환경 전 과정 평가 (Environmental Lifecycle Assessment) - 전 과정 목록 분석 (LCI)

1) 전 과정 목록 분석
- 데이터 수집 및 검증
- 환경 부하의 정량적 계산 및 목록화
- ISO 14040 의 전 과정 목록 분석 과정
  1. 목적 및 범위 정의
  2. 데이터 수집 준비
  3. 데이터 수집
  4. 데이터 검증
  5. 단위 공정으로 데이터 연결 - 일부 데이터 할당
  6. 기능 단위로 데이터 연결
  7. 데이터 통합
  8. 시스템 경계 재조정 - 데이터 수집 양식 재조정
- 결과물 : 완성된 목록

2) 데이터 수집 준비
- 단위 공정 결정 > 공정 흐름도 작성 > 정형화된 데이터 수집 양식 작성
1. 단위 공정 결정
- 연구의 목적을 고려하여 단위 공정의 수준을 결정
- 기존 데이터 관리 현황을 반영하여 단위공정의 세부수준을 결정
2. 공정 흐름도 작성
- 단위 공정 간 input (물질, 에너지) 및 output (폐기물, 대기배출물, 수계배출물) 흐름을 연결
3. 데이터 수집 양식 작성
- 단위 공정 별 수집 데이터 항목 나열
- 투입물 / 단위 / 양 / 공급처
- 산출물 / 단위 / 양 …
- 주요 데이터 환산인자 나열
- 필요 시 설문지 작성

3) 데이터 수집

3.1 투입물과 산출물에 대한 데이터 범주 (Data Category)

 

1. 투입물

• 원료 및 보조 물질 -> ERP MM
• 연료 및 에너지 (전기 포함) -> MII
• 수송 물동량 -> ERP TM
• 기타 물리적 인자 (밀도, 발열량 등) -> QM

2. 산출물
- 제품 및 부산물
- 대기배출물 (온실가스 포함)
- 수계배출물
- 폐기물
- 기타 환경오염물
- 수집 데이터 정보

 

3.2 수집 데이터 정보

1. 기본 정보 : 데이터 범주, 명칭, 양, 단위

- 데이터 범주 : 투입물 (원료, 보조물질, 에너지 및 연료) / 산출물 (제품, 부산물, 대기배출물, 수계배출물, 폐기물)

- 명칭 : 국제적으로 통용되는 관용명 사용 + 추가로 회사에서 사용되는 이름 (코드)

- 양 : 콤마와 소수점 구분하여 작성

- 단위 : 단위 환산에 주의할 것

2. 부가 정보 : 수집 및 생성 연도, 작성 기간, 작성 지역, 수송 및 유통 방식, 데이터 출처, 작성자 인적사항, 단위공정 기술 개요 등

- 수집 및 생성 연도 : 작성 연도와 수집 연도를 구분할 것

- 작성 기간 : 계절성이 있는 경우 작성 기간은 12개월. 비상상황으로 인해 조업이 중단된 경우는 제외 한다. 

- 작성 지역 : 작성 위치 기록 -> 수송 거리 및 상위 흐름 데이터 베이스 선택시 필요

- 수송 방식 : 수송 모드, 수송 거리, 유통 방식

- 데이터 출처 : 작성 부서, 데이터 기록 문서 정보. (ex. 투입물 -> 구매부서, 생산부서)

- 작성자 인적 사항 : 작성자, 연락처, 이메일 주소 -> 데이터 재현성 검증

- 단위공정 기술 개요 : 단위공정의 특성 및 경계. 중복 계산 방지. 

 

3.3 데이터 품질평가 수행

- 단위공정 별로 데이터의 품질평가를 수행하여 단위 공정 데이터의 품질이 적합하지 않으면 다시 수집

- 품질지표 : 시간적 범위, 지역적 범위, 기술적 범위, 완전성 

 

4) 데이터 검증

- 데이터 검증은 물질 수지 (mass balance) 혹은 에너지 수지 (energy balance) 에 의한 검증 방식이 기본

- 데이터 검증이 완료되어야 계산이 수행될 수 있다. 

 

4.1 물질 수지 검증

- 투입물과 산출물의 인과관계를 통해 질량 보존의 법칙을 만족하는지를 확인하는 과정

- 물질 수지 검증 대상 원칙

1. 무게 단위로 전환할 수 있는 투입물 혹은 산출물 (ex. 전기 X)

2. 단위공정을 경계로 들어오거나 나가는 투입물 혹은 산출물 (ex. 단위 공정 내 순환 흐름 X)

- 물질 수지 검증

1. 데이터 입력 오류 확인

2. 데이터 누락 및 중복 

3. 내부 순환흐름 여부

4. 대기 배출물 누락

 

4.2 에너지 수지 검증

- 단위 공정의 산출물이 에너지인 경우 수행됨

1. 에너지 종류 : 운동/위치/전기/열/화학/소리/핵/빛 에너지 -> LCA 과정에서는 전기/열 에너지 분석

2. 에너지 단위 : cal, J, Btu

3. 열량 및 효율 계산 :

- 열량 = 질량 * 비열 (물질 1g 의 온도를 1도 높이는데 사용되는 열량) * 온도 변화

- 에너지 효율 = 보일러에서 생산된 스팀의 열량 / 보일러에 투입된 연료의 열량

 

5) 데이터 계산

- 검증된 데이터를 단위 공정 별로 연결 (할당 및 원단위로 전환)

- 기능단위당으로 데이터를 환산

- 단위 공정들의 목록항목별로 데이터를 통합 (Gate to Gate)

 

5.1 할당

- 다중 투입 (A, B -> C), 다중 산출 (A -> B, C), 재활용의 경우에는 투입물과 산출물에 대한 할당을 수행한다. 

- 할당의 원칙은 ISO 14044:2006 에서 언급한 3 단계 원칙을 활용한다. 

1. 할당 회피 : 제품 시스템 경계 확장 혹은 단위 공정을 세분화 하여 가능한 할당은 수행하지 않는다. 

2. 물리적 인자를 적용한 할당 : 무게, 부피, 에너지 함량 등 물리적 인자를 적용한다.

3. 기타 인자를 적용한 할당 : 경제적 가치 등의 기타 인자를 적용할 수 있으나 EPD 지침 등을 적용해야 하는 경우에는 부산물과 주산물의 경제적 가치가 25% 를 넘는 경우 경제적 가치를 기준으로 할당을 수행하도록 한다.

- 할당은 아래와 같이 수행한다.

1. 다중 산출 : 하나의 투입물로 부터 다양한 산출물이 나오는 경우 - 물리적 / 기타 인자를 활용해 할당 한다. (ex. 연속 공정 내 단위 공정 별 다중 산출 / 동일 공정에서 일부 원료가 다른 다중 산출)

2. 다중 투입 : 다양한 투입물로 부터 하나의 산출물이 나오는 경우 - 물리적 / 기타 인자를 활용해 할당 한다. (ex. 다양한 제품으로 부터 발생한 동일한 폐기물, 폐수를 제품의 폐기 공정에 할당 하는 경우, 열회수 소각에서 다양한 폐기물의 탄소 함량을 기준으로 탄소 배출량을 계산하는 경우)

3. 열린 고리 재활용 : 재활용 시스템의 할당은 ISO TR 14049:2012 를 준용한다. 

=> 닫힌 고리 재활용 (Closed-loop recycling) : 단위 공정 내에서 재활용 되므로 할당 대상이 아님 

=> 닫힌 고리 재활용 절차를 가진 열린고리 재활용 (Open-loop with closed-loop recycling procedure) : 제품 시스템 간에 경계를 넘나드는 경우 제품 시스템 경계를 확장하여 할당을 회피한다.

=> 열린 고리 재활용 (Open-loop recycling) : ISO 14067:2018 은 재생재 사용시 발생하는 환경 부하를 품질 저하 비율, 재활용 횟수를 고려 하여 후속 제품 시스템에 부과할 수 있다. 

 

5.2 단위 공정으로 데이터 연결

- 검증과 할당 이후 원단위 (basic unit) 으로 전환한다

- ex. 오렌지 주스 총 생산량 900 t -> 원 단위 (basic unit) 1t 기준으로 투입/산출물 환산

 

5.3 기능단위 데이터로 연결

- 원단위 (basic unit) 에서 기능 단위 기준으로 환산한다.

- ex. 오렌지 주스 원 단위 (basic unit) 1t -> 기능 단위 1000ml 기준으로 투입/산출물 환산 

 

5.4 데이터 통합

- 기능 단위로 환산된 단위 공정 별 데이터의 통합 

 

6) 전과정 목록 작성

- 전과정 목록 = 상위 흐름 LCI + Gate to Gate + 하위 흐름 LCI

 

6.1 상/하위흐름 데이터 수집

- LCI DB 를 활용 (ex. Ecoinvent, EU Joint Research Center, LCDN, UN GLAD)

- 국가 LCI DB (ex. 한국환경산업기술원 환경성적표지, 한국생산기술연구원 국가청정생산지원센터)

- UUID (Universally Unique IDentifer) 를 기준으로 데이터 항목을 관리

- LCI DB 양식 : ILCD, Eco-spold 2 (XML - ecoinvent) , JSON-LD (OpenLCA)

 

6.2 전과정 목록표 작성

- LCI 결과 : 대상 시스템의 전과정 (Cradle to Cradle) 동안에 투입물과 산출물의 기본흐름들로 구성된 전과정 목록표

- LCI 다음단계인 LCIA 의 기초자료

- LCI 소프트웨어를 활용한 전과정 목록표 작성

- 국내 LCA 소프트웨어 : 한국환경산업기술원 TOTAL / 한국생산기술연구원 국가청정생산지원센터 PASS

- LCI DB 내장 및 ILCD, Eco-Spold 포맷으로 작성

- Eco-Spold : https://ecoinvent.org/the-ecoinvent-database/data-formats/ecospold2/

- ILCD : https://sphera.com/2022/xml-data/processes/78c42843-4d59-4805-9ece-22599f0a86ac.xml