WIA-ENE-051 | 온실가스 모니터링 표준 v1.0
온실가스의 특성, 배출원, 배출 패턴에 대한 심층 분석
| 화학식 | CO₂ |
| 분자량 | 44.01 g/mol |
| 지구온난화지수(100년) | 1(기준값) |
| 대기 중 체류 기간 | 300-1,000년(복합적) |
| 산업화 이전 농도 | ~280 ppm |
| 현재 농도(2020년대 중반) | ~420 ppm |
| 연간 증가량 | ~2.5 ppm/년 |
| 온난화 기여도 | 장수명 온실가스 복사 강제력의 약 3분의 2 |
| 배출원 범주 | 상대적 규모 | 주요 활동 |
|---|---|---|
| 화석연료 연소 | 인위적 CO₂ 배출의 대부분 | 석탄·석유·천연가스 연소 |
| 토지 이용 변화 | 두 번째로 큰 배출원(연도별 변동이 크다) | 산림 벌채, 농지 전용 |
| 시멘트 생산 | 작지만 감축이 어려운 공정 배출 | 석회석 소성(탈탄산 반응) |
| 기타 산업 공정 | 소규모 | 화학 공정, 금속 제련 |
연도별 정량값은 글로벌 탄소 프로젝트(Global Carbon Project)의 연례 「Global Carbon Budget」과 각국 인벤토리에서 확인해야 한다.
CO₂는 단순히 축적되기만 하는 것이 아니라 전 지구 탄소 순환에 참여한다. 글로벌 탄소 프로젝트의 탄소 수지 추정에 따르면 개략적인 배분은 다음과 같다.
| 부문 | 주요 배출원 | 감축 전략 |
|---|---|---|
| 전력 및 열 | 석탄·천연가스 발전소 | 재생에너지, 원자력, CCS |
| 수송 | 도로 차량, 항공, 해운 | 전기차, 효율 향상, 대체 연료 |
| 산업 | 제조, 건설 | 전기화, 효율 향상, 수소 |
| 건물 | 난방, 냉방, 조리 | 단열, 히트펌프, 태양광 |
| 기타 | 농업용 에너지, 탈루 배출 | 다양함 |
에너지 부문 안에서는 전력·열 생산이 가장 큰 CO₂ 배출원이며, 수송과 산업이 그 뒤를 잇는다.
| 화학식 | CH₄ |
| 분자량 | 16.04 g/mol |
| 지구온난화지수(100년) | 28(20년 기준 84) |
| 대기 중 체류 기간 | ~12년 |
| 산업화 이전 농도 | ~722 ppb |
| 현재 농도(2020년대 중반) | ~1,900 ppb |
| 연간 증가량 | ~10 ppb/년 |
| 온난화 기여도 | 장수명 온실가스 복사 강제력의 약 6분의 1 |
메탄은 과제이자 기회이다:
전 지구 메탄 수지(Global Methane Budget) 연구에 따르면 전체 메탄 배출의 약 60%가 인위적 배출원에서, 나머지는 습지 등 자연 배출원에서 비롯된다. 주요 배출원은 다음과 같다.
| 배출원 범주 | 구분 | 설명 |
|---|---|---|
| 농업(장내 발효) | 인위적(최대 단일 배출원 중 하나) | 소 및 가축의 소화 과정 |
| 농업(벼 재배) | 인위적 | 담수된 논에서의 혐기성 분해 |
| 석유 및 가스 시스템 | 인위적(화석 기원) | 채굴·처리·유통 과정의 누출, 벤팅 |
| 석탄 채굴 | 인위적(화석 기원) | 지하 채굴 및 노천 채굴 |
| 폐기물(매립지) | 인위적 | 유기성 폐기물의 혐기성 분해 |
| 폐기물(하·폐수) | 인위적 | 처리 및 방류 |
| 바이오매스 연소 | 인위적·자연적 | 산불, 농업 소각 |
| 습지 | 자연적(최대 자연 배출원) | 인위적 배출원은 아니나 기후 변화에 민감하다 |
위성 관측을 통해 개별 배출원이 시간당 수 톤의 메탄을 방출하는 "초대형 배출원(super-emitter)" 사례가 드러났다.
| 화학식 | N₂O |
| 분자량 | 44.01 g/mol |
| 지구온난화지수(100년) | 265 |
| 대기 중 체류 기간 | ~120년 |
| 산업화 이전 농도 | ~270 ppb |
| 현재 농도(2020년대 중반) | ~335 ppb |
| 연간 증가량 | ~1 ppb/년 |
| 온난화 기여도 | 장수명 온실가스 복사 강제력의 약 6% |
전 지구 N₂O 배출은 자연 토양·해양 등 자연 배출원과 인위적 배출원으로 나뉘며, 인위적 배출의 가장 큰 몫은 농업에서 나온다.
| 배출원 범주 | 구분 | 설명 |
|---|---|---|
| 농경지 토양 | 인위적(최대) | 합성 비료, 가축 분뇨, 작물 잔재물 |
| 가축 분뇨 관리 | 인위적 | 가축 분뇨의 저장 및 처리 |
| 산업 공정 | 인위적 | 아디프산·질산 생산 |
| 화석연료 연소 | 인위적 | 이동 배출원 및 고정 배출원 |
| 바이오매스 연소 | 인위적·자연적 | 산불, 농업 소각 |
| 하·폐수 | 인위적 | 처리 공정 |
| 자연 토양·해양 | 자연적 | 인위적이지 않은 배경 배출 |
질소 비료는 전 세계 식량 안보를 가능하게 하여 수십억 명을 먹여 살렸다. 그러나 과다 사용은 환경 문제를 일으킨다.
F-gas는 대부분 자연 배출원이 없는 합성 화합물이다(CF₄는 극미량의 자연 배경 농도가 있다). 대기 중 농도는 극히 낮지만 지구온난화지수가 매우 높아 그 영향이 크다. 이 장의 GWP와 체류 기간은 명세와 같은 IPCC AR5(100년) 값이다.
| 가스 | 화학식 | GWP(100년) | 체류 기간 | 주요 용도 |
|---|---|---|---|---|
| HFC-134a | CH₂FCF₃ | 1,300 | 13.4년 | 자동차 에어컨, 냉장·냉동 |
| HFC-32 | CH₂F₂ | 677 | 5.2년 | 에어컨 |
| HFC-125 | CHF₂CF₃ | 3,170 | 28.2년 | 혼합 냉매 |
| HFC-143a | CH₃CF₃ | 4,800 | 47.1년 | 상업용 냉장·냉동 |
| HFC-23 | CHF₃ | 12,400 | 222년 | HCFC-22 생산 부산물 |
2016년 HFC를 단계적으로 감축하기 위해 몬트리올 의정서가 개정되었다.
| 가스 | 화학식 | GWP(100년) | 체류 기간 | 주요 배출원 |
|---|---|---|---|---|
| CF₄ | CF₄ | 6,630 | 50,000년 | 알루미늄 생산 |
| C₂F₆ | C₂F₆ | 11,100 | 10,000년 | 알루미늄, 반도체 |
| C₃F₈ | C₃F₈ | 8,900 | 2,600년 | 반도체 식각 |
| 화학식 | SF₆ |
| GWP(100년) | 23,500 |
| 체류 기간 | 3,200년 |
| 주요 용도 | 전력 개폐기 절연 |
| 대기 농도 추세 | 꾸준히 증가 중 |
SF₆는 고전압 전기 설비에 널리 쓰이지만 다음과 같은 문제가 있다.
| 화학식 | NF₃ |
| GWP(100년) | 16,100 |
| 체류 기간 | 500년 |
| 주요 용도 | 반도체 제조, LCD 패널 |
| 비고 | 2012년 도하 개정으로 교토 의정서 제2차 공약기간(2013~2020년) 대상 가스에 추가 |
배출을 이해하려면 개별 가스를 넘어 각 부문이 온실가스 전반에 걸쳐 어떻게 기여하는지 살펴보아야 한다. 부문별 전 지구 비중은 제1장의 표(명세 Phase 1 §4.2)를 따른다.
| 부문 | 전 지구 비중(명세) | 주된 가스 | 부차적 가스 |
|---|---|---|---|
| 에너지 | 73% | CO₂ | CH₄(탈루 배출), N₂O |
| 농업 | 12% | CH₄, N₂O | CO₂(요소·석회 시용) |
| 산업 공정 | 6% | CO₂ | F-gas, N₂O |
| 폐기물 | 3% | CH₄ | N₂O, CO₂(소각) |
| 토지 이용 | 6% | CO₂ | CH₄, N₂O |
국가·지역별 배출량은 UNFCCC에 제출된 국가 인벤토리와 EDGAR 같은 독립 데이터베이스에서 확인한다. 총배출량과 1인당 배출량은 순위가 크게 다르므로 두 지표를 함께 보아야 한다.
| 지역 | 배출 특성 | 주요 요인 |
|---|---|---|
| 중국 | 총배출량 세계 최대 | 석탄 발전, 산업, 수송 |
| 미국 | 총배출량 상위, 1인당 배출량 높음 | 수송, 전력, 산업 |
| EU-27 | 1990년 이후 감소 추세 | 전력, 수송, 산업 |
| 인도 | 총배출량 증가 중, 1인당 배출량 낮음 | 석탄 발전, 농업 |
| 러시아 | 1인당 배출량 높음 | 석유·가스, 전력, 산업 |
| 기타 지역 | 합계로는 전 지구 배출의 큰 몫 | 다양함 |
연도별 증감률은 글로벌 탄소 프로젝트의 연례 보고서 등 1차 자료에서 확인해야 한다.
경제 활동 대비 배출량을 모니터링하면 탈동조화 추세가 드러난다. 전 지구적으로 세 지표 모두 1990년 이후 개선되는 추세이지만, 절대 배출량은 여전히 높은 수준이다.
| 지표 | 정의 | 하락이 의미하는 것 |
|---|---|---|
| 탄소 집약도(CO₂/GDP) | 경제 산출 단위당 CO₂ 배출량 | 경제가 배출량보다 빠르게 성장 |
| 에너지 집약도(에너지/GDP) | 경제 산출 단위당 에너지 소비량 | 에너지 효율 개선 |
| 전력 배출계수(gCO₂/kWh) | 발전량 단위당 CO₂ 배출량 | 전력망 탈탄소화 진행 |
CO₂:
CH₄:
N₂O:
F-gas: