Increased greenhouse gas emissions due to vibrant human activities have caused high frequency and intensity of extreme climate events. Especially in urban areas, a variety of environmental problems has been raised as the contributor to climate changes, and food waste treatment is one of the primary concerns. Various alternatives have been discussed since the strict prohibition of ocean dumping of food wastes in 2013. Among the alternatives, bio-energy system which treats food wastes and simultaneously uses them to produce energy is gaining growing attention. Although many bio-energy plants in Korea are centralized systems because of their economic advantages, various problems associated with expensive initial investment costs, maintenance costs, methane yields, low gas production rates, and the deficient by-product supply are frequently raised. As a countermeasure, it is necessary to introduce a more efficient energy system. In this study, a pilot-scale decentralized bio-energy system is suggested as an alternative, and life cycle analysis is used to verify its economic and environmental feasibilities and to improve its economic disadvantages in operation and maintenance. To improve economic feasibility of decentralized system, primary influence fac-tors of Life Cycle Cost (LCC) are determined through Monte Calro Analysis. In installation costs, the primary influence factors are found to be treatment facilities, civil construction, and land formation, and in operation costs, the primary influence factors are food waste transportation cost, maintenance cost, and labor cost. Reduction in the cost of primary influence factors enables the design of urban regenerative, decentralized small scale bio-energy system. Based on the case study in this paper, decentralized system is proved to reduce the initial construction cost by 55%. Through life cycle cost analysis of centralized and decentralized urban regenerative bio-energy system with study period of 20 years using Net Present Value (NPV), Benefit-to-Cost Ratio (B/C), and Internal Rate of Return (IRR), centralized system is evaluated as more economical system. However, decentralized system is proven to have economic advantage to the centralized system if designed above a certain ca-pacity or scale. Based on the case study in this paper, decentralized system is expected to have a comparable economic feasibility to centralized system if additional benefits equivalent to 5% of the construction cost are generated. A comprehensive network between decentralized bio-energy system and community driven green infrastructures (urban farm, therapy garden, etc.) can be introduced to create additional not only economic but also social benefits by using the generated energy as fertilizer to induce social activities and to improve social welfare of the communities. This paper attempts to suggest a guideline of urban regeneration concept for the urban application of decentralized bio-energy system using LCA and LCC analysis and expects urban regeneration bio-energy system using food wastes to contribute to building a sustainable and green city.
기후변화로 인한 극한 기후사상의 빈도 및 강도가 증가되고 있으며 이러한 기후변화의 근본적인 원인은 인간활동에 의한 온실가스 배출의 증가이다. 도심에서는 기후변화에 영향을 미치는 심각한 환경문제들이 점점 더 심각하게 대두되고 있으며 이중 하나는 음식폐기물 처리문제이다. 2013년 폐기물의 해양투기 전면금지에 따라서 도시 음식폐기물 처리를 위한 다양한 자원화 방안들이 모색되고 있지만 그 중에서도 폐기물을 처리함과 동시에 에너지를 발생하는 폐기물에너지화 형태의 바이오에너지 시스템에 대한 관심이 급증하고 있으며 설치.운영 되고 있다. 하지만 이러한 바이오에너지 시스템 형태의 시설은 규모의 경제성에 의하여 주로 대규모 집중형 형태로 설치/운영되고 있으나 이는 높은 설치비용과, 운영비용, 메탄수율, 낮은 가스생산량, 부상물의 공급처부재로 인한 비 효율적인 운영 등으로 많은 문제점들이 발생되고 있다. 이에 대응하여 우리는 좀 더 효과적인 자원화 시설을 모색해 볼 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 도시재생기반 분산형 바이오에너지 시스템을 그 대안으로 제시하며 그 동안 경제성으로 설치운영에서 어려움이 있던 소규모 시스템의 효율적인 방향을 제시하기 위하여 Life Cycle Cost Analysis를 통해 전과정비용을 검토해보고 개선방안을 모색해보고자 하였다. 우선 환경성이 우수한 분산형시스템의 경제성을 확보하기 위한 방안을 모색하기 위하여 LCC(Life Cycle Cost)에 영향을 미치는 주요 영향인자를 Monte Calro Analysis를 통하여 주요 영향인자를 도출하였다. 주요영향인자는 설치비용에서는 처리설비, 토목건축, 토지조성으로 검토되었으며 운영비용에서는 폐기물수송운반비, 유지관리비, 인건비 순으로 검토되었다. 이와 같은 주요 영향인자 비용의 저감을 고려하여 설계 시 도시재생형태의 분산형 바이오에너지 시스템을 설계할 수 있다. 본 연구의 사례연구에서 도시재생형태의 분산형 바이오에너지 시스템의 경우 초기 건설비용에서 약 55%의 비용저감을 보였다. 집중형, 분산형, 도시재생 분산형 바이오에너지 시스템의 전과정비용평가를 통해 NPV, B/C, IRR등을 도출 한 결과 20년 내구연한 기준으로 집중형 바이오에너지 시스템의 경제성이 더 우수하게 평가 되었으나 도시재생기반의 바이오에너지 시스템의 경우도 충분히 그 경제성을 확보하였으며 적정규모이상으로 시설을 설계할 경우 경제성이 집중형 시스템보다 좋게 평가 되었다. 본 사례연구에서는 분산형시스템의 년간 총 건설비의 5%정도의 금액이 추가편익으로 발생할 경우 집중형에 버금가는 경제성을 확보할 수 있는 것으로 도출되었다. 분산형 바이오에너지 시스템 추가적인 편익을 더 산출하기 위해서는 도시재생형태로의 분산형 바이오에너지 시설과 주민복지형 그린인프라(도시농장, 테라피농원 등)의 시스템간의 연계를 통해 배출원에서 발생되는 재생비료와 재생에너지원을 복지인프라에 사용하여 추가적인 경제성을 창출함과 동시에 커뮤니티를 조성하고 주거민의 삶의 질을 향상시키는 복지편익을 산출할 수 있는 방향을 제시하고자 하였다. 본 연구에서는 LCA (Life Cyle Alaysis)와 LCC (Life Cycle Cost) 분석기법을 통한 친환경적이고 Cost-effective한 대안선정을 통해 분산형 바이오에너지 시스템의 도심의 적용을 위한 도시재생기반의 개념적 디자인 가이드라인을 제시하고자 하였으며 지속가능한 방향성으로의 도시 음식폐기물의 처리를 통해 도심의 물질순환을 향상시키고 결과적으로 진정한 친환경녹색도시 구축을 이룰 수 있기를 기대해 본다.
