도시 물 순환 시스템에서 Net Zero와 RE100 달성 방안 연구

• Published in: Daehan hwan'gyeong gonghag hoeji pp. 128 - 147
• Main Authors: 안세영, 김해림
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 대한환경공학회 01.02.2025
• Subjects: 환경공학
• ISSN: 1225-5025; 2383-7810
• DOI: 10.4491/KSEE.2025.47.2.128

도시 물 순환 시스템(Urban Water Cycle System, UWCS)을 구성하는 정수처리시설, 배수시설, 집수시설, 하수처리시설은 에너지 집약적이며, 온실가스 주요 배출원으로 온실가스 저감과 친환경 에너지 전환은 필수적이다. UWCS 각 단계의 온실가스 배출원을 세분화하고, 각 배출원에서 발생하는 온실가스를 줄이기 위한 내부 감축(insets)과 외부 상쇄(offsets)를 통해 온실가스 40% 저감, RE100 이행, 온실가스 순배출량 “0” (Net Zero) 달성의 구체적인 방법을 제시하고자 한다. 본 연구에서는 UWCS 기준 공정(baseline)을 기반으로 감축과 상쇄 시나리오를 작성하고, 정량화에 의한 온실가스 저감의 잠재적 경로를 조사한다. 온실가스 배출량 저감 방법으로 자체적이며 기술적 방법인 내부 감축을 우선 추진하고, 잔여 배출량에 대하여 외부 상쇄를 활용한다. 내부 감축 방법으로 혐기성소화조와 열병합발전, 설비 효율 향상, 상수관로 누수 개선, 물발자국 인증제, 자가소비형 태양광발전을 설정하고, 외부 상쇄방법으로 신재생에너지 공급인증서(REC) 및 전력 구매 계약(PPA), 차량 연료 수소화, 식재에 통한 자연 포집, 배출권 거래제를 적용한다. UWCS의 단계별 및 항목별 온실가스 배출량은 모델링 소프트웨어를 활용하여 정량화하고, 이를 통해 감축과 상쇄가 온실가스 40% 저감, RE100, Net Zero 달성에 기여할 수 있는 효과를 분석한다. UWCS의 baseline에서 온실가스 총배출량은 4,732.8 tCO2eq/yr로 산정된다. 이 중 56.8%는 내부 감축 대상이며, 나머지 43.2%는 외부 상쇄를 통해 감소한다. 온실가스 40% 저감은 내부 감축만으로 가능하며, Net Zero는 외부 상쇄를 추가적으로 적용함으로써 달성된다. UWCS 시설 및 설비의 총 전력 요구량은 572.8kW로 산출되는데, 혐기성소화조와 열병합발전에서 116.1 kW, 자가소비형 태양광발전에서 395.0 kW를 수급하고, REC/PPA에서 61.7kW를 구매함으로써 RE100을 이행한다. Net Zero와 RE100 달성을 위해 적용된 온실가스 감축과 상쇄 전략은 우선순위 설정과 효율적인 자원 배분이 필요하며, 이를 위해 감축 방안의 기술적 수준과 자체 수행 가능성, 상쇄 방안을 위한 외부 조건을 면밀히 검토하여 실행 전략을 최적화할 수 있다. UWCS의 온실가스 저감과 재생에너지 활용은 기후 위기 대응과 지속 가능한 수자원 관리의 핵심과제로, 기술 혁신과 제도적 지원이 필수적이다. 온실가스 감축 및 상쇄 방법을 종합적이고 체계적으로 적용하는 것이 이러한 목표를 달성하는 최적의 방안이다. 또한, 모델링 소프트웨어는 온실가스 배출량을 정량화하고 이를 바탕으로 구체적이며 실행 가능한 온실가스 저감 전략을 수립하는 주요한 도구이다. Net Zero 달성 및 RE100 이행을 위해 본 연구에서 제안한 기술적·제도적 접근에 추가하여, 향후 경제적 요소를 통합적으로 고려할 필요가 있다. Urban water cycle systems(UWCS), including water treatment facilities, distribution facilities, sewers, and wastewater treatment facilities, are energy intensive and significant source of greenhouse gas (GHG) emissions, making the reduction of GHG emissions and the transition to eco-friendly energy essential. This study identifies specific GHG emission sources at each stage of the UWCS and proposes detailed methods to achieve a 40% reduction in GHG emissions, implement RE100, and attain Net Zero by employing insets and offsets. This study develops scenarios for insets and offsets based on the baseline process of the UWCS, and investigates potential pathways to reduce GHG emissions by quantifying emissions from each process. Internal insets, which are self-implemented and technical measures, are prioritized, while external offsets are applied to compensate for the remaining emissions. Internal insets include the application of anaerobic digesters and combined heat and power(CHP), improvements in energy efficiency of equipment, reduction in water pipe leakage, implementation of water footprint labeling, and installation of on-site photovoltaic system. External offsets comprise renewable energy certificates(REC), power purchase agreements(PPA), green hydrogen fuel for vehicles, natural sequestration improvement, and emission trading system. GHG emissions at each stage within the UWCS are quantified using modeling software. Based on these results, the effectiveness of insets and offsets in achieving a 40% GHG emissions reduction, Net Zero, and RE100 goal is analyzed. The baseline total GHG emissions for the UWCS are estimated at 4,732.8 tCO2eq/yr, of which 56.8% is identified as targets for internal insets, and the remaining 43.2% is reduced through external offsets. A 40% GHG reduction can be achieved through internal insets, and Net Zero can be attained by incorporating additionally applying external offsets. The total power demand of UWCS facilities and equipment is calculated as 572.8 kW. Renewable energy is generated through anaerobic digesters and CHP(116.1kW) as well as on-site PV(395.0 kW), while RE100 compliance is achieved by securing an aditional 61.7 kW through REC/PPA. Achieving Net Zero and RE100 requires prioritizing strategies for insets, offsets and efficient resource allocation. For this, the technical feasibility and self-implementation potential of reduction efforts and the external conditions for offsets, should be carefully reviewed to optimize implementation strategies. GHG reduction and renewable energy utilization in the UWCS are key priorities for addressing the climate crisis and achieving sustainable water resource management, requiring technological innovation and institutional support. The comprehensive and systematic application of GHG insets and offsets is the optimal approach to achieving these goals. Furthermore, modeling software serves as a key tool for quantifying GHG emissions and formulating concrete, viable GHG reduction strategies. In addition to the technical and institutional approaches proposed in this study, achieving Net Zero and implementing RE100 requires the integrated consideration of economic factors in the future. KCI Citation Count: 0