Analysis of Environmental Implications and Economic Feasibility for Vitalizing Agricultural Residues as Resources Considering Waste Management Cost

폐기물처리 비용을 고려한 국내 영농부산물 자원화 방안의 경제성과 환경성 분석

Abstract

In Korea, open burning of agricultural residues is prevalent due to inadequate collection systems, which have caused environmental impacts such as GHGs and particulates. This illegal treatment of agricultural residues also results in economic loss, considering that agricultural residues can be utilized as resources such as pellets and energy sources. To understand the effect of avoiding open burning, this study evaluated the economic, environmental, and social effects of two alternative management options for agricultural residues: incineration and pelletizing. The study estimates the potential amount and dry weight by region for 18 items, taking various factors into account. Regarding the economic aspect, pelletizing facilities in all regions in Korea create economic benefits. This study shows that most regions have an environmental advantage by pelletizing residues. However, incineration creates more environmental benefits than pelletizing in metropolitan cities with relatively low density of residues. It is expected that the environmental, economic, and social findings of this study can be used to inform policies for bioenergy as the need for agricultural residue increases.

Ⅰ. 서론

국내에서 영농부산물은 다양한 자원화 방안에도 불구하고 폐기물관리법에 따라 사람의 생활이나 사업활동에 필요하지 아니하게 된 물질로 규정되어 처리되고 있다 (Hwang, 2015). 영농부산물은 농산물의 생산과정에서 필연적으로 발생하며, 농업생산성과 재배면적을 바탕으로 잠재량이 추정되어 농업 생산성의 향상은 부산물 잠재량의 증가로 이어진다(Yoon, 2008; Lee et al.; 2017). 영농부산물 발생량이 증가할 것이라는 전망에도 불구하고, 영농부산물은 발생 장소에 따라 개념이 정의된 생활폐기물, 사업장 폐기물, 의료 폐기물 등과 달리 구체적 정의가 없다. 영농부산물은 에너지화 및 사료화 등을 통해 다양하게 자원으로 활용 가능하지만 자원으로서의 영농부산물 관리 및 처리에 대한 법률적, 제도적 방침이 명시되어 있지 않다. 다양한 활용방안이 제시되고 있음에도 불구하고 영농부산물은 폐기물로 구분하여 처리하도록 규정되어 농가 부담, 영농부산물 처리 과정에서의 비의도적 범법으로 이어져 새로운 문제를 야기하고 있다 (Lee et al., 2017; MAFRA, 2020).

영농부산물은 폐기물로 구분되어 종량제로 배출하기 때문에 농가에 경제적 부담을 주게 되는데 이는 영농부산물이 폐유나 연소재 등과 같은 일반적인 생활폐기물과 달리 무게 대비 상대적으로 큰 부피 때문이다 (KREI, 2014). 경작지에서 배출불편, 병충해 방지와 같은 농업 관행, 처리비 부담 등은 영농부산물의 부적절한 처리방안으로 이어지고 있다 (MAFRA, 2020). 또한, 미흡한 수거체계는 노천소각에 따른 환경적 피해로 이어지고 있다. 농촌지역 영농부산물 및 폐기물 소각에 대한 실태조사 (2020)에 따르면, 전체 농가의 77.8%에 해당하는 농가가 노천에서의 영농부산물 소각을 경험한 것으로 나타나 부적절한 처리방안이 횡행하고 있다. 생물성 연소로 인해 배출되는 미세먼지는 연간 16,804 t으로 이는 전체 미세먼지 배출량의 6.3%에 해당한다 (Sung, 2019). 이러한 대기오염으로 인한 환경부하 외에도 주로 겨울철에 행해지는 영농부산물 노천소각은 건조한 날씨로 인해 대형산불로 이어질 위험이 크며, 이로 인한 환경적 손실도 발생하고 있다 (Koo et al., 2010; Yu et al., 2022).

영농부산물 자원화를 통한 선순환은 폐기물처리에 따른 비용절감, 자원생산을 통한 경제적 편익 확보, 부적절한 처리등에 따른 환경영향 저감 등의 효과가 있다 (Seo and Jeong, 2014; STEPI, 2015). 탄소흡수 용량 (Sink capacity)은 전 세계적으로 자원의 채취부터 사용, 폐기에 이르기까지 환경부하에 대한 처리 가능량으로 한계에 봉착하며 (Ministry of Environment, 2018b), 선형 경제구조로 이루어진 현재의 구조를 순환경제로 전환하는 정책을 해결책으로 추진 중이다(Chae, 2022). 우리나라는 신재생에너지 공급의무화제도(Renewable Portfolio Standard, RPS)와 신재생에너지연료 혼합 의무비율 (Renewable Fuel Standard, RFS), 신재생열에너지 공급의무화제도 (Renewable Heat Obligation, RHO)를 도입하였다 (Policy Briefing of ROK, 2014). 특히, 농업은 1차 산물이 소비되고 남은 부산물이 에너지로 활용될 수 있다는 점에서 정부의 신재생에너지 정책에 부합하여 주목받고 있다. 영농부산물은 처리비용이 발생하는 폐기물이 아닌 자원으로 활용됨에 따라 경제성이 확보될 수 있다. RPS에 따라 혼소발전이 필수적인 우리나라는 사용되는 전체 펠릿의 89.8%에 해당하는 양을 수입하여 사용 중인 점에서 영농부산물을 펠릿으로 자원화함에 따른 경제적 대체효과가 나타날 것으로 기대할 수 있다 (KREI, 2006; RDA, 2009; Ministry of Trade, Industry, and Energy, 2022). 환경적 측면에서 영농부산물의 에너지화는 이산화탄소의 방출량을 줄이는 핵심적인 역할을 하여 청정개발체제 (Clean Development Mechanism)의 중요한 요소이다 (KREI, 2006; Hooda and Rawat, 2006).

정부의 2030 감축목표 (NDC) 달성과 2050 탄소중립을 위한 온실가스 감축을 위한 정책 추진에 따라 농업부문의 온실가스 저감을 위한 다양한 연구가 진행되었다. 특히, 영농부산물은 폐기물이 아닌 자원으로의 활용방안을 제시하기 위한 연구가 주를 이루어 수행되었다. 미이용되는 밀과 옥수수 부산물의 가스화를 통한 전력발전 활용에 따른 기술-경제적 타당성을 분석한 연구 (Huang et al., 2019)와 같이 기술적, 경제적 타당성을 고려한 연구가 존재하지만 폐기물로 처리하는 방식과 비교하여 영농부산물을 자원화함에 따른 환경적, 경제적 측면에서의 비교 및 분석이 포함되지 않은 한계를 지니고 있다. Fernandes and Costa (2010)는 임산물과 농산물로부터 발생하는 잠재 바이오매스량을 분석하고, 이를 기반으로 대체가능한 열량을 추정하여 에너지로서의 부산물의 활용성을 평가하였다. 가나에서는 기후변화와 에너지원 고갈에 대한 우려에 따른 대응방안으로 임⋅농업부산물과 유기성 부산물, 도시 폐기물을 포함한 도시와 농촌에서 발생 가능한 폐기물을 활용한 에너지화로 충족시킬 수 있는 에너지 수요량을 분석하였다 (Kermausuor et al., 2014). Cuiping et al. (2004)는 중국 내 임⋅농업부산물의 잠재량을 분석하였으나 자원으로 활용하는 방안이 고려되지 않아 이에 따른 경제적, 환경적 관점에서의 분석에 있어 한계가 존재한다. Choi et al. (2012)는 경기도의 한 지역을 대상으로 지역단위 미이용 바이오매스 발생량을 고려하여 수요자 중심 가용량을 추정하였다.

따라서 본 연구에서는 다양한 농산물 생산데이터를 바탕으로 영농부산물의 잠재적 발생량을 추정하고, 영농부산물의 법적 적정처리인 시설소각과 자원화 방안인 펠릿화에 대한 환경개선효과와 경제적, 사회적 편익을 분석하고자 한다. 영농부산물 잠재발생량 추정을 위해 다양한 항목을 고려하여 품목을 선정하였다. 선행연구를 통해 부산물별 환산계수를 구득하여 재배면적에 따른 발생량을 산정하였다. 또한 국내에서 일상적으로 발생하고 있는 노천소각과 활용가능한 처리 및 자원화 방안으로 시설소각과 펠릿화를 선정하여 경제적, 환경적 타당성을 검토하였다.

Ⅱ. 자료 및 방법

1. 작물별 생산량을 고려한 영농부산물 잠재발생량 추정

가. 대상 영농부산물 선정 및 작물별 생산량

농업생산성과 재배면적은 영농부산물의 발생량에 영향을 미치는 주요 요소이다. 잠재발생량 산정을 위한 영농부산물은 농촌진흥청 (2013b)이 선정한 국내 주요 농산물 가운데 농업부문 바이오매스 환산계수가 제시된 작물의 농업생산성과 재배면적을 고려하여 선정하였다 (Butchaiah, 2009; Koh et al 2011; Lee et al., 2012; RDA, 2013a; Sanchis et al., 2014; Park et al., 2015; Kim et al., 2019). 선정된 품목은 초본계 혹은 목질계 영농부산물을 생산하는 감, 자두, 감귤, 팥, 고추, 옥수수, 메밀, 감자, 고구마, 복숭아, 포도, 사과, 배, 참깨, 들깨, 땅콩을 포함한 18개 품목이다. 영농부산물 중 가장 발생량이 많은 볏짚과 왕겨는 퇴비와 외부판매, 축사의 깔짚으로 이미 전체 발생량의 51%와 28%, 17%가 활용되고 있어 본 연구의 자원화를 위한 영농부산물 대상에서 제외되었다 (KREI, 2017).

나. 영농부산물의 잠재발생량 추정

작물별 총생산량은 재배면적과 단위 면적당 생산량을 활용하여 산정하였다. 작물별 재배면적과 작물별 단위 면적당 생산량은 농업경영체 등록정보와 2019년 농작물 생산통계를 기준으로 각각 산정하였다. 재배면적당 생산량은 집약도에 따라 달라지는 수집 및 운송 효율에 영향을 미칠 수 있으므로, 영농부산물 운송 시, 운송비 절감 등의 단점을 보완할 수 있는 주요 지표로 사용될 수 있다 (Kim et al., 2019). 작물별 재배면적은 매년 시군구 단위로 통계집계가 처리되고 있으나 작물별 단위 면적당 생산량은 시군구 단위로 공식적인 조사가 이루어지지 않아 시도 단위의 자료를 사용하여 추정하였다.

작물별 부산물 잠재발생량은 재배면적과 단위 면적당 생산량을 기준으로 시군구 단위로 산출하였으며, 영농부산물의 처리방안에 대한 환경영향은 건조중량을 기준으로 적용하여 평가를 진행하였다. 작물별 생산량에 따른 부산물 발생량은 농촌진흥청 (2013)에서 제시된 환산계수를 활용하여 산정하였다. 제시된 부산물 환산계수는 농촌지역 5년 평균 총생산량을 기준으로 단위 면적당 부산물 발생량, 총 재배면적에 단위면적당 부산물 발생량 비율, 시험포장 조사 결과를 바탕으로 분석되었다 (RDA, 2013a). 작물별 부산물 발생량은 대상 작물의 2019년 기준 총생산량과 작물별 부산물 환산계수, 함수량을 적용하여 산출하였으며 (식 1), 감귤과 같이 자료가 존재하지 않는 항목의 경우에는 전정가지가 부산물로 발생하는 다른 과수에서의 평균값을 이용하여 추정하였다.

G_i = Σ(A_{i, j} * Y_{i, j} * CF_j * (1 - w_j))       (1)

Where, i means production region of agricultural products j

j means agricultural products

G_i means potential dry weight of agricultural residue produced in the region i

A_{i, j} means cultivated area of agricultural product j in the region i

Y_{i, j} means yield per unit area of agricultural product j in i

CF_j means conversion factor of agricultural product j into residue

w_j means water content of agricultural residue of agricultural product j

2. 영농부산물 자원화 방안

우리나라의 『폐기물관리법』 제3조의2 6항에서 폐기물은 소각, 매립 등의 처분을 하기보다는 우선적으로 재활용함으로써 자원생산성의 향상에 이바지하도록 하여야 한다고 명시하고 있다. 이에 따라 폐기물로 구분되는 영농부산물을 자원화하기 위한 여러 방안이 제시되었다. 영농부산물은 특성에 따라 크게 물질자원화 또는 에너지화가 가능하다. 물질자원화 방안인 퇴비화와 사료화는 볏짚, 보리짚 등의 초본계 영농부산물을 대상으로 이루어지고 있으며, 과수전정가지와 같은 목질계 부산물을 활용하는 경우가 비교적 적다 (RDA, 2013). 목질계 영농부산물은 부산물의 함수량에 따라 고형연료화 또는 혐기소화를 통해 자원으로 활용이 가능하다 (KREI, 2017).

국내에서 발생하는 영농부산물은 주로 전정가지류나 짚류로 함수량이 적은 특징을 갖고 있어 고형연료화가 자원화 방안으로 활용되고 있다 (Kim et al., 2019). 고형연료 중 영농부산물을 활용하여 가공된 펠릿은 환경부 장관이 인정하여 고시하는 바이오매스 폐기물로 제조된 고체연료 (Bio-SRF)로 구분되며, 아그로펠릿 Agro-pellet)으로 명명된다. 아그로펠릿은 착화성과 보존성, 연소효율이 우수하다. 특히, 고밀화를 거치면서 부피밀도 (Bulk density)가 큰 영농부산물에 비해 운송 및 보관이 용이하며 유황분의 발생이 적기 때문에 환경친화적이다 (Ministry of Environment, 2021). 아그로펠릿으로의 가공은 영농부산물이 다른 에너지 자원 소비를 대치하는 효과까지 기대할 수 있어 추가적인 환경적, 경제적, 사회적 편익을 동시에 도모할 수 있는 대안으로 제시되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 영농부산물을 자원화하는 다양한 방안 중 영농부산물의 함수율과 리그닌 함량 등의 특성을 고려하여 펠릿으로 자원화하는 방안을 선정하였다.

3. 영농부산물 자원화에 따른 편익 산정

가. 환경적 편익 분석

영농부산물 처리방안별 비교분석의 기준을 마련하기 위해 노천소각에 대한 환경영향을 기준으로 시설에서의 소각과 아그로펠릿 생산에 따른 환경적 편익을 비교하여 평가하였다. 환경영향은 영농부산물 자원화 시 배출되는 다양한 물질 중 온실가스와 미세먼지 발생량을 통해 살펴보았다. 동일한 영농부산물 처리 시 발생하는 배출물질을 기준으로 노천소각, 시설소각, 펠릿자원화 처리방안 적용에 따른 환경영향 산정시 일반적으로 바이오매스 및 영농부산물의 연소에 따른 환경영향을 평가할 때 고려되는 탄소중립은 고려되지 않았다. 폐기물에 해당하는 영농부산물의 법제적 구분에 따라 현행법률상 폐기물을 처리하는 방안인 시설소각을 검토하였다. 시설소각에 따른 환경영향 분석을 위해 영농부산물 처리시설은 현재의 시군구 행정구역에서 활용하고 있는 소각시설 위치를 잠재적 시설 위치로 가정하였다. 대부분의 영농부산물이 발생하는 수도권 이외의 지역은 각 행정구역에 시설이 존재하지 않고, 인접 지역과 공동으로 소각시설을 활용하여도 발생량 처리가 가능할 것으로 판단하였다. 또한, 소각시설과 같은 혐오시설이 자기의 거주지역에 입지할 경우, 집단적인 행동이 표출로 님비현상 (NIMBY)이 빈번히 발생하기 추가적인 시설 입지에 있어 어려움이 있다고 판단하여 본 연구는 현재 존재하는 소각시설을 활용하였다. 시설소각은 소각 시 발생하는 온실가스와 미세먼지를 적정 규정에 맞게 포집 및 처리하는 경우를 기준으로 하였다. 각 부산물 발생지에서 시설까지의 이동거리에 따른 환경경향은 소각처리와 펠릿 자원화와 상관없이 동일하게 발생하여 비교에서 포함되지 않았다. 노천소각 및 시설소각에 따른 온실가스 및 미세먼지 발생량은 영농부산물별 단위 중량당 배출량 지수과 영농부산물별 발생량을 활용하여 산정하였다 (Table 1).

Table 1 Agricultural products and residues, and their greenhouse gases (GHG) and particulates (PM) emission rate during open-burning and facility incineration

* For items where data do not exist (tangerines, plums, peanuts, perilla seeds, sesame seeds, wheat), the average of other crops producing the same residue is used

Source: Butchaiah, 2009; Koh et al., 2011; Lee et al., 2012; RDA, 2013a; Sanchis et al., 2014; Park et al., 2015; Kim et al., 2019

영농부산물의 펠릿화는 부산물 처리를 통해 부산물이 다른 에너지 자원 소비를 대체하는 효과를 기대할 수 있는 방안이다. 펠릿화에 따른 환경적 타당성 검토를 위해 처리과정에 필요한 투입 에너지와 자원들의 환경영향을 함께 고려하였으며, 영농부산물별로 아그로펠릿 생산량을 산출하여 기존의 방안인 시설소각과 비교하였다. 펠릿화 공정은 파쇄-건조-압착-냉각의 과정으로 이루어지기 때문에, 부산물의 건조상태에 따라 투입에너지 요구량에 차이가 발생할 수 있다 (Choi et al., 2009; Oh et al., 2016). 따라서, 펠릿화 적용에 따른 환경영향은 건중량을 기준으로 산출하였다. 국내에서 발생하는 주요 영농부산물별 가공가능한 아그로펠릿량을 산출하기 위한 펠릿화 비율은 Kim et al.(2019)의 연구에서 제시된 기준을 적용하였다 (Table 2). 더 나아가 2012년 이후 시행된 신재생에너지 공급의무제도에 따라 석탄화력발전소는 펠릿을 혼소하여 발전하는 점을 고려하여 이에 따른 대체효과를 분석하였다. 펠릿을 혼소하는 비율은 국내의 발전소에서 적용한 혼소율인 5% 수준을 적용하였다. 전량 석탄을 이용하여 동일한 발전량을 유지하는 경우와 혼소하여 유지하는 경우를 비교하여 화석연료 대체에 따른 환경성 변화를 분석하였다.

Table 2 Agricultural products and residues, and their yield in 2019, conversion factor from product to residue, and water content

Source: RDA, 2013a.

시설소각 및 자원화를 통해 저감가능한 온실가스 및 미세먼지를 잠재적 시장가치로 환산하였으며, 시장가치로 환산된 환경적 편익을 바탕으로 각 처리방안 도입에 따른 지역별 환경적 편익의 우위를 비교하였다. 시장가치로 환산하기 위한 온실가스 거래가격은 2021년 1월 19일 기준 KAU20종목의 거래 시가인 18,000원/톤을 적용하였고 (KRX ETS, 2021), 미세먼지는 458,600원/톤을 저감에 따른 경제적 편익으로 활용하였다 (Cho and Sonn, 2004).

나. 경제적 편익 분석

본 연구는 영농부산물의 자원화에 따른 경제성 평가를 위한 시설로 시설소각시설과 펠릿제조시설을 선정하였다. 노천 소각은 가장 횡행하는 처리방안이지만 별도의 경제적 비용이나 편익이 발생하지 않아 포함되지 않았다. 환경적 편익과 동일하게 소각처리와 자원화 방안에 모두 진행되는 수집단계와 운송단계는 분석에 포함되지 않았다. 소각시설의 경우, 일별 처리 용량을 48톤을 기준으로 규모를 추정하였다 (Ministry of Environment, 2018a). 시설의 연간제조가능용량은 기계가동률 68%, 250일을 기준으로 반영하였다. Ministry of Environment (2018a)에서 제시한 48톤 시설용량의 소각시설 평균 운영비인 57.6천원/톤을 적용하였다. 시설운영비는 장비 구매비와 운영에 필요한 비용을 기준으로 산정하였으며, 인건비 및 관리비는 시설소각과 펠릿제조 모두 동일한 것으로 추정하였다. 소각시설과 펠릿제조시설의 내구연한은 15년으로 적용하였으며 (Ministry of Environment, 2020), 내구연한에 따른 감가상각을 적용하여 비용을 산정하였다 (식 2; 식 3, Table 3). 편익에서 활용으로 구분되는 아그로펠릿 판매가격은 국내의 아그로펠릿 가격정보 부재로 인도의 판매가격인 128천원/t을 적용하였다.

Table 3 Calculation criteria for economic cost and benefit analysis

Source: Ministry of Environment, 2018a; Ministry of Environment, 2020; KREI, 2009; Dehkordi, 2015

Cost = (G_i ∙ C_operating) + d_t       (2)

\(\begin{aligned}d_{t}=\frac{\left(C_{\text {facility }}-S\right)}{n}\end{aligned}\)       (3)

Where, i means production region of agricultural products j

j means agricultural products

G_i means potential dry weight of agricultural residue produced in the region i

C_operating means operating cost for facility

d_t means straight line depreciation of facility per time period

C_facility means installation and hardware cost of facility

S means salvage value

n means useful lifespan of facility

다. 사회적 편익 분석

영농부산물의 노천소각은 전체 산불의 11%를 차지하는 주요한 원인으로 시설소각과 펠릿화와 같은 처리방안의 도입을 통해 예방이 가능할 것으로 보인다 (Singh and Panigrahy, 2009; Moreira and Pe’er, 2018; Phairuang et al., 2019; KOSIS, 2020; Bai et al., 2021; Ribeiro et al., 2023). 본 연구에서는 제시된 처리방안 도입을 통한 산불 예방 효과에 따른 사회적 편익은 산불 예방 효과, 연간 산불에 의한 소실 면적, 산림보존 가치 등을 바탕으로 추정하였다 (Howard, 2014; KEI, 2016; KOSIS, 2020). 노천소각으로 인해 산불이 발생함에 따른 사회적 비용 (대기오염이나 재산피해와 같은 실질적 피해 제외)은 산불로 인해 유실된 산림면적만큼의 가치로 추정할 수 있으며, 사회적 편익은 산불과 같은 사건, 사고로 인해 훼손될 것으로 추정된 산림면적을 보존한 면적으로 적용하여 보존가치로 산출된다 (KEI, 2016). 본 연구는 한국환경연구원(2016)이 환경부에 제시한 기준인 산림의 사회적 편익 111,964,871원/ha⋅년을 적용하였다. 영농부산물의 노천소각을 방지함에 따라 보존된 산림면적은 1년 동안 영농부산물의 노천소각으로 인해 발생하는 평균 산불 빈도와 산불 발생에 따른 평균 피해면적을 통해 산출하였다 (식 4). 또한 산림의 사회적인 가치는 추정된 산림보존면적과 산림의 공익 가치 및 생산 편익을 통해 산정하였다.

\(\begin{aligned}A_{\text {conserved }}=\overline{\text { case }} * A_{\text {burned }}\end{aligned}\)       (4)

Where, A_Conserved means conserved forest area through blocking open burning

\(\begin{aligned}\overline{\text { case }}\end{aligned}\) means average number of wildfire per year

A_burned means forest area burned down by wildfire

V_Forest = A_Conserved * V_{SocialBenefit}       (5)

Where, V_Forest means social value of forest

A_Conserved means conserved forest area through blocking open burning

V_{SocialBenefit} means quantified environmental value of forest function

Ⅲ. 결과 및 고찰

1. 영농부산물 발생지별 잠재발생량

국내에서 발생하는 초본계와 목질계 영농부산물 가운데 생산량과 다양한 고려요인을 바탕으로 품목을 선정하여 품목별 잠재적 발생량을 비교하였다. 2019년 기준의 농작물 생산통계에서 제공하는 작물별 단위면적당 생산량과 부산물 환산계수를 고려한 국내에서 잠재적으로 발생하는 영농부산물은 연간 2.6백 톤으로 분석되었다. 초본계와 목질계 영농부산물은 전체 발생하는 영농부산물의 각각 49.8%와 50.2%를 차지하였다 (Fig. 1). 초본계 부산물이 발생하는 주산물과 목질계 부산물이 발생하는 주산물의 생산량은 각각 약 1.3백만 톤과 약 1.8백만 톤으로 나타났다.

Fig. 1 Amount of agricultural residue produced by product

18개 품목 가운데 영농부산물이 가장 많이 발생하는 품목은 사과로 전체 영농부산물 잠재발생량의 28% (741,374 ton)을 차지하는 것으로 분석되었으며, 고추 (16%), 고구마 (11%), 포도 (10%) 순으로 발생량이 많다. 가장 적은 부산물 잠재발생량을 발생하는 품목은 팥인 것으로 나타났다. 사과, 고추, 고구마, 포도, 들깨, 배의 부산물은 연간 10만 톤 이상의 부산물이 발생하는 것으로 분석되어 6개 작물의 영농부산물 잠재발생량은 전체의 80.3%로 전체 발생량의 높은 비율을 차지한다. 사과와 고추, 포도는 무게를 기준으로 주산물의 생산량보다 부산물 잠재발생량이 많은 것으로 분석되었다. 들깨의 경우, 연간 생산량이 16만t이 넘는 사과, 고추, 포도, 고구마와 달리 3.6만t에 불과하지만, 부산물 환산계수가 가장 높은 6.14로 나타나 주산물 생산량 대비 비교적 부산물의 발생이 많은 작물이다. 고구마는 부산물 환산계수가 0.85로 주산물 생산량 대비 영농부산물의 잠재발생량은 적지만 18개 대상 품목의 농작물 가운데 사과와 고추를 이어 세 번째로 많은 영농부산물을 발생하는 작물로 분석되었다. 초본계 대비 목질계 주산물은 약 1.4배 많은 양이 생산되고 있지만 낮은 부산물 환산계수로 인해 발생하는 부산물이 적은 것으로 사료된다.

2. 자원화에 따른 환경적 타당성

가. 기존의 폐기물처리 대비 펠릿생산에 따른 저감효과

기존에 행해지던 노천소각의 온실가스와 미세먼지 배출이 환경에 미치는 영향을 기준으로 시설소각과 펠릿화 방안의 환경성 저감효과를 비교하였다. 그 결과, 영농부산물을 기존의 시설소각을 통하여 처리하는 경우 부산물의 건조중량을 기준으로 2020년 기준 국가 온실가스 총배출량의 약 0.3%에 해당하는 연간 약 215만 톤의 온실가스 저감이 가능하며, 미세먼지의 경우 간 2.4만 톤 이상 저감이 가능할 것으로 분석되었다. 지역별로는 경남 밀양의 경우 최대 7.9만 톤까지 온실가스와 1.4톤의 미세먼지 저감이 가능한 것으로 나타났다. 펠릿 생산을 통한 처리방안은 노천소각 처리에 비해 국가 총 온실가스 배출량의 0.7%에 해당하는 연간 약 490만 톤의 온실가스 배출량을 저감할 수 있어 노천소각 처리에 비해 2배 이상 저감이 가능할 것으로 추산되었다. 부산물 발생량이 가장 많았던 경상남도 밀양에서 최대치인 약 21만 톤의 온실가스가 저감이 가능할 것으로 나타났다. 영농부산물의 펠릿화는 노천소각 대비 연간 약 4.6만 톤의 미세먼지를 저감할 수 있으며, 이는 국가 총 미세먼지 배출량의 약 15.6%에 해당한다. 경북 안동에서 발생하는 영농부산물을 자원화할 경우, 노천 소각으로 발생하는 미세먼지 대비 가장 많은 미세먼지 배출량인 약1.4천 톤을 저감할 수 있는 것으로 나타났다. 이는 안동에서 가장 많이 발생하는 부산물인 사과 전정가지의 낮은 수분함유량과 펠릿잠재비율로 인해 자원화로 시 발생하는 미세먼지가 적어짐에 따른 것으로 사료된다. 현행법률상의 적정처리방안인 시설소각과 비교하여, 펠릿화는 국가 총 온실가스 배출량의 0.4%인 274만 톤의 온실가스 배출량을 저감할 수 있을 것으로 평가되었다. 연간 약 2.2만여 톤의 미세먼지 배출량을 추가적으로 저감 가능한 것으로 나타났다. 영농부산물은 매해 농업활동에 따라 자연적으로 발생하는 결과물로 발생을 막는 것은 불가피하다. 따라서 발생하는 영농부산물을 처리하는데 있어 시설소각과 같은 단순한 처리가 아닌 펠릿과 같이 자원화에 초점을 맞출 필요가 있을 것으로 사료된다. 처리방안 도입에 따른 지역별 온실가스와 미세먼지 배출량은 Fig. 2와 같다.

Fig. 2 GHGs and particulates reduction from facility incineration and pelletization compared to open burning

시설소각과는 달리 펠릿화를 통한 영농부산물의 자원화는 환경적 편익의 많은 부분이 석탄 혼소를 통한 대체효과에서 발생한다. 2019년 기준으로 발전량인 227,384 GWh를 석탄을 활용하여 유지할 경우, 약 31,833천 톤의 석탄이 필요한 것으로 분석되었다. 5%의 아그로펠릿을 혼소할 경우, 전체 발전량의 5%에 해당하는 양인 11,369 GWh를 발전하기 위한 아그로펠릿 필요량은 부산물에 따라 상이하다. 발열량이 가장 높은 사과 전정가지의 경우, 약 22.1만 톤의 사과전정가지 아그로펠릿이 필요한 것으로 분석되었으며, 이는 연간 사과전정가지 아그로펠릿 생산가능량인 121,226톤에 조금 못 미치는 수준이다. 하지만, 사과전정가지 아그로펠릿을 제외한 17개의 영농부산물 아그로펠릿은 5% 혼소 시 필요량을 단일작물로는 충당할 수 없으므로 혼용하여 사용해야 하는 것으로 사료된다. 아그로펠릿을 5% 혼소함으로써 석탄을 활용하여 발전해야 하는 발전량이 216,015 GWh로 감소하며, 발전에 필요한 석탄이 줄어듦에 따라 온실가스와 미세먼지 저감효과가 있는 것으로 분석되었다. 유연탄의 경우, 1 GWh의 전기를 생산 시 1,158톤의 온실가스를 배출하며, 이를 기준으로 아그로펠릿으로 대체됨에 따른 저감량은 13백만톤으로 나타났다. 미세먼지의 경우, 유연탄은 640 kgPM₁₀e/GWh의 미세먼지를 배출하며, 석탄을 사용하지 않음으로써 약 7,281톤의 미세먼지가 저감되는 것으로 나타났다. 아그로펠릿이 유연탄을 대체함으로써 환경개선효과를 보이고 있지만 전력수급관리에 영향을 끼치지 않도록 유연탄과 아그로펠릿 사이의 적정한 혼소 비율 활용 등의 이에 대한 대안이 마련되어야 한다.

나. 온실가스 및 미세먼지의 시장가치 환산을 통한 편익 산정

시설소각 방안 및 자원화 방안 도입에 따른 온실가스와 미세먼지 저감량의 시장가치를 분석하기 위해 온실가스배출권 거래가격과 미세먼지 배출량 당 시장가치를 활용하였다. 그 결과, 영농부산물을 시설에서 소각하여 온실가스와 미세먼지 배출량을 저감할 경우, 연간 약 49,961백만원에 해당하는 시장가치를 창출할 수 있는 것으로 나타났다. 펠릿화 방안은 유연탄 대체효과가 부가적으로 적용되어 연간 약 109,446백만원에 해당하는 온실가스와 미세먼지를 저감하여 시장가치로 전환가능한 것으로 분석되었다. 창출한 시장가치를 기준으로 지역별로 시설소각과 펠릿화 중 우위를 갖는 환경성을 분석한 결과, 일부 지역을 제외한 전국 대부분의 시군구 행정구역에서 영농부산물을 펠릿화하는 것이 환경성 편익에서 우위를 갖는 것으로 나타났다. 서울특별시와 6개 광역시, 세종자치시를 비롯한 일부 수도권 지역이 시설소각이 환경적 측면에서 우위를 갖는 것으로 평가되었다 (Fig. 3). 이는 서울과 수도권 같이 상대적으로 영농부산물 발생량이 적은 지역은 자원으로 활용할 수 있는 만큼의 충분한 부산물이 없을 뿐만 아니라 자원화되어도 비용을 상쇄할 수 있는 편익이 창출되지 않아 소각이 환경성 우위를 갖는 것으로 사료된다.

Fig. 3 The superiority of environmental feasibility between incineration and pelletizing for each region in Korea

3. 자원화에 따른 경제적 타당성

시설소각 방안과 펠릿화 방안을 통한 영농부산물의 활용 가능성을 파악하기 위해 경제적 분석을 한 결과, 시설소각 방안과 비교하여 펠릿화 방안 도입이 서울 및 일부 수도권, 광역시를 제외한 시군구에서 경제적으로 타당한 것으로 평가되었다 (Fig. 4). 이는 처리방안 도입에 따라 창출되는 편익의 유무여부에 의한 것으로 판단된다. 펠릿화는 시설소각 대비 톤당 발생하는 운영비와 시설증축을 위한 비용이 많은 것으로 분석되었지만 자원화 시, 생산되는 펠릿 1톤당 128천원에 해당하는 편익이 창출된다. 시설소각은 영농부산물을 소각함에 따라 추가로 활용할 수 있는 방안이 없다는 점에서 편익이 창출되지 않은 것으로 나타났다.

Fig. 4 The superiority of economic feasibility between incineration and pelletization for each region in Korea

따라서 편익이 창출되는 펠릿화 방안 도입에 따른 경제적 비용-편익을 산정하여 지역별로 비교하였다. 전국 대부분의 시군구 행정구역은 펠릿화 시설을 운영하며 창출되는 편익보다는 발생하는 비용이 큰 것으로 나타났다. 총 250개의 시군구 가운데 6개에 해당하는 시군구 (인제군, 홍천군, 창원시 의창구, 진주시, 밀양시, 창녕군)만 다양한 비용을 고려하여도 편익을 창출하는 것으로 나타나 수익성의 확보가 가능한 것으로 평가되었다. 밀양시는 가장 많은 부산물이 발생하는 지역으로 자원으로 순환가능한 양이 많았으며, 이로 인한 편익이 창출되었다. 하지만 창원시 의창구나 인제군의 경우, 발생하는 부산물이 많지 않음에도 불구하고 펠릿 판매를 통한 편익이 비용보다 크게 나타났다. 이는 부산물별 함유한 수분량과 펠릿으로 전환가능한 비율이 달라 발생하는 현상으로 사료되며, 따라서 영농부산물을 자원으로 활용하여 편익을 창출하기 위해서는 다양한 요인이 고려되어야 할 것으로 판단된다.

4. 적정처리방안에 따른 사회적 타당성

2009년부터 약 11년간의 산불 발생통계를 분석한 결과, 연간 노천소각으로 인하여 발생한 평균 산불 건수는 8.01건이며, 산불 1회당 평균 피해면적은 1.87 ha인 것으로 나타났다. 영농부산물을 노천에서 소각함으로써 평균적으로 유실되는 산림면적은 약 15 ha 정도로 분석되었다. 산불로부터 산림을 보존함으로 얻게되는 산림의 공익가치인 사회적 편익은 영농부산물의 시설소각 및 자원화를 통해 산불의 주요한 원인인 노천소각을 줄여서 얻을 수 있다. 노천소각을 통한 산불 예방에 따른 사회적 편익은 ‘소각방지를 통해 보존된 산림면적’과 ‘산림보존가치’을 통해 산정이 가능하다. 단위 면적당 산림이 생산하는 연간 공익 가치를 토대로 산불예방에 따른 사회적 편익을 산정한 결과, 법제적 처리방안으로 영농부산물을 처리함에 따라 산불을 예방하여 얻을 수 있는 산림의 사회적 가치는 전국을 기준으로 매년 약 152억원 이상으로 추정되었다. 시군구별로 살펴보면, 부산물이 발생한 지역 중 산불예방 효과를 통한 사회적 편익이 가장 적게 나온 지역은 부산진구(682원)로 나타났다. 밀양시는 전국에서 가장 많은 부산물이 발생하는 지역으로 노천소각을 대체하여 적정한 처리방안이 도입됨에 따라 전체 사회적 편익의 약 4.23%에 해당하는 편익을 창출하는 것으로 분석되었다. 현재 노천소각이 영농부산물을 처리하는 횡행하는 방안인 것을 고려할 때, 부산물 발생량이 많은 지역일수록 시설소각이나 펠릿화와 같은 적절한 처리방안 도입에 따른 사회적 편익이 증가하게 된다. 지역별 적정처리방안 도입에 따른 산불방지로 창출되는 사회적 편익은 Fig. 5와 같다.

Fig. 5 Social benefits from preventing wildfire by applying appropriate method for managing agricultural residue (Unit: KRW/yr)​​​​​​​

Ⅳ. 결론

본 연구는 국내에서 생산되는 18가지의 주산물의 면적당 생산량 데이터를 바탕으로 영농부산물의 잠재적 발생량을 분석하여 영농부산물의 폐기물처리와 자원화를 통한 활용방안에 대한 환경적, 경제적, 사회적 타당성을 평가해보고자 하였다. 이를 위해. 선행연구를 통한 다양한 환산계수를 구득하여 영농부산물 잠재발생량 추정하고, 국내 적용이 가능한 적정처리 및 자원화 방안을 적용하여 해당 방안 도입에 따른 환경적, 경제적, 사회적 비용편익을 검토하였다.

국내에서 발생하는 영농부산물을 대상으로 적정처리방안 도입에 따른 편익을 분석한 결과, 경제적 측면에서 국내의 모든 시군구 행정구역은 펠릿화 시설을 도입하여 영농부산물을 처리하는 방안이 경제적 편익을 창출하는 것으로 분석되었다. 대부분 시군구는 영농부산물을 펠릿화하는 방안이 환경적으로 우위를 점하는 것으로 나타났다. 하지만 상대적으로 부산물 발생이 적은 특별시와 광역시, 자치시, 일부 수도권 지역의 경우 시설소각을 통한 처리가 환경적 편익을 창출하는 것으로 분석되었다. 이는 행정구역별 영농부산물 발생량을 고려한 적정 처리시설 도입을 통해 환경적, 경제적 편익을 모두 창출하는 것이 가능함을 보여준다.

본 연구는 영농부산물의 특성을 고려하여 자원화함에 따른 편익을 환경적, 경제적, 사회적으로 구분하여 분석하였다. 이에 따른 연구결과가 영농부산물의 펠릿화를 모두 대변하기에는 어려움이 있지만, 영농부산물 활용에 대한 니즈가 높아짐에 따른 바이오에너지화 정책 마련을 위한 환경적, 경제적, 사회적 방향성을 제시할 수 있다. 하지만 본 연구는 영농부산물이 처리 또는 자원화되는 과정의 환경적, 경제적, 사회적 편익을 분석 시 수거와 운송단계는 제외하였으므로 항후 영농부산물 자원화에 따른 타당성 분석하는데 있어 보다 현실적인 평가를 위해 수거부터 자원화에 이르기까지의 모든 과정에 대한 분석이 필요하다.

감사의 글

본 연구는 2020년 환경부에서 지원한 “농어촌 폐기물 공공관리 체계마련 연구”의 일환으로 수행되었음.