전과정평가 기법을 이용한 냉장고 탄소배출량 개선에 대한 연구

국문 초록 (Abstract)

최근 범지구적으로 지구온난화 주범인 탄소 발생량 증가로 글로벌 기후변화 문제가 대두되고 있다. EU를 시작으로 제품 및 각 국가의 탄소배출 저감을 위한 여러 정책 및 규제들이 신규 또는 개정이 이루어지고 있다. 기후변화의 주범인 이산화탄소는 지속적으로 증가하여 여러 환경, 사회적 문제를 일으키고 있고, 지구 환경적 탄소 배출량 증가에 따라 여러 산업계에서는 전과정평가를 통한 정량적 검증을 통해 탄소 배출량을 저감 할 방법을 적극적으로 찾아야 하는 상황에 놓여있다.
이번 연구에서는 생활 필수 가전 중의 하나인 국내에서 생산하고 해외로 수출하는 냉장고를 연구대상으로 전과정평가를 통해 탄소 발생량에 대한 정량적인 평가를 하여 제조 전, 제조, 운송, 사용, 폐기까지 단계별 탄소 발생량을 영향 인자를 분석 후 탄소 배출량 영향을 미치는 주요 단계의 탄소 저감에 대한 개선안을 연구하였다.
한국에서 생산하고 미국 수출하는 냉장고 1대 기준으로 탄소 배출량 전과정평가 연구결과 전과정 단계 중 제조 전 단계 18.8%, 제조단계 0.9%, 운송단계 0.5%, 제품사용단계 79.2%, 폐기단계 0.5% 탄소배출의 영향도 결과를 확인했다. 7년간 냉장고를 사용하는 기준으로 제품 사용단계와 제조 전 단계의 탄소배출 영향도 비중이 전체의 98%를 차지하고 있음을 확인하였고, 주요 개선해야 할 전과정 단계 중에 탄소 발생량에 영향 비중이 큰 제품 사용단계와 제조 전 단계에서 개선 대안 연구를 진행하였다.
미국으로 수출하는 전과정 중 냉장고 탄소 배출량을 가장 많은 비율을 차지하고 있는사용단계는 소비자가 제품을 설치하고 제품을 사용하는 동안 에너지 소비전력이 주요 탄소 발생을 일으키는 인자로서, 전기·전자제품의 탄소배출 저감을 위해 에너지 저감 기술인 진공단열재 적용 비교연구를 통해 저감기술을 제안하였다. 비교 연구결과 진공단열재를 냉장고 Door와 본체 캐비닛에 각각 적용하였을 시, 사용단계에서 약 7% 탄소 배출량 감축 효과가 있음을 확인하였다. 그 외 단열 PU Foam 성능 및 냉장고 압축기 및 냉동 사이클 효율, 증발기 열전달 효율증가를 위한 효율적 핀 배열 등의 기술을 지속 개선한다면 10% 이상 제조 전 단계 탄소 발생량 저감을 할 수 있을 것으로 기술 엔지니어를 통해 확인할 수 있었다.
두 번째로 탄소 배출량을 많이 차지하고 있는 제품 제조 전 단계에서는 냉장고에 부품과 재질을 누적질량 기여도를 산정하여 탄소 배출량을 분석한 결과 가장 많이 적용된 재질인 ABS 플라스틱 재질 개선을 통한 탄소배출 감축 방법에 관해 연구하였다. 자원순환 측면으로 재활용 ABS 플라스틱을 적용하여 신재 플라스틱 대비 감축 결과를 연구한 결과 신재 ABS 플라스틱 대비 재활용 ABS 플라스틱을 적용할 경우 탄소 배출량 영향이 ABS 재질의 적용 양에 따라 냉장고 부품마다 차이는 있었지만 신재 플라스틱 대비 재활용 플라스틱을 적용하는 것으로 전과정평가를 한 결과 평균적으로 제조 전 단계에서 평균 12%의 탄소 배출량 감축 효과를 확인할 수 있었다.
세 번째로 전과정평가결과 냉장고에 적용된 부품 중 탄소배출 영향이 높은 부품을 분석하였고, PCB 부품이 적은 양이 적용되었는데도, 타 부품대비 높은 탄소배출을 나타내었다. 이에 PCB 탄소 배출량 감축에 대한 방안으로 중량 저감에 관한 연구를 진행하였다. 장기적으로 PCB 무게의 5% 중량 저감은 가능할 것으로 기술 엔지니어를 통해 확인할 수 있었으나, IT 기반의 산업계 추세에 따라 스마트 가전이 확대되어 제어를 담당하는 PCB 부품의 저감에는 한계점이 있음을 기술 엔지니어를 통해 확인했다. PCB의 경우 제조단계에서 많은 화학물질을 사용하는 제조공정 개선하여 탄소배출을 줄일 수 있는 방법도 PCB 산업계에서 지속해서 연구되어야 할 필요가 있다고 제안하였다.
향후 연구에는 탄소 배출량 전과정평가인 탄소발자국은 최근 EU 내로 수입되는 원재료에 대해 탄소세를 부과하는 CBAM(Carbon Border Adjustment Mechanism, 탄소 국경 조정제도)과 22년 3월 발표된 전기·전자제품이 대상인 EU eco-design 규제 개정내용에도 탄소발자국이 포함되어있는 만큼 글로벌로 탄소 배출량에 대한 영향력이 커질 것이고, 이에 대한 제품경쟁력이 필요한 시점이 되었다. 그리고 순환이용성 평가 및 국가경쟁력 차원에서 탄소 배출량을 저감할 수 있는 방안을 연구하여 재활용 플라스틱 및 저탄소 재질의 국가 LCI DB 구축에 국가적으로도 많은 연구가 필요함을 제언하며, 많은 기업에서도 전과정 사고와 더불어 사전에 전과정평가를 통한 탄소발자국을 검증하여 미리 준비할 수 있도록 설계 시스템 및 탄소배출규제 대응 전략으로 준비를 해 두어야 국가적 경쟁력을 기반으로 산업 전반적으로 여러 전자제품 기업들이 국가 경쟁력을 뒷받침할 수 있을 것이다.

목차 (Table of Contents)

• 차례
• Nomenclature iii
• 표차례 iv
• 그림차례 v
• 요약 vi
• 1 장 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 선행 연구 5
• 1.3 연구 목적 및 방법 8
• 2 장 이론적 배경 10
• 2.1 전과정평가 탄소발자국 방법론 10
• 2.2 전과정평가 목적 및 연구 범위 정의 13
• 2.3 전과정평가 목록 분석 17
• 2.4 전과정 영향평가 및 결과해석 20
• 3 장 냉장고 전과정평가 탄소배출량 분석 22
• 3.1 냉장고 전과정평가 목적 및 범위 정의 22
• 3.2 냉장고 전과정평가 목록 분석 27
• 3.3 냉장고 전과정평가 결과 해석 42
• 4 장 환경성 개선 연구 47
• 4.1 에너지 소비전력 개선에 따른 탄소배출 저감 방안 47
• 4.2 재활용 플라스틱 적용에 따른 탄소배출 저감 방안 49
• 4.3 PCB 경량화를 통한 탄소 발생량 저감 분석 52
• 5 장 결론 53
• 5.1 연구결과 53
• 5.2 향후 연구 방향 55
• 참고문헌 58
• Abstract 60