에틸렌에 대한 전과정 평가

김 창열, 박 선원

한국과학기술원 화학공학과

Life Cycle Assessment for the Ethylene

Chang-Ryol Kim and Sunwon Park

Dept. of Chem. Eng., KAIST

서 론

소비자가 구입하는 제품은 그 원료를 채취하고 가공□제조하고 다양한 유통경로를 거쳐 소비자의 손에 들어오기까지 많은 양의 자원과 에너지를 소비하고 다양한 형태로 환경오염을 발생시킨다. 그러므로 제품의 생산단계, 원료의 채취단계에서부터 환경에 우수한 제품, 환경에 적합한 제조공정, 환경과 친화적인 생활소비양식 등 환경을 고려하여 환경부하를 줄이려는 노력이 요구된다. 전과정평가(LCA : Life Cycle Assessment)는 이러한 요구에 부응하여 시간, 공간적으로 가장 폭넓게 환경에의 영향을 평가하여 환경부하를 줄일 수 있는 도구이다.

석유화학공업은 대규모 자본이 투입되는 콤비나트형 제조산업으로서 기술집약적이며 경기변동에 지극히 민감하다는 특징과 함께 세계적으로 품질이 표준화, 균일화되어 있어 교역이 쉽게 이루어지는 국제적 상품으로서 품질이나 가격차별화 보다는 가격경쟁력이 우선하는 특징을 가지고 있다. 또한 원유를 원료로 하는 산업으로서 석유에 대한 의존도가 대단히 높은 구조적인 특성으로 인하여 원유가격이 그 경쟁력을 좌우하고 있으므로 원료문제가 발전의 중요한 관건이다.

본 연구에서는 기능단위로서 석유화학의 기초유분으로서 가장 광범위하게 쓰이는 에틸렌 1000 kg을 기준으로 하여 석유화학 분야에 대한 전과정 평가기법의 연구를 수행하였다. 에틸렌을 조사하면서 에틸렌의 원료로 사용되는 나프타 공정에 대한 전과정 평가 기법의 목록 분석도 같이 조사하였고, 원유에 대한 목록 분석도 외국자료를 참고로 조사하여 분석하였다.

전과정 평가의 실제 적용 사례

가. 목적 및 범위 설정

1) 대 상

♠ 원유를 원료로 납사와 경유를 생산하는 정유 부분

♠ 납사를 공급원료로 해서 만들어지는 에틸렌 제품

Table 1 System and subsystems considered in this project

단 계		자 료	자료원	수집 방법
1. 원료 채취	오일채취	□유정으로부터의 거리 □국내에 도입되는 유정의 종류	□문헌	□문헌조사
2. Refi- nery 공정	reservoir tank	□공정도 □에너지 소비량 □STEAM 사용량, 스팀의 종류 □CHEMICAL 사용량 □오염물질의 종류와 양	□제조회사 내부자료 □각 기업체 에너지원단 위에 관한 자료 □국내 정유사의 환경 리포트	□문헌조사 □현장방문
	desalting process
	cdu process
	merox process
	recovery process
	common
3. NCC 공정	cracking heater	□공정도 □에너지 소비량 □STEAM 사용량, 스팀의 종류 □CHEMICAL 사용량 □오염물질의 종류와 양	□제조회사 내부자료 □각 업체 에너지 원단위에 관한 자료 □DAILY REPORT □CHEMICAL 사용실적 □부서별 폐수 배출 현황	□문헌조사 □현장방문
	distillate process
	chilling process
	demethanizer
	deethanizer
	depropanizer
	debutanizer
	common
4. 스팀 및 전기 제조 공정	degasfication	□공정도 □에너지 소비량 □환경오염 물질 배출	□문헌 □실사에 의한 자료	□문헌조사 □현장방문
	boiler
	turbine generator
	common

2) 시스템 경계

시스템 경계, 하위 시스템 경계는 아래와 같다.

Figure 1 System boundary for the ethylene production.

-. 시간적 범위 :  1991 - 1994

-. 공간적 범위 : 한국 전체

3) 기능단위

♠Ethylene 1000 kg을 기능단위로 결정한다.

4) 가 정

□각 단계마다 활용하는 자료원이 다르므로 전체적으로 일관성이 있는 것으로 가정하였다. 원료 채취와 유정으로부터 국내 정유사까지의 운송에 의한 환경 부하는 유럽과 같은 것으로 가정하였다.

□정유 공정의 저장 탱크로부터의 증발손실, 연결부위 손실 및 공정 압력 조절 용 flaring은 손실(missing)로 가정하였다.

□원료 및 부원료 투입에 제품생산의 차이는 손실로 가정하였고, 손실에 의한 환경 부하는 무시해도 좋을 정도로 작으므로, 무시하였다.

□상압 가열로의 집진 효율은 92 %로 가정하였다.

□원유 1 kg 의 발열량은 42 MJ로 가정하였다.

□벙커 C 유의 리터당 발열량은 9,900 Kcal/L로 가정하였다.

나. 목록 분석 결과

결 론

부족한 자료를 보충하기 위해서 많은 가정이 포함되었지만, 석유화학 산업의 기초 유분인 에틸렌에 대해서 전과정 평가의 목록분석( Life Cycle Inventory)을 수행하였다. 에틸렌을 기초유분으로 제품을 생산하는 기업체가 전과정 평가를 수행할 때  많은 도움이 될 것이라 생각된다.

국내에서 생산되는 에틸렌 공정과 나프타를 생산하는 정유공정의 특징은 석유화학 단지 내에 사용되어지고 있는 연료들이 청정연료( LNG )가 쓰여지고 있기 때문에 생산 공정 단계에서 환경 배출물은 국외에서 만들어진 제품들보다 적다고 볼 수 있다. 이러한 환경적 우위에 있는 국내 실정을 전과정 평가 기법을 통해서 정량적으로 보여줄 수 있을 것이다.

전과정 평가의 목록 분석 뿐만 아니라 전과정 평가 기법의 영향평가와 해석(Interpretation)을 통해서 환경배출물에 대한 체계적인 관리를 할 수 있는 방법을 찾는 연구도 필요할 것이다.

<Acknowledgement>

이 연구는 환경부의 G7 과제의 일부로 수행된 것입니다.

Reference

1. PWMI/APME, "Oil production non-North sea (PWMI)", Ecoprofiles of the European Plastics Industry Report 2, table 12, page 8, PReConsultants, Amersfoort, The Netherlands, 1992-1994

2. '96 화학연감, 화학 경제 연구원, 60-61, 1995

3. 석유연보, 대한 석유 협회, pp 403-479, 1995

4. Proceeding of the Workshop Life Cycle Assessment and the Working Environment (Cheniewinkel Univ. of Amsterdam )

5. Environmental Life Cycle Assessment of Product Guide 1992. 8. (National Reuse of waste research programme NOH )

6. International Experience of Environmentally Sound Product Development Based on Life Cycle Assessment ( Swedish Waste Research Council )

7. Resource, Conservation & Recycling - Electricity Supply Industry in North America (ELSEVIER )

8. Life-Cycle Assessment Data Quality : A Conceptual Framework ( SETAC and SETAC Foundation for Environmental Education )

9. Towards a General Framework for LCA ( Leiden Univ. )

10. What Can We Do With LCA? ( I. Boustead )

11. LCA of Product : Development in LCA Methodology ( Leiden Univ. )