산업별 온실가스(GHG) 배출에 대한 이해와 종합 분석

종합 분석을 통해 산업별 온실가스(GHG) 배출이 미치는 영향을 알아보세요. 기후변화에 가장 크게 기여하는 핵심 산업 부문을 확인할 수 있습니다.

산업은 기후변화 대응에 있어 매우 중요한 역할을 합니다. 기업들이 온실가스(GHG) 배출을 줄이기 위해 선제적으로 노력할 경우, 사회적 지지를 얻을 수 있고, 정부 규제를 준수할 수 있을 뿐만 아니라 모두를 위한 더 나은 미래를 함께 만들어 갈 수 있습니다.

가장 많은 온실가스(GHG)를 배출하는 산업은 어디일까요? 그 배경에는 어떤 구조적 이유가 있을까요? 그리고 각 산업은 배출을 줄이기 위해 어떤 실질적인 변화를 만들어갈 수 있을까요?

온실가스(GHG) 배출은 지구 온난화를 유발합니다. 온실가스(GHG) 대기에 태양의 열을 가두고 우주로 빠져나가는 것을 막아 지구의 온도를 상승 시키며, 지구 전반에 걸쳐 광범위하고 때로는 파괴적인 변화를 초래합니다.

기후변화를 유발하는 주요 온실가스에는 이산화탄소(CO2), 메탄, 아산화질소, 불소계 가스가 있습니다. 이 가운데 인위적으로 배출된 이산화탄소(CO2)가 지구 온난화에 가장 큰 영향을 미칩니다. 메탄은 이산화탄소보다 더 강한 영향을 주지만, 대기중에 머무는 기간은 짧습니다. 아산화질소는 이산화탄소와 유사한 방식으로 작용하지만 상대적으로 배출량이 적은 편 입니다.

온실가스만 기후변화에 영향을 미치는 것은 아닙니다. 그을음(검댕)과 같은 다른 오염물질들도 지구의 온도에 각기 다른 영향을 미칩니다. 또한 태양 복사량의 변화나 화산활동 역시 장기적으로 전 지구적 기후에 영향을 줄 수 있습니다.

출처: Our World in Data

위의 그래프에서 볼 수 있듯이, 전 세계 온실가스 배출의 대부분 (73.2%)은 에너지 부문에서 발생합니다. 그 다음으로는 농업, 임업, 토지 이용 부문이 상당 부분 (18.2%)을 차지하며, 산업과 폐기물 관리 부문이 나무지 배출의 대부분을 담당하고 있습니다.

오늘 가이드에서는 온실가스 배출의 주요 발생원을 하나씩 살펴보겠습니다. 지금 바로 시작합니다.

에너지 부문에서 온실가스 배출이 가장 많은 것은 자연스러운 결과입니다. 석탄과 천연가스와 같이 가장 보편적이고 비용 효율적인 에너지 생산 방식의 핵심에는, 연료를 연소해 열을 생산하는 과정과 그에 따른 오염 물질 배출이 함께 존재하기 때문입니다.

각 산업 부문이 에너지를 사용하는 과정에서 어떤 방식으로 온실가스 배출이 발생하는지 자세하게 알아보겠습니다.

원자재를 철강으로 가공하는 공정은 엄청나게 에너지 집약적인 과정이며, 전 세계 온실가스 배출의 약 7.2%를 차지합니다. 동시에 철강은 인류가 의존하는 수많은 제품과 서비스 생산에 있어 필수적인 역할을 합니다.

1차 철강(새로 생산된 미사용 철강)은 고로(용광로)에서 생산됩니다. 제조사는 철광석, 석탄, 석회석, 철 스크랩과 같은 원자재로 공정을 시작합니다. 철광석은 석탄과 코크스와 같은 환원제를 사용해 철로 환원되며, 이후 이 철은 고로에서 강철으로 전환됩니다. 마지막으로 최종 납품을 위해 주조, 압연 및 코팅 공정을 거칩니다. 이름에서도 알 수 있듯이, 고로 공정은 가열과 운전에 아주 많은 에너지를 필요로 하는 극도로 에너지 집약적인 공정입니다.

재사용 철강 또는 2차 철강은 일반적으로 전기로 (Electric Arc Furnace, EAF)를 사용해 생산됩니다. 전기로는 전기를 이용해 철 스크랩을 용융하는 방식입니다. 이 과정에서 철 스크랩 외에도 다른 형태의 금속 철 원료가 함께 사용될 수 있으며, 최종적으로 원하는 화학적 조성을 맞추기 위해 합금 원소가 투입됩니다.

아래의 표는 철강 산업의 금속 완제품 생산 과정에서 석탄, 전기, 천연가스, 석유가 각각 어떻게 활용되는지를 나타냅니다.

출처: World Steel Association

이러한 투입 요소들은 온실가스를 발생시킬 뿐만 아니라, 철강 생산 총 비용의 20~~40%를 차지합니다. 따라서 에너지 효율을 개선하면 생산 비용을 절감하고 경쟁력을 강화시킬 수 있습니다.

철강 생산에는 항상 막대한 양의 열과 에너지가 필요하지만, 그 열과 에너지의 공급원은 바뀔 수 있습니다. 한편 1차 철강 생산은 본질적으로 환경 부담이 큰 공정입니다. 따라서 철강 재활용을 확대하고, 2차 철강을 생산하는 전기로(EAF)에 깨끗한 청정 전력을 공급할 수 있는 친환경 전력 기반을 구축하는 것이 명확한 우선 과제입니다.

미국의 에너지부(The US Department of Energy, DOE)는 철강 산업의 탈탄소화를 촉진하기 위해 ‘저배출 철강 제조 연구 프로그램(Low Emmissions Steel Manufacturing Research Program)을 출범시켰습니다. 이 프로그램의 주요 추진 방향은 다음과 같습니다.

화학 산업은 연료와 원료라는 두가지 주요 방식으로 에너지를 활용합니다.

연료(fuel)의 경우 비교적 명확합니다. 화학적 구성 요소를 실질적으로 활용가능한 화학 제품으로 전환하는데는 막대한 양의 에너지가 필요합니다. 고등학교 화학 시간에 배우듯이, 대부분의 화학물질은 본래의 상태를 유지하려는 경향이 있습니다. 이러한 물질의 변화를 유도하기 위해서는 열이나 다른 형태의 촉매를 가해야 합니다.

연료 측면에서의 화학 생산 탈탄소화는 첨단 반응기처럼 에너지 집약도가 낮은 공정을 도입하고, 저탄소 가열 공정을 적용하며, 수력·태양광 등 배출량이 낮은 에너지원을 사용하는 방식으로 달성할 수 있습니다.

화학 산업에서 공급 원료(feedstock)는 화학 완제품을 생산하는데 사용되는 투입 물질을 의미합니다. 아래 그래프에서 나타나듯, 석유, 가스, 석탄은 일상적으로 사용되는 다양한 화학 제품의 전구체(원재료)입니다. 원료의 상당 부분이 최종 제품에 들어가기 때문에 화학 산업은 산업 부문 중 에너지 소비가 가장 큰 분야이지만, 철강 산업보다는 CO2 배출량은 더 적습니다.

출처: International Energy Agency

화학 제품 생산 업체와 연구 기관들은 Sustainable Chemistry (지속가능 화학)를 통해 온실가스(GHG)를 배출하는 원료에 대한 의존도를 줄이기 위해 노력하고 있습니다. Sustainable Chemistry (지속가능 화학)이란, 다음과 같은 특성을 갖는 화학물질과 소재를 설계·개발·사용하는 것을 의미합니다.

국제화학단체협의회(International Council of Chemical Association, ICCA)의 Responsible Care 이니셔티브와 같은 프로그램들도 산업 전반을 더 친환경 적으로 전환하고 배출량을 줄이는데 기여하고 있습니다.

식품·음료·담배 산업만큼 투입물, 산출물, 공정 측면에서 다양한 분야는 아마 없을 것입니다. 하지만 도시 규모의 대규모 공장형 농장부터 동네 작은 빵집에 이르기까지, 모든 곳에서 에너지를 사용하며 온실가스(GHG)를 배출합니다.

에너지 투입에는 포장, 냉장 또는 냉동에 필요한 전력, 현장에서 운영되는 분쇄·제분 설비에 사용되는 연료, 그리고 식품을 건조·스팀 처리 및 굽는데 필요한 열에너지가 포함됩니다.

공정과 운영 규모가 매우 다양하기 때문에, 탈탄소화는 다양한 형태로 추진될 수 있습니다. 가장 큰 배출원은 가열 과정에서 발생하므로, 가열 공정의 탄소 집약도를 낮추는 것이 주요 과제입니다. 이에 따라 기업들은 다음과 같은 분야에서 혁신 방안을 모색하고 있습니다.

식품·음료 제조 과정을 더 효율적으로 만드는 훌륭한 방법이 궁금하신가요? 식품·음료 산업을 위한 제조 운영 관리(MOM) 소프트웨어에 대한 인사이트를 확인해보세요. 하버드 비즈니스 리뷰 (Harvard Business Review)에서도 최근에 언급했듯이, 식품·음료(F&B) 산업에서 디지털 전환은 지속가능성 목표를 달성하기 위한 핵심 요소 입니다.

건물에서의 에너지 사용은 전체 온실가스(GHG) 배출량의 17.5%를 차지합니다. 건물의 건설, 냉방, 난방, 조명 등 모든 부분에서 에너지가 사용됩니다.

이러한 문제는 날이 갈수록 더욱 심각해지고 있습니다. 전 세계 건물 연면적은 계속 증가하고 있으며, 개발 도상국의 생활 수준이 빠르게 향상되면서 에어컨, 난방기 등 각종 가전제품의 보급도 확대되고 있습니다. 또한 주택, HVAC(난방, 환기, 공조) 시스템, 가전제품은 한 번 설치되면 수년간 사용되기 때문에, 오늘의 선택이 미래 배출량에 큰 영향을 미치게 됩니다.

전 세계 각국 정부는 최소 성능 기준을 도입하고, 보다 광범위하면서도 더 엄격한 에너지 기준을 시행하고 있습니다. 또한 주거용 열 펌프, 통합형 태양에너지 시스템, 고효율 첨단 냉방 기술 등 보다 효율적이고 재생에너지 기반의 건물 기술도 개발되고 있습니다. 그러나 건물 부문이 넷제로(Net Zero) 목표에 부합하기 위해서는 이보다 더 많은 노력이 필요합니다.

대부분의 국가에서는 건물에 부착된 LEED 인증 명판을 통해 해당 건물이 지속 가능한 건물인지 직접 확인할 수 있습니다. LEED(Leadership in Energy and Environmental Design)는 전 세계에서 가장 널리 사용되는 친환경 건물 인증 평가 시스템입니다. LEED 인증을 획득한 건물은 설계와 시공 단계부터 환경(Environment), 사회(Social), 거버넌스(Governance) 목표가 반영되어 있습니다.

운송 부문은 전세계 온실가스(GHG) 배출의 주요 원인 중 하나입니다. 그리고 그 배출량의 대부분은 석유에서 비롯됩니다. 미국에서는 휘발유, 항공유, 석유 증류 연료 가 운송 부문 에너지 사용의 거의 90%를 차지하며, 해외에서도 이와 유사한 수준의 비중을 보입니다.

출처: U.S. Department of Energy

스탠포드 대학교는 운송 부문의 탈탄소화 및 개선을 위한 여섯가지 핵심 기회를 제시했습니다.

우리는 살아가기 위해 식량이 필요합니다. 하지만 식량 생산은 온실가스(GHG)를 배출하고, 이 온실가스는 사람이 살기 어려운 수준까지 지구 온도를 올리는 지구 온난화를 유발하고 있습니다. 농업·임업 및 토지 이용 부문에서 발생하는 온실가스 배출의 대부분은 가축 및 분뇨, 농경지 토양, 농작물 잔재 소각에서 비롯됩니다. 각 부문을 이해하고 그에 맞는 감축 방안을 마련한다면, 전 세계 온실가스 배출량을 크게 줄일 수 있습니다.

농업의 다양한 분야 전반에서, 미국 농업 연맹 (American Farm Bureau Federation, AFBF)과 같은 협회들은 보다 지속가능한 농업의 미래를 만들기 위해 노력하고 있습니다. AFBF는 현재 기후 스마트 농업, 탄소 시장, 재생에너지, 농업 연구, 그리고 지속가능성 분야 파트너십 구축 등 다양한 영역에서 활동하고 있습니다.

출처: Our World in Data

소가 방귀를 뀌어 대기가 따뜻해진다는 말은 대중적으로 널리 알려져 있지만, 이게 전부는 아닙니다. 가축 생산에서 발생하는 온실가스(GHG)의 주요 배출원에는 다음과 같은 것들이 포함됩니다.

캘리포니아 대학교 데이비스 (University of California, Davis)와 같은 기관을 포함해 전 세계의 농업 전문가들은 가축 부문의 온실가스(GHG) 배출을 줄이기 위해 적극적으로 노력하고 있습니다.

연구원들과 생산자들은 붉은 해조류(red seaweed)와 같은 메탄 저감 사료 첨가제를 도입하고 있으며, 소고기 1파운드 당 배출되는 메탄이 훨씬 적은 저메탄 소를 육종(품종 개량)하는 등등 다양한 기술과 실천 방안을 개발하고 적용하고 있습니다.

토지 이용 방식을 개선하면, 바이오매스와 토양에 CO2가 계속 저장되도록 유지하는 데 도움이 됩니다. 또한 소 품종 개량, 목초지 관리, 작물 기반 사료 활용, 수의 관리 개선과 같은 가축 생산성 향상은 토지 이용 수요 측면에서 개선에 기여하고 있습니다. 한편 공급 측면에서는 정부가 보다 엄격한 토지 이용 정책을 수립하고 시행 및 강화하고 있습니다.

마지막으로, 장기적으로 배출량 증가 추세를 완화할 수 있는 유일한 방법은 1인당 육류 소비량을 줄이는 것입니다. 소고기에서 닭고기나 생선으로 식단을 전환하고, 채소 위주의 식단을 확산하며, 식물성 대체육과 같은 대체 단백질을 개발하는 것은 모두 소비자 1인당 농업 탄소발자국을 줄이는 방법입니다.

토양은 온실가스 (GHG) 배출의 배출원이자 흡수원 역할을 모두 합니다.

농업에 토양을 활용할 경우, 농경지 토양 관리 과정에서 토양 내 질소 투입량이 증가할 수 있으며, 그 결과 아산화질소(N₂O) 배출이 늘어날 수 있습니다. 예를 들어 합성·유기 비료 살포, 질소 고정 작물 재배, 관개 방식과 같은 토양 관리 방식은 아산화질소 배출에 영향을 줄 수 있습니다.

관개, 경운(밭갈이), 휴경과 같은 다른 토양 관리 방식은 토양이 흡수하거나 저장하는 CO₂, 일산화탄소(CO), 메탄의 양을 늘리거나 줄일 수 있습니다. 다만 이러한 영향은 측정이 어렵기 때문에, 대부분의 탄소발자국 모델은 비료 사용으로 인한 배출량만 추정합니다.

농경지 토양에서 발생하는 온실가스(GHG) 배출은 작물에 필요한 만큼의 질소 비료만 적절히 사용하고, 재배 기간 동안 논의 물을 빼서 메탄 배출을 줄이는 방식으로 완화할 수 있습니다.

전통적인 농업 관행에서는 짚이나 줄기와 같은 농작물 잔재를 재배했던 밭에서 그대로 태우는 경우가 많습니다. 이러한 소각은 메탄과 아산화질소(N2O)를 대기 중으로 배출합니다. 유엔 식량농업기구(FAO)와 같은 국제기구가 장려하는 바와 같이, 인도와 중국 등에서 정책과 현장 관행이 더욱 개선된다면, 이러한 배출이 전 세계 온실가스 배출에 미치는 과도한 영향을 줄이는 데 도움이 될 것입니다.

앞서 산업 부문의 에너지 사용으로 인해 발생하는 온실가스(GHG) 배출에 대해 살펴보았습니다. 하지만 화학과 시멘트 산업은 최종 제품을 생산하는 공정 과정에서도 온실가스를 배출합니다.

화학 산업의 탈탄소화는 독특한 과제를 갖고 있습니다. 다른 대부분의 산업과 달리, 화학 산업의 배출량 상당 부분은 화석연료 연소로 인해 발생하지 않기 때문입니다. 화학 제품을 생산하는 데 사용되는 원료(feedstock)와 공정에서 사용하는 가스(gas)를 바꾸기 위해서는 재활용 소재, 포집 탄소, 기타 환원제 등을 활용하는 등 보다 창의적인 접근이 필요합니다.

천연가스와 석유 기반 원료(feedstock)를 최종 제품으로 전환하는 과정에서는 온실가스가 배출됩니다. 예를 들어 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔과 같은 올레핀(olefin)은 플라스틱, 세제, 코팅제 생산에 필수적인 전구체(원료 물질)입니다. 그러나 이를 생산하려면 에탄(ethane)과 같은 천연가스 액체(NGL)를 사용해야 하며, 이 전체 공정은 에너지와 탄소 집약도가 매우 높습니다.

폐가스, 바이오매스, 재생 천연가스(RNG), 수소와 같은 지속가능 원료(feedstock)를 포집하고 전환함으로써, 화학 산업은 넷제로(Net Zero) 미래를 향해 한 걸음 더 나아갈 수 있습니다.

인류는 지구상 어떤 재료보다도 콘크리트를 많이 생산하고 있으며, 중국과 인도와 같은 대규모 개발도상국의 성장으로 그 생산량은 계속 증가하고 있습니다.

콘크리트에서 모래나 쇄석을 서로 결합시키는 결합재인 시멘트는 생산 과정에서 막대한 에너지가 필요합니다. 석회석을 매우 높은 온도로 거대한 소성로(킬른)에서 가열해야 하며, 이 과정은 보통 화석연료를 사용해 이루어집니다. 또한 이 과정에서 부산물로 CO2가 배출됩니다. 시멘트 1kg을 생산할 때 CO2 1kg이 배출됩니다.

Scientific American은 지난해 시멘트와 콘크리트 생산 공정의 각 단계를 살펴보고, 각 단계의 탄소 집약도를 낮출 수 있는 방안을 정리한 보고서를 발표했습니다. 석회석 대신 현무암을 사용하는 등 더 나은 전구체(원료) 물질을 적용하고, 배출을 줄이기 위해 산소 농도가 높은 공기를 활용하거나 광물화 촉진제(mineralizers)를 추가하는 방법부터, 공정의 일부를 전기화해 전력망의 친환경 전원을 활용하고 운송 수단을 내연기관 차량에서 전기차(EV)로 전환하는 등 전기화를 확대하는 방안까지 다양한 대안이 제시됩니다. 또한 건축 기준 개선과 사용 종료(end-of-life) 단계에서의 계획 수립까지 병행된다면, 인류가 가진 가장 탄소 집약적인 공정 중 하나인 시멘트·콘크리트 생산도 시간이 지날수록 더욱 친환경적으로 전환될 수 있습니다.

Global Cement and Concrete Association(GCCA)와 같은 기관들은 전 세계적인 표준과 인증 제도를 통해 이러한 권고안을 적용함으로써, 넷제로(Net Zero) 미래를 구축하는 데 기여하고 있습니다.

만약 여러분의 회사가 이러한 산업 분야에 속해 있다면, 자사 공정에서 발생하는 배출량뿐 아니라 공급망에서 발생하는 배출량까지 이미 함께 검토하고 계실 가능성이 높습니다. 이는 복잡한 계산과 방대한 서류 작업이 수반되는 까다로운 업무이며, 사람의 실수로 인한 오류가 발생할 여지도 큽니다.

글래스돔의 제품 탄소발자국(Product Carbon Footprint) 플랫폼은 최첨단 소프트웨어와 단계별 가이드를 통해 지속가능성 관리를 보다 쉽게 만들고, 고객이 이를 효과적으로 수행할 수 있도록 지원합니다.