Research Paper

Resources Recycling. 28 February 2025. 21-32
https://doi.org/10.7844/kirr.2025.34.1.21

ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 본 론

  •   2.1. A-LCA 동향

  •   2.2. 선행연구 및 주요 할당 방법론

  •   2.3. 할당방식에 따른 내재 온실가스 차이 산정

  • 3. 결 론

1. 서 론

UN은 2000년에 수립한 새천년개발목표(MDG, Millennium Development Goals)의 기간이 만료되는 시점인 2015년, 기존의 목표를 보완한 지속가능발전목표(SDGs, Sustainable Development Goals)를 발표하였다. SDGs는 17개의 지속가능목표와 169개의 세부목표, 그리고 232개의 지표로 구성되어 있으며, 17개의 SDGs 중 2/3 이상이 자동차 산업의 영향을 받는다1,2). 이 중 대다수는 범지구적인 문제로 인류에게 심각한 위협을 주는 기후변화와 관련되어 있다. 자동차 생산, 사용, 폐기 과정에서 배출되는 온실가스와 자원 소비는 기후변화와 자원 고갈 문제를 야기시킨다. Table 1은 SDGs와 자동차산업의 연관성을 정리한 것이다.

Table 1.

SDGs Relate to The Automotive Industry

SDGs Automotive Industry
SDG7
Affordable and Clean Energy
- Analyze energy efficiency during the manufacturing, use, and disposal processes of electric
  vehicles (EVs) and fuel cell vehicles (FCVs)
- Expand the use of renewable energy sources and optimize energy consumption
SDG9
Industry, Innovation,
and Infrastructure
- Promote the adoption of sustainable manufacturing technologies and eco-friendly designs
- Enhance innovative recycling technologies and resource efficiency in automobile manufacturing
  processes
SDG11
Sustainable Cities and
Communities
- Build sustainable urban transportation systems to reduce air pollution and greenhouse gas
  emissions
- Improve urban waste management and recycling systems
SDG12
Responsible Consumption
and Production
- Foster resource circulation through recycling of automotive parts and material savings
- Ensure sustainable consumption and production through life cycle assessments
SDG13
Climate Action
- Conduct life cycle greenhouse gas emissions analysis for automobiles to support climate change
  mitigation
- Propose improvements by comparing emissions from internal combustion engine vehicles,
  electric vehicles, and fuel cell vehicles
SDG15
Life on Land
- Promote sustainable mining and recycling of critical materials such as lithium and cobalt
- Minimize ecological damage and protect biodiversity caused by resource extraction

전 세계는 지속적으로 증가하고 있는 자동차 산업과 관련된 온실가스 배출을 완화하기 위해 자동차 관련 온실가스 감축 정책을 시행해 오고 있다. 배출 목표제, 연비규제, 친환경자동차 전환 및 인프라 구축 등 다양한 유형의 자동차 정책이 수립되었으며, 주요국의 대표적인 자동차 정책은 Table 2와 같다. 한국은 「친환경자동차법」 제정 이후 현재 ‘제4차 친환경자동차 기본계획(’21~’25)’을 시행 중에 있고, ‘한국형 Green NCAP’ 제도 시행을 통해 자동차 수명주기 온실가스 평가를 포함한 친환경성 평가방법을 개발하고 있다. EU는 지난 2021년 ‘지속가능하고 스마트한 모빌리티 전략’을 발표함으로써 2050년까지 자동차 관련 온실가스 배출량을 90% 감축할 것을 명시하고 있다. 미국은 ‘IRA’를 통해 전기차 보급 및 판매 지원을 하고 있으며, 일본의 ‘녹색발전전략’, 중국의 ‘자동차산업 로드맵’ 역시 자동차분야의 온실가스 감축을 위한 정책으로 현재 시행 중이다.

Table 2.

Automotive Policy of Major Countries

Country Contents
South Korea - ACT ON PROMOTION OF DEVELOPMENT AND DISTRIBUTION OF ENVIRONMENT-FRIENDLY MOTOR
  VEHICLES3)
  · 24% reduction in automotive GHGs by 30 years through proliferation of green cars
- Korea Green NCAP4)
  · Automative lifecycle GHG Assessment
  · Evaluate vehicle performance, including fuel consumption and range per charge (Electric Vehicles)
EU - Sustainable and Smart Mobility Strategy5)
  · Reduce transport-related greenhouse gas emissions by 90% by 2050
- Fit for 556)
  · CO2 emission standards for cars and vans
  · Alternative fuels infrastructure (towards more sustainable transport)
- Euro 77)
  · Council adopts new rules on emission limits for cars, vans and trucks
US - Inflation Reduction Act8)
  · Support electric vehicle (EV) production and sales
- Clean Competition Act9)
  · This mechanism imposes charges on imports from carbon-intensive
    (e.g., fossil fuels, refined petroleum products, petrochemicals) manufacturers, encourages decarbonization efforts
Japan - Green Growth Strategy10)
  · Increase the share of electric vehicles in new car sales to 100 per cent by 2035, and build charging infrastructure
    that provides the same convenience as petrol cars
- Green Transformation11)
  · The GX policy sets a goal of "100% electric vehicles in new passenger car sales in 2035," but this definition of
    electric vehicles includes hybrid vehicles
China - Roadmap for the green and low-carbon development of China’s auto industry12)
  · Apply energy-saving automotive technology such as hybrid, high-efficiency internal combustion engines, and
    advanced transmissions, and reduce the average

친환경자동차로 전환하는 전략은 수송부문의 온실가스 배출량을 효과적으로 감축할 수 있지만 자동차 생산과 연관된 부문 및 발전부문의 온실가스 배출량에도 영향을 미친다.

자동차 온실가스 연구는 주로 차량 사용 단계에 초점을 맞춘 WTW(Well-to-Wheel) 접근법에 의존해왔다. 그러나 전기차(BEV) 및 연료전지차량(FCV)과 같은 친환경 차량 보급이 확대되면서, 차량 사용 단계의 배출은 감소했으나 2차전지 및 연료전지 제조 과정에서의 온실가스 배출 증가와 재활용 문제가 새로운 과제로 부각되고 있다. 예를 들어, 2차전지의 리튬 및 코발트 채굴 과정과 제조 과정에서의 높은 에너지 소비는 내연기관 차량보다 더 많은 온실가스를 발생시킬 수 있다.

따라서 자동차의 제조, 사용, 폐기 전 과정을 포함한 A-LCA(Automotive Life Cycle Assessment) 접근법이 필요하며, 이는 Cradle-to-Grave 및 Cradle-to-Cradle 관점을 통합하여 차량의 환경적 지속 가능성을 포괄적으로 평가할 수 있다.

최근에 발표된 자동차 LCA관련 논문을 확인하였다 Yu Lu et al.은 내연기관차(ICEV), 전기차(BEV), 플러그인 하이브리드차(PHEV)의 2020년부터 2050년까지의 온실가스 배출 경향성을 분석 하였다13). Peter Molnar et al.은 자동차 OEM들이 보고한 온실가스 배출량 데이터와 그들이 적용한 LCA를 분석하여 전기차(BEV) 생산에 대한 환경영향을 분석하였다14).

Choi et al.는 2017년 기준 한국에서 사용 가능한 승용차 유형에 대한 WtW분석 및 에너지 정책에 따른 미래의 WtW 변화를 분석하였다15).

Albert Alonso-Villar et al.은 아이슬란드의 HDV(상업용 차량을 포함하는 대형 차량)의 지속가능한 전환을 위해 경제성, GHG, 대기오염, 에너지 안보 및 운영 타당성 측면 등 종합검토에 대해 분석하였다16).

Oivind Andersson et al.은 전력 그리드 변화 및 재생가능한 연료 시나리오 따른 하이브리드차(HEV), 플러그인 하이브리드차(PHEV), 전기차(BEV)의 전과정 온실가스 배출량을 분석하였다17).

Table 3은 조사한 논문 5편의 기능단위와 기준흐름 및 시스템경계를 정리한 것이다.

Table 3.

Functional Units, Baseline Flows, and System Boundaries

Author Functional Unit Reference Flow System Boundary
Yu Lu et al.
(2024)
One vehicle
(manufacturing & use)
Vehicle Cycle: One vehicle
Fuel Cycle: 150,000 km driving over 10 years
WtW + CtG
Peter Molnar et al.
(2024)
One BEV
(manufacturing & use)
Vehicle Cycle: One BEV
Fuel Cycle: Driving distance set by OEM
WtW + CtG
(based on GREET model)
Choi et al.
(2020)
Driving 1 km per vehicle Energy consumption based on vehicle fuel type WtW
(using GREET model)
Albert Alonso-Villar
et al.
(2022)
Driving 1 km per HDV
(Heavy Duty Vehicle)
Regional freight truck:
Vehicle Cycle: One vehicle + 2 battery
replacements (1,500,000 km)
Fuel Cycle: Driving 1 km
Delivery truck:
Vehicle Cycle: One vehicle + 2 battery
replacements (450,000 km)
Fuel Cycle: Driving 1 km
WtW + CtG
(using GREET model)
Oivind Andersson et al.
(2021)
One vehicle
(manufacturing & use)
Vehicle Cycle: One vehicle (200,000 km)
Fuel Cycle: Driving 1 km
WtW + CtG

WtW에 대한 연구를 수행하겠다고 언급한 논문을 제외하면 시스템경계를 WtW와 CtG와 결합하여 설정한 연구가 대부분이었지만, Table 3과 같이 기능단위, 기준흐름이 연구별로 각각 다르게 설정된 것을 확인할 수 있었다. LCA란 제품 또는 시스템의 원료 취득, 제조, 사용, 폐기까지 아우르는 전과정에서의 환경영향을 정량적으로 산정하는 도구이지만, 연구자의 판단과 데이터의 불확실성 등으로 인해 동일 제품을 평가하더라도 결과가 상이한 경우가 종종 발생한다. 같은 이유로 조사된 논문 간에도 동일 차량군의 환경성에 대한 해석이 상이하게 나타났다. 국제사회 차원에서 자동차 산업의 온실가스 감축을 논의하기 위해서는 이처럼 연구자의 주관이 개입되는 것을 방지하고 공통적으로 사용할 수 있는 온실가스 산정방법론이 필요하다.

현재 유엔 유럽경제위원회(UNECE)의 WP.29(World Forum for Harmonization of Vehicle Regulations)는 A-LCA 방법론 개발을 통해 자동차 산업의 온실가스 배출을 효과적으로 관리하기 위한 A-LCA 국제 표준을 개발하고 있다. 한국은 WP.29의 ‘부품과 차량생산’ 하위그룹(Subgroup)의 리더로서, 재활용 부품 사용과 관련된 A-LCA 방법론 개발에 중요한 역할을 맡고 있다.

본 연구는 UNECE WP.29가 논의 중인 A-LCA 방법론에서 특히 CFF(Circular Footprint Formula)와 Cut-off 모델링을 중심으로, 자동차 부품 재활용품 사용이 환경적 영향을 어떻게 줄일 수 있는지를 분석하고자 한다. 트랜스미션을 사례로 두 재활용 모델링을 비교·분석함으로써, 자동차 재활용 부품 활용의 효과를 정량적으로 평가하고 정책 및 산업계에 활용될 수 있는 기초자료를 제공하고자 한다.

2. 본 론

본 연구는 A-LCA 방법론 개발을 위한 워킹그룹 회의에서 논의된 주요 이슈들을 정리하고, 할당과 관련된 문제를 분석하여 각 할당 방법론에 따른 환경영향의 차이를 알아보고자 하였다.

2.1. A-LCA 동향

지난 2022년 1월 한국과 일본은 A-LCA 방법론 개발에 대한 논의를 UNECE WP.29 산하의 오염 및 에너지에 관한 작업반(Working Party on Pollution and Energy, GRPE)에서 처음 시작하였다. 이에 일본 오키나와에서의 첫 번째 회의를 시작으로 현재 18차 회의까지 완료하였다. 주요 내용은 방법론 개발을 위한 절차, 하위그룹 설정, 개발과정 등이며 각 회의 별 주요 안건은 Table 4에 명시된 내용과 같다.

Table 4.

A-LCA Development Trend (1st~18th session)

Session Main Issue
1st •Drafting terms of reference (ToR)
2nd •Discussing organization in a subgroup (SG)
3rd •Proposed Subgroup (SG) structure
4th •Review the SG model as refined by the Korea and CLEPA
•Start identifying vehicle fleets for CA methodology
5th •Provisionally confirm SG structure and present grouping status
•Discussion on defining the LCA target and scope of the exercise
•The concept of Level Structure emerged during discussions about iteration levels
6th •Finalise SG structure (divided into 7 SGs) and apply for Leaders for each group
•Proposed four level concept focusing on Korea, raw materials, components and vehicle production stages
7th •Confirm Leader per SG
•Proposed Level Concepts for each stage of the vehicle life cycle covered by SG2 to SG5
8th •Adopt the concept of Level Concept proposed by South Korea
•Require each SG to set a goal level and deadline
9th •Develop methodology for GHG emissions calculation by A-LCA ’25, then expand to other impact categories
•Develop an assessment methodology and prioritise vehicles (primary purpose of transporting people, 8 or fewer
  passengers, 4 or more wheels)
10th •Discuss goal levels by SG
•Issues with system boundary demarcation that separates each SG’s scope of work
11th •Determining which GHGs to account for
•GHG calculation final unit gCO2eq./km (applying the lifetime of the vehicle after GHG calculation for each functional
  unit by SG)
12th •Confirm level concept of SG3
13th •Confirm level concept of SG4
14th •Discussion of applicable data quality and availability and functional units per SG
•SG4: Discussion on GHG emissions calculation methodology, revision of Level Concept
•SG6: Define system boundaries
15th •PCR Table of Contents Revisions Announced
•Discussion on when to perform LCA
•Specified data levels, structure, and calculation methods for each SG
16th •SG1 discusses criteria for selecting system boundaries and secondary data for A-LCA analysis
•SG5 tentatively agrees to use a mix of CFF and cut-off modeling depending on the situation
17th •Comprehensive organization of level concepts with step-by-step goals, vehicle models, etc.
•SG7 to send draft A-LCA to all SGs for final review in March 2025
18th •Each SG will provide a draft to the SG7 leader for internal validation, and the SG7 leader will hold a formal kickoff
  meeting in late October

방법론 통일을 위하여 시작된 A-LCA 개발에 한국, 일본, OICA, ICCT, CATARC 등의 국가 및 기관들이 참여하여 방법론 개발에 대한 각자의 입장을 나타내었다. 그 중 국제 자동차 제조업자 기구(OICA, Organisation Internationale des Constructeurs d’Automobiles)의 회원사와 청정 교통에 대한 국제 협의회(ICCT, The International Council on Cleran Transportation)는 LCA가 가진 불확실성 때문에 이를 기반으로 한 자동차 분야 법제화에 대해 시기상조의 의견을 표명하였다. 이렇기에 더욱이 공통화된 방법론 개발의 필요성이 강조되었으며, 대부분의 기관들은 특히 비교가능성과 신뢰성 측면을 강조하여 개발할 것을 주장하였다. 이후 한국의 주도로 Level Concept의 기초가 되는 테스크포스 구성을 제안하였다. 이 의견은 수용되어 2차회의부터 하위그룹을 설정하기 시작하였다. 최종적으로 6차회의 때 SG1부터 SG7까지 총 7개의 하위그룹이 확정되었으며 이는 리딩그룹, 재료 및 자재, 부품 및 차량, 운행, 수명 종료, 연료와 에너지, 제도라는 분야로 구분되었다. 각 하위그룹은 선별된 그룹 리더의 주도하에 공통 방법론을 위한 논의를 지속해오고 있다. 18차회의까지 진행된 사항 중 특히 중요한 부분은 방법론 개발 수준을 논의한는 Level Concept 아래 시스템 경계와 수명 종료와 재생원료 사용에 의한 재활용 모델링이 있다. 각 나라, 기관, 기업들은 논의되어지는 LCA를 수행함에 있어 그 역량에 큰 차이가 있다. 우리가 흔히 생각하는 LCA를 바로 시작하기 위해서는 사전에 갖춰야할 데이터, 공통의 규칙 등이 정해져야하기 때문에 단순 수준의 LCA인 Level 1에서 Full-LCA라고 불리는 Level 4까지의 요구사항을 지속적으로 논의 및 정의해오고 있다.

2.2. 선행연구 및 주요 할당 방법론

각 SG에서는 방법론에 포함 및 고려되어야 할 사항들을 논의하고, 그 결과를 전체 회의에서 발표한다. 10차 회의에서 SG간의 시스템경계 설정이 주요 안건으로 떠올랐으며, 자동차 재활용 단계와 재활용 원료 및 부품을 사용하는 생산 단계 간 할당 문제가 지속적으로 논의되어 왔다. 회의에서 언급된 주요 할당 방법은 Cut-off 모델링, CFF 모델링 그리고 닫힌 고리(Closed-loop) 근사 모델링이 있으며, 이 중 Cut-off 모델링과 CFF 모델링이 A-LCA 방법론에 포함되어야 할 주요 할당방식으로 논의되었다. 특히, 수명 종료(EoL, End of Life) 단계를 담당하는 SG5는 제품 간 비교를 위한 Cut-off 모델링과 재활용 기술 비교를 위한 CFF 모델링을 병행하여 사용하는 것을 제안하였다. 각 모델링의 세부사항은 다음과 같다.

2.2.1. Cut-off 모델링

Cut-off 모델링은 흔히 100:0 할당법, 재활용 함량 접근법(Recycled Content Method, RCM) 등으로도 불리며 국내외 환경성적표지에서 권장하는 방법이다18). 이 모델링은 각 제품에 대해 해당 제품에 의해 직접적으로 발생한 환경영향만을 할당하며, 1차 제품이 존재하지 않았다면 그 생산에 사용된 원료가 발생하지 않았을 것이라는 가정을 전제로 한다19). 따라서 실제 계산에서는 폐기물이 재활용이 될 경우, 1차 생산자는 이에 대한 어떠한 크레딧도 받지 않으며, 재활용 재료를 사용하는 2차 생산자가 재활용 공정에서 발생하는 환경영향과 크레딧을 동시에 부담하게 된다. 한 예로, 철강산업에서 소재의 재활용에 대한 연구에서는 Cut-off 모델링으로 철강 제품의 환경영향을 산정 시 스크랩에 의한 Upstream 환경영향을 없는 것으로 간주하고, 용해에 의한 환경영향만을 고려하였다20).

Cut-off 방식은 수명주기 경계 내 과정에 대한 환경 영향이 할당되고 그 외에 과정에 대한 정보가 불필요하다는 측면에서 가장 쉬운 접근 방식으로 평가된다. 또한, 이 모델링은 정책적 관점에서 제품 생산 시 재활용 재료의 비율을 늘리는 데 초점을 맞춘다.

식 (1)Table 5는 각각 Cut-off 모델링에 대한 산식 및 매개변수를 나타낸 것이다. R1과 R2는 각각 제품 생산 시 재생원료 사용률과 사용 이후 단계 재활용 공정에서의 재활용률을 의미한다. 닫힌고리형 재활용의 경우 재활용을 통한 원료회수 비율은 곧 재생원료 사용률과 동일하기 때문에 R1과 R2가 같은 값을 가지게 된다. ER, Ev, ED는 모두 기능단위당 배출되는 배출량을 의미하며, 일반적으로 신재 생산과 관련된 Ev가 EoL과 관련된 나머지 두 매개변수에 비해 높은 값을 보인다.

(식 1. Cut-off Modeling)
E=(1-R1)×EV+R1×ER+(1-R2)×ED
Table 5.

Cut-off Modeling Parameter

Parameter Description
R1 Proportion of recycled materials used in the product that originated from previous systems
R2 Proportion of recycled materials from discarded products that are reused in subsequent systems
ER Emissions generated during the recycling process at the End-of-Life (EoL) stage of previous systems
EV Emissions generated during the production of virgin materials used in the current system
ED Emissions generated during waste treatment at the End-of-Life (EoL) stage of the current system

2.2.2. CFF 모델링

CFF 모델링은 EU의 PEF 방법론에서 포함하고 있는 할당 방식으로, 제품 수명 종료 시점에서 재활용 및 에너지 회수를 모델링하고 있다. 이 모델링은 재활용 원료를 사용하는 단계에서의 순환성과, 폐기된 제품이 재활용 공정을 거쳐 다음 수명주기로 넘어갈 때의 순환성을 동시에 반영하는 방식이다. CFF 모델링은 Factor A를 통하여 소재의 시장 상황을 반영하기 때문에 미래의 수명주기에 대한 불확실성을 포함하고 있다21). 따라서 원재료 및 재활용 원료의 사용, 폐기단계에서 자원의 다양한 처리 방법 등을 반영할 수 있지만, 이를 위해 많은 매개변수에 대한 상세 데이터가 필요하다는 단점이 존재한다.

CFF 모델링의 주요 변수인 Factor A는 시장상황을 나타내는 변수로 가이드라인에서는 0.2, 0.8, 0.5 중에 하나를 선택할 것을 설명하고 있다. 금속, 유리와 같이 재활용 수요가 많을 경우엔 0.2, 신재와 비교하여 재생원료의 시장가치가 낮은 경우엔 0.8 그리고 시장상황을 알 수 없거나 그 가치가 비슷할 경우엔 0.5를 쓰기를 권장한다. 상하이 건설 폐기물을 예시로 한 기존 연구에 따르면, 재활용 공정에서 발생하는 환경영향이 신재 생산에 비해 낮을 경우, Factor A가 0에 가까울수록 재활용 공정에 대한 인센티브 효과가 크게 나타난다22). 이외에도 CFF 모델링은 원료의 품질을 고려하는 동시에, 제품 시스템의 재활용 단계 및 다음 사이클에서의 배출량과 크레딧을 고려하는 것이 특징이다. 식 (2)Table 6은 A-LCA에서 논의되고 있는 CFF 모델링의 산식과 매개변수를 나타낸 것이며, Fig. 1은 주요 매개변수가 영향을 미치는 단계를 나타낸 것이다.

(식 2. CFF Modeling)
E=(1-R1)×EV+R1×[A×ERin+(1-A)×EV×QSinQP]+(1-A)×R2×[ERout-EV*×QSoutQP]+(1-R2)×ED
Table 6.

CFF Modeling Parameter

Parameter Description
A Burden and credit allocation ratio between suppliers and users of recycled materials
QSin Quality of incoming recycled materials
QSout Quality of outgoing recycled materials
QP Quality of virgin materials
R1 Proportion of recycled materials used in the product that originated from previous systems
R2 Proportion of discarded product materials that are recycled into subsequent systems
ERin Emissions generated during the recycling process at the End-of-Life (EoL) stage of previous systems
ERout Emissions generated during the recycling process at the End-of-Life (EoL) stage of the current system
EV Emissions generated during the production of virgin materials used in the current system
EV* Emissions generated during the production of virgin materials used in the next system
ED Emissions generated during waste treatment at the End-of-Life (EoL) stage of the current system

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Fig. 1.

Illustration of CFF Modeling.

2.3. 할당방식에 따른 내재 온실가스 차이 산정

전과정평가를 수행하기 위해서는 분석하여야할 제품과 범위를 사전에 설정하여야한다. 이는 기능 및 기능단위, 시스템 경계 설정이라고 불리며 기능 및 기능단위는 분석하고자 하는 제품의 주요 기능과 그 기능을 비교가능한 형태로 정량화하는 것이 기능단위이다. 시스템 경계는 해당 제품의 생애주기 단계 포함여부를 정의하는 단계로 Gate-to-gate, Cradle-to-gate, Cradle-to-grave등으로 구분된다.

본 연구에서는 적용하는 할당방법에 따라 산정되는 제품의 내재 온실가스 배출량 차이를 확인하기 위해 자동차의 주요 부품 중 하나인 트랜스미션을 선정하였다. 기능단위는 150,000km를 운행 가능한 트랜스미션 1ea로 설정하였으며, 시스템경계는 Cradle to Grave로 설정하였다. 단, 자원흐름과 재활용 모델링을 알아보고자 하는 본 연구의 목적을 고려하여, 원재료 수급 및 EoL단계만을 시스템경계에 포함하였다. 트랜스미션은 구동을 담당하는 주요 부품으로 부품의 98.4%는 금속류로 이루어져 있고 나머지 1.6%는 합성수지류로 구성된다. 본 연구는 트랜스미션을 구성하는 부품에 재활용 원료를 사용할 경우의 온실가스를 할당방법에 따라 분석하였다.

2.3.1. 분석조건

할당 모델링 별 내재 온실가스 발생량을 파악하기 위해 자동차 부품인 트랜스미션을 선정하였다. 해당 제품의 총 무게는 76.5kg이며 세부 부품의 재질 및 무게는 Table 7과 같다. 각 소재의 생산, 재활용 공정의 온실가스 배출량은 2차 데이터인 Ecoinvent 3.10을 활용하였다. 이는 실제 환경 배출물을 측정하지 않기에 그 정확도가 다소 떨어질 수 있으나, 본 연구는 트랜스미션의 온실가스 배출량을 정량적으로 계산하기보다는, 적용하는 모델링 별 산정되는 온실가스 배출량의 차이를 알아보는 것에 의의가 있다.

Table 7.

Materials and Weight of Components in Transmission

Part Material Weight(kg)
Clutch drum and shaft kit Steel 30
Torque converter Steel 14
Transmission housing Aluminum 10
Multi-plate clutch Steel 8
Oil pump Steel 6
Valve spool Aluminum 5.5
Solenoid Copper/Stainless Steel 1
Sealing kit Rubber 1
Oil pan Steel 0.8
Oil filter ABS 0.2

두 모델링에 사용되는 주요 매개변수 R1, R2, Factor A, Qsin/Qp 등은 EU PEF 방법론 부록II에서 제공하는 기본값을 사용하였으며 소재별 적용된 매개변수의 값은 Table 8과 같다. Factor A는 금속 재질의 경우 재활용 선호도가 높기때문에 0.2의 기본값이 주어진 반면, 합성수지류는 0.5의 기본값이 제공되었다. 또한 현재 시점의 원료 재활용률인 R1보다 미래 시점의 원료 재활용률인 R2가 전반적으로 높은 수치로 제공되었다.

Table 8.

Default Values for Parameters in Annex II of the EU PEF Methodology

Material R1 R2 A QSin/Qp QSout/Qp
Steel 0.18 0.9 0.2 1 1
Aluminum 0 0.9 0.2 1 1
Stainless Steel 0 0.85 0.2 1 1
Copper 0.3 0.9 0.2 1 1
Rubber 0 0 0.5 0.9 0.9
ABS 0 0 0.5 0.9 0.9

2.3.2. 분석 결과

Fig. 2는 A-LCA 개발과정에서 언급되고 있는 할당방법인 Cut-off 모델링과 CFF 모델링의 적용에 따른 온실가스 발생량을 나타낸 것이다. 재활용 소재를 사용하지 않은 트랜스미션의 경우 제품 1개당 생산 및 폐기 과정에서 788.2kg CO2-eq. 만큼의 온실가스가 발생하는 것으로 계산되었다. 재활용 재료 사용률을 추산하여 계산한 Cut-off 모델링의 경우 신재만 사용한 경우보다 약 8.8% 낮은 718.7kg CO2-eq.의 온실가스가 발생하는 것으로 추산되었다. CFF 모델링은 가장 낮은 값인 293.1kg CO2-eq.로 나타났다.

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Fig. 2.

Embodied Carbon Result by Allocation Modeling.

Table 9는 트랜스미션을 이루고 있는 세부 부품들의 재활용 모델링에 따른 내재 온실가스 발생량이다. 두 모델링에서 공통적으로 사용되는 매개변수에 동일한 수치를 적용하였음에도, 재활용률이 0으로 적용된 Sealing kit와 Oil filter를 제외하면, 모든 부품에 대해 CFF 모델의 온실가스 발생량이 낮게 산정되었다. 부품별 소재에 따라 CFF 모델링의 결과가 Cut-off 모델링 대비 최소 45.07%에서 최대 69.80%까지 낮게 산정되었다. 이는 CFF 모델링에서 신재 생산 회피효과가 반영된 결과로 분석되었다. 특히, 신재 생산 공정의 배출계수가 재활용 공정의 배출계수보다 더 높은 점과 제품 폐기 시점인 미래의 소재 재활용 비율이 현재보다 높게 예측되는 점, 적용된 Factor A가 모두 0.5이하인 점이 해당 효과를 상승시킨 원인으로 작용하였다.

Table 9.

Embodied Carbon of Components in Transmission by Allocation Modeling

Part CFF Modeling
(kg CO2-eq.)
Cut-off Modeling
(kg CO2-eq.)
Clutch drum and shaft kit 97.93189 207.10581
Torque converter 45.70155 96.64938
Transmission housing 58.35022 193.23884
Multi-plate clutch 26.11517 55.22822
Oil pump 19.58638 41.42116
Valve spool 32.09262 106.28136
Solenoid 2.83884 5.40544
Sealing kit 6.48678 6.48678
Oil pan 2.61152 5.52282
Oil filter 1.40689 1.40689

이러한 점은 QSin=QSout=Qp, Ev=Ev*, ERin=ERout을, 가정하고 두 모델링의 산식을 Table 10과 같이 정리하였을 때 명확하게 나타난다. 두 모델링 간의 공통 항을 제외하면 배출량 산정 결과 차이는 R1과 R2의 차이, ER-EV, A에 의해 발생하는 것을 볼 수 있다. 또한, A가 0 이상 1 이하의 값을 갖는 특성을 고려할 때, R1에 민감도가 높은 Cut-off 모델링은 제품 생산시 재활용 원료 비율의 증가를 촉진하는 정책에 적합하며, R2에 민감도가 높은 CFF 모델링은 자원순환율이 우수한 제품설계를 유도하는 정책에 적합한 것을 알 수 있다.

Table 10.

Comparison of The Equations Between CFF and Cut-off Modeling

Category CFF Modeling Cut-off Modeling
R1-related R1×(ER-EV)×A R1×(ER-EV)
R2-related R2×(-ED)+R2×(ER-EV)×(1-A) R2×(-ED)
Others Ev+ED Ev+ED

3. 결 론

전 세계적으로 자동차 산업이 온실가스 배출에 기여하는 정도가 크기 때문에 주요 국가들은 자동차와 관련된 정책 및 규제들을 앞으로도 계속 제정할 것으로 예상된다. 현재 개발이 진행되고 있는 A-LCA 방법론은 그 개발 의도에 맞게 전 세계가 공통으로 사용하게 될 온실가스 산정방법론이 될 것이며, 이는 향후 생겨날 규제에 A-LCA 방법론이 활용될 가능성이 높아질 것을 의미한다. 이에 본 연구는 방법론이 최종적으로 개발되기 전 A-LCA 방법론 개발 과정에서 논의된 주요 안건들에 대하여 파악하였고, 그 중 하위그룹에서 논의되고 있는 재활용 단계에서의 할당 문제에 대한 선행연구를 수행하였다. 특히, 할당 문제에서 주로 논의된 Cut-off 모델링과 CFF 모델링을 분석하였으며 선행연구 및 기존 문헌을 통하여 다음과 같은 결과를 도출하였다.

a. Cut-off 모델링은 재활용 원료 활용 평가에 중점을 둔 분석에 적합

b. CFF 모델링은 자원순환율을 고려한 제품설계를 평가하는데 적합

또한, 두 모델링에 대한 비교사례가 부족한 상황을 고려하여 트랜스미션이라는 자동차 주요 부품을 대상으로 사례분석을 진행하였다. 계산에 필요한 주요 매개변수는 EU PEF 방법론에서 제공하고 있는 기본값을 사용하였다. 그 결과 각각 Cut-off 모델링 718.7kg CO2-eq., CFF 모델링 293.1kg CO2-eq.로 계산되었다. CFF 모델링의 결과값이 Cut-off보다 낮게 나오는 주요한 이유는 CFF 모델링이 제품이 폐기되는 시점인 미래의 소재 재활용률과 그에 따른 신재 생산 회피 효과가 반영되기 때문이다.

그러나 회피되는 효과는 실제 배출량을 반영하는 것이 아니라, 감축 잠재량과 같은 재활용 및 순환의 효과를 나타내는 것이다. 따라서 A-LCA 개발과정에서 CFF 모델링은 재활용 기술의 효과 비교, Cut-off 모델링을 차량간 비교 및 보고용으로 사용하는 방향성에 대해 논의되었다. 이러한 논의는 Level Concept에 따라 정리가 진행되고 있으며, Level 2의 Cradle-to-Gate 방식까지는 Cut-off 모델링을 사용하고, Full LCA로 분석범위와 데이터 수준이 확대되었을 때는 CFF모델링을 사용하는 것으로 논의가 진행되고 있다.

결론적으로 현재 논의되고 있는 온실가스 산정방법론이 추후 확정이 되면, 국외로 제품을 수출해야하는 자동차 제작사 및 부품사와 그 공급망에 속해 있는 기업들도 A-LCA 방법론에 따라 온실가스 발생량을 산정해야 하며, 국가도 해당 사항을 바탕으로 자동차 관련 산업에 대한 정책적 지원방안을 마련해야 할 것이다. 하지만 논의되고 있는 재활용 모델링 중 CFF 모델링은 관련 전문가 외에는 이해가 어려울뿐더러 아직 국내에는 이에 대한 공식 가이드라인 및 계산툴이 마련되어 있지 않은 상황이다. 따라서 본 연구는 산업계 및 정책에서 다음과 같은 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.

1) 완성차 제작사 및 차량 부품 재활용 업계가 지속가능경영 전략 수립하는 데 활용할 수 있는 재활용 모델링에 관한 참고 자료로써 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.

2) 본 연구는 CFF 및 Cut-off 모델링을 자동차 부품을 대상으로 비교·분석한 사례를 제공함으로써 국가에서 자동차 관련 정책 입안 시 참고할 수 있는 기초연구자료 중 하나로 활용될 수 있을 것이다.

본 연구에서는 몇 가지 가정하에 매개변수 간의 관계를 분석하였으나, 향후 연구에서는 다양한 매개변수의 복잡한 상호작용을 분석하고, 자동차 Life Cycle에서 잠재적 감축 효과를 파악하는 데 기여할 수 있는 연구가 필요할 것이다. 또한 EU PEF에서 제공하는 재생원료 투입량, 재활용률에 대한 기본값은 국내의 상황을 전혀 반영하고 있지 않다. 따라서 국내 주요 소재별 재활용 투입량, 재활용률, 시장 선호도 등 모델링에 속하는 매개변수를 국내 실정에 맞추어 개발하는 연구가 필요할 것으로 사료된다.

Acknowledgements

이 논문은 정부(환경부)의 재원으로 한국환경산업기술원의 지식환경서비스 특성화대학원 사업의 지원을 받아 수행된 연구임.

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