작성일 : 21-01-06 14:40
[인터뷰]강웅 표준연 열유체표준그룹 박사 , 온실 가스 감축 본격화···'굴뚝'에서 배출량 잡는다
 글쓴이 : happy
조회 : 15  

온실 가스 감축 본격화···'굴뚝'에서 배출량 잡는다

  •  이원희 기자
  •  
  •  승인 2021.01.04 18:40
 

[인터뷰]강웅 표준연 열유체표준그룹 박사
온실가스 배출유량 평가기술 개발, 굴뚝 통한 산업계 적용 기대

 

파리협정에 기반한 온실가스 배출량 규제가 2021년부터 본격적으로 적용된다. 지구의 평균 온도를 산업화 이전 대비 2℃ 이상 상승하지 않도록 배출량을 규제하며, 협정에 참여한 국가들은 각국 상황에 맞는 감축 목표치를 실현하기 위해 노력한다.

산업·발전현장에서 온실가스가 주로 배출되는 곳은 공장과 발전소. 그 중에서도 '굴뚝'이다. 그러나 구조상 정확한 배출량을 측정하기 어렵다는 것이 모두의 골칫거리였다. 이 가운데 강웅 한국표준과학연구원 열유체표준그룹 박사팀이 굴뚝의 배출유량을 정확히 측정할 수 있는 평가 기술을 개발해 주목받고 있다.

◆ 굴뚝 유량 불확도, 가장 큰 원인은 '유속'

우리나라는 전세계 10위권에 해당하는 온실가스를 배출하고 있다. 국토면적대비 많은 양의 온실가스를 배출하고 있는 셈이다. 2015년부터 배출권거래제를 시행하며 초과량 및 감축량을 거래할 수 있게 됐고, 천문학적인 금액이 오고가기에 정확한 배출량 측정이 요구된다.

현재 온실가스 배출량을 측정하는 방법은 두 가지로, '계산법'과 '실측법'이 사용되고 있다. 계산법은 연료사용량과 배출계수를 이용해 들어간 연료에 따른 예상 배출량을 계산하는 방식이다. 실측법은 연속측정방법을 사용하며 온실가스의 배출농도와 유량을 직접 측정해 배출량을 계산하는 방식이다.

우리나라는 현재 두 가지 방법을 선택적으로 활용하고 있지만 일부 미흡한 점이 있었다. 강웅 박사는 "계산법의 경우 실제 배출량과 차이가 존재하는 단점이 있고, 실측법은 현재 기술 수준이 조금 낮은 상태다"라며 "특히 농도와 유량 중 유량 부분은 측정기술 개발이 어려워 난항을 겪고 있었다"라고 말했다.

국내 온실가스 연구자들은 많지만, 그 중에서도 유량 분야는 전문가를 찾기 어려운 상황. KRISS 기관 고유사업으로 유량 연구를 진행해온 강 박사팀은 직접 굴뚝의 유량을 측정하기 위해 현장의 문을 두드렸다.
 
연구팀이 개발 중인 '3차원 굴뚝 유속계 측정기술'의 현장 답사 모습. 왼쪽부터 최용문 박사, 이생희 책임연구기술원, 강웅 박사.[사진=한국표준과학연구원 제공]
연구팀이 개발 중인 '3차원 굴뚝 유속계 측정기술'의 현장 답사 모습. 왼쪽부터 최용문 박사, 이생희 책임연구기술원, 강웅 박사.[사진=한국표준과학연구원 제공]
하지만 시작부터 벽에 부딪혔다. 실험에 활용할 굴뚝을 찾는 것부터가 어려움이었다. 굴뚝으로 실험을 진행한다는 뜻은 일반적인 업무가동이 멈춘다는 뜻이다. 때문에 공장으로선 손실을 감수해야 한다는 점이 있었다. 동시에 온실가스 배출량의 데이터가 공개된다는 점 역시 부담으로 작용했다

어려움 끝에 환경부의 한국환경공단을 통해 실험에 참여할 공장과 굴뚝이 섭외되었고, 현장에서 주로 사용하는 S형 피토관을 이용해 유량 측정이 시작되었다.

결과는 지금까지와는 다른 모습을 보였다. 강 박사는 "기존 굴뚝 배출유량의 결과값은 5~10% 정도의 불확도를 가진다고 알려져 있었지만 실제 검증에선 약 3.8%의 불확도를 보였다"라며 "낮은 불확도는 측정결과의 신뢰성을 높여주기에 좋은 결과이지만, 기존 예상과 다른 결과였고, 국내는 물론 해외에서도 굴뚝 배출유량 측정불확도 평가가 상세하게 이루어진 점은 최초의 사례라 이 역시도 국제표준화기구의 불확도 평가방법과 몬테카를로방법을 동시에 적용하는 검증을 진행했다"라고 설명했다.
 
연구팀은 연속측정방법으로 배출유량을 측정한 결과 '유속'이 불확도에 가장 큰 영향을 끼친다는 것을 밝혀냈다.[사진=한국표준과학연구원 제공]
연구팀은 연속측정방법으로 배출유량을 측정한 결과 '유속'이 불확도에 가장 큰 영향을 끼친다는 것을 밝혀냈다.[사진=한국표준과학연구원 제공]
그는 이어 "굴뚝 유량은 굴뚝의 구조와 유속분포, 운영 조건 등 환경에 따라 영향을 받으며, 압력, 온도, 수분량, 유속 등 다양한 요인들이 있기에 측정 및 연구가 어렵다"라며 "이번 연구는 굴뚝 유량의 불확도를 확인한 것과 함께 가장 큰 영향을 미치는 요인이 '유속'임을 최초로 밝혔다는 데 의의가 크다"라고 말했다.

◆ 온실 가스 감축 위한 전 세계의 노력

이번 연구성과는 비단 국내 상황에만 한정되지 않는다. 온실가스 감축은 전 세계적 이슈이고, 지금도 굴뚝을 통해 온실가스가 배출되고 있다. 때문에 모든 유관기관의 협력이 필요시 되는 상황이다.

이번 연구에 굴뚝 유량 실험을 위해 참여한 국내기업은 높은 만족도를 보였다. 정확하게 측정되는 배출량을 기준으로 감축에 대한 효율적인 계획 설계가 가능해졌기 때문이다. 또한 계산법의 결과와 차이가 크게 나타나는 굴뚝의 경우는 내부 구조의 문제점을 파악해 정상적인 배출이 이루어질 수 있게끔 조치할 수 있다.

보다 적극적인 곳은 해외다. 특히 가장 많은 배출량으로 걱정이 많은 미국과 중국은 굴뚝 배출량을 잡기 위해 적극적이다. 강 박사는 "미국의 NIST(표준기술연구소)와 중국의 NIM(계량과학연구원)과 공동연구 및 국제비교를 진행하고 있다"라며 "중국에서 실험에 참여할 공장을 섭외한 후 초청했지만, 올해 코로나19로 인해 아쉽게 진행이 되지 않았다"라고 말했다.

 
KRISS에서 구축하고 있는 온실가스 배출유량 국가측정표준 테스트베드. 해당 테스트베드를 이용하면 실제 굴뚝에 가지 않아도 실험이 가능하다.[사진=한국표준과학연구원 제공]
KRISS에서 구축하고 있는 온실가스 배출유량 국가측정표준 테스트베드. 해당 테스트베드를 이용하면 실제 굴뚝에 가지 않아도 실험이 가능하다.[사진=한국표준과학연구원 제공]
굴뚝을 모사한 장치로 실험을 진행하고 있는 연구팀.[사진=한국표준과학연구원 제공]
굴뚝을 모사한 장치로 실험을 진행하고 있는 연구팀.[사진=한국표준과학연구원 제공]
이 과정에서 각국의 굴뚝 배출유량 테스트베드(시뮬레이터) 현황도 파악할 수 있었다. 굴뚝은 모양이나 내부 환경에 따라 배출량이 달라진다. 하지만 항상 굴뚝에서 실험을 할 순 없기에 실험실 기반의 테스트베드가 필요하다. 현재 미국과 중국을 비롯한 주요국가에선 굴뚝의 구조를 재현한 테스트베드의 구축을 완료하여 실험을 진행하고 있다.

KRISS 역시 이를 참고해 우리나라 상황에 알맞은 측정표준테스트베드를 개발 중에 있다. 2021년 하반기에 KRISS에 구축을 목표로 제작이 진행되고 있으며, 특히 미국과 중국의 테스트베드보다 향상된 기능으로 굴뚝 배출가스와 유량을 동시에 실험할수 있는 형태로 구축될 예정이다. 이를 통해 향후 환경부 한국환경공단 및 국립환경과학원과의 공동 연구도 계획하고 있다.
 
강웅 박사는 세계 최초로 굴뚝 배출유량을 평가한 것에 자부심을 나타냈다. 연구팀의 성과는 측정과학분야의 세계적 학술지인 메트롤로지아(Metrologia)에 실렸다.[사진=이원희 기자]
강웅 박사는 세계 최초로 굴뚝 배출유량을 평가한 것에 자부심을 나타냈다. 연구팀의 성과는 측정과학분야의 세계적 학술지인 메트롤로지아(Metrologia)에 실렸다.[사진=이원희 기자]
강 박사는 "배출유량 분야는 특성상 연구가 어렵지만 온실가스 감축을 위해선 꼭 필요한 기술이다"라며 "어려웠던 만큼 성과에 대한 보람과 자긍심이 있다"라며 이번 굴뚝 배출유량 평가기술 개발에 자부심을 나타냈다.

그는 이어 "앞으로 대기 환경 개선은 물론이고 온실가스배출권 거래제도에 있어 정확성과 신뢰도가 요구되는 상황이다"라며 "다양한 국제 협력과 연구를 통해 온실가스 감축을 이뤄나갈 수 있도록 노력하겠다"라는 뜻을 밝혔다.