강관말뚝 친환경 우수성.

Report
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
기초공법별 CO2 발생량 평가
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
기후변화란?
6대 온실가스
온실가스별로 지구온난화에 기여하는 정도가 다르며
으로 각 가스별 기여정도를 명시한 것을 지구온난화 지수
(GWP, Global Warming Potentials)라 한다.
6대 온실가스의 GWP
지구표면으로부터
에너지 복사 방출
태양열 에너지는
지구표면을 데움
대기층으로부터
에너지 복사 방출
지구온난화가 가속되고 있음
1961 ~ 1990년 대비 온도변화
(℃)
14.4
0.4
기온상승
지난 100년간 0.74℃ 상승
지난 25년간 0.45℃ 상승
0.0
14.0
-0.4
13.6
우리나라 1.5℃ 상승
해수면 상승 : 연간 1.8mm (1960 ~2003)
북극해빙속도 : 최근 2년간 10 ~ 15배 증가
-0.8
1860
1880
1900
1920
1960
1960
1980
2000
13.2
[ 지구 평균온도 변화 ]
출처 - 환경부자료
인간활동이 기후변화의 원인
관측값
모델 값(화산·태양활동만 포함)
관측값
1.0
1.0
관측값
0.0
모델링 : 자연활동만 고려
-0.5
1920
1940
1960
관측값
0.5
1980
2000
Temperature anomaly(℃)
Temperature anomaly(℃)
0.5
-1.0
모델 값(인간활동 포함)
0.0
모델링 : 자연활동+인간활동
-0.5
-1.0
1920
1940
1960
1980
2000
출처 - 환경부자료
21세기에도 지구온난화 심화 예상
21세기말 기온 상승
기온상승 2℃, CO₂농도 550ppm 이하 억제
<1990년 이후 지구 평균 온도 상승>
화석연료 기반 (현추세 지속)
(oC)
경제적 순/악영향
(대부분 인구)
모든 부문에
악영향
누적 영향
일부 지역에
악영향
모든 지역에
악영향
지역적 영향
엄청난 증가
극한 기상
6.4
증가
6
-0.7
화석연료+기술기반
5
0
1
과거
4.4
2
3
25
2.9
3
2.8
20
GtC-eq
환경친화적 발전
기온(℃)
4.0
5 (℃)
미래
3.5
4
4
2.0
10
1.0
2
2.4
1.7
1
1.8
1.1
0.0
1980
2020
2060
2100
< 온실가스농도/기온상승 >
0
1980
2020
2060
2100
< 온실가스 배출량 >
0
출처 - 환경부자료
우리나라도 예외는 아님
기온상승 : 지구평균의 2배 (지난 100년간 1.5℃)
※ ’08.9월 서울 역대 최고온도 기록
Temperature anomaly(℃)
해수면상승 (제주) : 지구평균의 3배 (지난 40년간 22cm)
2.0
1.0
0.0
-1.0
-2.0
1850
1880
1910
1920
1970
2000
출처 - 환경부자료
기후변화에 따른 국제사회의 노력
• 선진국과 개도국간 목표 설정
• 2009년까지 실현을 위한 협상 진행
• 법적 구속력을 갖는
국제환경협약
• 1990년 대비 평균 5.2% 감축
• 우리나라 비준(’02. 10)
• 리우 유엔환경개발회의 채택
• 우리나라 가입(’93. 12)
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
배출량 (백만ton CO2)
1.5%
세계 온실가스 배출량 (2006 기준 : 에너지 부문)
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.
배출량 (백만ton CO2)
국가 온실가스 배출량 추이
연도
국가 온실가스 배출량 부문별 기여도
온실가스 배출량 평가방법
온실가스 배출량 평가
온실가스 배출량 평가
전과정 평가 ( LCA, Life Cycle Assessment)
■ 정의
▪ 제품시스템 전과정에서 자원 소모량과 환경오염물 배출량을 정량화하고 이들이
환경에 미치는 잠재적 영향을 총체적으로 평가하는 환경영향평가기법
■ 전과정평가의 용도
▪ 제품 전과정에서 개선 기회 규명
▪ 기업, 정부, NGO 등의 의사결정
대안별 비교를 통한 환경성 평가시 널리 활용
▪ 서로 다른 모델의 전동차에 대한 비교 전과정평
가 (김진용 외, 2007)
▪ 적절한 환경성과지표 선정
▪ 전동차 내장패널 전동차 내장패널에 대한 비교
전과정 평가(최요한 외, 2007)
▪ 마켓팅시 활용(예; 환경성적표지)
▪ LCA를 이용한 가솔린/디젤엔진 환경영향 비교
연구(조희욱 외, 2004)
▪ 에코디자인을 통한 친환경제품 생산
▪ 기업, 사업장의 환경영향 규명
▪ 중공소결 및 경량 알루미늄 캠샤프트의 전과정
에 대한 환경성 비교(이문구 외, 2005)
▪ 자동차의 환경영향 분석을 위한 LCA연구;철과
알루미늄 비교(백윤아 외, 2003)
▪ 전과정평가(LCA) 기법에 의한 강구조 교량과 콘
크리트 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
기초공법별 CO2 발생량 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 공법별 1개 현장, 4개 파일 기준 CO2 발생량 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 CO2 환산계수(GWP 100years)
구분
물질명 (화학식)
환산계수
(kg/CO2-eq/kg GW material)
Carbon dioxide
CO2
1
Methane
CH4
23
Nitrous oxide
N2O
296
Chlorofluoracarbons
Bromocarbons
Hydrochlorofluoro
carbons
Fully Fluorinated
species
CFC-11
CCl3F
4,600
CFC-114
CClF2CClF2
9,800
CFC-12
CCl2F2
10,600
CFC-13
CClF3
14,000
Halon-1301
CBrF3
6,900
HCFC-22
CHClF2
1,700
C2F6
11,900
CF4
5,700
■ 시스템 경계
현장타설 말뚝
장비운송
스파이럴 강관말뚝
원료물질 취득
원료물질 취득
이형철근
스파이럴강관말뚝
사용
: 시스템 경계 제외
PHC말뚝(매입 공법)
원료물질 취득
콘크리트
PC강연선
나선철선
스틸강판
용접봉
용접봉
산소가스
아세틸렌가스
탄산가스
아세틸렌가스
시멘트
산소가스
CO2 와이어
장비
운송
레미콘
용접봉
장비
운송
이형철근
장비
운송
운송
운송
운송
운송
운송
운송
시공
시공
시공
케이싱설치
파일선단
파일관입
파일이음
케이싱 해체
파일관입
사용
사용
사용
폐기/재활용
폐기/재활용
폐기/재활용
케이싱 설치
파일이음
파일관임
케이싱 해체
■ 투입물 분석
스파이럴 강관말뚝
PHC 말뚝(매입공법)
■ 자재별 사용 DB 목록
자재명
탄산가스, kg
CO2와이어, kg
PC강연선
경유(발전시), kg
경유(운송시), kg
나선철선
레미콘, m3
봉강, kg
산소가스, kg
스틸강판
스파이럴 강관파일, kg
시멘트
아세틸렌가스, kg
용접봉, kg
이형철근, kg
전력, kwh
콘크리트, m3
지구온난화 값
(kgCO2-eq)
7.679E-01
2.920E-02
1.432E+00
3.223E+00
3.240E+00
1.432E+00
3.470E+02
7.575E-01
4.972E-01
1.748E+00
1.748E+00
8.617E-01
2.093E+00
2.920E-02
4.389E-01
4.958E-01
3.470E+02
출처
Gabi, Acetylene DB(1999)
Gabi, Welding arc_steel(2000)
환경부, 선재(wire rod) DB
지경부, 디젤(경유) DB
지경부, 디젤(경유) DB
환경부, 선재(wire rod) DB
지경부 레미콘 4개 DB 평균
지경부 봉강 DB
환경부, 산소 DB
지경부 열연강판 DB
지경부 열연강판 DB
지경부, 포틀랜드 시멘트 1종 DB
Gabi, Acetylene DB(1999)
Gabi, Welding arc_steel(2000)
산자부, 철근 DB
지경부 전력 DB
지경부 레미콘 4개 DB 평균
■ 기초공법별 CO2 발생량 평가결과
▪ 회전관입 파일공법이 지구온난화 물질을 가정 적게 배출
원료 취득
수송
시공
사용
폐기
현장타설 말뚝공법 1.704E+4 2.983E+2 5.817E+3 0.000E+0 -9.509E+2
회전관입 파일공법 1.671E+4 1.901E+2 3.136E+3 0.000E+0 -5.405E+3
2.270E+4 2.862E+2 4.131E+3 0.000E+0 -3.604E+3
매입 말뚝공법
SUM
비율
22,200.5 151.7%
14,634.5 100.0%
23,508.8 160.6%
Ⅴ
결론 및 제언
▪ 3개의 기초공사 공법의 CO2 발생량 평가결과 스파이럴
강관말뚝공법이 매입 말뚝공법, 현장타설 말뚝공법에 비해 환경적으로
가장 우수한 것으로 평가됨
▪ 3개 기초공사공법 모두 전과정단계 중 원료 취득단계의 환경부하가
가장 크게 나타남
▪ 원료취득 단계에서는 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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