축산업의 에너지 소비 및 연료연소에 의한 온실가스 배출 특성

2.1 에너지 소비량 조사방법

축산업의 에너지 소비 조사는 2014년도에 실시된 제12차 에너지 총조사의 농림어업부문 조사와 연계하여 수행하도록 기획하였다. 에너지경제연구원은 1981년부터 매 3년마다 우리나라 전 부문에 대한 표본조사 방식을 통해 국가 전체의 수요부문 에너지 소비실태를 파악해오고 있다. 농림어업 부문 조사는 농림어업 부문의 가구 및 사업체를 대상으로 에너지 소비량을 조사하여 에너지 소비 행태의 변화를 관찰하고, 이를 토대로 해당 부문 에너지 정책의 수립을 위한 기초자료를 제공하는데 그 목적이 있다.

제12차 농림어업부문에 대한 에너지 총조사는 2013년 1월 1일부터 동년 12월 31일까지 1년간 해당 부문 가구 및 사업체에서 사용한 에너지소비량을 표본 추출을 통해 조사하였으며, 표본에 대한 조사는 2014년 9월부터 11월까지 약 2개월에 걸쳐 에너지경제연구원에 의해 수행되었다. 그간의 조사에서는 전체 농림업부문의 에너지 소비실태 조사과정에서 축산가구 표본이 일부 포함되기는 하였으나 축산업의 에너지소비 특성에 대한 조사를 별도로 수행하지 않았다. 그러나 2014년도 에너지 총조사에서는 축산업만의 에너지 소비 실태를 조사하기 위해 축산업 모집단을 대상으로 별도로 표본추출 과정을 거쳐 조사가 진행되었다는 점에서 종전 조사와는 다른 특징을 가진다. 조사는 크게 가구부문과 사업체 부문으로 구분하여 진행되었으며, 부문별 세부 조사내용은 2014년도 에너지 총조사 보고서를 참조하기 바란다. 아래에서는 2014년도 농림어업부문 에너지 총조사의 개요에 대해 간략히 소개하기로 한다.¹⁾

2.2 온실가스 배출량 산정 방법

본 연구는 축산업과 농림업의 연료 연소에 의해 발생하는 온실가스 배출량 산정에 한정하고 있다. 이에 따라 축산업 및 농림업의 연료 유형별 소비량에 온실가스 배출계수를 곱하여 이를 합산하는 부문별 접근법(sectoral approach)을 이용하였다. 또한 산정 방법론은 2006 IPCC 가이드라인의 Tier 1 방법론을 따르기로 하였다.²⁾ 산정 대상 배출 가스는 CO₂, CH₄, 그리고 N₂O 등 3대 온실가스를 대상으로 산정하며, 각 배출 가스별 온실가스 산정식은 다음과 같다.

⦁ CO₂

E : CO₂ 배출량(Gg CO₂ eq.)
TA : 총 연료 사용량(천 toe)
41.868 : Joule-toe 환산 계수(TJ/천 toe)
CF : 전환계수(순발열량/총발열량)
EA : 배출계수(t C/TJ)
i: 연료 유형

⦁ CH₄ 및 N₂O

E : 배출량(Gg CO₂ eq.)
TA : 총 연료 사용량(천 toe)
41.868 : Joule-toe 환산 계수(TJ/천 toe)
CF : 전환계수(순발열량/총발열량)
EA : 배출계수(kg CH₄/TJ, kg N₂O/TJ)
GWP : 지구온난화 지수
i: 연료 유형, j: 설비 유형

활동자료의 경우, 국내 에너지 통계가 총발열량을 기준으로 작성되는 점을 고려하여 GIR(2014)에서 제공하는 연료유형별 전환계수를 이용, 순발열량으로 전환하였으며, 배출계수는 IPCC(2006)에서 제공하는 기본 배출계수를 적용하였다. 단, 농림업에서 소비되는 휘발유와 경유의 경우, 대부분 수송용으로 사용된다는 점을 고려하여 휘발유, 경유의 CH₄, N₂O 배출계수는 이동연소 설비에 해당하는 값을 적용하였다. Table 1은 본 연구에 적용된 연료 유형별 전환계수 및 배출계수를 요약한 표이다.

현재 에너지 부문의 국가 온실가스 인벤토리는 소비부문에 대한 조사통계인 에너지 총조사가 아니라, 공급통계인 에너지 밸런스를 기초로 작성하는 하향식(Top-Down) 접근법을 따른다. 하향식 접근법의 경우 에너지공급사가 소비자에 공급한 자료를 활동자료로 활용함으로써, 국가 온실가스 배출총량의 관점에서는 높은 완전성과 정확성을 확보한다는 장점이 있다. 그러나 세분화된 업종별로 공급통계를 확보하기 용이치 않고, 에너지공급사가 가진 공급통계 정보와 실제 소비주체가 다른 경우가 종종 발생함에 따라 세부 업종별 온실가스 배출량 추정의 정확성을 담보하기 어렵다는 단점이 있다. 농림어업부문의 경우, 현행 공급통계를 활용하여 추가적인 세분화가 불가능하기 때문에, 하향식 접근법으로는 축산업 및 농림업의 에너지 소비에 의한 온실가스 배출량을 산정하는데 많은 한계가 존재한다. 따라서 여기서는 조사 통계를 활용하여 온실가스 배출량을 산정하는 상향식(Bottom-Up) 접근법을 따르기로 한다.

Table 1.

Conversion factors and emission factors which are applied in this study

3.1 축산업의 부문별 ㆍ 원별 에너지 소비량 추계 및 특징

지난 2013년도 전체 축산업의 에너지 소비량은 474.2천 toe에 이르는 것으로 나타났다. 전체 축산업 에너지 소비의 대부분은 가구부문에서 소비(전체의 93.3%)하였고, 사업체 부문에서 소비한 양은 전체 소비량의 약 6.7%를 차지하였다. 전체 농림업(어업 제외)을 대상으로 하면 농림업 부문에서 총 2,496.8천 toe의 에너지를 소비한 것으로 나타나, 축산업이 전체 농림업 에너지소비량에서 차지하는 비중은 약 19% 수준인 것으로 추산된다. 전체 농림업을 대상으로 할 경우, 가구부문의 에너지 소비량은 2,353.0천 toe로 농림업 총 소비량의 94.2%에 달하였고, 사업체 부문이 5.8%를 차지하였다. 전체 에너지 소비량의 부문별 구성을 보면 농림업 전체를 대상으로 할 때에 비해 축산업의 가구부문 에너지 소비 비중이 약간 적었으나, 전반적으로 볼 때 총 에너지 소비의 90% 이상을 가구부문에서 소비하고 있다는 점에서 서로 대동소이한 것으로 나타났다.

에너지원별로 보면 연탄, 경유나 등유와 같은 석유류 제품, 그리고 전력이 축산업의 주요 에너지원으로 조사되었다. 석유류 제품의 소비가 전체 축산업 에너지 소비의 60.8%로서 가장 큰 비중을 보였고, 전력이 33.4%로서 뒤를 이었다. 농림업 전체와 비교할 때 대체로 유사한 에너지원별 소비구조를 가지고 있는 것으로 보이지만, 농림업에 비해 석유 소비 비중이 다소 높고, 전력 소비의 비중은 조금 더 낮았다. 농림업의 경우, 전체 에너지 소비에서 석유류 제품 소비가 차지하는 비중은 51.9%이었으며, 대신 전력 소비가 40.5%로 축산업에 비해 높았다. 도시가스의 경우 극히 미미한 수준이긴 하지만, 전체 농림업을 대상으로 한 조사에서는 농림사업체 부문에서 약 2천 toe 가량의 소비량이 있는 것으로 나타났으나, 축산업에서는 소비량이 없는 것으로 나타났다.

아울러 석유류 소비의 세부 에너지원별 구성에서도 축산업과 전체 농림업간에 약간의 차이를 보였다. 유종간 소비 구성의 경우에는 경유, 등유, 휘발유 순으로 소비가 이루어지고 있었으며, 그러한 소비 구성의 순서는 축산업과 농림업간에 차이가 없었다. 다만, 전체 석유류 소비에서 경유 소비의 비중은 농림업에 비해 축산업에서 약간 낮은데 반해, 등유 비중이 다소 높게 나타났다. 축산업의 경유 소비는 전체 석유류 소비의 약 65.5%로 조사된 반면, 전체 농림업에서는 약 76.7%로 나타나, 축산업의 경유 소비가 다소 낮았다. 등유의 경우에는 축산업이 약 25%, 농림업은 약 15% 수준인 것으로 조사되었다. 이는 축산업의 경우 축사 난방용 등유 수요로 인해 전체 농림업을 대상으로 했을 때에 비해 등유 비중이 높게 나타났기 때문인 것으로 풀이된다. Table 2는 축산업과 농림업의 부문별ㆍ에너지원별 소비량 및 비중을 보여준다.

3.2 축산업의 용도별 ㆍ 원별 에너지 소비량 추계 및 특징

축산부문의 사용용도별 에너지 소비량을 살펴보면 ‘장비 및 설비용’ 에너지 소비가 77%(365.6천 toe)로 가장 많았고, ‘건물용’ 11.5%(54.6천 toe), ‘농기계용’ 11.4%(54.1천 toe)의 순이었다. 여기서 ‘장비 및 설비용’은 건조기, 온풍기, 보일러, 난로, 저온저장고 등에서 사용하는 에너지를 지칭하며, ‘농기계용’은 경운기, 트랙터, 이앙기, 관리기 등에 사용된 에너지를 말한다. 한 가지 주목할 만한 점은 축산업과 농림업의 부문별ㆍ에너지원별 소비 구조가 상당히 유사한 것과는 달리 용도별 에너지 소비 구조는 상당한 차이를 보이고 있다는 것이다. 축산업과는 달리 농림업의 경우 ‘농기계용’ 에너지 소비가 52.4%(1,309천 toe)로 가장 많은 비중을 보였고, 다음으로 ‘장비 및 설비용’ 에너지 소비가 37.3%(931.6천 toe), ‘건물용’이 10.2%(256.2천 toe)을 차지하였다. 이처럼 축산업의 ‘장비 및 설비용’ 에너지 소비 비중이 높은 이유는 축산업 에너지 소비의 주요 원천인 축사 운영과 관련한 에너지 소비가 ‘장비 및 설비용’으로 분류되기 때문인 것으로 판단된다. 이에 반해 다양한 영농형태를 아우르는 농림업 전체의 경우 논벼 및 식량작물 재배에 종사하는 농가 비중이 높아, 경운기, 트랙터 등과 같은 ‘농기계용’ 에너지 소비가 상대적으로 높게 나타난 것으로 풀이된다.

축산부문의 용도별 에너지 소비의 원별 구성을 살펴보면 ‘농기계용’ 에너지 소비의 대부분이 석유류 제품 소비(99.3%)에서 비롯되는 것으로 나타났다. 반면, ‘장비 및 설비용’ 에너지 소비의 경우 석유류 소비 비중이 64.1%로 높게 나타나긴했으나, 전력 비중 또한 28.3%로서 무시하지 못할 비중을 차지하였다. 한편, 농림업 전체에 대한 조사에서는 ‘농기계용’ 에너지 소비의 72.5%가 석유류 제품에서 소비되어 가장 큰 비중을 차지하였으나, 전력의 비중 또한 27.4%로 꽤 높았다. 특히 ‘장비 및 설비용’의 경우, 축산업과는 반대로 석유류 제품의 비중에 비해 전력 소비 비중이 훨씬 높은 것으로 나타나 대조를 이루었다. 이는 농산물용 전기건조기, 농업용 전기난방기 및 전기온풍기 등 전기기기가 전체 농림업에 걸쳐 광범위하게 보급되었기 때문이다. Table 3은 축산업 및 농림업의 용도별ㆍ원별 에너지 소비를 보여준다.

Fig. 1.

The comparison of energy consumption by source between livestock and agriculture.

Table 2.

Energy consumption by sources of livestock and agriculture sector in 2013 (Unit: toe, %)

Fig. 2.

The comparison of energy consumption by use between livestock and agriculture.

3.3 축산업의 에너지원별 소비량 변화 추세

다음으로 축산업의 최근 에너지 소비 변화 추세를 살펴보기 위해 2011년도 에너지 총조사 원시자료(raw data)를 활용하여 2010년 축산업 에너지원별 소비를 추계하였다. 2011년도 에너지 총조사의 농림업 표본에 축산가구 표본 20개, 축산사업체 표본 87개를 포함하고 있어, 동 자료를 활용할 경우 지난 3년간 축산업의 에너지 소비량 변화를 살펴보는데 도움이 된다. 다만 2011년도 에너지 총조사는 별도로 축산업의 에너지 소비를 추계하기 위해 기획된 것은 아니므로, 추계의 정확성이 다소 낮다는 문제점은 있다. 그럼에도 불구하고, 축산업의 에너지 소비 변화 추이를 살펴보기 위한 국내 유일의 자료라는 점에서 학술적 가치를 가진다.

Table 3.

Energy consumption by use of livestock and agriculture sector in 2013 (Unit : Kilo toe, %)

지난 2011년도 축산업 에너지 소비량은 454천 toe로 추계되었다. 따라서 최근 3년간 축산업 에너지 소비는 연 평균 1.5%씩 증가한 것으로 나타났다. 같은 기간 농림업 전체의 에너지 소비는 연 평균 증가율 1.2%를 보여 축산업의 에너지 소비 증가세가 농림업 전체에 비해 약간 높았다. 에너지원별로 보면 석탄(연탄), 석유의 소비 비중이 2010년도에 비해 줄어든 반면, 전력 소비 비중은 28.9%에서 33.4%로 크게 높아진 것으로 나타났다. 이러한 에너지원별 소비 구성비의 변화는 비단 축산업뿐만 아니라, 농림업 전체에서 공통적으로 나타나는 경향이었다. 동 기간 동안 축산업의 전력 소비 증가율은 전체 에너지 소비 증가율을 훨씬 상회하는 연 평균 6.5%를 나타내었고, 농림업 전체를 대상으로 할 경우 축산업에 비해 약간 낮기는 하지만, 여전히 6.3%의 높은 연평균 증가율을 보였다. 이는 최근 3년간 축산업을 포함한 농림업 전체에서 연탄 및 석유 등 에너지원에서 전력으로 에너지원별 대체가 급속하게 진행되고 있음을 시사한다. Table 4는 최근 3년간(2010∼2013년) 축산업 및 농림업의 에너지 소비 변화 추세를 보여준다.

4.1 직접배출량 기준

앞서 살펴본 축산업 에너지 소비량 추계 결과를 토대로 축산업의 연료연소에 의한 온실가스 배출량을 산정하였다. 2006 IPCC 가이드라인 방법론에 따라 2013년도 축산업의 연료연소에 의한 온실가스 배출량을 산정한 결과, 총 956천 CO₂ 환산톤을 배출한 것으로 나타났다. 2014년도 에너지 총조사 기준으로 농림업 전체의 연료연소에 의한 온실가스 배출량은 4,589천 CO₂ 환산톤을 기록하였다.³⁾ 전체 농림업 배출량 중 축산업이 차지하는 비중은 약 20.8%에 달하였는데, 이는 전체 농림업 중 축산업 에너지 소비 비중 19%에 비해 높았다. 그 이유는 축산업의 총 에너지 소비 대비 연탄 및 석유류 제품 소비 비중이 농림업 전체에 비해 높았기 때문이다.

연료 유형별로는 석유류 제품 소비에 의한 온실가스 배출이 전체의 87.5%를 차지하여 가장 높았고, 연탄 소비에 따른 배출량은 12.5%이었다. 농림업 전체의 경우, 석유제품 소비에 의한 배출량 비중은 82.5%였고, 연탄이 17.4%를 차지하였으며, 도시가스에 의한 배출량 비중은 0.1%로 극히 미미하였다. 온실가스 종류별로 보면 CO₂가 전체 온실가스 배출량의 97.8%였고, CH₄가 0.9%, N₂O는 1.3%로서, 연료연소에 의한 온실가스 배출 특성 상 CO₂에 의한 배출이 대부분을 차지하였다. 이러한 경향은 농림업 전체에서도 거의 유사하였다.

한편, 2010년도 축산업 에너지원별 소비량을 토대로 산정한 온실가스 배출량은 총 976천 CO₂ 환산톤으로 나타나, 2013년도에 비해 오히려 약 2% 가량 많았다. 이처럼 동 기간 동안 축산업의 온실가스 배출량이 줄어든 이유는 앞의 Table 5에서 보여주는 바와 같이 연탄 및 석유류 제품의 에너지 소비가 줄어들었기 때문이다. 이와 유사하게 농림업 또한 2010년도 연료연소에 의한 온실가스 배출량이 4,822천 CO₂ 환산톤으로 나타나, 2013년도에 비해 5.1% 가량 높았으며, 그 원인은 축산업의 경우와 동일하다.

Table 4.

Energy consumption trend of livestock and agriculture sector (2010∼2013) (Unit: toe, %)

4.2 간접배출량 기준

Table 5.

GHG emissions trend of livestock and agriculture sector (based on direct emissions) (Unit: KtCO2eq)

국가 온실가스 인벤토리의 산정은 원칙적으로 직접배출을 기준으로 이루어진다. 따라서 최종 소비자가 사용하는 전력, 열 등의 생산에 따른 온실가스 배출은 모두 에너지 산업, 즉 전환부문의 배출량으로 귀속된다. 그러나 전력과 열 등의 전환 에너지는 궁극적으로 최종 소비자의 수요를 충족시키기 위해 생산된다. 따라서 환경오염이 최종 소비자로부터 기인하므로 사용자가 관련 배출량을 관리해야 한다는 관점에서 접근할 필요가 있다. 이는 자원고갈 또는 환경오염을 일으키는 원인이 이용자에 있으므로 이용자가 관련 비용을 부담해야 한다는 사용자 부담의 원칙과 일맥상통한다(Jin and Kim, 2010). 이에 따라 전력 소비에 따른 간접 배출을 포함할 경우의 축산업 온실가스 배출량을 산정해 보았다. 전력소비에 따른 간접배출량 산정에 적용한 배출계수는 전력거래소에 발표한 2010년도 사용단의 전력배출계수를 적용하였다. 지난 2010년도 사용단 전력배출계수는 CO₂의 경우 0.4705 tCO₂/MWh, CH₄ 0.0054 kgCH₄/MWh, N₂O 0.0026 kgN₂O/MWh이었다(https://epsis.kpx.or.kr/). 다만, 2013년도 간접배출량은 당해연도 전력배출계수를 적용하는 것이 타당함에도 불구하고, 전력거래소 홈페이지에 게재된 배출계수가 2011년까지밖에 없어서 2010년도 전력 배출계수를 일괄 적용하였다.

전력소비에 의한 간접배출을 포함한 2013년도 축산업의 에너지 소비에 의한 온실가스 배출량은 1,824천 CO₂ 환산톤에 이르렀다. 전력소비에 의한 배출량이 868.2천 CO₂ 환산톤에 달해 전체 온실가스 배출량의 47.5%를 차지했다. 같은 기간 농림업 전체의 간접배출을 포함한 총 온실가스 배출량(에너지 총 조사 기준)은 10,154천 CO₂ 환산톤을 나타냈고, 이중 전력 소비에 의한 간접배출의 비중이 전체 배출량의 절반 이상인 54.8%에 이르는 것으로 나타났다.

특히 주목할 만한 사실은 직접배출만을 고려하는 경우와는 달리, 간접배출을 포함할 경우 지난 3년간(2010∼2013년) 축산업 및 농림업의 온실가스 배출량이 증가하였다는 것이다. 축산업과 농림업의 총 온실가스 배출량은 2010년 이후 각각 2.5%, 2.4%의 연 평균 증가율을 보였다. 이는 직접배출만을 포함하는 경우 각각 연 평균 0.7%, 1.6%씩 감소하였다는 사실과 대조를 이룬다. 아울러 같은 기간 최종에너지 소비 증가율에 비해 거의 두 배 가까이 온실가스 총 배출량 증가율이 높게 나타났는데, 이는 전환 손실이 높은 전력 소비 비중이 크게 높아졌기 때문이다. Park and Kim(2014)은 전환부문으로 인해 최종에너지소비 만으로 우리나라의 에너지 소비 변화요인을 분석할 경우 해석상 오류에 직면할 우려가 있음을 지적하였다. 본 연구의 결과는 그들의 연구가 제시하는 시사점과 맥을 같이 한다.

Table 6.

GHG emissions trend of livestock and agriculture sector (incl. indirect emissions) (Unit: KtCO2eq, %)

결국 동 기간 동안 낮은 농업용 전기 요금으로 인해 축산업을 포함한 농림업 부문 전체적으로 에너지원의 전력화(electrification) 현상이 두드러지게 되었고, 이로 인해 간접배출을 포함한 온실가스 총 배출량의 증가율이 에너지 소비 증가율을 상회함으로써 에너지 소비 단위 당 배출 집약도가 지속적으로 악화되었음을 의미한다. LMDI 방법론을 활용하여 업종별에너지 소비 및 온실가스 배출 요인 분해 분석을 수행한 최근 연구에서도 농림어업의 에너지원단위는 개선되는데 비해, 에너지믹스 효과로 인해 온실가스 배출은 오히려 늘어나는 것으로 나타나, 본 연구의 결과를 뒷받침해 준다(Kim and Shim, 2013; Park and Shim, 2015).⁴⁾ 실제로 에너지통계연보의 전력 소비량을 기준으로 할 때 동 기간 동안 축산업 및 농림업의 전력 소비 증가율은 국가 전체(3%) 및 산업부문(4.8%)의 연 평균 증가율을 훨씬 상회하였다(KEEI, 2014). 이러한 결과는 축산업을 포함하여 전체 농림업 부문에서 광범위하게 진행되고 있는 에너지원의 전력화 현상에 대한 정책적 대응이 시급함을 시사한다.