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Life cycle assessment for carbon neutrality

Greenhouse gas emissions policy for carbon-neutral society and life cycle analysis전과정 분석(Life cycle analysis)이란 제품의 제조부터 폐기/재활용까지의 모든 생애 주기에 사용된 총 에너지 및
오염 물질들의 배출량을 정량화하는 연구

우리 연구실에서는 차량 연료에 특화된 전과정 분석(Well-to-wheel)을 실시하며 연료의 원료 채굴(Well)에서부터 차량(Wheel)에의 이용까지 이르는 전 과정을 연구 범위로 선정함. 더불어 차체와 동력원(엔진, 배터리, 연료전지)에 해당하는 차량의 모든 부품들에 대한 전과정 분석(Vehicle cycle)을 수행함. 이러한 전과정 분석은 각 연료 및 자동차 기술들의 객관적인 환경성 평가를 가능하게 해주고 있으며, 탄소 중립 사회 실현 및 새로운 연료를 사용하는 전기차와 수소전기차의 도입과 관련하여 정부 및 다양한 기관에서 주목하고 있음. 또한 우리 연구실에서 수행하고 있는 온실가스 정책에 대한 연구 결과는 현재와 더불어 미래 예측을 통해 정부의 에너지 정책에 대한 제언을 가능하게 할 것으로 기대됨.

Life cycle analysis on battery electric vehicle and hydrogen fuel cell vehicle전기 자동차와 수소 연료전지 자동차의 전과정 분석

위에서 언급하였듯 전과정 평가는 차량 배기구에서의 배출량이 없는 차세대 연료들과 기존 석유 기반 연료들의 객관적인 환경성 평가를 가능하게 해줌. 차세대 연료로 각광받고 있는 전기와 수소는 다양한 방식들로 생산되고 있으며, 본 연구팀은 모든 생산 경로에 대한 전과정 분석을 수행하여 개별 경로만이 아닌 연료의 평균 온실가스 및 대기오염물질 배출량 또한 산출하는 것을 목표로 함. 아래 그림은 화력발전 기반의 전기자동차의 전과정 분석에 대한 예시를 보여줌.

화석연료 자동차(ICEV)의 전과정 화석연료 자동차(ICEV)의 전과정 화석연료 자동차(ICEV)의 전과정
  1. Well-to-Tank(WTK)
    1. 원유 추출
    2. 원유 수입
    3. 석유 정제
    4. 국내 분배
  2. Tank-toWheel(TTW)
화석연료 자동차(ICEV)의 전과정
전기 자동차(BEV)의 전과정 전기 자동차(BEV)의 전과정 전기 자동차(BEV)의 전과정
  1. Upstream(발전원료생산)
    1. Recovery
    2. processing
    3. Distribution
    4. liquefaction
    5. LNG Carrier
    6. Storage
    7. Re-gasification
    8. Distribution
  2. 전기 발전
  3. 송배전 및 충전
  4. 자동차 운행
전기 자동차(BEV)의 전과정
연료전지 자동차(FCEV)의 전과정 연료전지 자동차(FCEV)의 전과정 연료전지 자동차(FCEV)의 전과정
  1. Well-to-tank(WTK)
    1. 천연가스 생산 및 수입 과정
      1. Recovery
      2. processing
      3. Distribution
      4. liquefaction
      5. LNG Carrier
      6. Storage
      7. Re-gasification
      8. Distribution
    2. SMR 공정 수소 생산
    3. 국내 분배 저장 및 충전
  2. Tank-to-wheel(TTW)
    1. 자동차운행
연료전지 자동차(FCEV)의 전과정

또한 이러한 분석은 미국 아르곤 국립 연구소(Argonne National Laboratory)에서 만든 GREET(The Greenhouse Gases, Regulated Emissions, and Energy Use in Technologies Model) 프로그램을 기반으로 수행되며, 국내 유관기관들과의 협업을 통해 국내의 실정을 반영한 데이터를 수집 및 활용하여 우리나라에 적합한 전과정 평가 결과를 도출하고 데이터베이스를 구축함.

국내 차량별 WTW 결과
국내 차량별 WTW 결과

Ref: W. Choi, 'Greenhouse gas emissions of conventional and alternative vehicles: Predictions based on energy policy analysis in South Korea,' Applied energy, 2020

Future CO2 emission policy and its effect on society: Based on well-to-wheel analysis and agent-based model(ABM)전과정 분석을 통한 자동차 온실가스 규제 분석 및 평가

파리 기후 협정 이후 범국가적인 온실가스 감축량의 증가로 인해 정부는 발전, 수송 등의 분야에서 다양한 정책을 펼치고 있음. 특히 수송 부문에서는 온실가스 감축을 위해 전기차 및 수소전기차의 보급 정책과 함께 충전 인프라 구축을 위해 각고의 노력을 기울이고 있음. 유럽이나 일본 등 선진국에서는 앞으로의 자동차 온실가스 및 연비 규제와 관련하여 well-to-wheel 기반 규제 도입을 예고하고 있으며, 이러한 미래 규제의 방향성에 맞춰 본 연구에서는 전과정 분석을 통한 새로운 온실가스 규제 정책에 대한 사회-경제적 영향에 대해 분석을 진행함. 정책이 사회 전반에 걸쳐 미치는 영향을 분석하기 위해 agent-based model (ABM)을 도입하여 기존의 소비자, 정부, 자동차 제조업자 및 연료 사업자(전기)로 구성된 agent들의 활동을 평가함. 연료의 가격, 연비, 전기차 구매 및 충전기 설치 보조금, 온실가스 배출분에 대한 벌금 등의 변화에 따라 각 agent 들의 상호 작용을 분석하고 이를 토대로 미래 자동차 시장의 변화에 대한 분석을 진행함. 이러한 분석의 결과는 새로운 정책 수립에 근거 자료로 활용할 수 있음.

소비자 행위 기반 모델 (agent-based model) 개요 소비자 행위 기반 모델 (agent-based model) 개요 소비자 행위 기반 모델 (agent-based model) 개요
소비자 행위 기반 모델 (agent-based model) 개요