Recently, water infrastructures are regarded as one of main sources of greenhouse-gas (GHG) emis-sions in urban areas. In this research a mathematical models was developed to estimate GHG emissions from water infrastructures (i.e. sewer pipeline and rainwater management system) by applying life cycle assessment (LCA). The model was applied to sewer pipeline system in Daejeon metropolitan city (DMC), with actual installation and operation database, as a case study to quantify amounts of embodied, indirect, and direct emissions from each source. The comparison of emission factors (kgCO2eq/m) of different pipe materials (polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), concrete, and cast iron) with various diameters (150, 300, 450, 700, and 900 mm) showed that larger diameter pipes generate greater amounts of GHG emissions. Direct methane emission from operation stage was the most significant emission source covering ~62% of total GHG emissions (11.3×108 kgCO2eq in 20 years) from the sewer pipeline system in DMC. Based on scenario analysis, use of small diameter (<150 mm) was suggested for replacement and new construction of the pipeline system, which can reduce maximum 10.30% (1.16×108 kgCO2eq) of GHG emissions compared to these of current scenario.
Also, the model for rainwater management system was applied to low impact development (LID) ur-ban area in Asan Tanjung district (ATD) as a case study. The results showed that avoided GHG emissions caused by reduction effects (e.g. tap water substitution and vegetation CO2 absorption) are annually 1.95×104 kgCO2eq and a payback period of LID integrated management practices (IMPs) are 162 years. The sensitivity analysis was conducted to identify significant factors influencing overall GHG emissions in ATD, suggesting planting alternative vegetation (kamtsch or azalea) on LID IMPs. As a conclusion, the results of this research demonstrate usability and appropriateness of the models to quantify GHG emissions from uncovered emission sources of water infrastructures and suggest effective strategies for the mitigation of GHG emissions at the city scale.
오늘날 대기 중 온실가스 배출량 증가는 전세계적으로 주목 받고 있는 환경문제이다. 특히 물순환 사회기반시설물에서의 온실가스 배출량이 전체 배출량의 2.4~11% 수준으로 알려졌으며, 이에 대한 중요성이 점차 강조되고 있다. 본 연구에서는 온실가스 배출원 특성 및 저감방안 파악을 위하여 하수관거와 빗물관리시설물에 대한 온실가스 산정모델을 개발하였다. 산정모델은 대상 사회기반시설의 전과정의 환경영향을 분석할 수 있는 전과정평가 (Life cycle assessment) 방법론을 기반으로 개발되었으며, 도시 규모 (혹은 단지 규모) 지역의 시설물에 대한 통합적인 온실가스 배출원 평가 및 저감방안 제안을 가능하도록 수식으로 제시되었다.
하수관거 온실가스 산정 모델은 관의 종류(Polyvinyl chloride(PVC)관, polyethylene(PE)관, 콘크리트관, 주철관) 및 관경(150, 300, 450, 700, 900 mm)에 따른 배출량 산정이 가능하며, 처음으로 관거에서 배출되는 메탄가스를 도시규모로 산정할 수 있었다. 이를 대전시 하수관거체계에 적용하여 각 배출원 별 특성을 평가하였다. 산정 결과를 통해 대전시 하수관거체계에서는 운영단계에서 관거 내부의 생화학적 반응으로 인해 발생되는 메탄가스 발생량이 전체의 62% (11.3×108 kgCO2eq)로 가장 많은 부분을 차지함을 보였다. 이는 현재까지 간과되어오던 관거 내부 메탄가스 발생량이 도시전체 규모에서는 무시할 수 없는 규모임을 의미하고 있으며, 각 자재 생산단계에서 발생하는 배출량(16.1%, 1.82×108 kgCO2eq)의 6배이상임을 확인하였다. 각 온실가스 배출원에 대한 각 영향인자의 민감도 분석을 위한 Monte-Carlo Simulation이 수행되었으며, 주요 영향인자에 따른 시나리오 분석으로 가장 효과적인 온실가스 저감 방안이 도출되었다. 대전시 하수관거의 온실가스를 저감하기 위한 가장 효과적인 방법은 소구경 (<300 mm)의 PVC관과 콘크리트관을 사용하는 것으로 앞으로 계획된 신축 공사에 적용할 경우 기존 방법(PVC관 단일 사용) 대비 전체 온실가스 배출량의 8.51% 감축 (9.61×107 kgCO2eq)할 수 있을 것으로 기대된다.
빗물관리시설 온실가스 산정 모델은 다양한 저영향개발 (Low impact development) 시설물 (인공습지, 측구형 침투시설, 식생수로, 침투도랑, 빗물저장탱크), 강우량, 식생의 동화작용으로 인한 이산화탄소 흡수능력 등을 고려한 배출량 평가가 가능하다. 본 모델은 아산탕정 LID 시범지역을 대상으로 단지 규모 시설설치로 인한 온실가스 배출량 및 다양한 온실가스 저감 효과를 정량화하였다. 이를 통해, 연간 온실가스 배출 저감량(2.01×104 kgCO2eq/year)과 LID 시설의 배출량 상쇄기간은 98년임이 확인되었다. 또한 전체 배출량에 대한 각 영향인자의 민감도 분석을 통해, 식생의 이산화탄소 흡수능력이 가장 큰 영향(81.3%)이 있음을 확인하였다. 따라서 대체 식생(kamtsch 혹은 azalea)으로 바꾸는 것이 효과적인 배출저감 전략으로 제안될 수 있다.
본 연구에서는 물순환 사회기반시설의 온실가스 산정모델이 제안되었고, 사례 분석을 통한 본 모델의 유용성과 적합성을 확인하였다. 또한 하수관거에서의 기존에 밝혀지지 않은 온실가스 배출원을 규명할 수 있었으며, 빗물관시설의 배출저감 효과를 정량화 할 수 있었다. 이러한 모델은 수식으로 제시되어 각 영향 인자에 따른 민감도 분석이 가능하였으며, 이를 이용하여 최적의 온실가스 저감 방안을 제시할 수 있었다. 이는 앞으로 다른 물순환 사회기반시설 뿐 아니라 도시의 다양한 사회기반시설에도 응용되어 전세계적인 온실가스 저감 노력에 크게 기여할 수 있을 것이다.
