온실가스 배출량 산정, 굴뚝 내 '유속'이 최대 변수
온실가스 배출량 산정, 굴뚝 내 '유속'이 최대 변수
  • 함예솔
  • 승인 2020.11.19 23:55
  • 조회수 340
  • 댓글 0
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한국표준과학연구원(KRISS)이 국내 산업·발전 현장의 온실가스 배출량을 정확히 측정할 핵심 기술을 개발했습니다.

S형 피토관(굴뚝 유속계). 출처: 한국표준과학연구원
S형 피토관(굴뚝 유속계). 출처: 한국표준과학연구원

KRISS 열유체표준그룹 강웅 책임연구원팀은 국내 산업·발전 현장의 굴뚝에서 배출되는 온실가스 총량을 결정하는 중요 요소인 '배출유량'의 평가 기술을 개발했습니다. 연구팀은 배출유량의 결정 요소 가운데 굴뚝 내 '유속'의 측정불확도가 가장 크다는 것을 국내 최초로 밝혔습니다. 깨끗한 대기 환경 개선, 온실가스배출권 거래제도의 신뢰성 향상 등이 기대됩니다. 해당 연구는 <Metrologia>에 게재됐습니다. 

 

온실가스 배출량 산정 

 

세계 각국은 온실가스 배출량 감소를 위해 노력하고 있습니다. 한국은 온실가스 배출량 세계 10위권으로, 2015년부터 온실가스 배출권거래제를 시행하고 있습니다. 온실가스 배출량의 초과량 또는 감축량에 따라 천문학적 단위의 금액이 오가기에, 배출량 산정의 정확성과 공정성은 매우 중요합니다.

 

온실가스 배출량 측정법은 계산법과 실측법, 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다. 계산법은 연료사용량과 배출계수를 이용한 이론적 방법입니다. 실측법인 연속측정방법은 온실가스의 배출농도와 유량을 직접 측정하는 실험적 방법으로, 농도와 유량을 곱해 몇 킬로그램의 온실가스가 배출되는지 정확히 알 수 있습니다.

온실가스 배출량 산출 방법. 출처: 한국표준과학연구원
온실가스 배출량 산출 방법. 출처: 한국표준과학연구원

연속측정방법이 정확함에도, 계산법이 주로 사용된 이유는 무엇일까요? 배출농도 연구와 비교할 때 배출유량에 대한 연구가 많이 이뤄지지 않았기 때문입니다. 배출유량은 굴뚝의 구조, 굴뚝 내부 유속분포 및 운영조건 등에 영향을 받아 정확한 측정이 매우 어렵습니다. 배출유량의 정확성은 굴뚝의 지름, 압력, 온도, 수분량 및 유속 등의 요인들을 얼마나 정확하게 측정했는지에 따라서 결정됩니다.

연속측정방법에 따른 굴뚝 배출유량 불확도 평가 결과. 출처: 한국표준과학연구원
연속측정방법에 따른 굴뚝 배출유량 불확도 평가 결과. 출처: 한국표준과학연구원

굴뚝 배출유량은 5 %~10 % 정도의 불확도로 예측돼왔습니다. 불확도란 측정값을 얼마나 신뢰할 수 있는지에 대한 지표입니다. 어떤 변수의 불확도가 크다는 것은 측정할 때마다 오차가 커질 수 있다는 뜻입니다. 측정결과의 신뢰성을 높이려면 불확도를 줄여야 합니다. 현재까지는 굴뚝에서 측정한 실시간 측정 결과를 사용해 배출유량 불확도 평가가 상세하게 이뤄진 적이 없었습니다.              

 

굴뚝 내 '유속', 최대 변수

S형 피토관을 이용하여 측정한 굴뚝 현장 및 굴뚝 반경 방향 유속분포. 출처: 한국표준과학연구원
S형 피토관을 이용하여 측정한 굴뚝 현장 및 굴뚝 반경 방향 유속분포. 출처: 한국표준과학연구원

KRISS 강웅 책임연구원팀은 유체·유동 표준분야 세계 순위권의 측정 기술력을 바탕으로 문제를 해결했습니다. 연구팀은 국내 발전소에서 주로 사용하는 S형 피토관을 이용, 굴뚝 내부 위치에 따른 유속분포를 측정했습니다. 발전소 현장의 굴뚝원격감시체계의 실측자료를 이용, 국제표준화기구의 지침(ISO-GUM)에 근거해 확립한 유속측정 불확도모델식을 통해 불확도 평가를 수행했습니다.

 

  • 굴뚝원격감시체계(CleanSYS)

국내 사업장 굴뚝에서 배출되는 대기오염물질을 실시간으로 측정·관리하는 체계입니다.

  • 유속측정 불확도모델식

유속측정 이론식을 바탕으로 불확도를 추정하기 위한 방정식입니다.

이를 통해 국내 산업·발전현장의 굴뚝 배출유량 측정불확도가 3.8 %(k=2, 신뢰수준 약 95 %) 수준이며 가장 큰 불확도 요소는 굴뚝 내 유속측정 성분임을 최초로 밝혔습니다.

KRISS 연구팀이 굴뚝을 모사한 장치로 실험을 진행하고 있다. 출처: 한국표준과학연구원
KRISS 연구팀이 굴뚝을 모사한 장치로 실험을 진행하고 있다. 출처: 한국표준과학연구원

KRISS 강웅 책임연구원은 "국가 온실가스 배출규제에 적극적인 미국, 중국의 표준기관과 공동연구를 진행 중"이라며 "현재 개발하고 있는 3차원 굴뚝 유속계 측정기술과 굴뚝배출가스 측정표준테스트베드 구축을 통해 온실가스 배출량 거래의 신뢰성과 공정성을 높일 것"이라고 밝혔습니다.


##참고자료##

 


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