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Journal of Climate Change Research

ISSN : 2093-5919 (Print) / 2586-2782 (Online)

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Journal of Climate Change Research

ISSN : 2093-5919 (Print) / 2586-2782 (Online)

Current Issue

Journal of Climate Change Research - Vol. 15 , No. 6

[ Article ]
Journal of Climate Change Research - Vol. 15, No. 6, pp. 1129-1148
Abbreviation: J.Climate Change Res.
ISSN: 2093-5919 (Print) 2586-2782 (Online)
Print publication date 31 Dec 2024
Received 23 Oct 2024 Revised 19 Nov 2024 Accepted 16 Dec 2024
DOI: https://doi.org/10.15531/KSCCR.2024.15.6.1129

농업 에너지 부문 온실가스 및 대기오염물질 배출량 산정방법 개선에 관한 연구
박건진*, ; 이은지** ; 김필수*** ; 김정*** ; 남재작**** ; 최상진*****
*(주)이아이랩 연구사업본부장
**(주)이아이랩 연구원
***(주)이아이랩 팀장
****한국정밀농업연구소 연구소장
*****(주)이아이랩 대표이사

Improving the calculation method of GHG and air pollutant emissions in the agricultural energy sector
Park, Geonjin*, ; Lee, Eunji** ; Kim, Pilsu*** ; Kim, Jeong*** ; Nam, Jaejak**** ; Choi, Sangjin*****
*Head of Research Division, EI LAP INC., Gunpo, Korea
**Researcher, EI LAP INC., Gunpo, Korea
***Team Leader, EI LAP INC., Gunpo, Korea
****Director of Research, Korea Precision Agriculture Research Institute, Suwon, Korea
*****CEO, EI LAP INC., Gunpo, Korea
Correspondence to : hotan@eilap.com (Rm1107-103, SK Ventium, 166, Gosanro, Gunposi, Gyeonggi-do, 15850, Korea. Tel. +82-31-429-7334)

Funding Information ▼

Abstract

Recently, in addition to existing greenhouse gases (GHG), analysis and evaluation of short-lived climate forcers (SLCF) that affect climate change have become important, and the need for integrated management has emerged to achieve carbon neutrality. However, in the domestic agricultural energy sector, there are differences in the classification systems and activity data applied to the inventory of GHG and air pollutants, making it difficult to link them. In other words, if we consider the correlation between GHG and air pollutants emitted simultaneously when using fuel, a detailed inventory requires the use of the same source classification system and activity data. This study aimed to create an inventory by calculating GHG and air pollutant emissions based on the same activity data from the agricultural energy sector. The classification system was based on agricultural machinery as prescribed by relevant laws and regulations, and the activity data were those of tax-free oil. The inventory created based on the results of this study is expected to be utilized for efficient integrated management of carbon neutrality and air improvement policies in the relatively undervalued agricultural energy sector.


Keywords: Agricultural Machinery, GHG Emissions, Air Pollutant Emissions, Co-Emitted Species

1. 서론

기후변화에 관한 정부간 협의체(Intergovernmental panel on climate change, 이하 IPCC)에서는 기후변화에 영향(온실 효과 또는 냉각 효과)을 미치는 주요 대기오염물질인 일산화탄소(CO), 질소화합물(NOx), 비메탄휘발성유기화합물(Non methane volatile organic compounds, 이하 NMVOCs), 이산화황(SO2)을 간접 온실가스(Precursor gases)로 정의하고(IPCC, 2006), 2015년 유엔기후변화회의(2015 United nations climate change conference; COP 21)에서는 파리협정을 채택하고, 간접 온실가스 배출량 관련 정보를 제출하도록 권고하였다(UN, 2015). 그리고 61차 IPCC 총회(61st Session of the IPCC)에서는 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 비메탄휘발성유기화합물(NMVOCs), 이산화황(SO2), 암모니아(NH3), 무기탄소(BC) 및 유기탄소(OC), 먼지(PM) 등 7개 단기체류 기후변화 원인물질(Short-Lived Climate Forcers, 이하 SLCF)에 대한 인벤토리 작성 방법론에 대한 보고서 개요1)를 승인하였다(IPCC, 2024). 이러한 세계적 흐름에 따라 국내에서도 간접 온실가스 배출량을 산정하는 등 배출량 통계 산정범위를 확대 추진 중이다(Korean Government, 2020).

즉, 탄소중립을 위해서는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O) 등 지구온난화에 직접적으로 영향을 미치는 온실가스 외에도 간접 온실가스인 단기체류 기후변화 원인물질(SLCF)에 대한 관리와 평가도 매우 중요해지고 있다. 따라서 연료 연소 시 동시에 배출되는 온실가스와 대기오염물질의 연관성을 고려한다면, 배출원 분류체계와 활동자료를 동일하게 적용하여 인벤토리를 작성하고, 활용하여야 온실가스와 대기오염물질 감축 관련 정책의 효율적 추진 및 이행·평가가 가능하다. 일례로 유럽환경청(European Environment Agency, 이하 EEA)에서는 배출량 산정 방법론별로 동일한 배출원 분류체계를 기준으로 동일 활동자료 기반의 온실가스 및 대기오염물질 배출계수를 제시하고 있다(EEA, 2019).

그러나 국내 온실가스 및 대기오염물질 배출량 산정 방법은 배출원 분류체계와 적용하는 활동자료에 차이가 있어 상호 연계하여 분석하거나 통합 관리하기에는 한계가 있다. 현재 연료 연소로 인한 온실가스 배출량은 ‘연도별 에너지통계연보’의 부문별 연료 소비량을 활동자료로 활용하고 있고(Greenhouse gas inventory and research center of korea(이하 GIR), 2024), 대기오염물질 배출량은 배출원별 연료 소비량을 활용하여 산정하는 방법(고정 배출원 대상)과 등록대수, 출력, 가동시간 등을 활동도 자료를 활용하여 산정하는 방법(이동 배출원 대상)을 혼용하고 있다(National Air Emission Inventory and Research Center(이하 NAIR), 2023).

농업 에너지 부문의 배출량 산정도 동일한 상황이다. 특히 온실가스 배출량은 국가 에너지 관련 통계 자료의 한계로 세부 분류체계 없이 농업/임업/어업 부문으로만 분류되어 추정된 연료 소비량을 활용하여 산정2)하고 있다. 대기오염물질 배출량은 고정 배출원의 경우 비산업연소_농업·축산·수산업시설로 분류되어 연료별 소비량을 적용하여 배출량을 산정하고, 이동 배출원의 경우 8개의 농업기계만을 대상으로 농업기계별 등록대수와 작업시간3)을 활동도 자료를 활용하여 배출량을 산정하고 있어 개선이 필요한 상황이다.

따라서 본 연구에서는 선행 연구에서 적용한 일부 작물 및 축종을 대상으로 표본 조사하여 산정하는 방법 대신 연료 연소로 온실가스 및 대기오염물질을 배출하는 배출원을 중심으로 분석하고자 관련 법령 등에서 규정하고 있는 농업기계 범위 및 종류를 기준으로 배출원 분류체계를 설정하고, 농업용 면세유 배정 및 공급실적 등을 활동자료로 활용하여 농업기계 운행으로 인한 온실가스 및 대기오염물질 배출량을 산정하였다.


2. 주요 현황 및 선행연구 고찰
2.1. 농업기계 현황

정부에서는 농업의 생산성 향상과 농가 경영 개선을 위하여 관계 법령에 의거, 지속적인 농업기계 개발과 보급사업을 추진하고 있으며, 현재 농업 부문에서 사용되고 있는 농업기계의 종류는 매우 다양하다. 「농업기계화 촉진법」 제2조1항에 따르면, ‘농업기계’는 농림축산물의 생산, 처리작업, 환경 제어와 자동화 등에 사용되는 기계·설비 및 그 부속 기자재로 광범위하게 정의되어 있다. 「동법 시행규칙」 [별표 1]에서 농업기계를 40종 이상으로 명시4)하고 있으며, 「농업용 면세유 공급 및 관리규정」 제3조에 따라 면세유 공급대상으로 지정된 농업기계도 42종으로 규정5)6)되어 있다.

그러나 Table 1에서 보는 바와 같이 관계 법령에 규정되어 있는 ‘농업기계의 종류’와 비교하여 ‘농업기계 보유 현황 및 이용실태 조사’ 등 관련 통계에서는 몇몇 주요 농업기계만을 조사 대상으로 선정하여 통계 자료가 생산되고 있다. 즉, 농업기계 운영에 따른 배출량 산정 과정에서 현행 통계자료를 활동자료로 적용하여 배출량을 산정할 경우 조사 대상이 아닌 농업기계의 연료 소비량, 작업시간 등이 포함되지 않기 때문에 결국 온실가스 및 대기오염물질 배출량은 낮게 산정될 수 밖에 없다.

Table 1. 
Types of agricultural machinery
A1), 2) B1), 3) C4) D5) E6)
1 Tractor  
2 Tractor protective structure  
3 Combine (Combine)
(Binder)
4 Rice transplanter  
5 Vegetable transplanter  
6 Agricultural heater  
7 Crop dryer  
8 Low-temperature storage  
9 Household rice mill  
10 Crop transport vehicle  
11 Agricultural loader  
12 Agricultural excavator  
13 Multipurpose cultivator  
14 Fertilizer applicator  
15 Grain dryer  
16 Aerial work platform  
17 Spouter (Spouter)
(Power sprayer)
(Speed sprayer)
18 Shredder (Pruner and shredder)
19 Sawdust maker  
20 Crop washer  
21 Mower (Mower)
(Windrow reaper)
22 Power weeder (Power weeder)
(Cultivator)
(Lawn mower)
23 Agricultural lift  
24 Trailer  
25 Agricultural baler  
26 Crop binding machine  
27 Power cutter  
28 Bale wrapper  
29 Harvester (harvester)
(Tea leaf harvester)
30 Tiller  
31 Heating feed mixers  
32 Seeder  
33 Feed dispenser  
34 Crop peeler (Bark stripper)
(Dehusker and peeler)
35 Thresher (Thresher)
(Self–propelled thresher)
36 Crop sorter  
37 Auxiliary equipment  
38 Agricultural drone  
39 Environmental control system  
40 Crop packaging machine  
Other Agricultural cargo vehicle, Agricultual ship, Mushroom cultivation sterilizer, Furrow, Soil pulverizer, Soil breaker, Water pump Water pump
1) Korean Names of agricultural machinery Tractor(농업용 트랙터), Tractor Protective Structure(농업용 트랙터 보호구조물), Combine(콤바인), Binder(바인더), Rice Transplanter(이앙기), Vegetable Transplanter(정식기), Agricultural Heater(농업용 난방기), Crop Dryer(농산물건조기), Low-Temperature Storage(저온저장고), Household Rice Mill(가정용 도정기), Crop Transport Vehicle(농산물 운반대 및 운반차), Agricultural Loader(농업용 로더), Agricultural Excavator(농업용 굴삭기), Multipurpose Cultivator(관리기), Fertilizer Applicator(비료살포기), Grain Dryer(곡물건조기), Aerial Work Platform(농업용 고소작업차), Spouter(농업용 방제기), Power Sprayer(고속분무기), Speed Sprayer(주행형 동력분무기), Shredder(농업용 파쇄기), Pruner and Shredder(동력가지절단기 및 파쇄기), Sawdust Maker(농업용 톱밥 제조기), Crop Washer(농산물 세척기), Mower(예취기), Windrow Reaper(예도형 예취기), Power Weeder(동력제초기), Cultivator(동력중경제초기), Lawn Mower(잔디깍는 기계), Agricultural Lift(농업용 리프트), Trailer(트레일러), Agricultural Baler(농업용 베일러), Crop Binding Machine(농산물 결속기), Power Cutter(동력절단기), Bale Wrapper(베일피복기), Harvester(동력수확기), Tea Leaf Harvester(녹차채엽기), Tiller(경운기), Heating Feed Mixers(사료배합기), Seeder(동력파종기), Feed Dispenser(사료공급기), Crop Peeler(농산물제피기), Bark Stripper(동력수피기 및 파쇄기), Dehusker and Peeler(동력탈피기 및 박피기), Thresher(탈곡기), Self-Propelled Thresher(주행형 탈곡기), Crop Sorter(농산물선별기), Auxiliary Equipment (부속작업기), Agricultural Drone(농업용 무인항공기), Environmental Control System(농축산물 생산 환경조절장치), Crop Packaging Machine(농산물포장기), Agricultural Cargo Vehicle(농업용 화물자동차), Agricultural Ship(농선), Mushroom cultivation sterilizer(버섯재배소독기), Furrow(동력배토기), Soil Pulverizer(동력혈굴기), Soil Breaker(동력구절기), Water Pump(농업용 양수기)
2) source: MAFRA (Ministry of agriculture, food and rural affairs). Enforcement Regulations of the Agricultural Mechanization Promotion Act [Appendix 1] Scope of agricultural machinery.
3) source: MAFRA. Regulations on the supply and management of duty-free oil for agricultural use [Appendix 1] Agricultural machinery subject to duty-free oil supply.
4) source: Statistics Korea. 2023. Current status of agricultural machinery.
5) source: RDA (Rural development administration). 2022. Survey on the use of agricultural machinery.
6) source: NAIR (2023).

2.2. 배출량 현황 및 선행 연구 고찰
2.2.1. 배출량 현황

산업화 과정을 거치면서 농림업 부문이 국가 경제에서 차지하는 비중은 점차 감소하고 있으며, 화석연료 사용으로 인한 온실가스 및 대기오염물질 배출량도 지속적으로 감소하고 있는 것으로 공표되고 있다. 농림업 부문에서 연료 연소로 인한 온실가스 배출량은 2002년 6.70백만톤 CO2eq.에서 2021년 1.41백만톤 CO2eq.로 감소하였으며(GIR, 2024)7), 대기오염물질 배출량은 2011년 CO 8.64천톤, NOx 22.10천톤, VOC 2.09천톤, SOx 9.07천톤에서 2021년 CO 7.42천톤, NOx 18.53천톤, VOC 1.83천톤, SOx 0.41천톤 등으로 감소하였다(NAIR, 2013, 2023)8).

그러나 Fig. 1과 같이 연도별 온실가스 배출량과 ‘농업기계용 면세유 공급실적(MAFRA, 2023)’ 추이와 비교할 경우 ’13년까지는 유사한 감소 추세를 나타내고 있으나 ’14년부터 면세유 공급실적 대비 온실가스 배출량이 급감한 것으로 분석되었다. 이러한 차이가 발생한 원인은 2008년 금융위기 이후 지속적 국제유가 상승 영향에 따른 농업 에너지 부문의 전기화(Electrification) 추세와 농업용 면세유 제도의 지속적 개편9), 농림어업으로 통합하여 조사하는 현행 ‘석유류수급통계’ 조사 방식 등이 복합적으로 작용한 것으로 판단된다.


Fig. 1. 
Trends in duty-free fuel supply and greenhouse gas emissions by year (2002 ~ 2021)

또한, Table 2와 같이 ‘농업기계용 면세유 공급실적’의 유종은 휘발유, 경유, 등유, 중유, LPG, 윤활유로 구분하여 통계가 생산되고 있으나, 농업경영체 대상 면세유 배정 시 적용되고 있는 유종에는 공급실적 상 유종 외 부생연료유 1호, 2호가 포함되어 있으며, 대기오염물질 배출량 산정대상 유종은 고정배출원에서는 부생연료유 1호, 2호 등이 누락되어 있고, 이동배출원에서는 경유만을 대상으로 산정되고 있다. 즉, 정부에서 농·어업인의 영농·영어비 부담 경감을 위하여 매년 공급하고 있는 면세유 공급량을 기준으로 본다면, 현행 인벤토리 인벤토리 작성 방법으로 산정되고 있는 온실가스 및 대기오염물질 배출량은 상대적으로 저평가 되고 있음을 알 수 있다.

Table 2. 
Types of fuels for tax-free oil allocation and supply and types of fuels for which emission calculations are applied
Classification Types of fuels
Types of fuels for tax-free fuel allocation Gasoline, Kerosene, Diesel, Heavy oil, Gas, By-product fuel oil No.1., By-product fuel oil No.2.
Types of fuels for tax-free fuel supply Gasoline, Diesel, Kerotine, Heavy oil, LPG
Types of fuels for calculating emissions fixed sources Diesel, Kerotine, Heavy oil (B-A, B-B, B-C), LPG, LNG
mobile sources Diesel

2.2.2. 온실가스 관련 연구 동향

국가 온실가스 배출량 중 연료 연소로 인한 농업 부문 온실가스 배출량은 적용할 수 있는 활동자료의 한계로 농림업 부문으로 통합하여 기계의 종류, 가동시간 등에 대한 고려 없이 연료 종류별로 고정연소와 이동연소로 구분하여 산정하고 있다. 특히, 농업/임업 부문 배출량 산정에 적용하고 있는 활동자료는 국가 에너지밸런스의 농림어업 유종별 소비 총량에서 어업의 활동자료를 차감한 자료를 농업/임업 부문에 적용하고 있다. 따라서, 배출량 산정 결과를 농업 부문 온실가스 감축 관련 정책 수립 및 이행평가에 활용하기에는 한계가 있어 최근 상향식 방법론을 적용하여 배출량 산정 방법을 개선하고자 관련 연구가 일부 진행되었다.

Kim et al. (2018)은 통계청, 농촌진흥청, 에너지경제연구원에서 특정 작목을 대상으로 표본 조사한 통계 자료10)를 활용하여 농업 분야 에너지의 소비처(농작업 기계, 노지 및 시설원예 기계, 축산 기계, 저장·유통관련 기계 등)와 에너지원(연탄, 전기, 경유, 등유, 가스 등)을 세분화하여 에너지 소비량 및 이산화탄소 배출량을 산정하였다. Cheu et al. (2019)는 농업부문의 이동연소와 관련하여, Table 3과 같이 「2006 IPCC 가이드라인」에서도 디젤 농업기계, 휘발유 4행정(4-stroke) 농업기계, 휘발유 2행정(2-stroke) 농업기계 등 세 가지 분류로 구분하여 기본 배출계수를 제시하고 있어 국내에서도 농업기계에 대한 세분화된 온실가스 배출량 산정이 필요하다고 하였다.

Table 3. 
Default emission factors for Agriculture machinery
Type CO2 CH4 N2O
Default
(kg/TJ)
Lower Upper Default
(kg/TJ)
Lower Upper Default
(kg/TJ)
Lower Upper
Diesel 74,100 72,600 74,800 4.15 1.67 10.4 28.6 14.3 85.8
Motor Gasoline
4-Stroke
69,300 67,500 73,000 80 32 200 2 1 6
Motor Gasoline
2-Stroke
69,300 67,500 73,000 140 56 350 0.4 0.2 1.2
Source: IPCC. 2006. 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories.

다만, 연료 연소에 의한 농림업 에너지 부문 온실가스 배출량은 국가 에너지 분야 배출량 중 ’11년 1.04%에서 ’21년 0.67%으로 배출비중이 매우 낮고, 지속적으로 감소하고 있어 추가 연구 진행은 거의 없으며, Kim et al. (2020, 2021), Kim and Lee (2022)와 같이 일부 농업기계를 대상으로 한 운행 조건에 따른 배출량 분석 연구 등이 진행되고 있다.

2.2.3. 대기오염물질 관련 연구 동향

국가 대기오염물질 배출원 분류체계에서 농업기계는 소분류 수준에서 경운기, 콤바인, 분무기류, 양수기, 탈곡기, 파종기, 트랙터, 이앙기 총 8개로 구분하여 배출량을 산정하고 있다(NAIR, 2023). 그러나 현재 농업의 생산성 향상과 농가 경영 개선을 위한 ‘농업기계화 촉진법’에 의거, 상기 8종 외 다양한 농업기계의 개발과 보급이 이루어지고 있으나 배출량 산정에 필요한 농업기계 등록현황11) 및 농업기계별 평균 출력, 작업시간 등 활동자료의 한계와 농업기계별 적용할 수 있는 배출계수의 부재로 현행 배출량 산정 방법 개선은 필요하다.

Shin et al. (2019)은 국가 대기오염물질 배출량 자료를 활용하여 농업기계 배출원별, 물질별로 연도별 배출 추이 등을 분석하였으며, 최근 강화되고 있는 배출 규제에 대응할 필요성이 있다고 하였다. Han et al. (2020), Kim and Kim (2022), Lee and Kim (2023) 등은 일부 농업기계를 대상으로 대기오염물질 배출량 분석과 배출계수, 엔진 부하율 등에 대하여 연구를 추진하였다. 또한, Kim (2022, 2023)에서는 농업기계 등의 분류체계 개선과 작업조건 시험모드 개발 및 트랙터, 콤바인, 관리기 등 농업기계 3종에 대한 엔진 부하율 분석 관련 연구를 통해 비도로이동오염원 중 농업기계 및 건설기계에 대한 배출량 산정방법 개선을 시도하였다.


3. 연구방법
3.1. 배출원 분류체계의 개선

앞서 기술한 바와 같이 「농업기계화 촉진법」에 명시된 농업기계 40종에는 무동력 농업기계와 전기를 에너지원으로 하는 농업기계 등이 포함되어 있으며, 면세유를 공급하는 농업기계 범위에는 법에 명시되지 않은 농업기계가 포함되어 있다. 이에 본 연구에서는 면세유 지급 대상 농업기계 종류를 농업기계 세부 배출원 분류체계로 적용하였다. 특히, 면세유 지급 대상 농업기계에는 인벤토리 상 타 배출원 분류체계에 반영되어야 할 농업용 화물자동차, 굴삭기, 로더 등이 포함되어 있기 때문에 면세유를 공급하는 각 농업기계와 국가 온실가스 및 대기오염물질 배출량 분류체계와의 연계 기준을 Table 4와 같이 설정하였다. 또한, 대기오염물질 배출원 분류체계의 경우 현행 배출량 산정 대상 농업기계와 누락된 농업기계로 구분하여 분류하였다.

Table 4. 
Harmonization of source classfication system of greenhouse gas and air pollutant emissions from agricultural machinery
Agricultural machinery Greenhouse gassource classfication Air pollutant source classfication
Tiller Tractor 1.A.4.c.
Fuel combustion/
Other sector/
Agriculture/forestry/fishing
Non-road transport/
Agricultural machinery
(reflected)
Power sprayer Speed sprayer
Combine Rice transplanter
Seeder Water pump
Thresher Self-propelled thresher
Reaper binder Crop binding machine Non-road transport/
Agricultural machinery
(Not reflected)
Cultivator Multipurpose cultivator
Mower Lawn mower
Weeder Windrow reaper
Harvester Vegetable transplanter
Power cutter Pruner and shredder
Bark stripper Dehusker and peeler
Spouter Crop transport vehicle
Furrow Fertilizer applicator
Soil pulverizer Soil breaker
Crop washer Tea leaf harvester
Crop dryer Grain dryer Non-industry combustion/
Agriculture, livestock, and fisheries facilities
Agricultural heater
Mushroom cultivation sterilizer
Heating feed mixers
Agricultural cargo vehicle 1.A.3.b.
Transport/
Road transportation
Road transport/
Cargo vehicle
Agricultural loader 1.A.2.f.
Manufacturing industries and construction/
other/
Manufacturing
Non-road transport/
Construction equipment
Agricultural excavator
Agricultural drone 1.A.4.c.
Fuel combustion/
Other sector/
Agriculture/forestry/fishing
Non-road transport/
Agricultural machinery
(Not reflected)
Agricultural ship 1.A.4.c.
Fuel combustion/
Other sector/
Agriculture/forestry/fishing

3.2. 활동자료

배출량 산정에 필요한 활동자료는 ‘농업기계용 면세유 공급실적 및 배정량’ 자료를 활용하였다. 면세유 공급실적은 ‘농림축산식품 주요통계(MAFRA, 2023)’로 매년 생산, 제공되고 있으며, 면세유 배정량 자료는 정보공개 청구를 통하여 Table 5와 같은 내용으로 구성된 2021년 지역별 유종별 농업기계별 면세유 배정량 자료를 수집하였다.

Table 5. 
Allocation of duty-free fuel by region, type, and agricultural machinery
Division Types of data provided
Region Si·Gun·Gu
Fuel type Gasoline, Kerosene, Diesel, Heavy oil, Gas, By-product fuel oil No.1., By-product fuel oil No.2.
Agricultural machinery 41 types of agricultural machinery subject to duty-free supply
(Cultivator, Weeder => Cultivator)

면세유 배정량 자료는 「농어업 경영체 육성 및 지원에 관한 법률」제4조에 따라 등록된 영농 규모 및 재배 품목, 농업기계 등을 고려하고, 「농업용 면세유 공급 및 관리규정」에 규정된 농업기계 기종별ㆍ규격별ㆍ유종별 단위시간당 소요량과 연간 사용시간을 적용하여 당해연도 유종별ㆍ농업기계별 연간 배정량을 산출하여 배정된다. 그러나 당해 연도 재배 또는 사육 환경의 변화(기온변화 및 강수량 변화, 병해충 또는 전염병 발생 등), 재배 품목 변경, 자연 재해 피해 등으로 실제 공급량과 배정량에는 차이가 있다.

따라서 본 연구에서는 면세유 공급실적 자료를 유종별 소비 총량으로 설정하고, 유종별 총량을 당해년도 농업기계별 배정량 정보와 연계, 비례배분하여 농업기계별 배출량 산정에 필요한 연료 소비량 자료로 활용하였다. 또한, 대기오염물질 산정 시 필요한 농업기계별 기술(배출허용기준) 적용 자료는 ‘연도별 농업기계 공급현황’ 자료(Korea Agricultural Machinery Industry Cooperative (이하 KAMICO), 2022)와 연도별 국내 제작차 배출허용기준을 활용하여 적용하였으며, 공급 현황 자료가 없는 농업기계는 ‘기타’ 항목의 년도별 공급현황 자료를 기준으로 구분하여 적용하였다.

3.3. 배출계수

온실가스 배출량 산정에 적용한 배출계수는 Table 6과 같이 전환계수, CO2 배출계수는 국가 온실가스 배출량 산정 체계와 동일하게 국가 고유 배출계수를 적용하였으며, Non-CO2 배출계수는 IPCC 기본 배출계수를 적용하였다.

Table 6. 
Greenhouse gas conversion factors and emission factors
Fuel type C·F1)
(MJ/MJ)
CO2 E·F1)
(ton C/TJ)
CH4 E·F2)
(㎏ CH4 /TJ)
N2O E·F2)
(㎏ N2O/TJ)
Gasoline 0.930 19.547 Stationary
- Petroleum: 10
- LPG: 5

Mobile
- Petroleum: 5
- LPG: 5
Stationary
- Petroleum: 0.6
- LPG: 0.1

Mobile
- Petroleum: 0.6
- LPG: 0.1
Kerosene 0.932 19.969
Diesel 0.931 20.111
Heavy oil (B-B) 0.938 21.384
LPG (Propane) 0.919 17.641
By-product fuel oil No.1 0.933 20.067
By-product fuel oil No.2 0.946 21.641
GWP 1 28 265
Source: GIR. 2024. 2023 National Greenhouse Gas Inventory Report.
1) National Conversion factors and emission factors applied when calculating emissions after 2017.
2) IPCC default emission factors for CH4 and N2O in other sectors.

대기오염물질 배출량 산정에 적용한 배출계수는 Table 7과 같이 고정 배출원은 현재 국내 배출량 산정 시 적용하고 있는 유종별 배출계수를 적용하였으며, 배출계수가 없는 부생연료유 1호는 등유 배출계수를, 부생연료유 2호는 중유 배출계수를 적용하였다.12)

Table 7. 
Air pollutant emission factors by stationary source
Category Fuel Pollutant Emission Factors1), 2)
CO
(㎏/kL)
NOx
(㎏/kL)
TSP
(㎏/kL)
PM10
(㎏/kL)
PM2.5
(㎏/kL)
VOC
(㎏/kL)
NH3
(㎏/kL)
Stationary engine other fixed equipment Diesel 0.600 5.460 0.170 0.156 0.072 0.030 0.096
Kerosene 0.600 2.400 0.170 0.156 0.100 0.030 0.096
Heavy oil (B-B) 0.600 2.470 1.200 1.100 0.768 0.193 0.096
LPG 0.228 1.106 0.036 0.036 0.036 0.060 0.013
By-product fuel oil No.1 0.600 5.460 0.170 0.156 0.072 0.030 0.096
By-product fuel oil No.2 0.600 2.470 1.200 1.100 0.768 0.193 0.096
Source: NAIR (2023).
1) SO2 emissions are calculated by applying the sulfur content standards for fuel oil, etc. (Ministry of Environment Notice No. 2015-201). Gasoline: 0.001%, Kerosene: 0.001%, Diesel: 0.1%, Heavy oil (B-B): 0.5%, LPG: 0.004%, By-product fuel oil No.1: 0.1%, By-product fuel oil No.2: 0.2%
2) For by-product fuel oil No. 1, kerosene emission factors were applied.  For by-product fuel oil No. 2, Heavy oil (B-B) emission factors were applied.

이동 배출원은 국내에서 적용하고 있는 연료 소비량 기준 배출계수가 없으므로 ‘EMEP/EEA air pollutant emission inventory guidebook 2019’를 참조, Table 8과 같이 농업기계 및 건설기계는 연료유형별, 기술 유형별로 세분화된 Tier 2 배출계수를 적용하였고13), 농업용 화물차는 Light Commercial Vehicles (이하 LCV) Tier 1 배출계수를 적용하였다. 그리고 황산화물 배출량 산정 시에는 국내 연료용 유류 등의 황함유량 기준을 적용하였다.

Table 8. 
Air pollutant emission factors by mobile source
Category Fuel Tech.1) Pollutant Emission Factors2), 3)
CO NOx TSP PM-10 PM-2.5 VOC NH3 BC
Agriculture machinary Gasoline
(2-stroke)
~StageⅠ 888.77 2.65 5.54 5.54 5.54 328.60 0.00 0.28
StageⅡ 994.88 3.57 6.15 6.15 6.15 161.93 0.01 0.31
StageⅢA 994.88 3.57 6.15 6.15 6.15 161.93 0.01 0.31
StageⅣ 994.88 3.57 6.15 6.15 6.15 161.93 0.01 0.31
StageⅤ 994.36 3.56 6.12 6.12 6.12 159.48 0.01 0.31
Gasoline
(4-stroke)
~StageⅠ 1,099.64 10.20 0.22 0.22 0.22 27.31 0.01 0.01
StageⅡ 1,150.75 9.55 0.23 0.23 0.23 23.08 0.01 0.01
StageⅢA 1,150.75 9.55 0.23 0.23 0.23 23.08 0.01 0.01
StageⅣ 1,150.75 9.55 0.23 0.23 0.23 23.08 0.01 0.01
StageⅤ 1,113.72 7.66 0.23 0.23 0.23 19.02 0.01 0.01
Diesel ~StageⅠ 17.15 59.39 2.39 2.39 2.39 5.45 0.01 1.30
StageⅡ 7.40 24.98 0.76 0.76 0.76 1.43 0.01 0.59
StageⅢA 7.31 15.66 0.67 0.67 0.67 1.42 0.01 0.50
StageⅣ 7.30 1.92 0.12 0.12 0.12 0.64 0.01 0.09
StageⅤ 7.37 2.26 0.07 0.07 0.07 0.64 0.01 0.01
construction machinary Diesel ~StageⅠ 19.70 52.79 4.41 4.41 4.41 7.09 0.01 2.43
StageⅡ 8.65 26.79 1.25 1.25 1.25 1.92 0.01 1.00
StageⅢA 8.27 18.97 1.15 1.15 1.15 1.78 0.01 0.92
StageⅣ 7.30 1.90 0.12 0.12 0.12 0.65 0.01 0.09
StageⅤ 8.91 9.29 0.14 0.14 0.14 1.13 0.01 0.07
LCV Gasoline - 217.94 18.92 0.03 0.03 0.03 20.88 0.95 0.02
Diesel - 8.97 18.07 1.84 1.84 1.84 1.87 0.05 1.01
LPG - 160.90 28.88 0.00 0.00 0.00 25.91 0.15 0.00
1) Classification according to domestic non-road mobile pollution source emission standards (Enforcement Rules of the Air Quality Conservation Act [Appendix 17] Permitted Emission Standards for Manufactured Vehicles)
2) Source: EEA (2019).
3) SO2 emissions are calculated by applying the sulfur content standards for fuel oil, etc. (Ministry of Environment Notice No. 2015-201). - Gasoline: 0.001%, Kerosene: 0.001%, Diesel: 0.1%, Heavy oil (B-B): 0.5%, LPG: 0.004%, By-product fuel oil No.1: 0.1%, By-product fuel oil No.2: 0.2%


4. 결과 및 고찰
4.1. 농업기계별 유종별 소비량 추정

2021년 면세유 공급실적 자료와 배정량 자료를 비교한 결과 유종별로 차이가 있으나 배정 총량 대비 공급량이 적은 것으로 분석되었다. Table 9와 같이 휘발유는 88.95%, 등유 66.18%, 경유 93.03%, 중유 87.76%, 가스 71.06% 수준으로 분석되었으며, 실제 면세유로 배정되고 있으나 부생연료유 1호, 2호에 대한 공급실적은 누락되어 있는 것으로 분석되었다.

Table 9. 
Allocation and supply of duty-free oil for agricultural machinery in 2021
Fuel Type Allocation (A)
(KL)
Supply (B)
(KL)
B/A
(%)
Note1)
Gasoline 97,821 87,015 88.95
Kerosene 664,499 439,787 66.182)
Diesel 916,337 852,466 93.03
Heavy oil (B-B) 32,932 28,902 87.76
LPG (Propane) 19,175 14,053 71.062)
By-product fuel oil No.1 31,335 -  (87.76) (27,499.4)
By-product fuel oil No.2 9,213 -  (87.76) (8,094.2)
1) Estimated Supply.
2) Since the main consumers of fuel are heating and drying, there are differences depending on environmental conditions such as temperature and humidity in the year. - main consumers: Dryer, Heater, Mushroom cultivation sterilizer, etc.

농업기계별 연료 소비량은 면세유 공급실적 자료를 유종별 소비 총량으로 설정하고, 지역별 농업기계별 배정량을 비례배분하여 농업기계별 배출량 산정에 필요한 연료 소비량 자료를 추정하였다. 등유 및 중유와 동일하게 농업용 난방기, 농산물건조기, 버섯재배소독기 등에만 배정되고 있으나 공급실적 통계에는 누락되어 있는 부생연료유 1호, 2호의 경우 지역별 배정 현황이 중유 배정 현황 자료와 유사한 경향을 나타내고 있어 부생연료유 1호, 2호의 연료 소비량은 중유와 동일한 배정량 대비 공급량 비율(%)을 반영하였다. 또한, 농업용 화물차에 배정된 휘발유, 경유 및 LPG 등 면세유의 경우 100% 소비한 것으로 가정하고, 유종별 소비 총량에서 제외한 후 각 농업기계별로 비례배분하였다.

상기 과정을 거쳐 농업기계별 연료 소비량 추정한 결과는 Table 10과 같다. 휘발유는 관리기, 고속분무기, 예취기 등의 농업기계에 많이 소비되고 있으며, 등유는 난방기, 건조기 등의 농업기계에, 경유는 트랙터, 농업용 화물차에서 많이 소비되고 있는 것으로 분석되었다. 또한, 중유, 부생연료유 1호, 2호와 같이 황함유량14)이 높은 연료가 난방기, 건조기, 버섯재배 소독기와 같은 고정배출원에서만 소비되고 있는 것으로 파악되었다.

Table 10. 
Results of estimation of fuel consumption by agricultural machinery in 2021
Agricultural machinery Fuel type1) [KL]
A B C D E F G
Tiller 27.0 4.0 76,012.8
Tractor 2.1 541,958.6
Power sprayer 954.8 1.5 1,143.4
Speed sprayer 19,658.8 850.1
Combine 6.5 0.1 42,251.4
Rice transplanter 7,636.0 0.1 2,606.0
Seeder 98.9 3.8
Water pump 3,260.6 35.3 221.2
Thresher 4.1 2.1
Self-propelled thresher 5.0 6.0
Reaper binder 268.8 0.0 0.5
Crop binding machine 1.3 53.9
Cultivator (+Weeder) 1,317.2 0.7
Multipurpose cultivator 21,500.2 0.2 54.1
Mower 13,499.6
Lawn mower 1,856.6 9.9
Windrow reaper 2,824.5 0.1 1.8
Harvester 32.0 52.9
Vegetable transplanter 45.5 0.0 0.2
Power cutter 16.8 0.1 13.6
Pruner and shredder 1,308.7 315.8
Bark stripper 472.6 287.8
Dehusker and peeler 87.3 1.5
Spouter 4,323.3
Crop transport vehicle 5,798.9 0.1 294.3
Furrow 207.6 0.0 1.2
Fertilizer applicator 1,358.8 0.1 11.6
Soil pulverizer 13.1 0.2
Soil breaker 41.4 0.0 1.4
Crop washer 32.7 0.1 32.3
Tea leaf harvester 42.5 6.4
Crop dryer 52,963.2 1,569.9 56.0 367.0 23.5 3.2
Grain dryer 52,129.5 800.2
Agricultural heater 334,248.6 28,759.8 10,581.1 27,475.9 8,079.5
Mushroom cultivation sterilizer 395.3 28,378.9 86.3 1,627.7 11.5
Heating feed mixers 8.7 70.7
Agricultural cargo vehicle 29.9 141,037.8 1,477.3
Agricultural loader 18.3 13,589.9
Agricultural excavator 15.7 820.8
Agricultural drone 126.6 0.0
Agricultural ship 121.2 2.5
SUM 87,015.0 439,787.0 852,466.0 28,902.0 14,053.0 27,499.4 8,094.2
1) A: Gasoline, B: Kerosene, C: Diesel, D: Heavy oil (B-B), E: LPG (Propane), F: By-product fuel oil No.1, G: By-product fuel oil No.2

4.2. 온실가스 배출량

본 연구를 통하여 산정된 농업 에너지 부문의 온실가스 배출량은 2021년 기준 3,725,931.1 ton CO2eq.으로 분석되었다. 농업기계별 배출량은 트랙터가 1,416,043.9 ton CO2eq. (38.0%)로 가장 많은 온실가스를 배출하고 있으며, 난방기 1,037,222.9 ton CO2eq. (27.8%), 화물자동차 370,820.6 ton CO2eq. (10.0%), 경운기 198,676.6 ton CO2eq. (5.3%), 농산물건조기 138,009.3 ton CO2eq. (3.7%), 곡물건조기 133,103.2 ton CO2eq. (3.6%), 콤바인 110.409.6 ton CO2eq. (3.0%) 등의 순으로 높은 것으로 분석되었다. 특히, 트랙터, 난방기, 화물자동차, 경운기, 농산물건조기, 곡물건조기, 콤바인, 버섯재배소독기, 관리기, 고속분무기 등 상위 10개 농업기계의 온실가스 배출량이 전체 배출량의 95.0%를 상회하는 것으로 분석되었다.

배출원 형태로 분류하여 보면 난방기, 건조기, 버섯재배소독기 등 고정 배출원에서 1,386,596.2 ton CO2eq. (37.2%), 트랙터, 농업용 화물차, 경운기, 콤바인 등 이동 배출원에서 2,339,334.9 ton CO2eq. (62.8%)의 온실가스가 배출되는 것으로 분석되었다. 특히, 이동 배출원은 농업기계(농업 부문), 화물자동차(도로수송 부문), 건설기계(건설업 부문)로 분류가 가능하며, 농업기계는 1,885,602.4 ton CO2eq. (51.2%), 화물자동차는 370,820.6 ton CO2eq. (10.1%), 건설기계는 37,727.0 ton CO2eq. (1.0%)로 분석되었다. 유종별로는 경유가 2,227.491.2 ton CO2eq. (59.78%)로 가장 많은 온실가스를 배출하고 있으며, 등유 1,105,241.7 ton CO2eq. (29.66%), 휘발유 190,168.7 ton CO2eq. (5.10%), 중유 86,733.8 ton CO2eq. (2.33%), 부생연료유 1호 70,521.6 ton CO2eq. (1.89%) 등의 순으로 배출량이 높은 것으로 분석되었다.

본 연구 결과 산정된 농림업 에너지 부문 온실가스 배출량15)은 3.74 백만톤 CO2eq.으로 국가 온실가스 인벤토리 보고서 상 농림업 에너지 부문 온실가스 배출량 1.41 백만톤 CO2eq. 대비 2.33 백만톤 CO2eq.이 높은 것으로 분석되었으며, 배출량 차이가 발생한 주요 원인은 2가지로 판단된다.


Fig. 2. 
GHG emissions by aricultural machinary (ton CO2eq./yr)

Table 11. 
Greenhouse gas emissions by agricultural machinery in 2021
Agricultural machinery Source classfication Emission (ton/yr)
CO2 CH4 N2O CO2eq.
Tiller Agri_Mobile 197,874.3 13.4 1.6 198,676.6
Tractor Agri_Mobile 1,410,325.3 95.6 11.5 1,416,043.9
Power sprayer Agri_Mobile 5,057.1 0.3 0.0 5,077.8
Speed sprayer Agri_Mobile 44,997.5 3.1 0.4 45,184.9
Combine Agri_Mobile 109,963.7 7.5 0.9 110,409.6
Rice transplanter Agri_Mobile 23,400.5 1.6 0.2 23,497.3
Seeder Agri_Mobile 225.2 0.0 0.0 226.2
Water pump Agri_Mobile 7,760.2 0.5 0.1 7,792.5
Thresher Agri_Mobile 14.3 0.0 0.0 14.4
Self-propelled thresher Agri_Mobile 26.5 0.0 0.0 26.6
Reaper binder Agri_Mobile 586.4 0.0 0.0 588.8
Crop binding machine Agri_Mobile 142.9 0.0 0.0 143.5
Cultivator (+Weeder) Agri_Mobile 2,868.5 0.2 0.0 2,880.4
Multipurpose cultivator Agri_Mobile 46,934.2 3.3 0.4 47,130.0
Mower Agri_Mobile 29,380.3 2.0 0.2 29,502.9
Lawn mower Agri_Mobile 4,066.4 0.3 0.0 4,083.4
Windrow reaper Agri_Mobile 6,152.0 0.4 0.1 6,177.7
Harvester Agri_Mobile 207.3 0.0 0.0 208.1
Vegetable transplanter Agri_Mobile 99.8 0.0 0.0 100.2
Power cutter Agri_Mobile 72.3 0.0 0.0 72.6
Pruner and shredder Agri_Mobile 3,670.2 0.3 0.0 3,685.4
Bark stripper Agri_Mobile 1,777.5 0.1 0.0 1,784.8
Dehusker and peeler Agri_Mobile 193.9 0.0 0.0 194.7
Spouter Agri_Mobile 9,409.2 0.7 0.1 9,448.5
Crop transport vehicle Agri_Mobile 13,386.6 0.9 0.1 13,442.3
Furrow Agri_Mobile 455.0 0.0 0.0 456.9
Fertilizer applicator Agri_Mobile 2,987.5 0.2 0.0 3,000.0
Soil pulverizer Agri_Mobile 29.1 0.0 0.0 29.3
Soil breaker Agri_Mobile 93.9 0.0 0.0 94.3
Crop washer Agri_Mobile 155.5 0.0 0.0 156.1
Tea leaf harvester Agri_Mobile 109.0 0.0 0.0 109.5
Crop dryer Agri_Stationary 137,188.9 18.7 1.1 138,009.3
Grain dryer Agri_Stationary 132,310.0 18.1 1.1 133,103.2
Agricultural heater Agri_Stationary 1,031,143.3 138.8 8.3 1,037,222.9
Mushroom. cultivation sterilizer Agri_Stationary 77,600.4 10.4 0.6 78,054.0
Heating feed mixers Agri_Stationary 205.7 0.0 0.0 206.9
Agricultural cargo vehicle Road Transportation 369,326.4 25.1 3.0 370,820.6
Agricultural loader Construction 35,404.6 2.4 0.3 35,548.1
Agricultural excavator Construction 2,170.0 0.1 0.0 2,178.8
Agricultural drone Agri_Mobile 275.6 0.0 0.0 276.7
Agricultural ship Agri_Mobile 270.4 0.0 0.0 271.5
SUM  3,708,317.3 344.3 30.1 3,725,931.1


Fig. 3. 
GHG emissions ratio by fuel type and emission source category (%)

첫째, Table 1에 정리한 바와 같이 면세유 공급 대상 농업기계 42종 대비 농업기계 보유현황 조사 또는 이용실태 조사 시 조사 대상이 되는 농업기계 종류의 차이로 인하여 연료를 소비하는 농업기계가 많이 누락되어 상태로 배출량이 산정되고 있다. 온실가스 인벤토리 작성의 주요 원칙 중 하나인 모든 배출원을 대상으로 산정해야 하는 완전성(Completeness)을 고려한다면, 실제 면세유 등 연료를 사용하고 있는 농업기계를 기준으로 분류체계를 개선하여야 할 것으로 판단된다.

둘째, 면세유 공급 대상 농업기계에는 앞서 기술한 바와 같이 농업용 화물자동차, 농업용 굴착기, 농업용 로더 등이 포함되어 있어 유종별 소비량이 도로수송, 건설업 등 타 부문에서 산정될 여건이 높다. ‘석유류수급통계’ 작성 시 활용하는 자료인 ‘거래상황기록부(주유소용)’를 보면, 차량 출하와 차량외 출하량으로 구분하여 유종별로 기록하여 보고하도록 되어 있다. 이 때 농업용 화물자동차 운행으로 소비되는 연료 소비량은 농림어업 부문이 아닌 차량출하_화물차 부문에 포함되어 산정될 여건이 높으며, 건설기계인 농업용 굴착기, 농업용 로더는 차량외 출하_건설업 부문에 포함되어 산정될 여건이 높다. 이러한 상황에서 본 연구를 통하여 산정된 농업용 화물자동차와 농업용 굴착기, 농업용 로더의 온실가스 배출량은 408,547.6 ton CO2eq.으로 전체 배출량 3,725,931.1 ton CO2eq. 중 10.96%를 차지하고 있어 타 부문에서 산정되는 경우 농업 에너지 부문 온실가스 배출량이 낮아지게 된다. 따라서 농림어업부문의 온실가스 배출량은 약 4,900여 개소의 면세유 취급 주유소16)를 대상으로 별도 조사, 분석하고 ‘석유류수급통계’ 상 농림어업부문의 소비량과 상호 비교, 검증하여야 할 것으로 판단된다.

4.3. 대기오염물질 배출량

본 연구를 통하여 산정된 2021년 농업기계 부문 대기오염물질 배출량은 CO 102,768.5 ton/yr, NOx 24,594.1 ton/yr, SOx 444.5 ton/yr, PM-2.5 1,255.7 ton/yr, VOC 9,495.4 ton/yr, NH3 64.5 ton/yr으로 분석되었다.

Table 12. 
Air pollutant emissions by agricultural machinery in 2021
Agricultural machinery Source
classfication1)
Emission (ton/yr)
CO NOx SOx PM-2.5 VOC NH3
A-1 Tiller Non-road transport A 1,095.9 3,471.7 1.5 138.4 313.9 0.7
A-2 Tractor 5,416.9 13,003.6 10.8 519.5 1,220.4 5.3
A-3 Power sprayer 1,095.9 35.4 0.0 1.3 25.3 0.0
A-4 Speed sprayer 22,341.6 208.7 0.4 5.2 472.6 0.1
A-5 Combine 564.0 1,755.5 0.8 69.9 158.5 0.4
A-6 Rice transplanter 8,643.8 157.7 0.2 5.0 196.5 0.1
A-7 Seeder 112.1 1.1 0.0 0.0 2.4 0.0
A-8 Water pump 3,137.5 17.4 0.1 19.7 699.6 0.0
A-9 Thresher 4.7 0.1 0.0 0.0 0.1 0.0
A-10 Self-propelled thresher 5.7 0.2 0.0 0.0 0.1 0.0
A-11 Reaper binder B 304.6 2.6 0.0 0.1 6.5 0.0
A-12 Crop binding machine 2.0 1.4 0.0 0.1 0.2 0.0
A-13 Cultivator (+Weeder) 1,492.5 12.8 0.0 0.3 31.9 0.0
A-14 Multipurpose cultivator 24,315.7 210.7 0.4 4.9 526.4 0.1
A-15 Mower 12,978.6 44.3 0.3 80.4 2,893.9 0.1
A-16 Lawn mower 1,785.0 6.3 0.0 11.1 398.0 0.0
A-17 Windrow reaper 2,715.5 9.3 0.1 16.8 605.5 0.0
A-18 Harvester 36.8 1.7 0.0 0.1 0.9 0.0
A-19 Vegetable transplanter 51.6 0.4 0.0 0.0 1.1 0.0
A-20 Power cutter 16.3 0.4 0.0 0.1 3.6 0.0
A-21 Pruner and shredder 1,261.5 12.6 0.0 8.1 281.3 0.0
A-22 Bark stripper 457.3 9.1 0.0 3.1 102.0 0.0
A-23 Dehusker and peeler 84.0 0.3 0.0 0.5 18.7 0.0
A-24 Spouter 4,156.5 14.2 0.1 25.8 926.8 0.0
A-25 Crop transport vehicle 6,573.5 63.8 0.1 1.6 141.3 0.0
A-26 Furrow 235.3 2.0 0.0 0.0 5.0 0.0
A-27 Fertilizer applicator 1,539.7 13.5 0.0 0.3 33.0 0.0
A-28 Soil pulverizer 12.6 0.0 0.0 0.1 2.8 0.0
A-29 Soil breaker 39.8 0.2 0.0 0.2 8.9 0.0
A-30 Crop washer 31.8 1.0 0.0 0.2 7.1 0.0
A-31 Tea leaf harvester 48.2 0.6 0.0 0.0 1.0 0.0
A-32 Crop dryer Non-industry combustion C 32.8 293.6 4.8 4.0 1.7 5.2
A-33 Grain dryer 31.8 286.5 2.6 3.8 1.6 5.1
A-34 Agricultural heater 236.3 2,035.9 360.9 52.7 18.0 37.6
A-35 Mush. cultivation sterilizer 17.7 72.3 57.8 3.0 1.0 2.8
A-36 Heating feed mixers 0.8 2.1 0.0 0.1 0.2 0.0
A-37 Agricultural cargo vehicle Road transport D 1,509.2 2,591.9 2.9 259.8 302.1 6.7
A-38 Agricultural loader Non-road transport E 135.0 231.8 0.3 16.3 29.6 0.1
A-39 Agricultural excavator 9.7 20.5 0.0 1.5 2.6 0.0
A-40 Agricultural drone Other F 121.7 0.4 0.0 0.8 27.1 0.0
A-41 Agricultural ship 116.6 0.5 0.0 0.7 26.0 0.0
SUM  102,768.5 24,594.1 444.5 1,255.7 9,495.4 64.5
1) A: Agricultural machinery (reflected), B: Agricultural machinery (Not reflected), C: Agriculture, livestock facilities, D: Cargo vehicle, E: Construction equipment, F: Other (Not reflected)


Fig. 4. 
Air pollutant emissions by agricultural machinery (ton/yr)


Fig. 5. 
Proportion of air pollutant emissions by fuel type (%)

대기오염물질별 주요 배출 농업기계는 CO의 경우 휘발유를 연료로 사용하는 관리기(24,375.7 ton/yr, 23.7%), 고속분무기(22,341.6 ton/yr, 21.7%), 동력예취기(12,978.6 ton/yr, 12.6%) 등이 주요 배출원으로 분석되었다. NOx는 트랙터(13,003.6 ton/yr, 52.9%), 경운기(3,471.8 ton/yr, 14.1%), 화물자동차(2,591.9 ton/yr, 10.5%) 등이 주요 배출원이며, SOx는 등유 외 중유를 사용하는 난방기(360.9 ton/yr, 82.1%), 버섯재배소독기(57.8 ton/yr, 13.0%)가 주요 배출원으로 분석되었다. PM-2.5의 경우 트랙터(519.5 ton/yr, 41.4%), 화물자동차(259.8 ton/yr, 20.7%), 경운기(138.4 ton/yr, 11.0%), 동력예취기(80.4 ton/yr, 6.4%), 콤바인(69.9 ton/yr, 5.6%) 등이 주요 배출원으로 분석되었다. VOC는 동력예취기(2,893.9 ton/yr, 30.5%), 트랙터(1,220.4 ton/yr, 12.9%), 병충해방제기(926.8 ton/yr, 9.8%) 등이 주요 배출원이며, NH3는 난방기(37.6 ton/yr, 58.2%), 화물자동차(6.8 ton/yr, 10.5%), 트랙터(5.3 ton/yr, 8.1%), 농산물건조기(5.3 ton/yr, 8.1%), 곡물건조기(5.1 ton/yr, 7.9%) 등이 주요 배출원으로 분석되었다.

유종별 대기오염물질 배출 비중(%)은 휘발유의 경우 CO(91.2%), VOC(78.3%)에서 가장 많은 배출 비중(%)을 차지하고 있으며, 경유는 NOx(86.5%), PM-2.5(80.8%)에서 가장 많은 배출 비중(%)을 차지하고, 등유는 NH3(65.4%), 중유는 SOx(65.0%)에서 가장 많은 배출 비중(%)을 차지하고 있는 것으로 분석되었다.

국가 대기오염물질 배출원 분류체계를 기준으로 비교하기 위하여 배출원에 따라 분석한 결과 Table 13과 같이 난방기, 건조기 등 고정 배출원17)에서 배출되는 대기오염물질은 CO 319.4 ton/yr, NOx 2,690.3 ton/yr, SOx 426.2 ton/yr, PM-2.5 63.6 ton/yr, VOC 22.4 ton/yr, NH3 50.7 ton/yr으로 분석되었다. 이동 배출원 중 농업기계에서 배출되는 대기오염물질은 CO 100,556.9 ton/yr, NOx 19,058.6 ton/yr, SOx 15.1 ton/yr, PM-2.5 913.0 ton/yr, VOC 9,085.5 ton/yr, NH3 6.9 ton/yr으로 분석되었다. 다른 이동 배출원 분류체계에 반영되어 있는 농업용 화물차 및 건설기계에서 배출되는 대기오염물질은 CO 1,653.9 ton/yr, NOx 2,844.2 ton/yr, SOx 3.2 ton/yr, PM-2.5 277.6 ton/yr, VOC 334.3 ton/yr, NH3 6.9 ton/yr으로 분석되었다.

Table 13. 
Air pollutants emissions by emission source classification
Source classfication Emission (ton/yr)
CO NOx SOx PM-2.5 VOC NH3
Non-industry combustion Agriculture, livestock facilities 319.4 2,690.4 426.2 63.6 22.4 50.7
Non-road transport Agricultural machinery Reflected1) 42,418.1 18,651.3 13.9 759.1 3,089.5 6.6
Not reflected2) 58,138.8 407.3 1.1 153.9 5,996.0 0.3
Subtotal 100,556.9 19,058.6 15.1 913.0 9,085.5 6.9
Construction equipment 144.7 252.3 0.3 17.8 32.2 0.1
Road transport Cargo vehicle 1,509.2 2,591.9 2.9 259.8 302.1 6.7
Other (Drone, Ship) 238.3 0.9 0.0 1.5 53.1 0.0
SUM 102,768.5 24,594.1 444.5 1,255.7 9,495.4 64.5
1) Agricultural machinery reflected in the CAPSS classification.
2) Agricultural machinery not reflected in the CAPSS classification.


Fig. 6. 
Comparison of CAPSS and this study’s emissions by air pollutant

농업기계만을 대상으로 본 연구 결과와 2021년 국가 대기오염물질 배출량 통계(NAIR, 2024)와 비교한 결과 배출계수 및 적용 활동자료의 차이로 일부 대기오염물질에서는 차이가 많은 것으로 분석되었다. 고정배출원은 국가 배출량 통계에는 수산업시설 부문 배출량이 포함되어 있으며, 본 연구는 배출원 소분류 중 1, 2, 3종(보일러) 시설이 포함되지 않은 면세유 공급 대상인 농업경영체 중심의 배출량 산정 결과로 직접적인 비교는 불가능하지만, 국가 배출량 통계 대비 CO는 38.7% 수준으로 분석되었으며, NOx 80.6%, SOx 105.8%, PM-2.5 46.9%, VOC 49.8%, NH3 38.5% 수준으로 나타났다.

이동배출원은 휘발유를 사용하는 농업기계의 배출량을 반영한 결과로 인하여 국가 배출량 통계 대비 CO는 1,524.3%, VOC는 508.7% 수준으로 분석되었으며, NOx 125.5%, SOx 382.7%, PM-2.5 79.5%, NH3 13.9% 수준으로 나타났다. 특히, 배출원 분류체계에 포함되지 않은 농업기계의 경우 대부분 휘발유를 사용하는 농업기계로서 CO와 VOC의 배출량 차이에 많은 기여를 한 것으로 나타나 현재 미반영되어 있는 유종에 대한 추가 반영과 배출량 산정 대상 농업기계 종류에 대한 현행화가 필요하다고 판단된다.


5. 결론

본 연구는 연료 사용 시 동시에 배출되는 온실가스와 대기오염물질의 연관성을 고려, 기존 국가 온실가스 및 대기오염물질 인벤토리 작성 방법 대신 동일한 배출원 분류체계와 활동자료를 활용하여 농업 에너지 부문의 온실가스와 대기오염물질의 인벤토리를 작성하고자 하였다. 배출량 산정은 현행 통계조사 시 누락되어 있는 농업기계 및 미적용되고 있는 유종을 고려하여 면세유 공급대상 농업기계로 보다 세분화된 분류체계를 설정하고, 면세유 공급실적을 활동자료로 활용하여 배출량을 산정하였다. 주요 결과와 시사점을 요약하면 다음과 같다.

첫째, 농업경영체에게 공급하고 있는 면세유를 기준으로 배출량을 산정한 결과 농림업 에너지 부문 온실가스 배출량은 2021년 기준 3.74 백만톤 CO2eq.으로 국가 온실가스 배출량 중 농림업 에너지 부문 온실가스 배출량인 1.41 백만톤 CO2eq. 대비 2.33 백만톤 CO2eq.이 높은 것으로 나타났다. 주요 원인은 활용한 활동자료의 차이로서 국가 온실가스 배출량 산정 시 활용하는 활동자료는 농업/임업/어업 부문으로 합산하여 생산되고 있는 ‘석유류수급통계’로 농업/임업 및 어업 부문으로 분류하는 방법은 농업/임업/어업 부문 연료 소비량 총량에서 어업부문 연료 소비량을 뺀 나머지를 농림업 부문에 적용하고 있다. 특히, 농업/임업/어업 부문의 면세유 공급 대상에는 화물자동차, 로더, 굴삭기 등도 포함되어 있으며, 이러한 공급 대상은 ‘석유류수급통계’ 생산 시 타 부문인 수송 또는 건설 부문에서 연료를 소비하는 것으로 산정될 수 있다. 따라서 향후 농업/임업/어업 에너지 부문의 온실가스 배출량 산정 시 각 부문별 면세유 공급량과 ‘석유류수급통계’ 내 농림어업 부문 연료 소비량 자료와의 비교, 검증하는 과정이 필요하다고 판단된다.

둘째, 농업 에너지 부문에서 온실가스와 동시에 배출되는 대기오염물질 배출량은 CO 102,768.5 ton/yr, NOx 24,594.1 ton/yr, SOx 444.5 ton/yr, PM-2.5 1,255.7 ton/yr, VOC 9,495.4 ton/yr, NH3 64.5 ton/yr으로 휘발유를 사용하는 농업기계의 배출량을 반영한 결과로 인하여 국가 배출량 통계 대비 CO는 1,524.3%, VOC는 508.7% 수준으로 높은 것으로 나타났다. 또한, 이동배출원 중 현행 대기오염물질 배출량 산정 대상 농업기계 8종 이외 실제 현장에서 면세유를 공급받아 운영되고 있는 농업기계 23종이 누락되어 있는 것으로 분석되었다. 따라서 현재 국가 대기오염물질 배출량 산정과정에서 미반영되어 있는 유종에 대한 추가 분석과 배출량 산정 대상 농업기계 종류에 대한 현행화가 필요하다고 판단된다.

마지막으로 본 연구에 따른 분석 결과는 농업 에너지 부문 탄소중립 관련 정책의 수립 및 이행평가에 효율적인 활용이 가능할 것으로 판단된다. 농업기계별 온실가스 배출량의 경우 상위 10개 농업기계의 온실가스 배출량이 전체 배출량의 95.0% 이상을 차지하고 있다. 이동배출원 기준으로 온실가스 배출량이 높은 트랙터, 콤바인, 경운기, 관리기, 고속분무기 등을 대상으로 친환경농업기계 개발 및 보급이 우선적으로 이루어져야 단기적 온실가스 감축 효과가 클 것으로 판단된다. 또한, 난방기, 건조기, 버섯재배소독기 등 고정배출원은 온실가스 배출량 상위 10개 농업기계에 포함되어 있는 바, 온실가스와 대기오염물질 통합 관리 측면에서 중유, 부생연료유 등의 연료 전환이 우선 추진되어야 할 것으로 판단되며, 중장기적으로는 재생에너지 보급 등을 통하여 에너지원의 전환을 조속히 진행하여야 할 것으로 판단된다. 그리고 농업용 화물차, 농업용 로더, 농업용 굴삭기는 국가 인벤토리 상 타 분류체계에 반영되어 있는 배출원으로 각 부문별 주관 부처와의 협의를 통하여 저감 대책의 관리 주체 및 범위를 구분하여야 할 것으로 판단된다.


Notes
1) 단기체류 기후변환 원인물질 배출량 산정 시 온실가스 분류체계와 동일한 구성으로 작성될 예정이다.
2) 국가 온실가스 인벤토리 보고서에 따르면, 농업/임업 부문의 활동자료는 국가 에너지밸런스의 농림어업 연료 소비량 총량에서 어업의 활동자료를 차감한 자료를 농업/임업 부문 활동자료로 활용하고 있다.
3) 농업기계 보유현황(농림축산식품부), 농업기계 이용실태 조사(국립농업과학원) 자료를 활용하고 있다.
4) 「농업기계화 촉진법」에 규정된 농업기계의 범위에는 농업용 트랙터 보호구조물, 농산물 저온저장고, 농축산물 생산 환경조절장치 등 화석연료를 사용하지 않는 농업기계가 포함되어 있다.
5) 화석연료를 사용하는 농업기계를 대상으로 하며, 농업용 화물자동차(「자동차관리법 시행규칙」 별표 1에 따른 경형ㆍ소형 및 최대적재량이 1.2톤 이하인 중형 화물자동차로 한정), 농선, 버섯재배소독기 등 「농업기계화 촉진법」에 규정되지 않은 농업기계가 포함되어 있다.
6) 면세유 공급대상으로 지정된 농업기계는 42종이지만, 면세유 배정량 자료에는 ‘동력제초기’에 대한 배정량 정보는 없기 때문에 실제 면세유를 공급받는 농업기계는 41종이다.
7) 에너지 분야_연료연소_기타_농업/임업 부문 배출량이다.
8) 비산업 연소_농업·축산·수산업시설 부문 배출량과 비도로이동오염원_농업기계 부문 배출량의 합계이다.
9) 「농업용 면세유 공급 및 관리규정」은 지속적 개정을 통하여 대상 농업기계를 추가(2012년 농업용 화물자동차, 농업용 굴삭기 등 면세유 공급 대상 추가)하거나 제외하고, 농업용 난방 부문 경유 사용 금지(2015년 7월 이후), ‘기종별·규격별 시간장 연료소모량 조견표’의 개선 등이 이루어지고 있다.
10) Kim et al. (2018) 연구에서 활용한 통계자료는 쌀, 콩, 고추, 마늘, 양파 등 5개 작목(표본 수 2,160개)과 번식우, 비육우, 육우, 젖소, 비육돈, 산란계, 육계 등 7개 축종(표본 수 1,400개)을 대상으로 한 통계청 ‘농가경제조사’ 자료와 통계청 조사 작목 외 감자, 배추, 사과, 장미 등 약 120여개 작목(표본 수 4,243개)을 대상으로 한 농촌진흥청 ‘농업총조사’ 자료, 농가, 축산, 농림사업체 등을 대상으로 조사한 에너지경제연구원 ‘에너지총조사’ 자료를 활용하였다.
11) 최근 ‘농업기계 보유현황’ 통계에는 ’19년 4종(파종기, 정식기, 수확기, 농업용 멀티콥터) 및 ’22년 4종(친환경 동력원 농업기계)이 추가되어 총 16종의 농업기계 보유 현황 자료가 생산되고 있다.
12) 「석유 및 석유대체연료사업법」에 의거, 부생연료유는 보일러(가정용 제외) 또는 노(Furnace)의 연료로서 사용할 수 있으며, 부생연료유 1호는 등유형으로, 2호는 중유형으로 품질기준을 설정, 시험항목에 적용하고 있다.
13) TSP, PM-10, PM-2.5의 배출계수가 동일하여 배출량은 PM-2.5만 산정하였다.
14) 연료용 유류 등의 홤함유량(%)은 환경부 고시(제2012-201호)에서 등유 0.001%, 경유 0.1%, 중유 0.5%, 가스 0.004%, 부생연료유 0.1%, 부생연료유 2호 0.2%로 규정되어 있다.
15) 농업 부문 면세유 공급실적과 임업 부문 면세유 공급실적 자료를 활용하여 온실가스 배출량을 산정, 합계한 배출량이다.임업 부문에서도 임업용동력기계톱(Forestry power saw), 임업용동력천공기(Forest tree drill), 임업용윈치(Forestry winch), 임업용동력집재기(Cable yarder), 목재파쇄기(Wood chipper), 톱밥제조기(Sawdust maker), 자동지타기(Automated spiraling chainsaw machine), 동력상하차기(Wood grab excavator), 동력임내차(Grapple truck), 타워야더(Tower yarder) 등 10종의 임업기계를 대상으로 면세유를 공급하고 있다.’21년 임업 부문에서는 휘발유 6,984.3 kL, 경유 408.5 kL를 면세유로 공급(산림청 자료)하였으며, 본 연구 방법을 적용하여 산정한 온실가스 배출량은 16,473.4 ton CO2eq.으로 분석되었다.
16) ’24년 9월 오피넷 정보 기준(https://www.opinet.co.kr/)
17) CAPSS (Clean Air Policy Support System)기준 비산업연소_농업·축산·수산업시설 부문에 포함된다.

Acknowledgments

본 연구는 농촌진흥청 연구개발사업 “기후·에너지 위기 대응 지역재생 기술 개발 및 현장 실증(연구개발과제번호: RS-2022-RD009983)”의 지원으로 수행되었습니다.


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