에너지를 평가하고자 하는 시도가 많은 관심을 끌고 있다. 예를 들어 알루미늄 산화물로부터 알루미늄을 추출하고자 할 경우에는 알루미늄 분리와 관련하여 산화 자유에너지에 대한 사전 지식을 필요로 한다. 계산된 만큼의 에너지를 공급해주어야 하는 것은 사실이지만, 이 것은 시작에 불과하다.

여러 가지 공정의 열역학적 효율은 낮으며 불과 50%에도 미치지 못한다. 생산품의 일부만 사용 가능하며, 스크랩의 비율은 수 %에서 10% 이상의 범위에 불과할 뿐이다. 금속환원 및 생산 그 자체에 소요되는 원료는 내재에너지를 가지고 있다. 이송된 에너지가 포함되어 있는 것이다. 생산 공장은 그 자체가 불을 밝혀야 하고 가열해야 하며, 일을 해야 한다.

재료나 제품을 만드는 목적으로만 지어진 공장의 경우에는 맨 처음 공장을 지을 때 소비한 에너지인 '에너지 담보(energy mortgage)'가 있다.

 

내재에너지는 입력- 출력 분석(input-output analysis)을 통해 보다 적절한 분석이 가능하다. 예를 들어, 철괴, 시멘트 분말 또는 PET 입자 같은 재료의 경우, 내재에너지/kg 은 원료의 내재에너지와 같이 눈에 띄지 않게 스며들어온 에너지를 포함하여 생산공장에 투입된 에너지 총량을 일정 기간에 걸쳐 추적한 다음, 이를 공장 밖으로 배송된 가용재료의 총량으로 나눔으로써 알아낼 수 있다.

 

대게 폴리머는 몰딩 하거나 압출하고, 금속은 주조, 단조 또는 기계가공을 하며 세라믹은 분말공정을 이용하여 성형하는데 1kg당 특성에너지(characteristic energy)는 이들 각각의 공정과 관련이 있다. PET를 예로 계속 설명하면, PET입자는 이송되어 PET물병 제조를 위한 블로우 몰딩(blow- molding) 설비로 투입된다.

여기서 입력분을 다시 나열할 필요는 없다. 이들은 넓은 범위에서 동일하며  PET자체는 내재에너지를 가지고 다닌다.

이와 같은 분석의 출력분은 생산된 병 1개당 소요된 에너지이다.

 

이 병이 소비자에게 도달하여 음료를 마시게 되기까지에는 훨씬 더 많은 단계가 있다. 즉 수집, 여과 및 물 검사, 물병 공장으로 물 및 병의 이송, 상표 접착, 대형 창고로의 수송, 소매상들로의 분배, 그리고 판매하기 전의 냉장 등을 거치게 된다. 이 모든 과정은 에너지의 입력이 있는데, 이를 모두 합하면 단순한 플라스틱 냉수 한 병에 대한 소요 에너지 비용을 산출할 수 있다.

 

폐기잠재성(end-of-life potential)이란 수명이 다한 시점에서 재료가 가질 수 있는 효용성을 요약하며 나타낸 것으로써, 여기에는 재활용되어 다시 제품이 될 수 있는 능력, 저급으로의 재활용이 적게 될 능력, 생분해되어 사용가능한 퇴비로 될 능력, 제어 연소를 통해 에너지를 발생시킬 수 있는 능력, 이들 모두가 안 될 경우, 당시 또는 미래에 주변의 토양을 오염시키지 않고 묻힐 수 있는 능력 등이 있다.

 

재활용 : 이상과 현실

 

우리는 종이, 포장, 캔, 병. TV세트, 컴퓨터, 가구, 타이어, 자동차 및 심지어 건물까지 사서, 사용한 다음 버린다.

왜 이것들에 포함되어 있는 재료를 회수하여 다시 사용하지 않는가?

무엇이 더 간단하게 될까?

여러분이 이것을 생각하고 있다면, 다시 생각해 보라.

 

 

지금까지 LCA기법을 통한 재료의 분석과 내재에너지에 대해 공부해보았습니다.

다음에는 이 부분에 대한 몇 가지 사실에 대해 더 자세히 알아보겠다.