서 론

소형어선은 선체 길이가 12 m 이상 24 m 미만이며, 총 톤수 10톤 미만의 어선을 말한다(Kim et al., 2009;Choi et al., 2006). 2022년 기준 우리나라에 등록된 전체 어선 수는 64,385척이며, 그중 5톤(51,272척) 이상 10톤 (9,264척) 미만의 어선은 전체 어선의 약 83%를 차지하 고 있다(MOF, 2024). 10톤 미만 어선의 평균 선령은 6년에서 15년 사이이며, 이에 따라 어선의 주요 기간 및 엔진의 노후화가 진행되고 있다(Han et al., 2022). 어선의 노후화가 진행됨에 따라 기관 고장으로 인한 사 고가 증가하고 있으며(MTIS, 2024), 어선의 항해 및 조 업 시 많은 양의 유해물질이 발생 되어 소형어선의 온실 가스 배출 문제는 심각한 수준에 이르고 있다.

현재, 우리나라에서는 2030년까지 온실가스 배출량 을 18년(727.6백만톤) 대비 약 40% (291.0백만톤) 감축 하는 것을 목적으로 하고 있으며(Korea, 2021), 온실가 스 배출량을 줄이기 위한 국정과제 개설 및 연구가 진행 되고 있다. 어선의 온실가스 배출량 관련 연구로는 어선 의 연료 소비량을 이용한 온실가스 배출량 산정(Lee et al., 2010;Kim et al., 2014;Lee et al., 2014;Lee et al., 2018;Han et al., 2022;Hang. 2022), 양식장에서 발생하 는 온실가스 배출량 산정(Kim et al., 2014;Yang et al., 2015), 어선 배출가스 저감 필터 개발(Lee et al., 2014), 온실가스 배출량 평가(Jeong et al., 2012) 등 온실가스 배출량 산정과 원인분석 및 저감 방안 대책에 관한 연구 들이 주로 수행되었다.

하지만, 대부분의 연구에서는 어선의 연료 사용량을 활용하여 온실가스 배출량을 산정하는 이론적인 방법을 이용하고 있으며, 전과정평가 방법을 이용하여 온실가스 배출량을 간접적으로 산정하고 있다. 따라서, 실제 어선 의 항해 및 조업상황에 대한 온실가스 배출량의 실측치를 구명하는 연구는 부족한 실정이다. 이러한 문제를 해결하 기 위해서는 어선의 항해 및 조업상황을 모니터링 하여 실시간 발생하는 온실가스 배출량을 산정 및 검증하는 연구 및 기술 개발이 필요하다.

본 연구는 소형어선의 온실가스 배출량 모니터링 기 술 개발의 기초 연구로써, 블랙박스형 데이터 저장장치 를 통해 어선의 입·출항 및 조업상황(이동, 조업 준비, 조업)에 대한 어선의 전력소비량 분석하였으며, 이를 통 해 소형어선의 에너지 사용량과 온실가스 배출량을 파 악하였다.

재료 및 방법

10톤 미만의 소형어선의 경우 주로 연근해어업에 종 사하며, 연근해어업 중 하나인 갈치 채낚기어업을 대상 으로 온실가스 배출량을 파악하였다. 또한, 갈치 채낚기 어업의 실시간 에너지 소비량을 모니터링 하기 위하여 비접촉식 전력량계를 사용하여 주요 조업기기에 대한 소비전력을 측정하여 에너지 소비 패턴을 분석하였다 (Fig. 1). 갈치 채낚기어선(수성호, 9.77 ton)을 대상으로 2018년 6월 8일부터 6월 23일까지 10회 조사를 진행하 였고(Table 1), 블랙박스형 저장장치에 기록된 GPS 정 보를 기준으로 데이터를 분석하였다(Fig. 2). 블랙박스 형 저장장치는 GPS 위치 정보, 어선의 자세 정보 및 전력량 데이터를 수집하고, 수집된 자료를 암호화하여 LTE 통신 장비를 통해 정보를 송신하는 장치이다. 또한, 어선의 전력량 모니터링 장치는 전력 측정 센서 및 전력 량 측정기 모듈로 구성되었다.

전류측정센서는 Split core current transformer 장치로 공간적 제약과 안전을 위해 비접촉식방식이며, 전선에 전류가 흐르면서 발생하는 유도전류를 이용하여 측정하 였다(Fig. 3). 마이크로컨트롤러 제어부는 전류측정센서 의 4채널에서 측정한 데이터를 실시간으로 입력받아 SD카드에 저장하는 동시에 LCD 모니터에 출력한다. 전 력측정기는 3상 4선의 디지털 방식을 에너지 소비량이 높은 기기 순으로 측정하였다.

또한, 측정된 전력량을 이용하여 이동 및 조업 시 어 선에서 발생하는 에너지 사용량과 온실가스 배출량을 파악하였다. 먼저, 에너지 사용량은 식 (1)과 같이 산출 할 수 있다.

여기서, TOE (Ton of equivalent)는 국제에너지기구 (IEA)에서 정한 단위로 석유 환산톤이다. Calorific Value은 발열량이며, 22년 11월 기준 전력량에 대한 국 가 고유 발열량계수 값인 0.213 10^-3 toe/kWh을 이용하였 다(EG-TIPS, 2024). 온실가스 배출량은 식 (2)와 식 (3) 을 이용하여 구하였다.

여기서, Carbon emissions factor는 탄소배출량 계수 로 22년 11월 기준 전력량에 대한 국가 고유 탄소배출량 계수 값인 0.4403 tCO₂/MWh을 이용하였다(EG-TIPS, 2024). 또한, 수협의 어획량 자료를 바탕으로 1 kg 당 전력량을 식 (4)를 이용하여 구하였으며, 이를 바탕으로 1 kg 당 온실가스 배출량을 산정하였다.

결과 및 고찰

갈치 채낚기어선의 입·출항 및 조업에 따른 전력소비 량, 에너지 사용량, 온실가스 배출량의 실험 결과를 Table 2과 같이 나타내었다. 조사 기간 중 평균 입·출항 시간은 233.8분, 조업 시간은 485.5분, 전력소비량은 546.3 kWh로 나타났다. 일일 조업 시간에 따른 전력소 비량은 모니터링 기간중에서 9회차에 623.2 kWh로 가 장 높게 나타났으며, 7회차에는 253.5 kWh로 가장 낮게 나타났다. 일반적으로 조업 시간이 많을수록 총 전력소 비량이 높은 것으로 나타났지만, 5회차의 경우에는 조업 시간이 가장 많은데도 불구하고 총 전력소비량은 617.1 kWh로, 최대치보다 약 5.9 kWh 적은 것으로 나타났다. 이러한 이유는 조업 시간에 따른 영향도 있지만, 어선의 입·출항 시간에 따른 차이라고 판단된다.

갈치 채낚기어선에서 측정된 발전기의 전력량을 이용 하여 에너지 사용량과 온실가스 배출량을 계산하였다. 조사기간 동안, 갈치 채낚기어선의 일일 에너지 사용량 은 0.0540~0.1330 toe로 산정되었으며, 평균 에너지 사 용량은 0.116 toe로 산정되었습니다. 온실가스 배출량은 11.162~27.439 CO₂로 산정되었으며, 평균 온실가스 배 출량은 24.058 CO₂로 산정되었다. 최근 5년간 통계청 자료를 확인한 결과 갈치 채낚기어선의 평균 조업일수 는 137일이었으며(KOSTAT, 2023), 이 결과를 바탕으 로 본 연구에서는 갈치 채낚기어선의 연간 전력소비량 과 온실가스 배출량을 산정하였다. 갈치 채낚기어선의 연간 총 전력소비량은 74,842 kWh로 나타났으며, 에너 지 사용량은 15.9414 toe, 온실가스 배출량은 32,953.420 CO₂로 산정되었다. Bae et al. (2019)의 연구에서 근해채 낚기어선의 연간 온실가스 배출량은 13년도에 130,400 CO₂, 17년도에 140,220 CO₂로 나타났다. 본 연구 결과 에 비해 선행연구 결과가 상대적으로 높은 온실가스 배 출량을 나타내었는데, 이러한 이유는 근해 어업과 연안 어업의 조업 위치와 어선의 톤수 차이라고 판단된다. 연안 어업에 비해 근해 어업은 더 먼 바다에서 조업을 하며, 총 톤수 10톤 이상의 어선을 이용하기 때문에 입· 출항과 조업 시 더 많은 양의 전력과 유류를 사용한다. 따라서, 어선의 온실가스 배출량은 어선의 톤수, 조업 어장의 위치 등에 많은 영향을 받는 것으로 판단된다.

1 kg 당 에너지 소비량은 0.0002~0.0011 toe로 나타났 으며, 평균 에너지 소비량은 0.0006 toe로 산정되었다. 온 실가스 배출량은 0.050~0.230 CO₂/kg로 나타났으며, 평 균 온실가스 배출량은 0.135 CO₂/kg로 산정되었다(Table 3). Bae et al. (2019)의 선행연구에서 근해채낚기 어업은 다른 근해 어업에 비해 1 kg당 발생하는 온실가스 배출량 이 많다는 연구 결과가 있으며, Han et al. (2022)의 연구 에서 나타난 정치망과 죽방렴의 온실가스 배출량이 본 연구 결과보다 상대적으로 낮은 것으로 나타났다. 따라 서, 온실가스 배출량을 가장 많이 배출하는 어선은 채낚 기어선이며, 채낚기어선에서 온실가스 배출량을 저감 할 수 있는 방안 및 연구가 이루어져야 한다고 판단된다.

갈치 채낚기어선의 조업상황(이동, 조업 준비, 조업) 에 따른 주 발전기와 보조 발전기의 전력소비량을 측정 하였다(Table 4, Fig. 4). 주 발전기는 어선의 이동 및 조업 시 사용되었으며, 보조 발전기는 조업 시 집어등을 켤 때 사용되었다. 주 발전기의 이동 시 전력소비량은 6.7~11.8 kWh로 나타났으며, 평균 전력소비량은 9.9 kWh로 나타났다. 조업 시 주 발전기의 전력소비량은 5.1~7.7 kWh로 나타났으며, 평균 전력소비량은 5.9 kWh로 나타났다. 보조 발전기의 전력은 조업 시 집어등 을 가동할 때 나타났으며, 조업 시 보조 발전기의 전력소 비량은 57.9~95.4 kWh, 평균 전력소비량은 71.9 kWh로 나타났다. 주 발전기와 보조 발전기에서는 조업 시간이 지남에 따라 전력소비량은 서서히 감소하는 경향을 나 타내었다. 주 발전기보다 보조 발전기에서 상대적으로 전력소비량이 높게 나타나는데, 주 발전기의 경우 어선 의 프로펠러와 연결되어 어선의 추진력을 만들어 내는 주 엔진을 보조하는 발전기이며, 보조 발전기는 어선의 발전기와 연결되어 집어등의 전력을 생성하는 발전기이 기 때문에 보조 발전기가 주 발전기 보다 더 높은 전력소 비량을 나타낸 것으로 판단된다(Park, 2010;Son et al., 2017). 또한, 소형어선의 전력소비량은 기관 성능에 따 라 많은 차이를 나타내며, 전력소비량을 파악할 때는 어선의 입·출항 시간과 조업 시간 등 여러 가지 상황들 을 고려해야 한다.

어선 이동 시, 전력량에 따른 에너지 사용량은 0.0014~ 0.0025 toe로 나타났으며, 평균 에너지 사용량은 0.0021 toe로 나타났다. 이동 시 온실가스 배출량은 0.298~ 0.520 CO₂로 나타났으며, 평균 온실가스 배출량은 0.4389 CO₂로 나타났다. 조업 시 전력량에 따른 에너지 사용량은 0.0136~0.0216 toe로 나타났으며, 평균 에너지 사용량은 0.0166 toe로 나타났다. 조업 시 온실가스 배출 량은 2.814~4.457 CO₂로 나타났으며, 평균 온실가스 배 출량은 3.433 CO₂로 나타났다(Table 5). 따라서, 어선의 이동 시기보다 조업 중에 에너지 사용량과 온실가스 배 출량이 상대적으로 더 높게 나타났다. 이는 채낚기어선 이 조업 기간 동안 집어등을 사용해 어류를 유집하기 위해 주 발전기뿐만 아니라 보조 발전기까지 동시에 사 용하기 때문인 것으로 판단된다.

결 론

본 논문은 소형어선의 항해 및 조업상황에 따른 실측 온실가스 배출량을 파악하기 위한 연구로 블랙박스형 저장장치를 이용하여 갈치 채낚기어선의 입·출항 및 조 업상황에 따른 전력소비량, 에너지 소비량, 온실가스 배 출량을 분석하였다. 갈치 채낚기어선의 평균 조업 시간 은 485.5분, 평균 전력소비량은 546.3 kWh로 나타났다. 평균 에너지 소비량과 온실가스 배출량은 각각 0.1164 toe, 24.0576 CO₂로 산정되었으며, 1 kg 당 평균 에너지 소비량은 0.0006 toe, 온실가스 배출량은 0.135 CO₂/kg 로 산정되었다. 갈치 채낚기어선에서 주 발전기의 전력 소비량은 조업 시 5.9 kWh, 이동 시 99.7 kWh로 나타났으 며, 보조 발전기의 전력소비량은 조업 시 719.4 kWh로 나타났다. 연간 총 전력 소비량은 71,019 kWh, 에너지 사용량은 15.0800 toe, 온실가스 배출량은 3,127.540 CO₂ 로 산정되었다. 갈치 채낚기어선의 전력소비량은 기관 성능에 따라 많은 차이를 나타내며, 조업 시 전력소비량 은 주 발전기와 보조 발전기의 가동 유무가 중요하며, 본 연구에서는 어선의 입·출항 및 조업상황에 따른 실측 온실가스 배출량을 파악함에 따라 어선의 온실가스 배 출량과 저감 연구 등에 대한 기초 자료로 이용되어 질 수 있을 것으로 판단된다.