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이산화탄소 배출 저감에 기여하는 배관 소재폴리머 배관이 이산화탄소 배출 저감에 기여하는 정도는?
  • 한국에너지정보센터
  • 승인 2019.05.07 14:39
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폴리머 배관은 잘 휘는 성질이 있고 내식성, 내진성 등이 우수하다. 이에 다양한 분야에서 사용되고 있다. 폴리머 소재의 배관은 이러한 기능적 측면뿐 아니라 환경 측면에서도 장점이 있다. 이산화탄소 배출 저감에 기여하기 때문이다. 그렇다면 폴리머 소재의 배관이 어떻게 이산화탄소 배출을 줄일 수 있는지, 그 효과는 어느 정도인지 알아보자.

폴리머 배관 재료로는 폴리염화비닐관, 폴리에틸렌관, 폴리브텐관 등이 있다. 이들 배관은 수도관의 배수관, 급수관이나 가스관의 저압도관 등으로 널리쓰이고 있다. 폴리머 배관 재료의 공통된 특징은 가요성(可撓性, 휘는 성질)이 높고 내진성이 우수하다는 것이다. 다만 태양광선에 의해 열화되기 때문에 주로 매설관이나 실내 배관으로 쓰인다. 이 중 폴리염화비닐관은 내식성이 우수하여 일반 가정 주택 내의 배수설비나 하수도관 등에 널리 적용된다. 게다가 상수도관에서도 덕타일 주철관과 함께 광범위하게 사용된다.

이러한 장점으로 다양한 분야에 사용되고 있는 폴리머 배관. 특히 환경 보호와 에너지 절감에 대한 요구가 세계적으로 높아지는 추세에서 폴리머 배관은 환경 보호에 어떻게 기여할 수 있을까? 일본에서 배관 재료로 사용되는 폴리염화비닐관의 CO2 배출 삭감에 기여하는 정도를 정량적으로 파악하기 위해 진행한 평가 사례를 소개한다.

[사진 1] 폴리머 배관(PVC)

폴리머 배관이 CO2 배출 삭감에 공헌한다는 것을 유추할 수 있는 이유는 제조 과정에 있다. 폴리머 배관 제조 시 고온의 열을 사용하지 않으므로 에너지 소비량이 적기 때문이다. 참고로 배관 재료에 사용되는 화학제품으로는 염화비닐(EDC, 모노머, 폴리머), 고밀도 폴리에틸렌, 폴리브텐 등이 있다. 이 조사에서는 폴리머 배관의 CO2 배출 삭감에 기여하는 정도를 알아보기 위해 폴리머 배관의 원료 조달부터 제품 폐기까지의 과정에 대해 알아보았다. [그림 1]은 그 밸류체인을 도식화한 것이다.

[그림 1] 폴리머 배관의 원료 조달부터 제품 폐기까지의 과정

 

비교를 위한 조건 설정
이 조사에서는 다른 소재의 배관을 비교 대상으로 했다. 평가 대상이 되는 배관은 구경(口徑) 150mm의 폴리염화비닐수지(PVC)제의 배관이며, 비교 대상의 배관은 구경 150mm의 덕타일 주철제 배관이다. 두 배관 모두 라이프사이클을 고려한 CO2 배출량을 산정했다. 2010년 평가 대상 배관의 시장 점유율은 31.8%, 비교 대상 배관의 시장 점유율은 56.5%였다. 이 비교에서는 2020년에도 이 생산량을 유지할 것으로 상정했다.

단위 측면에서는 동일 길이인 경우 평가 대상 배관과 비교 대상 배관의 중량과 수명이 다르므로 단위는 1m를 기준으로 했다. 품질 조건의 경우 평가대상 배관은 PVC제의 배관, 비교 배관은 덕타일 주철제의 배관으로, 배수를 이송하는 용도로 쓰이는 경우 같은 성능을 발휘한다고 가정했다. 수명은 폴리염화비닐관을 50년, 덕타일 주철관을 45년으로 했다.

CO2 배출량 산정에 쓰인 데이터는 지난 2009년 업계 단체가 실시한 조사 데이터를 사용했으며, 2020년의 수요는 2005년의 생산 실적과 동일할 것으로 가정했다. 배출 삭감 공헌량은 대상이 되는 해(2020년) 1년간 제조된 제품을 라이프엔드까지 사용될 때의 CO2 배출 삭감 공헌량으로써 산정했다(사용 지역은 일본).

시스템의 경계는 대상 제품과 비교 대상 제품 모두 원료 조달, 제품 제조, 폐기 단계까지를 시스템 경계에 포함시켰다([그림 2] 참고). CO2 배출 삭감 공헌량은 화학산업에만 국한되지 않는다. 원료 조달에서 배관의 이용자를 통한 밸류 체인 전체에 귀속기 때문이다. 아래의 내용에서 배관이 사용된 단계는 설치된 상태(땅에 매립된 상태)이기 때문에 CO2 배출은 없다.

앞서 설정한 배관의 구경(口徑)은 150mm에서 폴리염화비닐관 1m 당 중량은 6.7kg, 덕타일 주철관 1m당 중량은 23.8kg이다. 배관 중량에 따른 수명을 고려하여 폴리염화비닐관을 50년, 덕타일 주철관을 45년으로 했다. 이 차이를 보정하면 폴리염화비닐관 1m(6.7kg) 당 26.4kg(50년÷45년×23.8kg/m)이 된다.

우선되는 경우가 있다. CO2 배출량 전체에 영향을 큰 미치는 주요 파라미터는 첫째가 제품 수명, 둘째가 중량이다. 따라서 중량과 수명을 평가의 전제조건으로 하여 강도나 안전성은 평과 결과로 연결시키지 않았다.

향후 시장 전망은 그 동안의 시나리오를 종합하여 분석했다. 그 결과 미래에 어떤 변화도 일어나지 않는다고 가정한(2005년의 CO2 삭감 공헌량을 적용) 2020년의 CO2 배출량의 산정을 베이스 케이스로 하여 진행했다. 이러한 전제 조건과 파라미터를 기반으로 한 CO2 배출량의 산정 결과는 다음과 같다.
 

폴리머 배관이 CO2 배출 감축에 기여하는 정도는?

평가 대상 배관과 비교 대상 배관 1m당 CO2 배출량 비교를 [표 2]에 정리했다. 배관의 원료 조달에서 제품 제조까지의 CO2 배출량을 비교해 보면 평가 대상 배관 1kg 당 원료 조달에서 제품 제조까지의 과정에서 평가 대상 배관의 CO2 배출량은 1.488kg-CO2이었다. 비교 배관의 CO2 배출량은 2.071kg-CO2였다.

다음으로 배관의 폐기 단계에서 발생하는 CO2의 양을 계산해 보았다. 평가 대상 배관과 비교 대상 배관의 1kg 당 폐기단계(매립 처분)의 CO2 배출량은 0.018kg-CO2로 했다. 이에 배관 1m 당 CO2 배출 삭감 공헌량의 평가는 다음과 같다. 평가 대상 제품과 비교 제품의 CO2 배출량의 차로 산출한 CO2 배출 삭감 공헌량은 45.059kg/m였다.

이 비교에서 2020년의 CO2 배출 삭감 공헌량은 다음과 같은 전제를 기반으로 산출된 것이다. 평가 대상 제품 1m 당 CO2 배출량은 10.090kg-CO2, 생산량은 493,092t이다. 평가 대상 제품의 CO2 총 배출량은 74만톤-CO2(10.090kg-CO2/m×493,092t÷6.7kg/m=743kt-CO2)가 된다.

물론 이와 같은 연구에 한계는 있다. 특정 두 제품을 선정하여 2020년의 일반적인 수요 예측을 기반으로 CO2 배출 삭감 공헌량을 산정했기 때문이다. 따라서 구경이 다른 배관, 제품 수명이나 교환 주기가 다른 경우, 시장 상황이 변동되는 경우에는 각각 다른 답이 도출될 수 있다 그러므로 다양한 제품과 경우의 수를 고려한 평가가 필요하다.

하지만 이러한 연구를 통해 알 수 있는 것은 환경 보호 측면에서 폴리머 소재 배관의 장점과 향후 발전 가능성이다. 따라서 소재의 기능 개선, 다양한 신소재 개발이 평가 연구와 상호보완의 관계로 작용함으javascript:newsWriteFormSubmit( this.document.newsWriteForm );로써 향후 에너지 절감과 환경 보호에 기여하는 소재의 발전과 신소재의 등장이 기대된다.

한국에너지정보센터  kecenter@hanmail.net

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