서 론

기후변화에 관한 정부 간 패널(IPCC: Intergovernmental Panel on Climate Change)은 2007년 IPCC 4차 보고서에서 온실가스 배출에 의한 지구 평균기온의 상승과 북극 해빙 의 감소 그리고 지속적인 해수면 상승과 같은 전 지구적 기후변화의 진행을 보고하였다(IPCC, 2007). 기후변화 대 응을 위해 1992년 채택된 기후변화협약(UNFCCC: The United Nations Framework Convention on Climate Change) 은 가입 당사국들이 온실가스 배출량의 감축목표를 제시하 고, 감축 이행 목표 달성을 위한 과학적인 배출량 산정방법 을 확보하여 온실가스 배출을 감축하도록 하였다 (Kim et al., 2012). 수산업 분야와 관련한 온실가스 문제는 2010년 제16차 UNFCCC 당사국 총회와 유엔환경개발 회의에서 책임이 있는 어업에 관한 국제규범(The Code of Conduct for Responsible Fisheries)에 연계하여 중요 한 관심분야로 제기되었다(Shin et al., 2016, Kim et al., 2018).

우리나라는 ‘2030 국가온실가스감축 기본로드맵’을 마련하고, 각 부문별 감축 이행 계획을 제시하였다. 국가 로드맵에서 어업 분야는 에너지저감 어구보급, 노후기 관 대체사업, 태양열 집약장치 보급 사업을 시행하여 2030년까지 온실가스 2만 톤 감축을 목표로 하고 있으 며, 이와 함께 2010년부터 연근해어업의 온실가스 배출 량 산정 및 저감 방안 구축을 위한 온실가스 배출관련 정책 연구를 진행해오고 있다.

국내 연근해어업을 포함한 모든 해상운송에 공급되는 유류 수급통계를 사용하여 Tier1 수준으로 산정한 국내 온실가스 배출규모는 연간 약 5.3백만 ton CO₂-eq으로 알려져 있다(Cho and Lee, 2010). 선박부문 온실가스 배출과 관련한 이전 연구들은 주로 중대형 운수선박을 중심으로 Tier1 방법론과 Tier2, Tier3 방법론의 배출량 을 비교하는 연구가 주로 수행되었기 때문에 수산물 어 획 시 발생되는 어선의 온실가스 배출량에 대한 실측 연구는 매우 부족한 실정이다(Choi et al., 2010, Bong et al., 2011, Bong et al., 2011). 하지만 어업분야와 달리 국내에서는 다양한 부문에서 온실가스 배출량 실측을 통한 온실가스 산정연구가 활발하게 진행 중이다. 환경 기초시설이나 소각시설, 발전시설, 산업공정과 같은 고 정 배출시설과 디젤기관차나 건설장비와 같은 이동 배 출원 등 다양한 배출원에서 현장실측 방법의 개발과 개 선 그리고 Tier2, Tier3 방법 수준의 배출계수 개발을 위한 현장 실측조사를 실시하고 있다(Jung et al., 2010, Rhee et al., 2010, Na et al., 2012, Chun and Kim, 2012, Kim et al., 2012).

국내 연근해어업은 어업형태가 다양하고 운항형태와 운항거리 등 활동도자료가 복잡하기 때문에 국가승인 통계자료를 기반으로 온실가스 배출량을 총량적인 개념 으로만 산정 하거나 전과정평가 방법을 사용하여 간접 적으로 산정하는 실정이다(Choi et al., 2014, Park et al., 2015, Han et al., 2016). 이러한 문제를 극복하고 국내 어업분야 온실가스 배출량을 정확하게 산정 및 관리하 기 위해서는 국내 선박부문 전체 배출량과 별개로 어선 어업의 온실가스 배출량 실측조사를 포함하여 국가 통 계자료를 활용한 배출량 산정과 전과정평가방법을 통합 한 어선어업의 온실가스 배출량 자료를 생산하여야 한다.

본 연구는 자망어업과 통발어업의 대표적인 업종 중 하나인 연안꽃게자망어업과 근해참조기자망어업 그리 고 연안낙지통발어업과 근해붉은대게통발어업을 현장 실측연구대상으로 선정하였다. 2011년 어획통계에 의 하면 꽃게의 어획량은 약 26,600톤으로 이중 연안자망 에 의한 어획이 전체 꽃게 생산량의 64%를 차지하는 것으로 조사되었다(Park et al., 2013). 자원회복대상 어 종인 참조기는 동중국해와 서해에서 주로 어획되는 대 표적인 고급 어종이다. 해당 어장에서 우리나라 자망어 선은 2012년에 연간 총 참조기 어획량 36,840톤 중 약 63.6%를 차지하는 23,432톤을 어획하였다(Kim et al., 2013). 2005년 자원회복 대상 어종으로 선정된 연안 낙 지는 2000년대 이후 약 5,000~7,000톤가량 생산되고 있 다(An et al., 2007). 2016년 어업생산동향조사를 살펴보 면 일반해면 어업을 통해 어획된 5,972톤의 낙지 중 약 52%인 3,085톤이 연안통발어업에 의해 어획된 것으로 나타났다. 붉은대게는 2015년에 41,647톤이 생산되어 일반해면 어업 생산량 대비 3.9%로 그 비중이 크지는 않으나, TAC 제도(Total Allowable Catch, 총허용어획 량)에 포함된 중요 어업 대상 자원으로서 총 생산량의 98.8%가 근해통발에 의해 생산된다(Oh et al., 2017).

해양수산부 등록어선통계에 따르면 2016년을 기준으 로 연안자망어선은 12,030척, 근해자망어선은 366척이 등록되어 있으며, 연안과 근해어업 등록어선 척수의 각 각 29.2%와 13.9%를 차지한다. 또한 수협중앙회의 면세 유 공급 자료에 의하면 연안어업에 사용되는 면세유의 34.4%가 연안자망어업어선에 의해 소비되고, 근해자망 어업은 근해어업 면세유 공급량의 5.4%를 소비하는 것 으로 조사되었다.

2016년 기준 등록어선통계에서는 연안과 근해통발어 선은 각각 163척과 4,941척으로 연안어업 어선의 6.2% 와 근해어업 어선의 12%를 차지하고 있다. 수협중앙회 에서 공급되는 면세유 공급량의 4.58%를 연안통발어업 이 소비하고, 근해통발어업은 6.7%를 소비하는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 국내 주요 어업 중 하나인 연근해자망 과 통발어업어선의 조업 중 연료 사용량을 활용하여 산 출한 온실가스 이론 배출량(Tier1)과 현장실측을 통한 어선의 온실가스 실제 배출량을 정량적으로 비교․평가 하고자 하였다. 그리고 어업생산량과 연료사용량 당 온 실가스 배출량 등 대상어업의 원단위 별 온실가스 배출 량을 분석 및 비교하여 자망과 통발어선어업의 온실가 스 감축 목표 및 저감 방안 마련을 위한 어선 실측조사 방법의 기초 자료를 도출하고자 하였다.

재료 및 방법

조사 대상

본 연구는 연근해자망어업과 통발어업에 등록된 어선 척수와 유류사용량 그리고 어업 대상 어종의 어획량 등 통계자료를 바탕으로 국내 주요 어선어업분야에서 자망 어업과 통발어업의 중요도가 높다고 보고, 국내 어업 온실가스 배출량 산정을 위한 기초 연구대상으로 선정 하였다. 선정된 연안꽃게자망어어업, 근해참조기자망어 업, 연안낙지통발어업 그리고 근해붉은대게통발어업 어 선을 각 1척씩 선정하여 연구를 실시하였다.

Table 1에 대상 업종과 주 어획 대상 어종 및 어선 기본 정보를 나타내었다. 현장 실측은 연안자망(꽃게), 근해자망(참조기), 연안통발(낙지) 그리고 근해통발(붉 은대게) 어업어선이 출항하여 조업 후 입항하는 일련의 과정을 1항차로 분류하고, 각 어업당 12~18일 동안 각 항차별 현장 실측을 실시하였다. 대상 어선의 온실가스 배출 현장실측값과 온실가스 배출량 이론적 산정을 비교 하기 위하여 입항 전ㆍ후 사용된 연료량을 조사하였다.

온실가스 배출량 산정방법론

수상운수 선박 및 어선은 추진과 운항에 필요한 전기 생산을 위해 동력기관을 운용하며, 화석연료 연소 시 엔진으로부터 CO₂가 생성되어 배기관을 통해 선박외부 로 배출된다(NIER, 2014). 주로 디젤엔진에 의해 운항 되고 이동연소 배출원에 해당하는 어선은 2006 IPCC 가이드라인에서 ‘에너지>연료연소>기타부문’으로 분 류된다(Kim et al., 2014). 가이드라인은 선박부문 온실 가스 배출량을 산정하기 위하여 하향식 배출량 산정방 법인 Tier1 및 Tier2 방법론을 제시하고 있으며, 선박의 상세한 운항 정보에 대한 수집이 가능한 경우 Tier3 방 법론을 제시한다(IPCC, 2006, NIER, 2015).

국내 온실가스 배출량 산정지침인 ‘온실가스ㆍ에너 지 목표관리 운영 등에 관한 지침’은 어선을 포함하여 이동연소의 선박부문을 온실가스 배출시설로 분류한다. 지침의 별표에서 어선의 온실가스 배출량 산정방법론은 Tier1과 Tier2 그리고 Tier3 방법론을 제시한다.

Tier1 방법론은 가장 간단한 보고 방법으로 연료별 연료소비량 및 기본 배출계수를 이용하여 산정하고, Tier2~3 방법론은 선박의 종류, 연료 종류, 엔진 종류에 따라 분류된 국가 배출계수나 고유 배출계수를 사용한 다. 하지만 해당 지침에서는 어선의 운항 중 배출가스를 직접 연속 측정하여 온실가스 배출량을 산정하는 연속 측정방법은 고려하지 않는다. 본 연구에 적용할 Tier4 방법은 일반적으로 대기원격감시체계(Tele Monitoring System : TMS) 및 굴뚝연속자동측정기를 운영하는 고 정 배출원을 대상으로 적용하는 방법으로서 연속측정방 법을 사용하여 배출량 등을 산정 보고할 경우에 해당 배출시설의 산정 등급을 Tier4로 규정하며, 연속측정방 법을 통한 배출량 산정방법과 측정기기의 설치 및 관리 기준 등을 제시하고 있다.

본 연구에서는 Tier1 산정방법론으로 산출한 배출량 과 실제 어선 운용 시 발생하는 온실가스의 배출량 차이 를 정량적으로 분석하기 위해서 굴뚝연속자동측정기를 활용한 연속측정방법을 어선에 적용하여 현장실측을 실 시하였다(Bang et al., 2008, NIER, 2014).

Tier1 방법론을 적용한 어선 온실가스 배출량 산정방법

본 연구에서 적용한 Tier1 방법론은 어선의 온실가스 배출량 산정 시 기본 활동도(Activity level)의 지표로 연료사용량 정보를 활용하고, 활동도 수준별 배출계수 (Emission factor)를 곱함으로써 배출량을 산정하였다. Tier1 방법은 가장 간단한 산정방법으로서 기본 배출계 수를 적용한다. 본 연구에서는 수협의 면세유 공급 자료 와 배출계수에 근거하여 다음의 수식으로 산출한다 (Choi et al., 2009).

현장실측 측정 장비 및 방법

어업어선에 설치한 온실가스의 연속 측정 장비는 어 선의 조업 활동 중 배기가스 측정이 이루어지는 특성상 고온의 배출가스 측정에 적합하고, 어선 운항에 따른 진동과 해수의 침입에 대한 내구력 그리고 안정적으로 측정 데이터를 수집할 수 있어야 한다.

측정 장비는 환경오염공정시험기준 대기분야 굴뚝연 속자동 측정기기의 성능 규격 및 정도관리방법을 적용하여 온실가스 배출량 산정에 적합한 비분산적외선흡수방식 (NDIR)을 사용하고, 환경부의 형식승인(ASGAM-2007-5호) 을 받은 장비로 선정하였다(Table 2).

측정 장비를 통해 축적된 데이터의 신뢰성 확보와 정 확성, 정밀도 및 소급성 유지를 위하여 각 어업어선별 장비 설치에 앞서 정도검사 및 형식승인 전문기관에서 장비의 검ㆍ교정을 실시하였다.

실시간 연속 측정용 장비는 대상 선박엔진 배출가스 의 배출구 형태를 파악한 후 설치하였다. 어선의 엔진 배기구 연통에서 배출가스 측정하기 위하여 고온의 배 출가스를 견딜 수 있는 서스 배관과 테플론 재질의 튜브 를 사용한 가스 프로브 라인을 제작 및 설치하였고, 배출 가스 중 수분의 응축 방지와 먼지 제거 및 장비보호를 위해 Heating Line이 포함된 샘플링 프로브를 연결하여, 굴뚝 배기가스가 샘플가스 전처리장치(에코시스텍)를 거쳐 굴뚝배출가스 연속 자동측정기(Vario Plus Industrial, MRU instrument inc.)로 유입되도록 구성하였다. 온실 가스 유량 측정을 위한 배기가스 유속측정은 피토관식 유속계 또는 열선 유속계를 사용하여 측정하였다. 출항 전 측정 장비 설치 및 가동과 운항에 관련한 기본 정보를 어업인과 문답을 통해 확보하였고, 조업 중 측정 장비를 연속 가동하여 온실가스 등 배출가스 측정자료 및 운항 정보를 축적하였다. 입항 후 조업 중 연속 측정된 자료와 항차별 유류 사용량, 엔진RPM, 항해경로 등 운항 정보 를 즉시 확보하였다. 측정에 사용된 장비와 설치장면을 Fig. 1에 나타내었다.

현장실측 온실가스 배출량 산정 방법

어선 조업 중 발생하는 온실가스는 ‘온실가스ㆍ에너 지 목표관리 운영 등에 관한 지침’의 별표 25, ‘연속측정 방법의 배출량 산정방법 및 측정기기의 설치․관리 기준’ 을 준용하여 아래의 수식 (2)로 산정하였다.

결과 및 고찰

온실가스 현장측정 결과

실측기간 동안 연안 꽃게자망어선은 12항차, 연안 낙 지통발어선은 14항차 조업을 실시하였다. 각 항차 당 약 10시간 전후로 조업을 하며, 평균 약 200~300L의 연료를 사용하였다. 꽃게자망어선은 ‘이동-투망-이동- 양승’을 반복하였고, 낙지통발어선은 ‘이동-양승-이동- 투승’ 형태의 어업을 반복 진행하였다. 어장이나 모항으 로 이동 중 엔진 고속 운행 시 CO₂ 농도가 6~10%, 양승 및 작업을 위해 저속 운행 시 4% 이하로 조사되었다.

근해 참조기자망어선과 근해 붉은대게통발어선은 각 항차 당 6~7일 조업 형태로 진행되었으며, 각각 2항차, 3항차 동안 측정을 실시하였다. 근해어업은 연안어업과 비교하여 항차 당 조업기간이 길고 어장까지의 긴 이동 거리로 인해 연료사용량에서 큰 차이를 나타내었다. 어 업 형태는 연안어업과 유사하게 ‘이동-조업-이동’을 반 복하여 수행하였다. 엔진 고속 운행 시 CO₂ 농도는 6~10%였고, 저속 가동 시 1~2%로 연안 어선에 비교하 여 유사하거나 낮은 농도를 나타냈다. 연안과 근해어업 은 항차별 평균 조업시간과 유류 사용량 등의 차이가 있었으며, 이산화탄소의 실측 농도 범위는 근해어업이 연안어업에 비해 낮았다. 대상 어선들의 평균 조업시간 및 연료사용량, 평균 어획량과 CO₂, NOX 농도 정보를 Table 3에 나타내었다.

연안어선((a), (b))은 단시간 내 이동과 투․양승 작업의 반복으로 인해 엔진의 운전 형태가 짧은 간격으로 고속- 저속을 번갈아 가동되며 CO₂ 농도의 변화가 잦았지만, 조업기간이 긴 근해어선((c), (d))은 CO₂ 농도 변화 간격 이 상대적으로 컸고, 조업과 조업 간 주기를 끄고 정류하 는 상황도 관측되었다. 연안 및 근해어업어선의 운항 및 조업 형태를 파악하여 대표 항차의 CO₂ 농도 실측값 변화량을 Fig. 2에 나타내었다.

온실가스 배출량 산정결과 비교

대상어선의 연료사용량을 활용하여 산출한 이론적 산정방법(Tier1)과 실측 배출가스의 온실가스 배출량 산정방법으로 각각 산출한 온실가스 배출량 규모는 근 해어업이 연안어업의 약 10배 이상 많았다. 연안어업 (꽃게자망, 낙지통발)은 이론적 산정량(Tier1)과 실측 배출량의 차이가 30.2~129.8 kg CO₂로 큰 차이가 없었 다. 하지만 근해어업(참조기자망, 붉은대게통발)의 배 출량 차이는 이론적 산정량(Tier1)이 현장 실측량에 비 해 1,644.4~13,875.8 kg CO₂가 많은 것으로 조사되었 다. 실측 온실가스 배출량 대비 이론 배출량(Tier1)의 비율 (현장실측배출값 / Tier1 산정값 비율)은 연안어업 의 경우 꽃게자망은 0.96, 낙지통발은 1.24로 그 값이 1과 유사한 수준이거나 높았으나, 근해어업은 참조기 자망 0.87, 붉은대게통발은 0.57로 모두 1 미만의 값을 가졌다. 평균 연료사용량을 활용하여 산출한 이론적 산 정량(Tier1)과 운항 중 실측 온실가스 평균 농도로 산출 한 온실가스 평균 배출량을 연안어업과 근해어업으로 구분하여 Fig. 3에 비교하였다.

연료를 원단위로 하여 현장실측을 통해 산정된 온실가 스의 배출계수는 연안꽃게자망과 낙지통발어업이 각각 2.49 kg CO₂/L와 3.2 kg CO₂/L이고, 근해참조기자망이 2.24 kg CO₂/L 그리고 붉은대게통발어업이 1.46 kg CO₂/L 으로 산정되었다. 그리고 단위 어획량을 원단위로 한 현 장 실측 및 이론적 산정방법(Tier1)의 온실가스 배출량 의 ‘단위 어획물 당 온실가스의 배출계수’와 ‘실측 배출량 대비 이론 배출량의 비율’을 Fig. 4에 나타냈다.

단위 어획량 당 온실가스 배출량은 연안어업의 경우 현장실측 배출량과 이론산정 배출량(Tier1)이 유사한 수 준이거나 실측 배출량이 많았으나, 근해어업은 모두 이 론적 산출량(Tier1)이 많았고, 연안어업이 근해어업 보 다 약 4~8배 많았다. 이중 연안낙지통발어업의 배출량 은 모든 산정방법에서 모두 타 대상 어업에 비해 배출량 이 크게 많은 것으로 조사되었다.

각 어업의 단위 어획량 당 실측 온실가스 배출량 대비 이론 배출량(Tier1)의 비율(어획량 당 현장실측 배출계 수 / 어획량 당 Tier1 산정계수 비율)을 보면 연안어업이 근해어업에 비해 높은 값을 나타냈다. 연안낙지통발어 업을 제외한 꽃게, 참조기, 붉은대게어업의 비율은 1보 다 적으므로, 실측치에 비해 이론 산정치의 배출량이 더 많은 것으로 확인되었다.

실측 대상 연안어업(꽃게자망, 낙지통발)과 근해어 업(참조기자망, 붉은대게통발)의 대상 어선별 현장실측 온실가스 배출량 대비 이론배출량의 비율이 연안어업은 0.96~1.24이고, 근해어업은 0.51~0.87로 조사되었다. 연 안어업어선의 현장실측 배출량과 이론 산정량의 차이는 상대적으로 적게 조사되었으나, 대상 근해어업어선은 이동거리와 항차별 조업기간이 길기 때문에 상대적 유 류 사용량이 많으므로 Tier1 산정값이 현장 실측값에 비 해 온실가스 배출량이 많은 것으로 나타났다.

연료소비량을 기반으로 현장실측을 통해 확인된 온실 가스 실측 배출계수는 연안어업이 2.49~3.2 kg CO₂/L로 근해어업(1.46~2.24 kg CO₂/L)에 비해 높았다. 이것은 연안어업의 조업패턴이 복잡하고, 짧은 조업시간 내 지 속적으로 고속 운행을 통해 배기가스 배출이 고농도로 유지되기 때문인 것으로 보인다. 단위어획물 당 온실가 스 배출량은 연안어업의 경우 현장실측값과 이론산정량 이 유사하거나 실측 배출량이 많은 수준이었으나, 근해 어업은 모두 이론 산정량(Tier1)이 많았다. 연안어업에 서 발생하는 단위 어획물 당 온실가스 발생량은 근해 어업에 비해 약 4~8배 높았다. 이것은 연안어업의 어선 및 어업규모가 작고 조업시간이 짧아 총 어획물 중량이 근해 어업에 비해 매우 적기 때문이었다.

결 론

정부는 국가 온실가스 감축 기본로드맵을 통해 각 부 문별 온실가스 감축 계획을 수립하였다. 어업 분야도 이러한 정부의 감축 노력에 부응하기 위한 세부 계획을 수립하여 온실가스를 줄이기 위한 노력을 하고 있다. 하지만 어선어업의 온실가스 배출량 연구는 대부분 국 가통계를 활용한 이론적인 배출량 산정과 관리에 머물 고 있다. 따라서 국내 어업분야의 온실가스 배출 관리를 위해서는 온실가스 배출량의 정확한 산정과 감축 정책 수립을 위한 기초자료의 확보가 필요하다.

본 연구는 연근해자망 및 통발어업어선의 연구대상 선박을 선정하고 각 어선의 실제 연료 사용량에 따른 온실가스 배출량 이론적 산정(Tier1)과 어선 배기가스 현장실측 온실 가스 배출량을 비교하고, 어획량 및 연료 사용량 원단위에 따른 온실가스 배출계수를 비교 ·분석 하였다. 본 연구의 결과는 어업의 업종에 따른 온실가스 배출관리와 감축 목표 및 저감 방안을 마련하고 현장 실측연구 방법 개발을 위한 기초자료로 활용하기 위하 여 수행하였다.

본 연구의 대상어업 대부분이 1 이하의 ‘현장실측 온 실가스배출량 대비 이론배출량 비율’을 갖는 것은 현장 실측치가 이론 배출량에 비해 적은 것을 의미한다. 하지 만 연안낙지통발어업과 같이 타 연구대상 업종과 크게 상이한 결과가 도출되는 것은 현장실측치와 이론산정치 의 불확도 영향으로 사료된다. 따라서 현장 실측치의 신뢰도 향상과 Tier1 이론 산정치의 정확도 향상을 위해 서는 장기간 연속측정 시 발생하는 측정기기의 불확도 요인을 제거하여야 할 것으로 판단된다. 또한 본 연구를 통해 일부 업종에 대한 현장실측 자료를 확보한 것은 의미가 있으나 해당 업종을 대표하기 위해서는 각 어업 의 선박 톤급 및 선형, 엔진 마력과 사용연수, 해황, 어 구, 조업 방식에 따른 표본 선박을 추가 선정하여, 반복 된 현장 실험을 통해 모집단을 대표할 수 있는 현장실측 결과와 배출계수를 생산하고 연료 소모량 및 현장 조업 중 실제 운용 형태(조업시, 항행시 등)에 따른 활동자료 의 정확도 검증이 필요할 것으로 판단된다.

추후 본 연구조사 방법을 적용하여 기타 연근해어업 어선 실측연구에 적용함으로써 국내 어선어업의 온실가 스 배출량 관리의 현장측정방법의 기초자료로 활용 가 능할 것으로 판단된다.