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강관말뚝 친환경 우수성 2011. 11. 30 김홍택 / 홍익대학교 토목공학과 교수 백승철 / 안동대학교 토목공학과 교수 강인규 / ㈜브니엘컨설턴트 대표이사

목 차 Ⅰ 연구개요 Ⅱ 기후변화와 온실가스 Ⅲ 온실가스 배출현황 및 배출량 평가 IV 기초공법별CO2발생량평가 V 결론 및 제언

Ⅰ 연구개요

1. 연구의 목적 및 필요성 (1) 연구필요성 • 탄소배출권 문제 사회적 관심 고조 • 강관말뚝의 수요를 증진 • PHC 말뚝과 현장타설말뚝 등과의 차별화 전략 필요 • 미래 전략적인 차원에서 강관말뚝의 친환경성 입증 (2) 연구목적 • 강관말뚝의 CO2 배출량 비교분석을 수행 • 친환경 측면에서 발전전략 도출을 위한 기초연구 수행 • 강관말뚝의 친환경 미래전략 수립 1/7

2. 연구내용 • (1) 말뚝종류별 CO2 배출량 분석 • 말뚝종류별 소재생산에 따른 CO2 배출량 평가 • 말뚝종류별 시공단계에서의 CO2 배출량 평가 • 말뚝종류별 경제성 분석 • (2) 해외 말뚝분야 친환경 관련 기술현황 조사 • 강관말뚝의 기술개발 동향 • Green Technology 연계 기술 • 시공기술 개발에 의한 강관말뚝 CO2 배출량 저감 기술 • (3) 강관말뚝 친환경 분야 기술개발 전략 도출 • 강관말뚝의 SWOT(강점/약점/기회/위협) 분석 • SWOT 분석결과에 의한 기술개발 전략 2/7

Ⅱ 기후변화와 온실가스

6대 온실가스 기후변화란? 사람의 활동으로 인하여 온실가스의 농도가 변함으로써 상당 기간 관찰되어 온 자연적인 기후변동에 추가적으로 일어나는 기후체계의 변화를 말함 -저탄소녹색성장기본법 제 2 조 12항- • 이산화탄소 CO2 • 메탄 CH4 • 아산화질소N2O • 수소불화탄소 HFCs • 과불화탄소PFCs • 육불화황SF6 - 교토의정서( Kyoto Protocol) -

6대 온실가스의 GWP 지구온난화지수(GWP : Global warming Potential) 온실가스별로 지구온난화에 기여하는 정도가 다르며, 일반적으로 이산화탄소를 기준으로 각 가스별기여정도를 명시한 것을 지구온난화 지수(GWP, Global Warming Potentials)라 한다. • 이산화탄소 CO2 : 1 • 메탄 CH4 : 21 • 아산화질소N2O : 310 • 수소불화탄소 HFCs : 150~11,700 • 과불화탄소PFCs : 6,500~9,500 • 육불화황SF6 : 23,900 - IPCC 2차 평가보고서-

지구표면으로부터 에너지 복사 방출 대기층으로부터 에너지 복사 방출 태양열 에너지는 지구표면을 데움 온실가스의 존재로: 지구기온은 15도! 온실가스가 존재하지 않을경우지구기온은 -18도!

기온상승 • 지난 100년간 0.74℃상승 • 지난 25년간0.45℃상승 • 우리나라 1.5℃상승 지구온난화가 가속되고 있음 (℃) 14.4 0.4 14.0 0.0 1961 ~ 1990년 대비 온도변화 • 해수면 상승 : 연간 1.8mm (1960 ~2003) 13.6 -0.4 • 북극해빙속도 : 최근 2년간 10 ~ 15배 증가 13.2 -0.8 1860 1880 1900 1920 1960 1960 1980 2000 [ 지구 평균온도 변화 ] 출처 - 환경부자료

모델 값(인간활동 포함) 모델 값(화산·태양활동만 포함) 관 측 값 관 측 값 인간활동이 기후변화의 원인 1.0 1.0 관측값 관측값 0.5 0.5 0.0 0.0 Temperature anomaly(℃) Temperature anomaly(℃) 모델링 : 자연활동만 고려 모델링 : 자연활동+인간활동 -0.5 -0.5 -1.0 -1.0 1920 1940 1960 1980 2000 1920 1940 1960 1980 2000 출처 - 환경부자료

기온상승 2℃, CO₂농도 550ppm이하 억제 21세기말 기온 상승 25 3.5 20 기온(℃) 2.0 GtC-eq 10 1.0 0.0 0 1980 2020 2060 2100 1980 2020 2060 2100 < 온실가스농도/기온상승 > < 온실가스 배출량 > 21세기에도 지구온난화 심화 예상 <1990년 이후 지구 평균 온도 상승> 경제적 순/악영향 (대부분 인구) 모든 부문에 악영향 누적 영향 화석연료 기반 (현추세 지속) 일부 지역에 악영향 모든 지역에 악영향 지역적 영향 (oC) 6.4 증가 엄청난 증가 극한 기상 6 화석연료+기술기반 (℃) -0.7 0 1 2 3 4 5 과거 미래 5 4.4 4.0 4 환경친화적 발전 2.9 3 2.8 2.4 2 1.8 1.7 1 1.1 0 출처 - 환경부자료

우리나라도 예외는 아님 • 기온상승 : 지구평균의 2배(지난 100년간 1.5℃) • ※ ’08.9월 서울 역대 최고온도 기록 • 해수면상승 (제주) : 지구평균의 3배(지난 40년간 22cm) 2.0 1.0 0.0 Temperature anomaly(℃) -1.0 -2.0 1850 1880 1910 1920 1970 2000 출처 - 환경부자료

선진국과 개도국간 목표 설정 • 2009년까지 실현을 위한 협상 진행 • 법적 구속력을 갖는 • 국제환경협약 ('92. 06) 채택 ('07. 12) 기후변화협약 ('05. 02) 채택 ('97. 12) 채택 발효 교토의정서 발리로드맵 교토의정서 교토의정서 ('05. 02) 채택 기후변화협약 채택 ('97. 12) 발리로드맵 교토의정서 ('92. 06) 채택 ('07. 12) 발효 • 1990년 대비 평균 5.2% 감축 • 우리나라 비준(’02. 10) • 리우 유엔환경개발회의 채택 • 우리나라 가입(’93. 12) 기후변화에 따른 국제사회의 노력

Ⅲ 온실가스 배출현황 및 배출량 평가

국제 온실가스 배출량 • 각 국가별 온실가스 배출량을 보면 미국과 중국이 월등히 높다. • (전세계 배출량의 약 40%를 차지) • 미국과 중국을 제외 하고 러시아 > 인도 > 일본 순이며, • 대한민국의 경우는 9위를 차지하고 있고, 전세계 배출량의 약 1.5% 세계 온실가스 배출량 (2006 기준 : 에너지 부문) 배출량(백만ton CO2)

국가 온실가스 배출량 국가 온실가스 배출량은 매년 꾸준히 증가하는 추세임. 부문별로 보면 에너지부문(88.2%) > 산업공정(11.9%) > 폐기물부문 (3.1%) > 농축산(3.0%) 순으로 온실가스 배출 기여도를 보임. 국가 온실가스 배출량 추이 국가 온실가스 배출량 부문별 기여도 배출량(백만ton CO2) 연도

온실가스 배출량 평가방법

온실가스 배출량 평가

전과정 평가 ( LCA, Life Cycle Assessment) ■ 정의 ▪ 제품시스템 전과정에서 자원 소모량과 환경오염물 배출량을정량화하고 이들이 환경에 미치는 잠재적 영향을 총체적으로평가하는 환경영향평가기법

■ 전과정평가의 용도 ▪제품 전과정에서 개선 기회 규명 ▪기업, 정부, NGO 등의 의사결정 ▪적절한 환경성과지표 선정 ▪마켓팅시 활용(예; 환경성적표지) ▪에코디자인을 통한 친환경제품 생산 ▪기업, 사업장의 환경영향 규명 대안별 비교를 통한 환경성 평가시 널리 활용 ▪ 서로 다른 모델의 전동차에 대한 비교 전과정평가 (김진용 외, 2007) ▪ 전동차 내장패널 전동차 내장패널에대한 비교 전과정 평가(최요한 외, 2007) ▪LCA를 이용한 가솔린/디젤엔진 환경영향 비교 연구(조희욱 외, 2004) ▪ 중공소결 및 경량 알루미늄 캠샤프트의 전과정에 대한 환경성 비교(이문구 외, 2005) ▪ 자동차의 환경영향 분석을 위한 LCA연구;철과 알루미늄 비교(백윤아 외, 2003) ▪ 전과정평가(LCA) 기법에의한 강구조 교량과 콘크리트 교량의 환경성과 경제성의 기초적 비교(KIST, 1996) ▪ 폐플라스틱의 재활용방법에 대한 전과정평가 및 비용 편익분석에 관한 연구(박찬혁 외, 2005) ▪ 우유포장용기의 환경성, 품질안전성, 위생성 및 경제성 비교(한국식품개발연구원, 2000)

Ⅳ 기초공법별CO2발생량 평가

■ 검토 공법 ▪현장타설 말뚝 : D=600mm, PRD 공법 적용 ▪스파이럴강관말뚝: D=400mm ▪PHC 말뚝 : D=600mm, SDA 공법 ■ 검토조건 ▪ 각 시나리오별 원부자재의 채취부터 폐기 단계까지 고려 - 사용단계의 환경부하는 없는 것으로 가정(유지관리 없음) - 기초공사 공법별1개 현장,4개 파일 기준 CO2발생량 평가 ▪폐기단계에서의 재활용률 - 시멘트, 콘크리트 등은 재활용이 되지 않는 것으로 가정 - 철강제품의 재활용(재활용률 0.8)을 가정하여 환경부하 삭감 ∙ 현장 타설 말뚝 공법 : 폐철근→이형철근으로 재활용(재생비율 0.82) ∙ 회전 관입 말뚝 공법 : 폐강관파일→ 봉강으로 재활용(재생비율 0.89) ∙ 매입 말뚝 공법 : 폐강재→ 봉강으로 재활용(재생비율 0.89) ▪IPCC 2001, GWP 지수 적용

※ 참고 : IPCC 2001 CO2환산계수(GWP 100years)

: 시스템 경계 제외 사용 장비운송 ■ 시스템 경계 현장타설말뚝 스파이럴 강관말뚝 PHC말뚝(매입 공법) 원료물질 취득 원료물질 취득 원료물질 취득 PC강연선 콘크리트 이형철근 스파이럴강관말뚝 장비 운송 장비 운송 장비 운송 스틸강판 나선철선 레미콘 이형철근 산소가스 용접봉 용접봉 용접봉 시멘트 아세틸렌가스 아세틸렌가스 탄산가스 산소가스 CO2 와이어 운송 운송 운송 운송 운송 운송 시공 시공 시공 케이싱 설치 케이싱설치 파일선단 파일이음 파일관입 파일이음 파일관임 케이싱 해체 파일관입 케이싱 해체 사용 사용 사용 폐기/재활용 폐기/재활용 폐기/재활용

■ 투입물 분석 스파이럴 강관말뚝 PHC 말뚝(매입공법)

■ 자재별 사용 DB 목록

■ 기초공법별CO2 발생량 평가결과 ▪회전관입 파일공법이 지구온난화 물질을 가정 적게 배출

Ⅴ 결론 및 제언

▪3개의 기초공사 공법의 CO2 발생량평가결과 스파이럴 강관말뚝공법이매입 말뚝공법, 현장타설 말뚝공법에 비해 환경적으로 가장 우수한 것으로 평가됨 ▪3개 기초공사공법 모두 전과정단계 중 원료 취득단계의 환경부하가 가장 크게 나타남 ▪ 원료취득단계에서는 시멘트 등 부자재의 환경부하로 인해 매입 말뚝공법의 환경부하가 가장 크게 나타남 ▪수송단계에서는 원부자재의 수송거리가 동일하고 사용장비의 유사성으로 인해 3가지 공법 모두 큰 차이를 보이지 않으나, 회전관입 파일 공법에서 장비의 수가 적게 사용되어 환경부하가 가장 낮음

▪시공단계에서는 현장 타설 말뚝 공법의 에너지 사용량이 타 공법에 비해 높아 환경부하가 가장 높게 나타났으며, 비교적 에너지 사용량이 적은 회전관입 파일 공법의 환경부하가 가장 낮게 나타남 • ▪ 폐기단계에서는 원료취득단계에서 가장 큰 환경부하를 가진 강관파일의 재활용(봉강)으로 인해 회전관입 파일 공법의 환경부하 크레딧(이익)이 가장 크게 나타남

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