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한국환경연구원> 기본연구보고서> 딥러닝을 활용한 해양오염 예측도구 개발 및 적용 연구(Ⅱ)

딥러닝을 활용한 해양오염 예측도구 개발 및 적용 연구(Ⅱ)

A Study on Marine Pollution Prediction Using Deep Learning and its Application(Ⅱ)

김태윤 , 진대용 , 강유진 , 권경환
  • : 한국환경연구원
  • : 기본연구보고서 2021권0호
  • : 연속간행물
  • : 2021년 12월
  • : 1-122(122pages)
기본연구보고서

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Ⅰ. 연구의 배경 및 목적
ㅇ 해양에서 많은 개발사업이 이루어지고 있으며 이로 인한 환경적 영향을 예측·평가하여 저감방안이 이행되고 있음
ㅇ 해양환경의 복잡한 특성으로 인하여 개발사업이 해양환경에 미치는 영향을 파악하는 데는 한계가 있음
ㅇ 천리안 위성자료와 수치모형에서 계산된 물리 자료를 딥러닝 기술에 적용하여 해양 오염 예측도구를 개발하고자 함
Ⅱ. 국내외 인공위성 현황 및 분석
ㅇ 국내에서 운영 중인 인공위성에 대한 내용을 서술하고 산출물을 정리함
ㅇ 국외에서 운영 중인 인공위성을 정리하고 위성별 특성을 분석함
Ⅲ. 클로로필-a 예측모형 검증
ㅇ 공간적 관측자료의 부재로 인하여 인공위성 자료를 예측모형의 검증자료로 활용하였음. 예측모형 검증에 사용된 인공위성 자료의 신뢰성에 대하여 자세하게 서술함
ㅇ 기존 예측모형과의 정확도 비교를 통하여 예측모형의 신뢰성을 확보함
ㅇ 클로로필-a 농도는 담수 유입, 영양염, 수온 등으로 계절적 변동을 보임. 개발된 예측모형이 클로로필-a의 계절적 특성 모의도 가능함을 제시함
Ⅳ. 해양오염 예측모형 적용
ㅇ 예측모형의 적용성을 검토하기 위하여 해양오염의 주요 인자인 용존유기물질에 대한 시·공간적인 변화를 예측함
ㅇ 기후변화로 인해 발생하는 기온 상승이 해양환경에 미치는 영향을 예측모형을 통하여 검토하고 활용 범위의 확장성을 확인함
Ⅴ. 결론 및 제언
ㅇ 개발된 예측모형의 신뢰성을 확보하기 위하여 연구결과를 국외학술지(IF=5.353)에 제출하였으며, 제출된 논문은 관련 분야 전문가의 리뷰를 거쳐 2021년에 게재됨
ㅇ 과학기술적, 정책적, 경제적 측면과 기후변화 측면에서 예측도구의 기대효과를 제시함
ㅇ 연구의 한계와 향후 예측도구의 발전 방향에 대하여 서술함
Ⅰ. Aims and Purposes of the Research
ㅇ Many development projects in the coastal areas have been conducted, and mitigation measures have been implemented based on the predictions and evaluations of the environmental impact of those projects.
ㅇ Due to the complex nature of the marine environment, there is a limit to what we can understand in terms of the impact of development projects on the marine environment.
ㅇ The purpose of this study is to develop a marine pollution prediction tool by applying the physical data obtained from a numerical model and GOCI satellite data to deep learning technology.
Ⅱ. Status and Analysis of Domestic and Foreign Satellites
ㅇ Outlined the status of satellites in operation in Korea and examined the output.
ㅇ Listed the satellites in operation abroad and analyzed the characteristics of each satellite.
Ⅲ. Validation of the Chlorophyll-a Prediction Model
ㅇ Due to the lack of spatial measurements, satellite data were used as verification data for the prediction model. The reliability of the satellite data used to verify the prediction model was described in detail.
ㅇ The credibility of the prediction model is secured by comparing the accuracy with the existing prediction model.
ㅇ Chlorophyll-a concentration demonstrates seasonal fluctuations due to environmental factors such as freshwater and nutrient inflows and water temperature. The prediction model shows that it is possible to simulate the seasonal characteristics of chlorophyll-a.
Ⅳ. Application of the Marine Pollution Prediction Model
ㅇ To examine the applicability of the prediction model, the temporal and spatial changes of CDOM, a major factor in marine pollution, are predicted.
ㅇ The effect of temperature rise due to climate change on the marine environment are reviewed through the prediction model, and the scalability of the model application has been confirmed.
Ⅴ. Conclusion and Suggestion
ㅇ To secure the reliability of the developed prediction model, the research results were submitted to an academic journal (IF = 5.353), and was published in 2021 after review by experts in the relevant field.
ㅇ The expected effects of the prediction tools are presented from the scientific and technological, policy, economic, and climate change perspectives.
ㅇ The limitations of the study and the direction for improving the tool were examined.

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간행물정보

  • : 사회과학분야  > 기타(사회과학)
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  • : 연간
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  • : 학술지
  • : 연속간행물
  • : 1993-2021
  • : 605


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2021권0호(2021년 12월) 수록논문
최근 권호 논문
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1지속가능발전목표 이행 방안 마련 연구

저자 : 홍한움 , 김호석 , 강선아 , 강지은

발행기관 : 한국환경연구원 간행물 : 기본연구보고서 2021권 0호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-112 (112 pages)

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Ⅰ. 서 론
1. 연구의 필요성 및 목적
□ 연구의 필요성
ㅇ 2015년 9월 UN 총회 합의문으로 2030 의제 합의
- 17개의 지속가능발전목표(SDGs: Sustainable Development Goals)를 수립하여 전 분야에서 통합적인 지속가능발전 달성을 목표로 하는 것으로 합의
- 환경부 소속의 지속가능발전위원회의 국가지속가능발전목표(K-SDGs)를 수립하고, 통계청에서는 UN 지속가능발전지표를 모니터링하는 등 지속가능발전목표 달성을 위한 국가적 노력이 있어왔음
ㅇ 2020년 코로나 팬데믹 이후 지속가능발전목표 이행 여건에 불가피한 변화 발생. 여건 변화와 도전을 반영한 이행방안 마련 필요
- 경제, 사회, 환경 분야에 광범위한 영향을 미치는 펜데믹 상황을 극복하기 위한 한국판 뉴딜의 대규모 재정 투입
- 2020년 『제4차 지속가능발전 기본계획』 수립으로 인한 국가지속가능발전 정책체계 개편
- 현 정부의 탄소중립 선언 이후 녹색성장 체계 개편
ㅇ 현 우리나라의 지속가능발전 이행에 대한 통합적 시각이 결여되어 있음
- 재원확보, 재정계획, 부문별 정책 및 국가계획에 SDGs 반영, 국가SDGs 목표 설정 및 계획 수립, 지속적 모니터링, 개도국 개발 지원 등 다방면에서 통합적으로 수행하는 것이 바람직하나, 현재는 목표 설정 및 지표 달성 측면만 강조되어 있음
□ 연구의 목적
ㅇ 지속가능발전의 이행 방안을 크게 두 가지 측면에서 마련
- 재정적 측면: 코로나 19의 위기극복 및 경기부양을 위해 추진된 한국판 뉴딜사업을 지속가능발전에 부합하도록 설정
- 정책일관성 측면: OECD에서 제안하는 지속가능발전 정책일관성 체크리스트 활용, 우리나라의 현 상황 진단 및 이행 방향 제언
Ⅱ. 지속가능발전 이행 동향
1. UN 지속가능발전목표 이행 동향
□ UN 지속가능발전목표의 구조
ㅇ 5개 영역, 17개 목표
□ UN의 고위급 정치 포럼(High Level Political Forum)
ㅇ 고위급 정치 포럼을 통한 회원국의 이행 상황 점검
- 1년 주기: 경제사회이사회 주관. 장관급 회의 포함 매년 8일 개최
- 4년 주기: 총회 주관. 국가 및 정부 원수급 회의
□ UN SDGs 이행 체계의 한계
ㅇ 국제법 체계에 의한 구속력 없이 회원국의 자발적 이행 권고. 제도적 정비가 이루어져 있지 않음(우창빈 외, 2020)
ㅇ 회원국의 이행 점검을 위해 자발적 국가 검토(Voluntary National Review) 보고서를 4년에 1회 제출하도록 권고하나, 보고서 형식에 대한 권고만 있을 뿐 국가별로 각자의 해석에 기반해 보고서를 제출하기 때문에 체계적인 이행 점검 체계를 갖추고 있다고 보기 어려움
□ 한국의 UN SDGs 이행 동향
ㅇ 통계개발원 주관 글로벌 SDGs지표 주요점검결과[자료: 통계청 통계개발원(2021), 한국의 SDGs 이행보고서 2021]
- 고령층 상대 빈곤율 높음
- 소득 수준에 따른 식품안정성 확보에 차이, 농축수산물 물가상승폭 확대
- 취약계층 정보화 역량 및 활용성 개선 필요
- 선진국 대비 여성 의사결정권한 낮음
- 온실가스 배출 및 유해폐기물 증가
- 생태계 전반에 대한 지속가능한 관리 필요
- 아동폭력 및 학대에 대한 신고건수 및 의심사건 증가
- GNI 대비 ODA 비율이 10년간 크게 증가하였으나 국제사회에 약속한 0.2%에는 미치지 못함
ㅇ UN 자문기구 지속가능발전해법네트워크(SDSN)의 2021년 한국 지속가능성 평가에서는 총 193개국 중 28위 기록
2. 국가지속가능발전목표
□ 한국의 지속가능발전 이행체계
ㅇ 환경부소속 지속가능발전위원회에서 UN SDGs를 한국 실정에 맞게 자국화한 국가 지속가능발전목표(K-SDGs)를 수립하여 지속가능발전 이행
- 현재 『제4차 국가지속가능발전 기본계획(2021-2040)』을 통해 K-SDGs 체계가 수립되어 있음
- 17개 목표, 119개 세부목표, 236개 지표로 구성
ㅇ 국가지속가능성 이행 점검을 위한 '국가지속가능성 보고서' 발간
- 「지속가능발전법」 제3장, 제13장, 제14조에 근거
- 현재의 국가지속가능성 보고서는 K-SDGs 지표의 단순 모니터링에 치중되어 있음
3. 시사점
□ 목표 체계만을 제시한 현 이행 체계
ㅇ UN SDGs, 국가지속가능발전 이행 모두 2021년 현재는 단순 목표 체계만 제시되어 있고 구체적인 이행을 위한 재정투입 조절 및 통합 거버넌스에 대한 가이드라인 부재
ㅇ UN SDGs는 국제법에 의한 구속력이 없고, 국가지속가능발전을 주관하는 한국의 지속가능발전위원회는 환경부장관 소속이라는 낮은 위상으로 인해 재정 조절 및 정책일관성 제고 등의 지속가능발전 주도 역할을 맡기에 한계가 있음
- 독일, 일본, 핀란드는 총리 위원장의 정부 소속 위원회 주도
- 노르웨이는 지속가능발전 이행을 위해 예산절차에 의한 통합 접근 추구
ㅇ 재정 투입 측면 및 정책일관성 강화 측면에서 지속가능발전의 이행을 강화할 필요성이 있음
Ⅲ. 지속가능성 강화 방안: 재정 투입 측면
1. 개요
□ 재정 투입 측면의 강화를 위한 한국판 뉴딜 연계 필요성
ㅇ 코로나19 팬데믹으로 인한 경기침체 위기를 극복하기 위해 정부에서는 한국판 뉴딜 추진
ㅇ 2021년 한국판 뉴딜 2.0 기준 2025년까지 국비 114.1조 포함 총 사업비 220조원의 대규모 투자 계획
ㅇ UN SDGs는 경제·사회·환경 전 분야의 통합 달성을 추구하는 목표 체계임. 한국판 뉴딜의 대규모 재정을 경제·사회·환경 전 분야에 긍정적 영향을 미치는 방향으로 투입하여 SDGs 통합 달성에 부합하는 방향으로 활용할 수 있다면 지속가능발전 이행에 크게 기여할 수 있음
2. 한국판 뉴딜과 지속가능발전 연계성
□ 한국판 뉴딜 대표과제
□ 한국판 뉴딜 대표과제와 지속가능발전 연계성 분석
ㅇ 한국판 뉴딜과 지속가능발전은 모두 사회, 환경, 경제의 통합 달성을 추구하므로, 한국판 뉴딜 추진은 지속가능발전 달성에 직간접적인 영향을 줌
ㅇ 한국판 뉴딜 1.0의 10대 대표과제와 한국판 뉴딜 2.0 5대 대표과제를 중심으로 직접적인 영향을 줄 것으로 판단되는 UN SDGs 1차 식별
- 대표과제에 포함되지 않은 세부과제들은 세부 사업 내역 및 예산 투입 계획의 구체성, 추진 경과에 대한 국민보고대회 해당 세부 사업 경과에 대한 보고가 소외되어 있는 점 등을 종합하였을 때 대규모 뉴딜 추진을 통해 해당 사업을 적극적으로 부양하려는 추진 동력이 대표과제에 비해 크게 부족하다고 판단되어 제외
ㅇ 1차 식별된 10개 세부목표를 기준으로 그린뉴딜 대표과제가 영향을 주는 것으로 판단되는 SDGs 목표 식별
- UN 환경 관리 그룹(UN Environment Management Group)이 제공하는 넥서스 상호대화 시각화 도구(nexus dialogues visualization tool) 활용
ㅇ 한국판 뉴딜이 부정적인 영향을 줄 가능성이 있는 지속가능발전 세부목표 식별
- 글로벌 환경 연구소 IGES(Institute for Global Environmental Strategies)의 SDGs 상호연계성 분석 및 시각화도구(4.0버전, 2021.9 기준) 활용
- 한국판 뉴딜이 직접적인 영향을 줄 수 있는 것으로 판단되는 10개 세부과제가 부정적인 영향만을 줄 것으로 판단되는 세부목표 식별
※ 세부목표 간의 트레이드오프 관계는 실제 부정적 인과가 있는 경우뿐만 아니라 같은 자원을 두고 상호 경쟁하거나 한정된 예산을 두고 경쟁할 때도 나타날 수 있음. <표 4>의 목록 중 대부분은 한국판 뉴딜 대표과제 추진과 실제로 부정적인 인과가 있기 때문이라기보다는 자원 경쟁이나 예산경쟁의 측면에서 나타난 것으로 파악됨
3. 지속가능발전을 위한 한국판 뉴딜 재정투입 방향 제언
□ 한국의 SDGs 이행 점검을 통해 보완이 필요한 것으로 보이는 분야 강화 필요
ㅇ 환경 에너지 및 친환경 모빌리티 확대를 통한 온실가스 감축 관련 사업은 이미 한국판 뉴딜의 커다란 축을 이루고 있음
ㅇ 그린에너지 외의 다른 취약 분야는 한국판 뉴딜 체계에서 추가 보완하는 것이 지속가능발전 이행 측면에서 바람직
- SDGs 14, 15와 관련된 육상, 수상, 해양 생태계 보전분야 강화 필요
- 지속가능한 농업 분야에 대한 보완 필요
- 깨끗하고 안전한 물관리 관련 내용은 그린뉴딜의 세부 추진과제에 포함되어 있으나, 한국의 지속가능발전 이행 점검 결과를 감안했을 때 대표과제 추진 혹은 예산투입계획 구체화 등의 노력이 필요함
□ 추가 강화 필요 지속가능발전 세부목표
ㅇ 4.4 전문기술 및 직업기술 훈련 확대'와 '9.3 중소기업 금융서비스 향상'의 추가 강화 필요
- 예산 경쟁 측면에서 현 한국판 뉴딜 대표과제가 부정적인 영향을 줄 가능성이 있음
- 한국판 뉴딜의 추진 목적이 일자리 창출을 통한 경기 부양 및 미래 산업 선도에 있음을 감안할 때 우선순위가 높은 목표라 할 수 있으므로, 한국판 뉴딜에서 해당 분야를 현재 수준보다 높은 우선순위로 추진하는 것이 바람직
Ⅳ. 지속가능성 강화 방안: 정책일관성 측면
1. 현행 지속가능발전 정책체계
□ 한국의 지속가능발전 거버넌스 체계
ㅇ 현재의 국내 정책 환경이 SDGs를 중심으로 통합되어 있다고 보기 어려움
- 현재 국가지속가능발전목표 기본계획 수립 및 모니터링 등의 이행은 환경부 소속 지속가능발전위원회에서 전담
· 지속가능발전위원회는 2007년 「지속가능발전 기본법」 제정 시 국무총리 소속으로 출범하였으나 2010년 「저탄소 녹색성장 기본법」의 제정으로 「지속가능발전기본법」은 「지속가능발전법」으로 변경되는 과정에서 환경부 장관 소속으로 격하
- 현 정부에서 탄소중립위원회를 추진하는 과정에서 녹색성장위원회, 국가기후환경회의, 미세먼지특별위원회 등 기후·환경 관련 위원회를 통합하는 과정이 있었으나 지속가능발전위원회는 제외
- 지속가능성 모니터링에 있어 환경부 소속 지속가능발전위원회의 K-SDGs 지표 모니터링과 통계청의 글로벌 지표 모니터링이 통합되어 운영되지 않고 있음
2. OECD제안 정책일관성 권고사항 검토
□ 정책일관성 검토
ㅇ 최고위급 정치인의 포용적인 정치적 공약과 리더십
- 제21대 국회의원선거의 정당별 10대 공약에서 지속가능발전 키워드는 찾아볼 수 있으나 정책일관성 차원에서의 공약으로 보기 어려움
- 지속가능발전의 국가적 점검은 개별 지표의 평가에 따른 점검에만 그칠 뿐 정책일관성 제고를 고려하고 있지 않음
ㅇ 정부 및 이해관계자를 이끌어내는 전략적 비전
- 현재 지속가능발전위원회의 국가지속가능발전목표 체계를 통해 지속가능발전을 추구하고 있음
- 또한 『한국판 뉴딜 종합계획』, 『대한민국 2050 탄소중립 전략』, 『국제개발협력 종합기본계획』 등은 지속가능발전 달성과 밀접한 관련이 있는 국가종합계획으로 볼 수 있음
ㅇ 정책 간 시너지·상쇄 효과를 관리하기 위한 정책 통합
- 정책 간 연계 및 통합을 담당하는 상위 거버넌스가 부재함
- 한국판 뉴딜이나 「탄소중립기본법」에서는 지속가능발전 통합 지침 관련 내용 부재
- 지속가능발전기본계획의 일부 지표는 예산을 점검하여 목표 달성정도를 파악하고 있으나, 현재는 SDGs를 통합하여 정부 예산이 관리되고 있다고 볼 수 없음
ㅇ 정책 간 시너지·상쇄 효과를 관리하기 위한 정책 통합
- 지속가능발전위원회에서 지속가능발전을 위한 조정 체계를 담당
- 국가지속가능발전목표를 통해 지속가능성을 점검하나, 정책일관성 제고를 위한 기능을 하고 있지는 않다고 판단됨
ㅇ 지방정부와 관련된 정책일관성 영역에서 조율된 실행 강화
- 지속가능발전협의회에서 지방의제 21을 통해 지속가능한 지역사회 추구
- 한국판 뉴딜 체계에서도 지역균형 뉴딜 포함
- 「탄소중립기본법」에서도 중앙과 지역이 협력관계를 유지하는 방안 마련
ㅇ 지방정부와 관련된 정책일관성 영역에서 조율된 실행 강화
- 지속가능발전위원회는 이해관계자그룹(K-MGoS)를 운영하며 기본계획 수립 시 국가 SDGs 포럼이나 일반국민 설문조사 등을 통해 사회적 공론화 과정을 거치고 있음
- 한국판 뉴딜 및 「탄소중립기본법」 수립에 이해관계자 의견 수용이 부족하다는 지적이 있었음
ㅇ 정책의 긍·부정적 영향 및 국제적 영향 분석 및 보고
- 지속가능발전을 점검을 위한 현 모니터링 시스템은 정책에 대한 영향평가로 보기 어려움. 국책연구기관 및 대학 등의 연구에서 간헐적으로 지속가능발전 관점에서 정책의 긍·부정적 영향도를 평가하는 보고서 및 논문이 출간될 뿐, '21년 현재 정기적 평가는 없는 것으로 파악됨
ㅇ 정책의 영향도 분석, 정량적·정성적 관찰 및 평가하는 시스템 구축
- 지속위에서 '국가지속가능성 보고서', 통계청에서 '한국의 SDGs 이행보고서'를 통해 지속가능성을 점검하고 있으나, 보고서의 결과를 정부에서 정책일관성 제고를 위해 활용하고 있다고 보기 어려움
- 보고서는 투명하게 공개되고 있으나 접근성이 좋지 않음
- 정책일관성 평가를 위한 외부 독립 감사기관 부재
3. 정책일관성 강화를 위한 과제
ㅇ SDGs 이행을 위한 통합 비전 및 전략이 우선적으로 제시되어야 함
- 국내의 지속가능발전 이행은 겉으로는 환경부 소속 지속위의 『지속가능발전 기본계획』이 전담하고 있는 것처럼 보이나, 국제개발 관련한 내용은 『국제개발협력 기본계획』, 탄소중립 관련 내용은 탄소중립 위원회에서 주관하는 등 위원회가 분산되어 있음
- 거버넌스가 부실할 경우 자원 경쟁 및 예산 경쟁의 측면에서 SDGs의 세부목표들이 서로 부정적 영향을 미칠 가능성이 커짐
ㅇ 현재의 단순 지표 모니터링이 아닌 정책일관성 평가체계의 구축 필요
- 지속가능발전의 관점에서 정책의 긍·부정적인 영향도를 평가하는 평가 시스템 필요
ㅇ 격하된 위상의 지속가능발전위원회 총리위원회, 또는 대통령 직속 위원회로 재격상 필요
Ⅴ. 맺음말
□ 지속가능발전의 근본적 이행을 위해서는 재정투입 및 정책일관성을 강화해야 함
ㅇ 지금처럼 단순 지표 모니터링으로만 이행 점검하는 체계로는 지속가능발전 달성에 한계가 있음
ㅇ 한국의 추진체계 아래서 지속가능발전 이행을 총괄하는 지속위의 소속이 환경부이기 때문에, 현 위상으로는 예산 투입과 정책일관성을 조율하기 어려움
ㅇ 한국판 뉴딜의 대규모 재정 투입을 지속가능발전에 부합하는 방향으로 유도해야 함
ㅇ 예산투입이나 정책일관성을 조율할 수 있는 통합 거버넌스 구축 필요


Ⅰ. Introduction
1. Research Necessity and Purpose
□ The Need for Research
ㅇ Agreement of the 2030 Agenda for Sustainable Development, at the UN General Assembly in September 2015.
- There were 17 Sustainable Development Goals (SDGs) which were agreed upon to achieve integrated sustainable development goals in all sectors.
- There have been national efforts to achieve these SDGs. The Committee for Sustainable Development under the Ministry of Environment established the Korean Sustainable Development Goals (K-SDGs) and monitored the UN Sustainable Development Indicators in Statistics Korea.
ㅇ There have been changes made to the conditions for implementing the SDGs since the 2020 COVID pandemic. It is necessary to prepare an implementation plan that reflects changes in circumstances and challenges.
- Large-scale financial commitment of a Korean New Deal to overcome the pandemic with a wide range of economic, social, and environmental impacts.
- Reorganization of the national sustainable development policy system by establishing the “4th Basic Plan for Sustainable Development” in 2020.
- Reorganizing the green growth system after the Korean government declared its intent to achieve carbon neutrality
ㅇ There is a lack of an integrated perspective on the current implementation of sustainable development in Korea.
- It is desirable to carry out integrated implementation in various fields, such as securing financial resources, financial planning, a reflection of SDGs in sectoral policies and national plans, setting targets and plans for national SDGs, continuous monitoring, and support for the development of developing countries. However, currently, there is an emphasis on setting targets and achieving indicators.
□ Research Purpose
ㅇ The implementation plan for sustainable development can be prepared using two main aspects.
- Financial aspect: The Korean New Deal project promoted to overcome the COVID-19 crisis and stimulate the economy, is set to be consistent with sustainable development.
- Policy coherence aspect: Utilization of the checklist to maintain coherent sustainable development policies proposed by the OECD, diagnosis of the current status of Korea, and suggestion for a direction of implementation.
Ⅱ. Trends of Sustainable Development Implementations
1. Trend of UN SDG Implementation
□ Structure of the UN SDGs
ㅇ 5 principles, and 17 goals
□ High-Level Political Forum of the UN
ㅇ Inspection of the implementation status of member states through high-level political forums
- One-year cycle: Under the auspices of the UN Economic and Social Council, the forum is held for eight days every year, including ministerial-level meetings.
- Four-year cycle: Under the General Assembly, there are meetings among heads of states and governments.
□ Limitations of the UN SDGs Implementation System
ㅇ Member-states are recommending voluntary implementation, without binding them under the international legal system and institutional arrangements (Woo, Kim, and Kim, 2020).
ㅇ It is recommended to submit a Voluntary National Review report once every four years, to inspect the implementation of member states. However, although there are recommendations for the report format, member states are submitting reports based on their interpretation without any systematic structure.
□ Trend of Korea's UN SDG Implementation
ㅇ Main inspection results of global SDG indicators under the auspices of Statistics Research Institute (Source: Statistics Research Institute (2021), 「SDG Implementation Report of the Republic of Korea 2021」)
- High relative poverty rate among the elderly
- Differences in securing food safety based on income levels. Inflation of agricultural, livestock, and seafood prices
- Need to improve informatization capability and usability for the vulnerable
- Low decision-making power for women compared to developed countries
- Increase in greenhouse gas (GHG) emissions and hazardous waste
- Need for sustainable management for the entire ecosystem
- Increased number of reports and suspected cases of child violence and abuse
- Although the ratio of ODA to GNI increased significantly over the past decade, Korea fell short of its commitment by 0.2% to the international community.
ㅇ Ranked 28th out of a total of 193 countries in the 2021 Sustainability Evaluation of the Republic of Korea of the Sustainable Development Solutions Network (SDSN), an advisory body of the United Nations.
2. National Sustainable Development Goals
□ Korea's Sustainable Development Implementation System
ㅇ The Committee for Sustainable Development under the Ministry of Environment set the Korean Sustainable Development Goals (K-SDGs) that localized the UN SDGs considering the Korean situation, to implement sustainable development.
- Currently, the K-SDGs system has been established through the “4th National Basic Plan for Sustainable Development (2021-2040)”
- It consists of 17 goals, 119 targets, and 236 indicators
ㅇ Publication of the 'National Sustainability Report' to confirm the implementation of national sustainability
- Based on Articles 13 and 14 of Chapter 3 of 'Sustainable Development Act'
- The current national sustainability report focuses on simple monitoring of K-SDGs indicators.
3. Implications
□ Current Target-Oriented Implementation System
ㅇ Both the implementations of UN SDGs and national sustainable development only presented simple target systems, as of 2021, and there is no guideline to control financial commitment and develop integrated governance for a specific implementation.
ㅇ The UN SDGs are not legally bound to international law; as the Korean Committee for Sustainable Development, which is responsible for national sustainable development, belongs to the Minister of Environment, due to its low status, there are limits in serving a leading role in sustainable development, such as financial control and policy coherence.
- In countries like Germany, Japan, and Finland, the Prime Ministers of the respective countries lead the government committees.
- Norway pursues an integrated approach based on budget processes to implement sustainable development.
ㅇ There is a need to strengthen the implementation of sustainable development in terms of fiscal commitment and strengthened policy coherence.
Ⅲ. Measures to Strengthen Sustainability: Fiscal Commitment
1. Overview
□ The Need for Connecting with the Korean New Deal to Strengthen Fiscal Commitment
ㅇ To overcome the economic recession crisis caused by the COVID-19 pandemic, the Korean government is promoting the Korean New Deal.
ㅇ Based on 'The Korean New Deal 2.0' in 2021, a large-scale investment plan with a total project cost of KRW 220 trillion won which includes the national budget of KRW 114.1 trillion won will be implemented by 2025.
ㅇ The UN SDGs have the system to achieve integration in all economic, social, and environmental fields. If the large-scale finance of the Korean New Deal can be used to exert a positive impact on all economic, social, and environmental sectors and can be used to achieve the integrated SDGs, it can greatly contribute to the implementation of sustainable development.
2. Connection between the Korean New Deal and Sustainable Development
□ Connectivity Analysis between Representative Tasks of the Korean New Deal and Sustainable Development
ㅇ As both the Korean New Deal and sustainable development seek to achieve the integration of society, environment, and economy, the promotion of the Korean New Deal directly or indirectly affects the achievement of sustainable development.
ㅇ Primary identification of UN SDGs on which the 10 representative tasks of the Korean New Deal 1.0 and the 5 representative tasks of the Korean New Deal 2.0 exert direct impacts.
- As for detailed tasks excluding in the representative tasks, the detailed project details, specific budget (input) plans, and reports on the corresponding detailed project progresses in the National Report Conference are excluded; Therefore, in this analysis excluded detailed tasks not included in the representative tasks because they have low driving forces for for actively supporting the corresponding projects through large-scale new deal projects, compared to representative tasks.
ㅇ Identification of SDGs on which the Green New Deal-related representative tasks exert impacts, based on the first identified 10 targets
- Utilization of the nexus dialogues visualization tool which is provided by the UN Environment Management Group
ㅇ Identify sustainable development targets on which the Korean New Deal is likely to have a negative impact
- Utilize the SDGs interconnection analysis and visualization tool (Version 4.0, as of Sep. 2021) of the Institute for Global Environmental Strategies (IGES), the global environmental research institute.
- Identify targets on which 10 sub-tasks with the possibility of a direct impact from the Korean New Deal, are likely to only expert a negative impact
※ The trade-off relationship between targets can appear not only when there is actual negative causation, but also when there is competition for the same resources or a limited budget. Most of the lists in Table 5 are understood to have appeared in terms of resource or budget competition, rather than because there are actual negative causal effects on the implementation of the representative tasks of the Korean New Deal.
3. Direction for Fiscal Commitment via the Korean New Deal for Sustainable Development
□ The necessity for strengthening the fields in need of supplementation through the SDG performance confirmation in Korea.
ㅇ Projects related to GHG reduction via the expansion of eco-friendly mobility in the environment and energy field have already dominated the Korean New Deal.
ㅇ In terms of the implementation of sustainable development, it is desirable to supplement the weak areas other than green energy under the Korean New Deal system.
- Necessity for the reinforcement of land, water, and marine ecosystem conservation related to SDGs 14 and 15
- Necessity for supplementing the sustainable agriculture sector
- Although cleaner and safer water management is included in the detailed implementation tasks of the Green New Deal, there should be efforts such as implementing representative tasks or clearer budget investment plan, considering the inspection results of Korea's sustainable development implementation.
□ Sustainable Development Targets to be Further Strengthened
ㅇ It is necessary to further strengthen 'Target 4.4: More training for technical and vocational skills, and Target 9.3: Increase access to financial services and markets for SMEs.'
- In terms of budget competition, the current representative tasks of the Korean New Deal could have negative impacts.
- Considering that the Korean New Deal aims to stimulate the economy through job creation and lead the future industry, it can be said that those targets have high priorities; it is desirable to promote the corresponding fields by putting at a higher priority than the current level in the Korean New Deal.
Ⅳ. Measures to Strengthen Sustainability: Policy Coherence
1. Current Sustainable Development Policy System
□ Korea's Sustainable Development Governance System
ㅇ It is difficult to see that the current Korean policy environment is integrated based on the SDGs.
- Currently, the Committee for Sustainable Development under the Ministry of Environment oversees establishing and monitoring the Basic Plan for National Sustainable Development Goals.
· The Committee for Sustainable Development was launched under the jurisdiction of the Prime Minister when the Framework Act on Sustainable Development was enacted in 2007 but was downgraded and is now under the Minister of Environment, in the process of changing the Framework Act on Sustainable Development to the Sustainable Development Act, along with the enactment of the Framework Act on Low Carbon, Green Growth in 2010.
- In the process of promoting the Committee on Carbon Neutrality under the current government, there was a process of integrating climate and environment-related committees such as the Committee on Green Growth, the National Council on Climate and Air Quality, and the Special Committee on the Prevention of Fine Dust, but the Committee for Sustainable Development was excluded.
- In terms of sustainability monitoring, the K-SDGs indicator monitoring of the Committee for Sustainable Development under the Ministry of Environment, and the global indicator monitoring of Statistics Korea, are not being operated without integration.
2. Review of Consistent Policy Recommendations Proposed by OECD
□ Review of Policy Coherence
ㅇ 1 Inclusive political commitment and leadership by top-level politicians
- Although the sustainable development keyword can be found in the 10 pledges of each party for the 21st National Assembly election, it is difficult to view it as a pledge in terms of policy coherence.
- The national inspection of sustainable development is limited to the inspection for the evaluation of individual indicators without considering enhanced policy coherence.
ㅇ 2 Strategic vision to lead the government and stakeholders
- The pursuit for sustainable development under the current national sustainable development goal system of the Committee for Sustainable Development
- In addition, the Korea New Deal Comprehensive Plan, the 2050 Carbon Neutral Strategy, and the Comprehensive Basic Plan for International Development Cooperation can be considered as national comprehensive plans closely related to the achievement of sustainable development.
ㅇ 3 Policy integration to manage synergies and offsets between policies
- There is no upper-level governance in charge of linkage and integration between policies.
- There is no detail related to the integrated guideline for sustainable development, in the Korean New Deal or the Framework Act on Carbon Neutrality
- Some indicators of the Basic Plan for Sustainable Development review the budget to understand the level of goal achievement, but it cannot be considered that the government budget is currently managed by integrating SDGs.
ㅇ 4 Policy integration to manage synergies and offsets between policies
- The Committee for Sustainable Development takes responsibility for the coordination system for sustainable development.
- Although sustainability is reviewed through the national sustainable development goals, it is judged that they are not functioning to enhance policy coherence.
ㅇ 5 Strengthen coordinated implementation in policy coherence related to local governments
- Pursue a sustainable community through Local Agenda 21
- Regionally balanced New Deal is also included in the Korean New Deal system
- As for the Framework Act on Carbon Neutrality, there are measures to maintain the cooperative relationship between the central and local governments.
ㅇ 6 Strengthen coordinated implementation in policy coherence related to local governments
- The Committee for Sustainable Development operates Korea Major Groups and other Stakeholders (K-MGoS); when establishing the basic plan, there is a process of public debate through the national SDG forum or general public survey.
- It was pointed out that there was an insufficient accommodation of stakeholder opinions when establishing the Korean New Deal and the Framework Act on Carbon Neutrality.
ㅇ 7 Analysis and report of positive and negative, and international impacts of policies
- The current monitoring system for inspecting sustainable development is difficult to see as an impact assessment on policies. Occasionally there have been reports and studies evaluating the positive and negative impacts of policies from the perspective of sustainable development, which has been researched by national research institutes and universities. However, there has been no regular evaluation, as of 2021.
ㅇ 8 Establish a system to analyze the impact of policies, and to observe and evaluate quantitatively and qualitatively
- There has been inspection on sustainability: the National Sustainability Report' of the Committee for Sustainable Development, and the 'SDG Implementation Report of Republic of Korea' of Statistics Korea. However, it is difficult to see that the report results have been utilized for improving the Korean government's policy coherence.
- Reports are transparently disclosed, but accessibility is poor.
- Absence of an external independent auditor to evaluate policy consistency
3. Tasks to Strengthen Policy Coherence
ㅇ An integrated vision and strategy for the implementation of the SDGs should come first
- Korea's Sustainable development seems to be implemented under the 'Basic Plan for Sustainable Development' of the Committee for Sustainable Development under the Ministry of Environment, but international development-related details are under the 'Basic Plan for International Development Cooperation' and carbon neutrality related details are under the Committee on Carbon Neutrality; committees in charge of different details are dispersed.
- Under poor governance, the SDG targets are highly likely to negatively affect each other in terms of resource and budget competition.
ㅇ It is necessary to establish a consistent policy evaluation system rather than the current simple indicator monitoring.
- An evaluation system is required to evaluate positive and negative impacts of policies from the perspective of sustainable development
ㅇ It is necessary to re-elevate the downgraded Commission on Sustainable Development to the Presidential-level Commission
Ⅴ. Conclusion
□ Fiscal commitment and policy coherence must be strengthened for the fundamental implementation of sustainable development
ㅇ There is a limit to achieving sustainable development under the current system confirming the implementation only through simple indicator monitoring.
ㅇ As the Committee for Sustainable Development belongs to the Ministry of Environment, it is difficult to coordinate budget investment and policy coherence at the current status.
ㅇ It is necessary for the large-scale financial investment via the Korean New Deal to be induced in a direction consistent with sustainable development.
ㅇ It is necessary to establish integrated governance that can coordinate budget investment and policy coherence.

2석탄화력발전소의 사회적 비용 추정 연구 : 주택시장 영향을 중심으로

저자 : 박주영 , 전호철 , 류소현

발행기관 : 한국환경연구원 간행물 : 기본연구보고서 2021권 0호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-123 (123 pages)

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Ⅰ. 서 론
1. 연구의 배경 및 필요성
□ 지구온난화 현상이 심각해지면서 기후변화 문제를 해결하기 위한 국제사회의 노력이 탄소중립(Net Zero) 선언을 통하여 뚜렷하게 나타남
ㅇ EU는 2030년까지 온실가스 배출량을 55% 감축하고 2050년까지 탄소중립을 달성할 것을 선언한 바 있음
ㅇ 미국은 조 바이든 대통령 취임 직후 파리협정에 재가입하였고 2050년까지 탄소중립을 이루겠다고 선언함
ㅇ 일본은 2050년까지, 중국은 2060년까지 탄소중립을 달성한다는 목표를 수립함
ㅇ 주요 국가의 탄소중립 전략을 살펴보면, 탈석탄 정책을 기반으로 한 에너지 전환이 핵심을 이루고 있음
□ 우리나라도 2020년 12월, 2050년까지 탄소중립을 달성할 것을 선언하였고 「기후위기 대응을 위한 탄소중립·녹색성장 기본법」을 통해 법제화하였음
ㅇ '2050 탄소중립 추진전략'(관계부처합동, 2020)은 우리나라 탄소중립 달성을 위해 마련한 방안으로 경제구조 저탄소화, 저탄소 산업 생태계 조성, 탄소중립 사회로의 공정전환, 탄소중립 제도적 기반 강화라는 주요 전략을 담고 있음
ㅇ 또 하나의 기후변화 정책 화두인 그린뉴딜도 국내 에너지 전환에 대한 내용을 담고 있음
□ 우리나라의 탈석탄 에너지 전환 중심의 기후변화 대응은 국제사회의 흐름에 맞춰 바람직하게 이루어지고 있는 반면, 현재 국내 에너지 발전 현황을 살펴보면 개선의 여지가 많음
2. 연구의 목적
□ 기존 연구와 차별화된 석탄화력발전의 사회적 비용 추정에 대한 연구가 반드시 필요하며, 국외에서 활발히 연구되고 있는 헤도닉 가격 모형을 적용한 국내 연구의 필요성이 제기되고 있음
ㅇ 탈석탄화력발전은 탄소중립 및 그린뉴딜의 핵심적인 사안임에도 불구하고, 그간 화석연료의 사회적 비용 추정은 대기오염물질 배출로 인한 건강 영향, 특히 극단적 경우인 조기 사망에 주로 집중되어 왔음
ㅇ 이는 석탄화력발전 등 화석연료의 사회적 비용을 과소 추정하게 되는 원인으로 작용함
□ 본 연구에서 도출된 사회적 비용은 에너지 전환 정책의 경제적 비용편익분석을 위한 기초자료로 사용될 수 있을 것이며, 탄소중립 및 에너지 전환 정책에 대한 국민 의식제고를 위한 근거 자료로 제시될 수 있음
Ⅱ. 국내외 석탄화력발전 현황
1. 국내 석탄화력발전 현황
□ 기후변화와 미세먼지 문제의 주요 원인으로 거론됨에도 불구하고 석탄화력발전은 아직 우리나라의 주요 전력 발전원임
ㅇ 2019년 기준, 석탄화력발전은 국내 설비별 발전 전력량 기준 전체의 38.9%를 차지하고 있음
ㅇ 국내 원별 발전량의 40%를 차지하고 있으며, 특히 전력소비량이 급증하는 여름철에는 석탄화력발전소의 가동률과 발전량도 증가하는 추세를 보임
□ 2021년 12월 기준, 총 57기의 석탄화력발전기가 운전 중이며 4기가 추가 건설 중임
ㅇ 충청남도에 29기, 경상남도에 14기, 강원도와 인천시에 6기, 전라남도에 2기가 위치하고 있으며, 신규 발전기 역시 기존에 발전기들이 집중되어 강원 지역에 건설될 예정임
ㅇ 발전기가 집중되어 있는 일부 지역은 그렇지 않은 지역보다 발전 사업으로 인한 건강 및 환경 피해를 볼 가능성이 큼
2. 국내외 에너지 전환 정책 동향
□ 선진국을 중심으로 석탄화력발전에 대한 의존도를 낮추고자 하는 노력이 이루어지고 있음
ㅇ 미국의 석탄화력발전량 규모는 2007년 최고점을 달성한 후 점차 감소하는 추세에 있으며 지난 2020년의 석탄화력발전량은 2007년 대비 약 38% 수준으로 감소함
ㅇ 유럽 국가들은 기후변화 대응 정책의 일환으로 강력하게 탈석탄을 추진해 왔음
ㅇ 세계 최대 온실가스 배출국인 중국도 과거 온실가스 감축에 소극적이던 태도를 바꿔 2060 탄소중립 달성을 선언하며 저탄소 산업을 통해 새로운 산업 동력을 얻으려는 행보를 보이고 있음
□ 우리나라의 경우 최근 발표되는 여러 정책에서 노후 석탄화력발전소를 폐지 또는 가동 중단하는 등 탈석탄 에너지 전환 목표 달성을 위한 전략을 제시함
Ⅲ. 석탄화력발전의 환경 및 건강 영향
1. 분석 모형
□ 본 장에서는 장기간(1972~2019년)에 걸쳐 석탄화력발전 과정에서 발생되는 대기오염물질의 환경 및 건강 영향을 추정하기 위하여 영향경로분석(impact pathway analysis)을 사용함
ㅇ 영향경로분석은 대기오염물질이 배출되는 지점에서부터 수용체까지 미치는 영향을 경로에 따라 분석하는 상향식 접근 방법의 하나임
ㅇ 배출량 자료, 대기질 모사 모형의 종류, 시간 및 공간적 범위 등 많은 불확실성이 존재하는 것이 본 분석 방법의 한계점일 수 있음
2. 분석 결과
□ 1972~2019년까지 석탄화력발전으로 인한 환경적 피해는 약 23조 9,000억 원에 이르는 것으로 나타났음
ㅇ 이는 국내에서 발전 단가를 낮추기 위해 1970년대 석탄화력발전 비중을 급격히 늘린것의 영향이며, 더불어 경제성장에 따른 지불의사액의 증가와 인구의 증가로 인한 피해 대상의 확대에 기인한 것으로 평가할 수 있음
ㅇ 본 연구의 건강 영향 추정 결과는 향후 탄소중립 및 에너지 전환을 위한 발전원별 비용-편익 산정에 있어 외부비용 추정을 위한 기초자료로서 활용될 수 있을 것으로 기대함
Ⅳ. 석탄화력발전의 주택가격에 대한 영향
1. 분석 모형
□ 본 연구에서는 석탄화력발전소의 주택시장에 대한 영향을 헤도닉 가격 모형(hedonic price model)을 사용하여 분석함
ㅇ 헤도닉 가격 모형이란 시장이 명시적으로 존재하지 않는 환경재에 대한 가치를 다른 재화의 대체 시장을 이용하여 추정하는 방법임
ㅇ 환경 요소의 주택시장에 대한 영향 분석은 여러 국외 선행연구(Currie et al., 2015; Davis, 2011; Chay and Greenstone, 2005 등)에서 수행된 바 있지만 국내 연구에서는 쉽게 찾아볼 수 없음
ㅇ 발전소 주변 주택을 표본으로 고려하였을 때, 그중에서도 상대적으로 발전소에 아주 근접하게 위치한 주택가격의 변화를 추정하고자 하였고 발전소 건설 계획, 착공, 상업운전 개시에 따른 가격 변화를 추정함
2. 분석 결과
□ 환경·건강 위험 요소에 더 노출된 근접 지역의 아파트는 발전소의 경제적 영향보다 환경적 위험 요소에 더 영향을 많이 받는 것으로 분석됨
ㅇ 신규 발전소가 건설되거나 기존 발전소에 추가적으로 발전기가 건설될 때, 주변 아파트 가격은 상대적으로 하락하는 것으로 확인됨
ㅇ 계획 당시에는 주변 지역 주택가격의 하락을 유발하지만 상업운전이 시작되는 시점에는 발전소로부터 가까운 지역에서도 아파트 가격이 상승하는 점을 확인함
ㅇ 반대로 노후 발전기 폐지로 인하여 주변 아파트 가격이 상승하는 것으로 나타남
Ⅴ. 결론 및 학술적 성과
1. 결론
□ 본 연구에서는 국내외 석탄화력발전 및 에너지 전환 정책의 현황을 살펴보았으며, 석탄화력발전의 외부효과 중 가장 직접적으로 나타나는 건강 영향을 분석하여 건강에 대한 피해 비용을 산정하였고, 간접적으로 주택시장에서 발생한 석탄화력발전의 사회적 비용을 추정하였음
2. 학술적 성과
□ 건강 영향 분석의 경우, OECD 등 국제기구에서 추진 중인 환경계정의 구축을 위한 대기오염 또는 발전 부문의 총외부피해를 산정하는 데 있어 연구의 결과 및 방법론 모두 유용한 참고 자료로 사용될 수 있을 것이라 판단됨
□ 본 연구는 국내에서 처음으로 주택시장이라는 대체 시장을 사용하여 석탄화력발전의 사회적 비용을 추정하였으며, 기존 사회적 비용 추정치와 다른 측면의 비용을 제시하였다는 점에서 의미가 큼
□ 주택시장에 대한 영향 분석 방법의 경우, 아파트 단지-고정효과 모형을 사용함으로써 실증 미시 분석의 고질적인 문제인 누락변수편향문제에 대하여 부분적으로 대처하였다고 판단됨
□ 본 연구의 분석 결과는 탄소중립 및 에너지 전환 관련 정책에도 활용이 가능할 것으로 기대함


Ⅰ. Introduction
1. Background
□ Due to the severity of global warming, the international society has declared net-zero goals as an active response to environmental issues.
ㅇ The EU made a declaration to reduce greenhouse gas emissions by 55% by 2030 and achieve net-zero carbon emissions by 2050.
ㅇ In the case of the United States, president Biden declared that they will rejoin the Paris Agreement and achieve carbon neutrality by 2050.
ㅇ Japan and China declared that they will achieve carbon neutrality by 2050 and 2060, respectively.
□ Korea also declared that they will achieve carbon neutrality by 2050, which has been legislated into the “Net-Zero and Green Growth Act Against Climate Crisis”.
ㅇ The Net-zero 2050 Strategy (Related ministries, 2020) provides necessary strategies for South Korea to achieve carbon neutrality, including transitioning to the low-carbon economic structure and creating the industrial eco-system, making a just transition towards carbon neutrality, and establishing an institutional base for carbon neutrality.
ㅇ The importance and urgency of the matter are also highlighted in South Korea's Green New Deal.
□ Although Korea's movement towards coal phase-out and energy transition in accordance with the international trend is desirable, Korea's current dependence on coal-fired power plants leaves room for improvement.
2. Research goals
□ While past research focused on health-related social costs of coal-fired power plants, this study aims to present the social cost focusing on the housing market, which is quite a new approach in Korea's environmental economics research.
ㅇ Although the transition from coals is a major issue in net-zero and green new deal agendas, the cost estimations have focused on health costs due to air pollution, especially the costs of premature deaths.
ㅇ Such tendency is likely to result in the underestimation of the social costs associated with coal power plants.
Ⅱ. Coal-fired Power Plants in Korea and Abroad
1. Coal power plants in Korea
□ Although coal power plants are a major cause of climate change and atmospheric aerosols, South Korea is still heavily dependent on coal power plants for its energy generation.
ㅇ As of 2019, coal power plants comprised 38.9% of domestic electricity generation measured by the amount of electricity generated by facility.
ㅇ Coal power plants comprise 40% of domestic electricity generation measured by source, and the dependency tends to grow during the summer months.
□ As of December 2021, a total of 57 generators were operating and four generators were under construction.
ㅇ There are 29 generators in South Chungcheong Province, 14 in South Gyungsang Province, six each in Gangwon Province and Incheon, and two in South Jeolla Province; additional generators are to be constructed in these regions.
ㅇ Naturally, regions in which the generators are concentrated are likely to be more vulnerable to health and environmental damage from coal power plants.
2. Energy transition in Korea and Abroad
□ Efforts to reduce dependence on coal power plants can be observed in many parts of the world, especially in advanced economies.
ㅇ The US's coal power generation capacity reached its maximum in 2007 and gradually decreased from then on, reaching approximately 38% of the total capacity of 2007 in 2020.
ㅇ Coal phase-out is a major part of climate change policies of European countries.
ㅇ China, the largest emitter of greenhouse gas emissions, is trying to reshape itself into a low-carbon economy.
□ In the case of South Korea, many government agendas now include closure of aged coal power plants.
Ⅲ. The Health Effects of Coal-fired Power Plants
1. Model
□ This chapter analyzes the environmental and health effects of air pollutants from coal power plants during the period from 1972 to 2019, using the impact pathway analysis model.
ㅇ Impact pathway analysis is one of bottom-up analytical tools by which we identify the effects of emission sources on the environment and the receptor's health.
ㅇ Possible limitations are as follows: the uncertainties pertaining to the usability of the emission data, the model used to simulate air pollutants' travel paths, the spatial and temporal scope of the study, and so on.
2. Result
□ The health cost associated with coal power generation is estimated to be approximately 23 trillion KRW.
ㅇ The cost is estimated taking into account the fact that 1) there was a rapid increase in coal power plants in 1970s to lower the generation cost, 2) the amount people are willing to pay increased due to economic growth, and 3) more people became subject to damage due to population increase.
ㅇ The result of this chapter may be utilized in the cost-benefit analysis of the energy transition policies and as a reference data for measuring external costs of coal power plants.
Ⅳ. Impacts of Coal-fired Power Plants on Housing Prices
1. Model
□ This chapter estimates the effect of coal power plants on housing prices using a hedonic price model.
ㅇ The hedonic price model is defined as an analytical tool by which we measure the value of environmental amenities or disamenities.
ㅇ The effects of environmental factors on property values have been analyzed in multiple international studies (Curriet et al., 2015; Davis, 2011; Chay and Greenstone, 2005, etc.), but there has been little research in Korea.
ㅇ This study compares the prices of apartment complexes located in the 0 to 10-km and 10 to 20-km-radius, before and after the announcement of the newly opening plants, the construction of the plants, and the start of operation.
2. Result
□ The prices of the apartment complexes that are located in closer proximity to the power plants are affected by information on nearby power plants.
ㅇ When new coal power plants open and additional generators are built in the existing power plants, the prices of nearby apartment complexes fall.
ㅇ The prices fall at the time of announcement, but they rebound after the plants begin operation.
ㅇ On the contrary, the closure of aged generators increases the prices of nearby houses.
Ⅴ. Conclusion and Academic Contribution
1. Conclusion
□ This study summarizes the up-to-date information regarding the use of coal power plants and the energy transition polices in Korea and abroad, analyzes the heath costs associated with coal power plants, and, finally, estimates the effects of coal power plants on housing price.
2. Academic contribution
□ In the case of the analysis on health effects, both the methodology and outcome may be a useful source for measuring external costs of coal power plants.
□ This is the first study that used a hedonic price model to estimate the external costs of coal power plants focusing on the housing market in the Korean context and it provides cost estimations that are differentiated from those of the past literature.
□ For impact analysis of the housing market, this study aimed to address the problem of omitted-variable bias which is prevalent in empirical microeconomics research, especially in the hedonic pricing research, by using the apartment complex-fixed effects model.
□ The outcome of this study may be useful in the cost-benefit analysis of policies regarding net-zero and energy transition.

3딥러닝을 활용한 해양오염 예측도구 개발 및 적용 연구(Ⅱ)

저자 : 김태윤 , 진대용 , 강유진 , 권경환

발행기관 : 한국환경연구원 간행물 : 기본연구보고서 2021권 0호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-122 (122 pages)

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Ⅰ. 연구의 배경 및 목적
ㅇ 해양에서 많은 개발사업이 이루어지고 있으며 이로 인한 환경적 영향을 예측·평가하여 저감방안이 이행되고 있음
ㅇ 해양환경의 복잡한 특성으로 인하여 개발사업이 해양환경에 미치는 영향을 파악하는 데는 한계가 있음
ㅇ 천리안 위성자료와 수치모형에서 계산된 물리 자료를 딥러닝 기술에 적용하여 해양 오염 예측도구를 개발하고자 함
Ⅱ. 국내외 인공위성 현황 및 분석
ㅇ 국내에서 운영 중인 인공위성에 대한 내용을 서술하고 산출물을 정리함
ㅇ 국외에서 운영 중인 인공위성을 정리하고 위성별 특성을 분석함
Ⅲ. 클로로필-a 예측모형 검증
ㅇ 공간적 관측자료의 부재로 인하여 인공위성 자료를 예측모형의 검증자료로 활용하였음. 예측모형 검증에 사용된 인공위성 자료의 신뢰성에 대하여 자세하게 서술함
ㅇ 기존 예측모형과의 정확도 비교를 통하여 예측모형의 신뢰성을 확보함
ㅇ 클로로필-a 농도는 담수 유입, 영양염, 수온 등으로 계절적 변동을 보임. 개발된 예측모형이 클로로필-a의 계절적 특성 모의도 가능함을 제시함
Ⅳ. 해양오염 예측모형 적용
ㅇ 예측모형의 적용성을 검토하기 위하여 해양오염의 주요 인자인 용존유기물질에 대한 시·공간적인 변화를 예측함
ㅇ 기후변화로 인해 발생하는 기온 상승이 해양환경에 미치는 영향을 예측모형을 통하여 검토하고 활용 범위의 확장성을 확인함
Ⅴ. 결론 및 제언
ㅇ 개발된 예측모형의 신뢰성을 확보하기 위하여 연구결과를 국외학술지(IF=5.353)에 제출하였으며, 제출된 논문은 관련 분야 전문가의 리뷰를 거쳐 2021년에 게재됨
ㅇ 과학기술적, 정책적, 경제적 측면과 기후변화 측면에서 예측도구의 기대효과를 제시함
ㅇ 연구의 한계와 향후 예측도구의 발전 방향에 대하여 서술함


Ⅰ. Aims and Purposes of the Research
ㅇ Many development projects in the coastal areas have been conducted, and mitigation measures have been implemented based on the predictions and evaluations of the environmental impact of those projects.
ㅇ Due to the complex nature of the marine environment, there is a limit to what we can understand in terms of the impact of development projects on the marine environment.
ㅇ The purpose of this study is to develop a marine pollution prediction tool by applying the physical data obtained from a numerical model and GOCI satellite data to deep learning technology.
Ⅱ. Status and Analysis of Domestic and Foreign Satellites
ㅇ Outlined the status of satellites in operation in Korea and examined the output.
ㅇ Listed the satellites in operation abroad and analyzed the characteristics of each satellite.
Ⅲ. Validation of the Chlorophyll-a Prediction Model
ㅇ Due to the lack of spatial measurements, satellite data were used as verification data for the prediction model. The reliability of the satellite data used to verify the prediction model was described in detail.
ㅇ The credibility of the prediction model is secured by comparing the accuracy with the existing prediction model.
ㅇ Chlorophyll-a concentration demonstrates seasonal fluctuations due to environmental factors such as freshwater and nutrient inflows and water temperature. The prediction model shows that it is possible to simulate the seasonal characteristics of chlorophyll-a.
Ⅳ. Application of the Marine Pollution Prediction Model
ㅇ To examine the applicability of the prediction model, the temporal and spatial changes of CDOM, a major factor in marine pollution, are predicted.
ㅇ The effect of temperature rise due to climate change on the marine environment are reviewed through the prediction model, and the scalability of the model application has been confirmed.
Ⅴ. Conclusion and Suggestion
ㅇ To secure the reliability of the developed prediction model, the research results were submitted to an academic journal (IF = 5.353), and was published in 2021 after review by experts in the relevant field.
ㅇ The expected effects of the prediction tools are presented from the scientific and technological, policy, economic, and climate change perspectives.
ㅇ The limitations of the study and the direction for improving the tool were examined.

42050 저탄소발전전략에 따른 기후·대기·에너지 정책 추진방향 : 발전부문을 중심으로

저자 : 김용건 , 서양원 , 배현주 , 양유경 , 최기철

발행기관 : 한국환경연구원 간행물 : 기본연구보고서 2021권 0호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-160 (160 pages)

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Ⅰ. 연구의 배경 및 목적
□ '지구온난화 1.5℃ 특별보고서'(IPCC, 2018)는 산업화 이전 대비 지구평균온도 상승을 1.5℃ 이하로 억제하였을 때 기후변화로 인한 위험을 상당 부분 줄일 수 있으며, 이를 위해서는 2050년까지 전 지구적인 탄소중립이 필수적임을 지적
ㅇ 2019년 73개국이 2050년 탄소중립 계획을 발표하였고, 2020년 일본과 중국이 각각 '2050 탄소중립'과 '2060 탄소중립'을 선언하였으며, 2021년 미국 바이든 행정부 또한 '2050 탄소중립'을 선언하며 탄소중립은 더 이상 거스를 수 없는 뉴노멀로 정착
□ 우리나라는 2020년 10월 '2050 탄소중립'을 선언하고, '2050 탄소중립'을 비전으로 하는 '2050 장기저탄소발전전략'을 2020년 12월 UN에 제출
ㅇ 기준연도인 2018년의 우리나라 온실가스 배출량은 683.6백만 톤CO2eq로 이를 전량 감축 및 흡수하기 위해서는 사회·경제 모든 영역에서의 대전환이 필수적
- 이를 위해 우리나라는 2020년 12월 '2050 탄소중립 추진전략(안)'(관계부처 합동, 2020), 2021년 10월 '2050 탄소중립 시나리오'(2050 탄소중립위원회, 2021)를 확정함
- 이러한 탄소중립 전략들의 효과적인 이행 촉진을 위해서는 정책 이행에 따라 예상되는 환경·경제적 파급효과 분석을 토대로 합리적인 정책 추진방향 제시가 필요
ㆍ특히 발전부문은 감축잠재량이 가장 큰 부문으로 발전부문의 석탄화력 퇴출, 수소연료전지, 무탄소 신전원과 같은 주요 온실가스 감축수단이 온실가스뿐 아니라 대기, 건강에 미치는 영향을 살펴봐야 할 필요성이 높음
□ '2050 장기저탄소발전전략'에서 제시한 2050 탄소중립이 비용, 온실가스, 대기 및 건강영향에 미치는 효과를 정량적으로 분석하여 정책적 시사점 모색
ㅇ 전력부문 최적화 모형을 이용하여 탄소중립 시나리오에 따른 발전부문 대기오염 배출량을 전망하고 대기오염 배출량에 따른 건강영향 피해를 정량적으로 도출
ㅇ 정량적 분석결과를 바탕으로 기후·대기·에너지 분야별 추진과제와 상호 연계체제 등 탄소중립 달성에 따른 환경·에너지 정책 시사점 모색
Ⅱ. 탄소중립 추진전략 및 관련 계획 분석
1. 2050 탄소중립 전략
□ 2050 장기저탄소발전전략(2020.12)
ㅇ (배경) 파리협정은 기후변화 대응 정책의 장기적 비전 관점에서 각 당사국에 2020년까지 장기 저탄소 발전전략 수립을 권고
ㅇ (비전) 2050년 대한민국 비전으로 '2050 탄소중립'을 제시
- 한국판 뉴딜의 그린과 디지털 기술을 접목하여 시너지 효과를 발휘하고, 기후기술혁신을 위한 과감한 투자와 지원 시행
- 국제사회가 2050 탄소중립을 위해 공동의 노력을 펼칠 수 있도록 선도적 역할 수행
ㅇ (기본 원칙) 기후변화 대응을 위한 국제사회 노력에 동조, 지속가능한 선순환 탄소중립 사회 기반 마련, 국민 모두의 공통노력 추진
ㅇ (발전부문 감축수단) 재생에너지 중심의 전력공급, 연료전지 및 그린수소 확대, 화석연료 발전에 대한 이산화탄소 포집·활용·저장(CCUS) 기술 적용
□ 2050 탄소중립 추진전략(안)(2020.12)
ㅇ (비전) 온실가스 감축 중심의 적응적 감축에서 새로운 경제·사회 발전전략 수립을 통해 능동적 대응을 도모하여 탄소중립·경제성장·삶의 질 향상 동시에 달성
ㅇ (3+1 전략추진) 경제구조의 저탄소화, 신유망 저탄소산업 생태계 조성, 탄소중립사회로의 공정전환, 탄소중립 제도적 기반 강화
- (발전부문 관련 중점과제) 에너지 전환을 위한 정책으로 '에너지 탄소중립 혁신전략' 마련(일정: 2021년 4분기, 주관부처: 산업통상자원부)
□ 2021년 환경부 탄소중립 이행계획(2021.3)
ㅇ (비전) 2050 탄소중립 사회: ① 탄소순배출 제로, ② 경제성장 달성, ③ 포용사회 구현
ㅇ (발전부문 중점과제) 에너지 전환
- 주민참여형 수상 태양광 개발 확대
- 친환경 수열에너지 활성화
- 환경영향평가 제도개선을 통한 해상 풍력 활성화
- 환경기초시설 신재생에너지 생산·보급 기지화
- 환경자원 활용 재생에너지 보급·확대 로드맵 수립
□ 2050 탄소중립 시나리오(2021.10)
ㅇ (비전) 기후 위기로부터 안전하고 지속가능한 탄소중립 사회
- 책임·포용·공정·합리·혁신 5가지 기본원칙을 기반으로 수립
ㅇ (발전부문) A안은 화력발전을 전면 중단하여 전환부문에서 온실가스 배출이 발생되지 않으며, B안은 석탄화력발전은 퇴출되나 LNG 발전의 경우 유연성 전원으로 활용하는 방안 제시
2. 온실가스 감축목표 및 관련 계획
□ 2030 국가 온실가스 감축 로드맵 수정안(2018.7)
ㅇ (기본방향) 국제사회에 약속한 국가 온실가스 감축목표 이행 가능성 제고
ㅇ (감축목표) 감축 후 배출량 536.0백만 톤CO2eq(2015년 대비 22.3% 감축)
- 국내 부문별 감축 후 배출량 574.3백만 톤CO2eq, 잔여감축량 38.3백만 톤CO2eq은 산림흡수원 활용 및 국외 감축분
ㅇ (발전부문 감축목표) 2030년 감축 후 목표배출량 192.7백만 톤CO2eq
- (감축수단) 발전인프라 개선, 친환경 발전믹스 강화, 집단에너지, 잠재감축분
□ 2030 NDC 상향안(2021.10)
ㅇ (감축목표) 2018년 대비 40%까지 국가 온실가스 감축목표를 대폭 상향하여 감축 후 배출량 436.6백만 톤CO2eq
ㅇ (발전부문 감축목표) 2030년 감축 후 목표배출량 149.9백만 톤CO2eq
- (감축수단) 석탄발전 축소, 신재생에너지 발전 확대, 추가 무탄소 전원(암모니아 터빈), 재생에너지 보급 확대
3. 에너지 분야 관련 계획
□ 제3차 에너지기본계획(2019.6)
ㅇ (개요) 「저탄소 녹색성장 기본법」 제41조에 의거, 20년을 계획기간으로 잡아 5년마다 수립·시행되는 계획으로 중장기 에너지 정책의 철학과 비전, 목표와 추진전략 제시
ㅇ (비전) 에너지 전환을 통한 지속가능한 성장과 국민의 삶 제고
- 에너지 정책 패러다임을 소비구조 혁신 중심으로 전환
- 깨끗하고 안전한 에너지믹스로 전환
- 분산형, 참여형 에너지 시스템 확대
- 에너지산업의 글로벌 경쟁력 강화
- 에너지 전환을 위한 기반 확충
□ 제9차 전력수급기본계획(2021.1)
ㅇ (개요) 중장기 전력수요 전망 및 이에 따른 전력설비 확충을 위해 「전기사업법」 제25조 및 동법 시행령 제15조에 따라 2년 주기로 수립
ㅇ (기본방향) 정책환경, 국외동향을 통한 시사점 도출 후 수립방향 설정
- 정책환경 변화
ㆍ안전하고 깨끗한 전원믹스로의 에너지 정책 전환 필요성 증대[『제3차 에너지기본계획』(산업통상자원부, 2019), 『미세먼지 관리 종합계획(2020-2024)』(관계부처 합동, 2019)]
ㆍ온실가스 추가감축을 위한 전환부문 이행방안 마련('2030 국가 온실가스 감축 로드맵 수정안', '2030 NDC'와 연계해 구체화)
ㆍ저탄소 경제·사회로의 이행을 위해 신재생에너지 투자 가속화 필요(『한국판 그린뉴딜 종합계획』)
ㅇ (감축목표) 2030년 목표 온실가스 배출량 196.2백만 톤CO2eq, 미세먼지 배출량 2019년 대비 57% 저감
- (감축수단) 가동 후 30년 도래 석탄발전설비 24기 폐지, 잔여 석탄설비 연간 발전량 제약, 환경설비 개선, 미세먼지 계절관리제 시행 등
4. 미세먼지 관련 계획 및 정책
□ 미세먼지 관리 종합계획(2020-2024)(2019.11)
ㅇ (개요) 「미세먼지 저감 및 관리에 관한 특별법」 제7조에 근거하여 5년마다 수립되는 법정계획으로 향후 5년간 미세먼지 저감 및 관리의 정책방향과 추진과제 제시
ㅇ (비전) 맑고 깨끗한 공기, 미세먼지 걱정 없는 대한민국
ㅇ (감축목표) 2024년 목표 초미세먼지(PM2.5) 연평균 농도 16㎍/m3(2016년 대비 35% 이상 저감)
- (발전부문 추진과제 ①) 석탄화력 미세먼지 저감 추진
ㆍ고농도 계절 집중감축 조치 시행으로 석탄발전소 가동중단 시기를 기존 봄철(3~6월)에서 고농도 계절인 12~3월로 조정하고 대상 발전기 확대
ㆍ상한 제약(석탄발전 배출량 80% 수준)을 고농도 계절 내 상시 전환
ㆍ노후 석탄발전소의 폐쇄일정 재조정
ㆍ집진·탈황·탈질 설비 등 석탄발전 환경설비 투자 확대 및 대기오염물질 저감기술 개발 확대
ㆍ석탄발전소 저탄장 옥내화 추진
- (발전부문 추진과제 ②) 재생에너지 확대, 환경급전 시행을 통한 친환경 에너지 전환 및 도서지역 소규모 발전소 등 사각지대 관리 강화
ㆍ『제3차 에너지기본계획』에서 제시한 재생에너지 발전비중 확대를 위한 설비보급 확대
ㆍ약품처리비, 배출권거래 비용 등 환경비용을 반영하는 환경급전 시행을 통해 친환경 발전 가격경쟁력 제고
ㆍ도서 발전시설 18기, 대기오염물질 배출시설로 관리 강화
ㆍ섬 지역 발전소의 발전연료를 친환경 연료로 전환 추진
□ 대기관리권역별 대기환경관리 기본계획(2020-2024)(2020.4)
ㅇ (개요) 대기권역별 대기환경관리 기본계획은 『미세먼지 관리 종합계획(2020-2024)』을 최상위 계획으로 하며, 지역별 상호영향을 고려하여 광역적인 관리가 필요한 권역에 대하여 세부 저감계획을 수립
ㅇ (발전부문 감축수단) 사업장 대기오염물질 총량관리제
- 연도별로 배출허용총량을 할당하고, 할당량 이내로 오염물질을 배출하도록 규제
ㆍ배출허용총량을 초과하는 경우 총량초과과징금 부과 및 다음 연도 배출허용총량 감량
- 할당량에 비해 배출량이 적은 사업장은 잔여 배출허용총량을 판매할 수 있으며, 배출량이 할당량에 비해 많은 사업장은 동일권역 내에서 배출권 구매 가능
- 총량관리사업장은 「대기환경보전법」에 따른 총량관리 대상 오염물질에 대한 기본부과금 면제, 연간 오염물질 배출량이 20톤 미만인 3종 사업장에 대해서는 배출허용기준을 130%로 완화 적용
Ⅲ. 발전부문 탄소중립 분석 방법론
1. 발전부문 최적화 모형
□ 선형계획법을 활용한 발전부문 설비 건설 및 운영 최적화 모형 구축
ㅇ 수리계획법의 한 형태로 최적화를 위한 목적함수와 제약식으로 구성되며, 최적화의 대상이 되는 변수와 외생적 모수 및 이들의 관계를 연결하는 집합들을 포함
ㅇ 분석기간에 요구되는 전력수요를 충족하기 위한 다양한 발전소의 건설 및 운영방안을 최적화 문제를 풀어 해로써 도출
ㅇ 최적화 모형 목적함수:
ㅇ 가동제약
ㅇ 수요제약
ㅇ 예비율제약
ㅇ 저장장치제약
ㅇ 배출량 제약
ㅇ 집합 및 원소(set)
- k : 발전기
- s : 저장장치
- r : 수요구간
- v : 건설연도
- cp : 계획기간
ㅇ 매개변수(parameter)
- df : 할인율
- INVk,t : 투자비(연간 균등화 비용)
- FCk,t : 연간 고정비
- Lk : 수명기간
- VCk,t,r : 변동비
- CFk,t,r : 최대 이용률
- selfk : 소내소비율
- RFk,t : 피크기여도
- RMt : 목표 예비율
- Dt,r : 수요
- stfs : 저장장치 효율
- CO2coefk,t,r : CO2 배출계수
- CO2capcp : 계획기간 배출량 변수
ㅇ 변수(variable)
- Pk,t,r : 발전량
- Nk,v : 신규발전기 용량
- sts,t,r : 전력 저장량
□ 입력자료
ㅇ 주요가정
- 적정한 시간 내에 안정적인 최적해의 도출이 가능하도록 8,760시간을 48개(4계절, 주중·주말, 06~09시·09~12시·12~14시·14~16시·16~22시·22~6시)의 집단으로 묶어서 분석 단위를 줄이는 방식을 적용
ㅇ 입력자료
- 주요 입력자료로는 발전설비 현황, 발전설비 진입 및 퇴출, 전력수요, 연도별 전력수요 증가율, 발전기별 효율, 발전기별 배출계수, 초기투자비, 계통연계비용, 연료비용, 운전유지비용, 열간 기동비용, 발전기별 기술특성자료, 양수발전기 기술특성자료, 예방정비일, 고장정지일, 신재생에너지 시간대별 이용률을 활용함
2. 대기오염에 따른 건강피해비용 분석 방법론
□ 국외 연구현황
ㅇ Enerdata(2014)
- EU의 저탄소발전전략 시행 시 건강영향 변화를 평가하기 위해 수행된 연구
- PM2.5, PM2.5의 전구물질, NOx 및 SO2가 평가 대상이며 해당 물질의 저감으로 인한 건강영향 및 그로 인한 편익을 추정
- 편익이전 기법을 활용하여 건강편익을 추정하였으며, 유럽환경청(EEA, 2008)의 연구에서 도출한 화석연료를 이용한 전기 생산에 관련된 건강편익 추정치를 활용
ㅇ WHO(2018)
- 저탄소발전전략 이행으로 인한 건강편익을 추정하는 도구(CaRBonH) 개발
ㆍEU 회원국의 전략 이행으로 인한 건강영향을 평가: 천식, 기관지염 환자 및 사망자 수 감소 정량화
ㆍ2030년까지 PM2.5 저감의 건강편익 추정: 질병비용평가(COI), VSL, VOLY 등 질병·사망 편익 도출
- CaRBonH의 PM2.5 저감으로 인한 건강영향 정량화 방법론
ㆍ건강영향 정량화 산식
CR 함수 = (RR -1/RR)(1/PM2.5농도변화) × 유병률 × 대상인구분율 식(7)
ㆍ건강편익 정량화 산식
건강편익 = 노출인구 × CR 함수 × 조기사망 단위 피해비용 식(8)
□ 국내 연구현황
ㅇ 김현노 외(2019)
- 기존 국내 연구에서 도출한 대기오염물질별, 오염원별 PM2.5 전환율 값을 활용하여 PM2.5 농도 변화를 산정
- PM2.5에 장기적으로 노출 시 조기사망을 추정하였으며 Hoek et al.(2013)의 농도-반응(CR) 함수를 광역지자체 단위별로 30세 이상 성인에게 적용
ㅇ 김현노 외(2020)
- Hoek et al.(2013)의 CR 함수를 광역지자체 단위 30세 이상 성인을 대상으로 적용하여 미세먼지 계절관리제 시행 시 조기사망 감소치를 추정
- 건강편익 또한 VSL을 적용하여 추정한 결과, 대략 1,530억 원에서 3,082억 원 사이로 추정
ㅇ EVIS 건강영향 가치평가 toolkit
- EVIS(환경가치종합정보시스템)은 기존 선행연구 결과를 토대로 주요 대기오염물질 배출로 인한 PM2.5 장기 노출 시 조기사망에 미치는 영향을 예측하고 이를 화폐화할 수 있는 툴키트(toolkit)를 구축해 제공
- PM2.5 농도 변화 산정 시 기존 국내 연구에서 도출된 대기오염물질별, 오염원별 PM2.5 전환율 값을 활용
- 오염물질 건강영향 가치평가의 단계는 대기오염 배출 및 가치평가 지역 설정, 대기오염 확산 및 건강영향 정량화, 건강영향의 화폐화 및 결과 도출 순서로 구성
ㆍPM2.5에 장기 노출 시 건강영향평가를 위한 CR 함수는 Hoek et al.(2013)을 선택하거나 기타 함수를 임의로 적용 가능
ㆍ건강영향의 화폐화 시 적용하는 단위가치로 메타분석을 통해 도출된 VSL값을 선택하거나 임의의 값 또한 적용 가능
ㅇ 배현주 외(2020)
- 대기오염과 건강영향의 CR 함수:
ㆍβ = 환경역학 연구결과로 대기오염물질의 농도 변화에 따른 건강영향의 농도-반응(CR) 함수
ㆍΔx = 대기오염물질 농도 값의 변화
= 대상인구집단의 기본 건강상태를 나타내는 유병률 또는 사망률
ㆍPOP = 대기오염물질의 농도 변화에 노출되는 인구수
- PM2.5 노출 시의 건강위험에 대한 평가모형 구축
ㆍBenMAP을 활용하여 국내 행정구역별 GIS 자료, 인구 및 사회·경제적 자료, 대기오염도 자료, 사망률과 유병률 자료 DB를 통합하였으며, 이를 토대로 한국형 미세먼지 개선에 따른 건강위험 평가모형 구축
ㆍPM2.5의 건강위험을 산정하고, 미세먼지 농도가 『미세먼지 관리 종합계획』의 목표 달성 시 얻게 되는 건강편익과 미세먼지 농도가 세계보건기구의 연평균 권고기준 달성 시 얻을 수 있는 건강편익을 산정
□ 적용 방법론
ㅇ (대상 질환) 선행연구 검토 결과, 저탄소발전전략 시행으로 인해 변화가 예상되는 대기오염물질로 인한 건강영향 중 인과관계에 대한 충분한 근거가 존재하며, 건강영향의 정량화 및 편익 산정이 가능한 30세 이상 성인의 조기사망을 건강영향의 평가지표로 선정
ㅇ (정량화 방법론) 김현노 외(2019, 2020)에서 제시한 바와 같이 Hoek et al.(2013)의 30세 이상 조기사망에 대한 농도-반응(CR) 함수 적용
- 건강영향으로 인한 피해비용은 대기오염물질 배출량을 기반으로 오염물질별 단위 피해비용 산정이 가능한 김현노 외(2019)의 방법론을 적용
ㆍ전국 평균 추정치에 지역 간 농도기여율을 적용해 지역별 피해비용으로 구분하여 반영하였으며, 사망위험감소가치(VSL)는 OECD(2012)의 추정치를 활용
Ⅳ. 발전부문 탄소중립 시나리오 분석
□ 시나리오 구성
ㅇ (기준시나리오, Baseline) 탄소중립이라는 정책목표가 없는 경우로 다양한 정책 시나리오에 대한 평가의 기준
ㅇ (탄소중립 시나리오, NZ2050) 2050년까지 전력부문의 이산화탄소 배출량을 '0' 수준으로 감축하는 시나리오
- 2025년까지 기존의 온실가스 감축 로드맵상의 경로를 따르고, 이후 2050년까지는 2025년 배출량에서 선형으로 감소하는 경로 가정
- 매 5년 단위로 5년간 배출총량을 5년간 목표배출량의 합과 같게 한다는 제약조건 충족
ㅇ (기후대기 통합관리 시나리오, NZ2050ENV) 온실가스 규제뿐 아니라 대기오염 배출에 대해서도 추가로 규제를 강화하는 시나리오
- 온실가스와 함께 대기오염물질을 통합 관리하는 경우 어떤 비용과 효과가 발생하는지 분석함으로써 기후대기 통합관리의 효용성 평가
- 대기정책 규제 강화 수단으로서 대기오염물질 배출에 의한 피해비용을 추정하여 총비용에 반영
ㅇ (기술발전 시나리오, NZ2050Et) 연간 재생에너지 보급한도를 2배로 확대한 시나리오
- 기술발전에 따라 재생에너지 보급 잠재력이 높아질 경우의 효과를 분석하기 위한 시나리오
- 연간 신규 보급가능량을 태양광발전 40GW, 육상풍력 2GW, 해상풍력 4GW, 양수 발전 4GW로 확대 가정
ㅇ (누적 배출예산 시나리오, NZ2050EtB) 2050년까지 연도별 감축목표를 5년 단위 이행기간별로 이행하는 대신, 2026년부터 2050년까지 연도별 감축목표 총량을 연도 혹은 배출권 이행기간과 무관하게 달성하는 경우의 변화 분석
- 배출권거래제의 배출권 이월을 허용할 경우 가능한 시나리오
- 장기간에 걸친 배출총량이 기후변화의 중요한 변수라는 점에서 기간 간 배출량 배분의 유연성이 초래하는 결과를 분석하기 위한 시나리오
□ 시뮬레이션 결과 및 해석
ㅇ (온실가스 배출량) 기준 시나리오하에서는 이산화탄소 배출량이 2046년까지 지속적으로 증가하다가 이후 감소세로 전환되었으며, '탄소중립 시나리오(NZ2050)', '기후대기 통합관리 시나리오(NZ2050ENV)', '기술발전 시나리오(NZ2050Et)'가 유사한 감소경로를 보이는 반면, 배출권의 이월을 허용하는 '누적 배출예산 시나리오(NZ2050EtB)'의 경우 초기부터 대규모 감축이 발생하는 경로를 보임
- 온실가스를 초기에 더 줄이고 나중에 덜 줄이는 것이 비용 측면에서 더 유리하다는 점을 보여주며, 이는 미래에 큰 비용을 들여 감축 노력을 하는 것보다 지금 낮은 비용으로 감축할 수 있는 기회를 최대한 활용하는 것이 합리적임을 보여줌
ㅇ (시나리오별·에너지원별 발전량)
- (기준시나리오, Baseline) 부족한 전력의 대부분을 천연가스 발전과 태양광으로 충족할 것으로 예측되었으며, 석탄의 역할이 지속적으로 감소하고, 2050년에 가까이 가면서 수소 터빈과 해상 풍력을 일부 도입
- (탄소중립 시나리오, NZ2050; 기후대기 통합관리 시나리오, NZ2050ENV) 석탄의 발전량이 급격히 감소하고 그 자리를 태양광, CCS, 수소 터빈, 육상 및 해상풍력이 점차 대체하는 것으로 분석됨. 후반부로 갈수록 천연가스 발전 또한 이들 저탄소 기술들에 의해 대체되며 태양광 등 변동성이 높은 재생에너지의 보급이 확대될수록 양수, ESS 등 전력 저장기술의 역할이 커짐
- (기술발전 시나리오, NZ2050Et) CCS와 수소 터빈의 역할이 태양광과 풍력으로 대부분 대체되는 것으로 분석됨. 전력 저장기술과 수전해 수소생산을 위한 전력 소비량도 2046~2050년에 특별히 높은 수준을 보임
- (누적 배출예산 시나리오, NZ2050EtB) 석탄발전의 역할이 초기부터 급속히 감소하는 경향을 보이고, 천연가스의 역할이 증가하며 전반부의 배출량이 크게 줄어들게 됨. 이러한 조기 감축분은 후반부에 재생에너지와 수소 터빈을 통한 감축 필요성을 감소시키는 역할을 하고, 이에 따라 후반부까지 천연가스의 역할이 유지되는 결과를 보여줌
ㅇ (시나리오별 대기오염물질 배출량 분석)
- '기후대기 통합관리 시나리오(NZ2050ENV)'는 대기오염물질의 배출이 '탄소중립 시나리오(NZ2050)'보다 추가로 감소하는 효과를 보여주는데, '탄소중립 시나리오(NZ2050)' 대비 질소산화물 8.4%, 황산화물 8.6%, 초미세먼지 3.0%, 암모니아 0.7%, 휘발성유기화합물 1.3%가 추가로 감소할 것으로 예측됨
- 재생에너지의 보급 잠재력이 크게 확대되는 경우를 가정한 '기술발전 시나리오(NZ2050Et)'에서는 대기오염물질의 감소 폭 또한 크게 확대되는 것을 볼 수 있는데, '탄소중립 시나리오(NZ2050)' 대비 감소율은 질소산화물 32.8%, 황산화물 19.6%, 초미세먼지 29.5%, 암모니아 37.5%, 휘발성유기화합물 31.6%로 분석됨
ㆍ재생에너지의 보급 잠재력 확대가 제한될 경우, 대기오염 부담금과 같은 정책 수단은 배출감소 효과에 한계가 있음을 보여주는 것으로 판단됨
- '누적 배출예산 시나리오(NZ2050EtB)'에서는 '기술발전 시나리오(NZ2050Et)'와 동일한 조건을 반영하였음에도 불구하고 황산화물을 제외하곤 '기술발전 시나리오(NZ2050Et)'보다 배출이 늘어나는 현상이 관찰됨
ㆍ'누적 배출예산 시나리오(NZ2050EtB)'의 경우 재생에너지의 역할이 줄고 석탄을 천연가스로 대체하는 대안이 더 적극적으로 활용됨에 따른 것임
ㅇ (대기오염 피해비용 분석)
- 기준 시나리오에서 2026~2050년 29.8조 원에 달하는 대기오염 피해비용이 '탄소중립 시나리오(NZ2050)'에서는 19.7조 원으로 33.8% 감소하는 것으로 분석되었으며, '기후대기 통합관리 시나리오(NZ2050ENV)'의 대기오염 피해비용은 17.8조원으로 기준 시나리오보다 40.1% 감소, '기술발전 시나리오(NZ2050Et)'에서는 13.3조 원으로 55.3% 감소하며, '누적 배출예산 시나리오(NZ2050EtB)'에서는 12.6조 원으로 57.7% 감소하는 것으로 평가(그림 5 참조)
ㅇ (전력공급비용 분석)
- '누적 배출예산 시나리오(NZ2050EtB)'의 총비용이 정책 시나리오 중 가장 비용효율적인 시나리오인 것으로 분석됨
- '누적 배출예산 시나리오(NZ2050EtB)'는 배출권거래제를 시행하는 경우 배출권의 이월을 보장함으로써 실현할 수 있는 정책 시나리오로, 우리나라에서도 배출권거래제를 시행하고 있고 전력부문이 포함되어 있기 때문에 현재 우리나라 정책환경에도 부합하는 시나리오임. 다만 현재 우리나라의 배출권거래제에서는 5년 단위로 계획기간을 설정하고 계획기간을 넘어가는 이월에 대해서는 엄격한 제한을 두고 있어서 현행 배출권거래제 규칙을 유지하는 경우에는 '누적 배출예산 시나리오(NZ2050EtB)'의 이행이 불가능하므로 이월 제한 규정의 완화가 필요함을 보여줌.
Ⅴ. 요약 및 결론
□ 최적화 모형을 활용한 시뮬레이션 결과 '탄소중립 시나리오(NZ2050)'에서는 2026~2050년간 약 2,120.8조 원의 비용이 발생할 것으로 평가
ㅇ 기준 시나리오보다 약 15.4%(282.5조 원) 증가한 수준으로, 항목별로는 투자비용과 고정운영비는 증가하는 반면 변동비용과 대기오염 피해비용은 감소
ㅇ '탄소중립 시나리오(NZ2050)'는 발전기의 가동 우선순위가 배출권 가격을 반영하여 결정된다는 전제하에 최적화된 급전 운영을 가정한 것인데, 현재의 전력시장 운영규칙이 최적화된 급전 운영을 차단하고 있고 발전사의 배출권 구입비용을 정부가 보전함으로써 배출권거래제가 효과적으로 작동하지 못하고 있는 실정
ㅇ 전력시장과 탄소시장의 왜곡이 해소되지 않을 경우 탄소중립은 물론 2030년 감축목표 달성을 위한 비용이 본 연구에서 추정한 값보다 훨씬 커질 수 있을 뿐만 아니라, 자칫 감축목표 달성 자체가 어려워질 수 있음
□ '기후대기 통합관리 시나리오(NZ2050ENV)'에서는 2026~2050년간 총비용이 '탄소중립 시나리오(NZ2050)' 보다 7,090억 원 낮은 수준으로 평가
ㅇ 대기오염물질 감소를 위한 대기관리정책 강화로 공급비용은 1조 1,510억 원 증가하였지만, 대기오염 피해비용이 1조 8,600억 원 감소함으로써 총비용이 낮아짐
ㅇ 기후정책과 대기정책을 통합·연계하여 추진할 경우 사회적 비용을 감소시킬 수 있음을 보여줌
- 현재 시행 중인 배출부과금 제도는 부과금 요율이 낮고 감면 대상이 많아 대기오염 피해비용을 내부화하기에는 크게 부족함에 따라, 대기오염 피해비용을 적절히 반영할 수 있는 부담금 요율의 현실화와 감면 조건 강화가 필요
□ 재생에너지의 보급 잠재력이 높아지는 경우를 가정한 '기술발전 시나리오(NZ2050Et)'에서는 '기후대기 통합관리 시나리오(NZ2050ENV)'보다 대기오염물질이 5.5% 감소하는 것으로 분석
ㅇ 태양광, 풍력 등 재생에너지의 보급 잠재력이 높아질 경우 큰 폭의 비용 절감이 가능하다는 점을 시사
ㅇ 다만 재생에너지 잠재력이 기준 시나리오의 2배 수준까지 증가하기 위해서는 상당한 수준의 기술발전이 이루어진다는 전제가 필요
ㅇ 재생에너지 기술발전을 위한 투자 가치의 규모를 가늠해 볼 수 있는 시나리오
□ '누적 배출예산 시나리오(NZ2050EtB)'에서의 총비용은 '기술발전'시나리오와 대비하여 3.3% 감소
ㅇ 2026~2050년 총배출량을 '탄소중립 시나리오(NZ2050)'와 동일하게 유지한다는 전제하에 연도별 혹은 기간별 배출량을 자유롭게 결정하는 경우 감축비용이 절감될 수 있음을 시사
ㅇ 배출권거래제도의 이월 제한규정 완화 혹은 철폐 필요


Ⅰ. Background and Purpose of the Study
□ The Special Report on Global Warming of 1.5°C (IPCC, 2018) indicates that when the rise in the global average temperature is suppressed to less than 1.5°C as compared to pre-industrial levels, climate change risks can be significantly reduced. Therefore, achieving global carbon neutrality by 2050 is essential.
ㅇ In 2019, 73 countries announced plans for achieving carbon neutrality by 2050 (Japan by 2050, China by 2060). In 2021, the Biden administration declared that the United States will achieve carbon neutrality by 2050. Therefore, reaching carbon neutrality is a new normal that can no longer be disputed over.
□ In October 2020, Korea declared that it will achieve carbon neutrality by 2050. To achieve this vision, it submitted the “Long-term Low Greenhouse Gas Emission Development Strategy (LEDS)” to the UN in December 2020.
ㅇ In 2018 (the base year), Korea's greenhouse gas emissions amounted to 683.6 million tons of CO2eq. Therefore, a major overhaul in all areas of the society and economy is essential to reduce and absorb these emissions.
- Accordingly, the Korean ministry proposed the “2050 Carbon Neutral Strategy” in December 2020, and revealed the “2050 Carbon Neutral Scenario” (2050 Carbon Neutral Committee, 2021) in October 2021.
- To promote the effective implementation of these carbon-neutral strategies, it is necessary to present a reasonable policy implementation direction based on the analysis of the environmental and economic spillover effects.
ㆍIn particular, the power generation sector has the greatest potential for emissions reduction. Therefore, it is imperative to closely examine the impact of major greenhouse gas reduction measures (such as the shutdown of coal-fired power generation and adoption of hydrogen fuel cells and carbon-free power sources) on air quality, human health, and greenhouse gases.
□ Determining policy implications of the 2050 low-carbon power generation strategy by quantitatively analyzing the effect of carbon neutrality by 2050 on greenhouse gases, atmosphere, and health effects
ㅇ By employing a power sector optimization model, air pollution emissions from the power generation sector are predicted according to the carbon-neutral scenario. Consequently, the impact of air pollution on human health is quantitatively estimated by region.
ㅇ Based on the results of quantitative analysis, the implications of environmental and energy policies aimed at achieving carbon neutrality are determined, which include tasks for each sector of climate, atmosphere, energy, and health, as well as interconnection systems.
Ⅱ. Analysis of Carbon Neutrality Strategies and Related Plans
1. 2050 Carbon Neutral Strategy
□ 2050 Long-term Low Carbon Power Strategy (December 2020)
ㅇ (Background) The Paris Agreement recommends each party to establish a long-term low-carbon development strategy by 2020 taking into consideration a long-term vision of climate change response policies.
ㅇ (Vision) Korea aims to achieve carbon neutrality by 2050 through the following steps:
- Combine green and digital technologies to create synergy, make bold investments, and support climate technology innovation
- Play a leading role in helping the international community make joint efforts to achieve carbon neutrality by 2050
ㅇ (Basic principle) In collaboration with the international community's efforts to cope with climate change, a sustainable virtuous cycle of carbon-neutral society should be established while promoting the common efforts of citizens.
ㅇ (Means to reduce power generation) Power supply centered on renewable energy, expansion of the fuel cells and green hydrogen industries, and application of CCUS technology to fossil fuel power generation are the primary measures aimed at reducing emissions.
□ 2050 Carbon Neutral Promotion Strategy (Draft) (December 2020)
ㅇ (Vision) Achieve carbon neutrality, economic growth, and enhanced quality of life at the same time taking an active approach including developing new economic and social development strategies, breaking away from adaptive emission reduction centered on greenhouse gas reduction
ㅇ (3+1 strategy promotion) This strategy aims to decarbonize the economic structure, create a promising low carbon industry ecosystem, facilitate the transition to a carbon-neutral society, and strengthen the foundation for carbon neutrality policies.
- (Optimize the power generation sector) A carbon-neutral innovation strategy should be adopted for energy conversion (scheduled for fourth quarter of 2021, Ministry of Trade, Industry and Energy).
□ Implementation plan proposed by the Ministry of Environment for achieving carbon neutrality (March 2021)
ㅇ (Vision) A carbon-neutral society in 2050 should exhibit the following characteristics: ① net-zero emissions, ② economic growth, and ③ an inclusive society.
ㅇ (Task in the power generation sector) Renewable energy power generation based on different approaches:
- Expanding the development of water and solar power systems operated by residents
- Promoting the use of eco-friendly hydrothermal energy
- Promoting offshore wind power generation by improving the environmental impact assessment system
- Establishing a base for the production and supply of renewable energy for basic environmental facilities
- Establishing a roadmap for supplying and expanding renewable energy using environmental resources
□ 2050 Carbon Neutral Scenario (October 2021)
ㅇ (Vision) Based on the five basic principles of responsibility, inclusion, fairness, rationality, and innovation, a sustainable carbon-neutral society that is safe from the climate crisis should be developed.
ㅇ (Power generation sector) Plan A completely shuts down thermal power plants and does not generate greenhouse gas emissions in the energy transition sector, and Plan B discards coal-fired power generation but uses LNG power generation as a flexible power source.
2. Nationally Determined Contributions (NDC) and Related Plans
□ 2030 Amendment to the National Greenhouse Gas Reduction Roadmap (July 2018)
ㅇ (Basic direction) Improving the possibility of implementing the national greenhouse gas reduction goals promised to the international community.
ㅇ (Reduction target) Emission volume should be reduced to 536.0 million tons of CO2eq (22.3% reduction compared to 2015):
- After achieving a reduction in emissions from the domestic sector, the emission volume should be 574.3 million tons of CO2eq. The residual amount must be 38.3 million tons of CO2eq, which can be achieved using forest absorption sources and overseas reduction.
ㅇ (Reduction goals in the power generation sector) The emission volume should reduce to 192.7 million tons of CO2eq by 2030, which can be achieved by improving the power generation infrastructure, strengthening the eco-friendly power generation mix, developing collective energy practices, and reducing potential emissions.
□ Enhanced 2030 NDC (October 2021)
ㅇ (Reduction target) The reduction target was significantly raised (40% reduction compared to 2018); after the reduction target is achieved, the emission volume should be 436.6 million tons of CO2eq.
ㅇ (Reduction goals in the power generation sector) The emission volume should reduce to 149.9 million tons CO2eq by 2030, which can be achieved by reducing coal power generation, increasing renewable energy generation, augmenting carbon-free gas turbines (ammonia turbine), and increasing the supply of renewable energy.
3. Plans related to energy
□ The Third Basic Energy Plan (June 2019)
ㅇ (Overview) Under Article 41 of the Framework Act on Low Carbon Green Growth, the entire period of this plan has been set to 20 years and detailed initiatives will be implemented every five years; therefore, it takes into account the philosophy, vision, goals, and implementation strategies of mid- to long-term energy policies.
ㅇ (Vision) Sustainable growth and improvement of people's lives through energy transition, which can achieved by:
- A paradigm shift in energy policy with a focus on the reform of the consumption structure
- Adoption of a clean and safe energy mix
- Expanding the distributed and participatory energy system
- Strengthening the global competitiveness of the energy industry
- Expanding the foundation for energy transition
□ The Ninth Basic Plan for Power Supply and Demand (January 2021)
ㅇ (Overview) This plan is implemented every two years under Article 25 of the Electricity Business Act and Article 15 of the Enforcement Decree in order to forecast mid- to long-term electricity demand and expand electricity facilities.
ㅇ (Basic direction) Make changes to the environmental policy in Korea based on the implications derived from overseas cases:
ㆍIncreasing need to change energy policy to adopt a safe and clean power mix (the Third basic energy plan (pages 20-24): comprehensive plan for fine dust management).
ㆍPreparation of measures for the transition sector to further reduce greenhouse gas emissions (a modified(revised) roadmap for greenhouse gas reduction whose details should be drawn up in connection with the 2030 NDC).
ㆍNeed to accelerate investment in new and renewable energy sources for the transition to a low-carbon economy and society (Korean version of the Green New Deal Comprehensive Plan).
ㅇ (Reduction goals) The greenhouse gas emissions should reach 196.2 million tons of CO2eq by 2030 and a 57% reduction in fine dust emissions must be achieved (compared to 2019). These goals can be achieved by closing down 24 coal power plants for 30 years, imposing constraints on annual electricity generation of remaining coal plants, improving environmental facilities, and implementing a management system in the fine dust season.
4. Plans and policies fine dust management
□ Comprehensive Plan on Fine Dust Management (2020-2024) (November 2019)
ㅇ (Overview) A legal plan is established every five years based on Article 7 of the Special Act on the Reduction and Management of Fine Dust, which presents policy directions and tasks for fine dust reduction and management over the next five years.
ㅇ (Vision) The aim is to achieve clean air in Korea without fine dust.
ㅇ (Reduction target) Annual average concentration of ultrafine dust (PM2.5) should reach 16 ㎍/m3 in 2024 (35% reduction compared to 2016) through the following steps:
① Reducing coal-fired power generation and fine dust emission:
ㆍOwing to the implementation of intensive reduction measures in the high concentration season, the shutdown period of coal plants will be changed from the spring season (March to June) to the winter season (December to March), and will apply to more plants.
ㆍThe upper limit constraint (about 80% of coal power output) will be adjusted to a regular level during the high concentration season.
ㆍThe closure of old coal power plants will be rescheduled.
ㆍThe investment for green facilities used in coal power generation will be increased (such as dust collection, desulfurization, and desorption facilities), while technologies to reduce air pollutants are being developed.
ㆍKeeping coal storage yards indoor is being promoted.
② Expansion of renewable energy sources, transition to eco-friendly energy through environmental dispatch, and strengthening the management of blind spots such as small power plants in islands
ㆍExpansion of supply to increase the proportion of renewable energy generation as proposed in the Third Basic Energy Plan
ㆍImproving the competitiveness of eco-friendly power generation prices through the implementation of environmental dispatch by reflecting environmental costs such as drug treatment costs and emission trading costs.
ㆍReinforcing the management of air pollutant emissions for 18 power plants in islands
ㆍPromoting the conversion of fuel used in island power plants into eco-friendly fuel
□ Basic Plan for Air Quality Control in Air Control Zones (2020-2024)(April 2020)
ㅇ (Overview) The basic plan for air quality control for each air control zone is subordinate to the “Comprehensive Fine Dust Management Plan (2020-2024)”, which is the top-level plan; subsequently, a detailed reduction plan is established for areas requiring wide-area management in consideration of the mutual regional impact.
ㅇ (Reduction means in the power generation sector) Implementing an air pollutant management system in the place of business:
- The total amounts of air pollutants allowed to be discharged every year are allocated to each place of business, and pollutants to be discharged are regulated within the quota.
ㆍIf the total amount of air pollutants actually emitted exceeds the maximum amount allowed to be emitted a penalty surcharge is imposed and the total amount allowed to be discharged in the following year is reduced.
- Places of business that emitted lower amounts than their quota can sell the total remaining emission allowance, and places of business that emitted larger amounts than their quota can purchase emission allowances within the same area.
- Under the Clean Air Conservation Act, the place of business to which total permissible emission volume of pollutants subject to the total volume control is allocated is exempt from the basic charge for air pollutants subject to the total volume control ; the emission allowance standard has been lowered to 130% for three types of place of business with annual pollutant emissions of less than 20 tons.
Ⅲ. Carbon Neutrality Analysis Methodology in the Power Generation Sector
1. Optimization model for power generation
□ Establishing an optimization model for construction and operation of power generation facilities using linear programming
ㅇ Since the employed method is a form of mathematical programming, it comprises an objective function, a constraint for optimization, optimized variables, exogenous parameters, and sets connecting their relationships.
ㅇ The construction and operation plans for various power plants, which were to meet the electricity demand during the analysis period, are derived by solving the optimization problem.
ㅇ Optimization model objective function:
ㅇ Operation constraint
ㅇ Demand constraint:
ㅇ Reserve rate constraint:
ㅇ Storage system constraint:
ㅇ Emission constraint:
ㅇ Sets and elements:
- k: Electric generator
- s: Storage device
- r: Demand section
- v: Construction year
- cp: Planned period
ㅇ Parameters:
- df: Discount rate
- INVk,t: Investment cost (annual equalization cost)
- FCk,t: Annual fixed cost
- Lk: Life span
- VCk,t,r: Variable cost
- CFk,t,r: Maximum utilization rate
- selfk: Auxiliary Power Ratio
- RFk,t: Peak Load Contribution
- RMt: Target reserve rate
- Dt,r: Demand
- stfs: Storage system efficiency
- CO2coefk,t,r: CO2 emission factor
- CO2capcp: Emission variable during the planned period
ㅇ Variable
- Pk,t,r: Amount of electricity generated
- Nk,v: Capacity of new generator
- sts,t,r: Power storage
□ Input data
ㅇ Major assumptions - To derive a stable optimal solution within an appropriate timeframe, 8,760 hours are grouped into 48 groups (time periods of 6:00-9:00, 9:00- 12:00, 12:00-14:00, 14:00-16:00, and 16:00-22:00 for four seasons, including weekdays and weekends) to reduce the analysis units.
ㅇ Input data
- The main input data include the status of power generation facility, power demand, annual power demand growth rate, generator efficiency, emission coefficients by generator, initial investment cost, grid connection cost, fuel cost, operation maintenance cost, hot start-up cost, technological characteristics data, water generator technological characteristics data, date of preventive maintenance, and use rate by renewable energy source by time slot.
2. Analysis methodology for the cost of health damage caused by air pollution
□ Status of overseas research
ㅇ Enerdata (2014)
- A study was conducted to evaluate changes in health effects when implementing the low-carbon power generation strategy of the European Union (EU).
- PM2.5 and PM2.5 precursors, NOx, and SO2 were evaluated to estimate their adverse effects on health and determine the health benefits of reducing their concentrations.
- The health benefits were estimated using the estimated figures of health benefits related to fossil fuel power generation presented in the study conducted by the European Environment Agency (2008).
ㅇ WHO (2018)
- Developing a tool for estimating health benefits (CaRBonH) obtained by the strategy implementation:
ㆍEvaluating the impact of implementing strategies on health in EU member states: Quantifying the reduction in the number of patients with asthma and bronchitis as well as deaths.
ㆍEstimation of health benefits due to PM2.5 reduction by 2030: Assessment of cost of illness (COI), VSL, VOLY, etc. and derivation of death benefits
- Methodology of CaRBonH for quantifying adverse health effects due to PM2.5 reduction
ㆍQuantification of health effects is expressed as:
CR function = (RR-1/RR) (1/PM2.5 concentration change) × prevalence × target population fraction
ㆍQuantification of health benefits is expressed as: Health benefits = Exposed population × CR function × Damage cost in early death units
□ Current status of domestic research
ㅇ Kim et al. (2019)
- The changes in PM2.5 concentration are calculated using the rate of PM2.5 conversion by air pollutant and source of pollution presented in preceding domestic studies.
- The number of premature deaths due to long-term exposure to PM2.5 was predicted, and the concentration-response function (CRF) presented by Hoek et al. (2013) was applied to adults aged 30 or older by each metropolitan local government.
ㅇ Kim et al. (2020)
- The CRF by Hoek et al. (2013) is applied to adults aged 30 or older at the metropolitan local government level to estimate the reduction of early deaths due to the implementation of the seasonal fine dust management system.
- The health benefits estimated using VSL range from about 153 billion KRW to 308.2 billion KRW.
ㅇ Comprehensive Environmental Value Information System (EVIS): a health impact value evaluation toolkit
- Based on the results of preceding studies, a toolkit was established in EVIS that can monetize long-term exposure to PM2.5 due to the emission of major air pollutants.
- When calculating changes in PM2.5 concentration, the rate of conversion of PM2.5 by air pollutant and source of pollutants presented in the existing domestic studies is used.
- The health impact valuation involves setting of the areas for evaluation, quantification of health effects, monetarization of health effects, and derivation of results.
ㆍThe CRF by Hoek et al. (2013) can be used for evaluating health effects due to long-term exposure to PM2.5; other functions can also be arbitrarily applied.
ㆍThe unit value applied when monetizing health effects can be selected through meta-analysis, or any other value can also be applied.
ㅇ Bae et al. (2020)
- CRF of air pollution and health effects:
Y=y0×(eβΔx-1)×POP
ㆍβ: Derived from the environmental epidemiological research, this variable represents the health effects according to changes in the concentration of the air pollutants
ㆍΔX: Reflects the changes in air pollutant concentration values, which in turn indicates the prevalence or mortality, thereby revealing the basic health status of the target population group
ㆍPop: Represents the number of people exposed to changes in the concentration of air pollutants
- Establishment of an evaluation model for health risk caused by exposure to PM2.5
ㆍBy employing BenMAP, GIS data, population, and socioeconomic data, the air pollution, mortality, and prevalence data of different domestic administrative districts are integrated. Consequently, a health risk assessment model according to the improvement in fine dust concentrations is established.
ㆍThe health risks due to PM2.5 exposure were estimated, and the health benefits obtained through achieving the objectives of the Comprehensive Plan on Fine Dust were estimated along with those obtained when annual fine dust concentration levels meet the standards recommended by the World Health Organization.
□ Application methodology
ㅇ (Target diseases) Based on the preceding studies and the health effects of air pollutants that are expected to change due to the implementation of low-carbon power generation strategies, early death of adults over 30 years of age is selected as an evaluation index.
ㅇ (Quantitative methodology) Kim et al. (2019) applied the CRF of Hoek et al. (2013) to early deaths that occurred to adults over the age of 30.
- The methodology of Kim et al. (2019), which can calculate damage costs for each pollutant based on emissions, was applied.
ㆍThe national average estimate was reflected by applying the inter-regional concentration contribution rate by dividing it into regional damage costs, while the OECD (2012) estimate was used for the death risk reduction value (VSL).
Ⅳ. Carbon Neutrality Scenario Analysis in the Power Generation Sector
□ Structure of the scenario
ㅇ (Standard Scenario, baseline) This scenario supposes a case where achieving carbon neutrality is not a policy goal and it is the criteria for evaluating various policy scenarios.
ㅇ (Carbon Neutrality Scenario, NZ2050) Scenario of reducing carbon dioxide emissions in the power sector to '0' by 2050:
- Following the path on the existing greenhouse gas reduction roadmap up to 2025 and assuming a path that linearly decreases emissions from 2025 to 2050
- Meet the constraint on a five-year basis that the total emissions for five years should amount to the sum of the target emissions for five years
ㅇ (Integrated Management of Climate and Air Scenario, NZ2050ENV) Scenario that implements additional regulations on air pollutant emissions as well as greenhouse gas regulations
- Evaluates the efficiency of the integrated management of climate and air through cost-effectiveness analysis of the integrated management of air pollutants and greenhouse gases
- As a means of strengthening the air pollution policy, the cost of damage caused by air pollutant emission is estimated and reflected in the total cost.
ㅇ (Technology Development Scenario, NZ2050Et) This is a scenario in which the annual renewable energy supply is doubled:
- The effect of an increased potential of renewable energy supply according to technological development is analyzed.
- It assumes that the annual new supply of solar power is 40 GW, land-based wind power is 2 GW, offshore wind power is 4 GW, and pumped-storage hydropower is 4 GW.
ㅇ (Cumulative Emission Budget Scenario, NZ2050EtB) This scenario analyzes the changes in cases where annual reduction targets are achieved from 2026 to 2050, regardless of the year or emission allowance implementation period (instead of achieving annual reduction targets on a five-year basis)
- This scenario is feasible only when the emission trading system allows the transfer of emission rights.
- It involves the analyses of the results associated with the flexibility of the distribution of emissions over time, given that climate change is a variable to which the total quantity of emissions over a long period of time matters.
□ Simulation results and interpretation
ㅇ (Greenhouse gas emission) Under the standard scenario, carbon dioxide emissions continued to increase until 2046 and then began to decline. While Carbon Neutrality (NZ2050), Integrated Management of Climate and Air (NZ2050ENV), and Technology Development (NZ2050Et) scenarios showed similar paths, the Cumulative Emission Budget (NZ2050EtB) scenario showed a path where large-scale reduction of emissions occurs from the beginning.
- The result shows that reducing greenhouse gases at the initial stage is more advantageous in terms of cost, which implies that it is reasonable to make the most of the opportunity to reduce them at a lower cost now than reducing them in the future.
ㅇ (Power generation by scenario and energy source)
- (Standard Scenario) It is predicted that natural gas-fired power generation and solar power will supplement most of the power shortage, and the role of coal will continue to decline. As 2050 approaches, hydrogen turbines and offshore wind power will be introduced even in the standard scenario.
- (Carbon Neutrality Scenario) The results reveal that coal-fired power generation decreases rapidly, and solar, CCS, hydrogen turbine, and land-based/offshore wind power gradually replace it. Natural gas-fired power generation is also replaced by these low-carbon technologies as time passes. Consequently, as the supply of highly volatile renewable energy such as photovoltaics increases, the role of power storage technologies (positive energy, ESS, etc) becomes more important.
- (Technology Development Scenario) The results reveal that the roles of CCS and hydrogen turbines will mostly be fulfilled by solar and wind power. Power storage technologies and power consumption for hydrogen production from water electrolysis were at a particularly high level between 2046 and 2050.
- (Cumulative Emission Budget Scenario) Coal-fired power generation tends to decrease rapidly from the beginning; meanwhile, natural gas-fired power generation increases, thereby further reducing emissions in the first half. This early reduction plays a role in reducing the need for emissions reduction through renewable energy and hydrogen turbines in the second half; this results in the role of natural gas being maintained until the second half.
ㅇ (Analysis of air pollutant emissions by scenario)
- In the Integrated Management of Climate and Air scenario, the emission of air pollutants is further reduced compared to the Carbon Neutrality scenario. Nitrogen oxides, sulfur oxides, ultrafine dust, ammonia, and volatile organic compounds were reduced by 8.4%, 8.6%, 3.0%, 0.7%, and 1.3%, respectively.
- In the Technology Development scenario which assumes that the potential for renewable energy supply is greatly expanded, nitrogen oxides, sulfur oxides, ultrafine dust, ammonia, and volatile organic compounds were reduced by 32.8%, 19.6%, 29.5%, 37.5%, and 31.6%, respectively, compared to the Carbon Neutrality scenario.
ㆍIf the potential of renewable energy expansion is limited, it is judged that policy measures such as air pollution charge will have a limited effect on emissions reduction.
- Although the same conditions with the Technology Development scenario were set in the Cumulative Emission Budget scenario, the emissions increased compared to the Technology Development scenario (except for sulfur oxides).
ㆍIn the case of the Accumulated Emission Budget scenario, the role of renewable energy is reduced and coal was more actively replaced with natural gas.
ㅇ Analysis of damage cost due to air pollution
- Damage costs of air pollution were 29.8 trillion KRW from 2026 to 2050 in the Standard scenario and it decreased by 33.8% to 19.7 trillion KRWin the Carbon Neutrality scenario. In the Integrated Management of Climate and Air scenario, the costs were reduced to 17.8 trillion KRW by 40.1% compared to the Standard scenario, and 12.6 trillion KRW (57.7% decrease) in the Technology Development scenario.
ㅇ (Estimation of power supply costs)
- It is analyzed that the Cumulative Emission Budget scenario is the most cost-effective in terms of the total cost among all the policy scenarios.
- The Cumulative Emission Budget scenario can be realized by insuring carry-over credits in the emission trading system. Therefore, implementing the Cumulative Emission Budget scenario in Korea is also feasible However, since Korea's emission trading system currently sets a five-year planning period and imposes strict restrictions on carry-over credits outside the planned period, the implementation of the Cumulative Emission Budget scenario is impossible if the current regulation is maintained.
Ⅴ. Conclusion
□ Based on the simulation performed using the optimization model, the Carbon Neutrality scenario is estimated to cost about 2,120.8 trillion KRW between 2026 and 2050.
ㅇ This represents an increase of about 15.4% (282.5 trillion KRW) of the cost of the Standard scenario, with an increase in the investment and fixed operating costs and a decrease in the variable costs and damage costs of air pollution.
ㅇ The Carbon Neutrality scenario assumes the optimized power supply operation on the premise that the priority of generator operation is determined by the corresponding prices of emission allowances. The current power market rules block the optimized power supply operations and the government compensates for the cost of emission allowances, which results in the ineffective operation of the trading system.
ㅇ If the gap between the power market and the carbon market is not resolved, the cost of achieving the 2030 reduction goal as well as carbon neutrality could be much higher than proposed in this study, and it should be recognized that the reduction goal itself could be difficult to achieve.
□ In the Integrated Management of Climate and Air scenario, the total cost between 2026 and 2050 is estimated as lower than that in the Carbon Neutrality scenario by 709 billion KRW.
ㅇ The cost of supply increased by 1,151 billion KRW due to strengthened air management policies that are aimed at reducing air pollutants; however, the total cost decreased by 1,860 billion KRW as air pollution damage costs decreased by 186 billion KRW.
ㅇ This result implies that social costs can be reduced if climate policy and air policy are comprehensively promoted.
- As the emission charge system currently in effect has a low levy rate and there are many cases of exemption, it is not enough to reflect air pollution damage costs; therefore, it is necessary to adjust the rate reflecting the reality and strengthen the conditions for exemption.
□ In the Technology Development scenario which assumes that the supply potential of renewable energy increases, the costs decrease by 5.5% compared to the Integrated Management of Climate and Air scenario.
ㅇ This suggests that it is possible to significantly reduce costs if the potential for supplying renewable energy such as solar and wind power increases.
ㅇ However, to double the potential for the renewable energy presented in the Standard scenario, it is necessary that a considerable level of technological development is achieved.
ㅇ This is a scenario which makes it possible to estimate the value of investment in the renewable energy technology development.
□ The total cost in the Cumulative Emission Budget scenario decreased by 3.3% compared to the Technology Development scenario.
ㅇ This suggests that the emission reduction cost can be greatly decreased if the annual emissions or emissions in a certain period are freely determined under the premise of maintaining the same total emissions between 2026 and 2050 as in the Carbon-Neutrality scenario.
ㅇ It is necessary to ease or abolish the restrictions on carry-over credits in the emission trading system.

5환경 디지털 뉴딜 구현을 위한 AI 기반 환경 감시 체계 구축

저자 : 진대용 , 표종철 , 김도연 , 조윤랑 , 한국진

발행기관 : 한국환경연구원 간행물 : 기본연구보고서 2021권 0호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-295 (295 pages)

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Ⅰ. 서 론
□ 연구의 필요성
ㅇ 환경(정책)분야에서 AI 기술 활용은 그린 뉴딜과 디지털 뉴딜 연결에 주체적인 가교역할을 할 수 있지만 그 역할을 충분히 수행하지 못하고 있음
ㅇ 환경 분야의 데이터를 AI 기술을 중심으로 체계적이고 종합적으로 활용하기 위한 전략구축이 필요한 상황임
ㅇ 'AI 기반 환경 감시 체계' 구축을 위해서는 환경변화탐지, 자연재해 분석, 매체별 오염 발생패턴 분석 등 사례구축이 우선적으로 필요하며 이를 통해 필요한 요소 도출 및 프로세스 설계가 필요함
□ 연구의 목적
ㅇ AI 및 XAI 복합적 활용을 통한 AI 기반 환경 자동 모니터링 및 대응을 위한 주요 사례를 구축하고 이를 토대로 'AI 기반 환경 감시 체계' 구축 전략을 제시함
Ⅱ. 선행연구
□ 환경정책연구에서 AI 연구 활용 범위의 확대
ㅇ 기존 의사결정 방법론의 한계를 다수의 파라미터로 구성된 AI 모델로 개선 가능
ㅇ 환경연구에서도 AI 방법론의 활용이 확대 중임
- 수치, 이미지, 영상 등 다양한 형태의 데이터를 변수로 활용 가능하며 예측, 분류, 검출, 변화탐지 및 영향력 분석 등이 가능함
- AI는 성능 측면에서 높은 정확도를 나타내지만, 복잡한 모델 구성으로 인해 설명력이 낮은 문제가 존재함
□ 설명 가능한 인공지능(XAI: eXplainable AI)의 등장으로 예측과 동시에 영향력이 큰 요인을 확인하여 의사결정을 위한 양적 자료로 활용 가능성 확대
ㅇ 블랙박스(Black-Box) 구조로 되어 있는 인공지능 알고리즘의 투명성과 신뢰성 확보를 위해 XAI 연구가 활발해지는 추세임
- 2017년 미 방위고등연구계획국(DARPA: Defense Advanced Research Projects Agency)에서 발표한 설명 가능 인공지능 프로젝트인 XAI를 시작으로 설명 가능한 인공지능의 기술 연구가 본격적으로 전개 중임
ㅇ XAI 분석 연구는 대기오염, 수질오염, 토양오염 등의 환경오염 문제뿐만 아니라 생태계 분야 등 다양한 환경 분야에서 적용되고 있음
- XAI 중에서 LIME(Local Interpretable Model-agnostic Explanations), SHAP(SHapley Additive exPlanation), Grad-CAM(Gradient-Class Activation Map) 등의 모형이 주로 활용되고 있음
□ IoT, 드론, 무인이동체 등 다양한 애플리케이션 및 기기를 통해 데이터 수집이 가능해져 환경 빅데이터가 축적되고 있으며 AI 적용 연구가 확대되는 추세임
ㅇ 환경분야에서 생성되는 이미지 및 영상 데이터는 기후, 환경오염(대기, 수질, 토양, 소음 등) 등 다양한 분야에 관련되어 있음
- AI 기반 예측, 분류 및 결측 데이터 보간 연구 등이 활발히 수행 중임
- 예측연구뿐만 아니라, XAI 기반 예측에 영향력이 큰 요인들을 제시하여 의사결정을 위한 양적 자료로 활용 가능성 확대
Ⅲ. AI 기반 산지 변화 탐지
1. AI 기반 산지 변화 탐지 연구의 개요
□ GIS와 원격탐사 기술을 이용한 산지 변화에 대한 실태 조사, 의심지 도출 및 후속 조치와 같은 대응이 이루어지고 있지만, 산지 변화의 조기 탐지 수행을 통한 피해지역의 조기 대응과 피해 축소가 필요함
□ 따라서 본 연구는 딥러닝 기술을 이용한 산지 변화 탐지에 대한 가능성을 제안함
2. 국내외 산림지도 현황
□ 국내외 산림지도 공급 현황
ㅇ 국토정보 플랫폼(국토지리정보원), 산림공간포탈서비스(산림청), AI 허브 산림수종 항공이미지 자료(한국지능정보사회진흥원) 등
ㅇ UCI Machine Learning Repository(미국), Skyscape dataset(독일 항공우주 센터), Semantic Change detection dataset(중국 우한대학교) 등
3. AI 기반 산지 변화탐지 입력자료 구성 및 모델 구성
□ AI 모델 입력자료 구성
ㅇ AI 허브 국토환경데이터에서 산림수종 항공이미지를 활용함
ㅇ 항공영상을 128×128로 세분화하여 한 영상당 16장의 이미지로 구성하고, RGB 항공영상 정보의 정규화를 수행함
ㅇ 라벨링 데이터는 산림과 비산림으로만 구분하기 위해 바이너리 어노테이션(binary annotation)을 수행하였고, 판독 불가의 라벨이 포함된 항공 이미지는 제외함
ㅇ 수도권 지역의 학습 이미지 총 1만 6,000장과 검증 이미지 총 1,600장을 AI 모델 입력자료로 활용함
ㅇ 산지 변화 탐지 성능 테스트를 위해 카카오 지도(Kakao Map)의 동 지역 다(多) 시기 테스트 이미지 데이터셋(data set)을 구성함
□ AI 모델의 구조
ㅇ 이미지 분할(Image segmentation)에 특화된 U-Net 딥러닝 모델 구조를 적용
ㅇ 기훈련된 U-Net 딥러닝 아키텍처의 레이어 구성과 하이퍼 파라미터를 파인튜닝(fine-tuning) 하여 산지 변화 탐지 학습을 수행
4. AI 모델 산지 변화탐지 결과 및 활용방향
□ U-Net 모델의 훈련 및 검증 결과는 산림과 비산림 지역을 잘 구분하였고, 실제 라벨링 지역과 유사한 패턴을 보이는 것을 확인함
□ 훈련된 U-Net 모델에 카카오 지도의 동 지역 다(多) 시기 이미지 적용 시 산지의 변화를 잘 구분하는 것을 확인하여, 산지 변화 탐지에 대한 딥러닝 모델의 활용 가능성을 확인함
Ⅳ. AI 기반 기후·대기오염과 코로나19 상관관계 분석
1. AI 기반 기후·대기오염과 코로나19 상관관계 분석 연구개요
□ 기후변화가 코로나19의 확산에 직접적인 영향을 미친다는 증거는 없으나, 관련 논의는 지속적으로 진행 중인 상황임
□ 2020년 서울시를 대상으로 기후 및 대기오염과 코로나19의 상관관계 분석을 수행하고, 기후 및 대기오염 인자와 코로나19 확진 사이의 관계에 대해 모의한 AI 모형 구축 가능성을 검토함
2. 기후·대기오염과 코로나19 상관관계 관련 선행연구 검토
□ 최신 국내외 연구사례 분석 결과, 국가별 결과가 상이하며 기후 및 대기오염 변수가 코로나19에 직접적인 영향을 미친다고 보기에는 어려운 것으로 사료됨
ㅇ 코로나19 사태 이후 기후 및 대기오염 영향 연구가 활발히 진행 중임
- 메르스, 사스, 코로나19 등 감염병은 계절적 패턴을 보이며 기온, 습도 데이터를 활용하여 예측 가능성을 검토함
- 유럽에서는 코로나19로 인한 사망에 이산화질소(NO2)가 중요한 요소인 것으로 추정하였으며, 인도에서는 코로나19로 에어로졸 광학깊이(AOD)가 20년 만에 최저 수준으로 나타남
3. 기후·대기오염과 코로나19 상관관계 분석 및 결과
□ 2020년도 서울시 중심 기후 및 대기오염과 코로나19 상관관계 분석 시범 연구 사례 도출
ㅇ 코로나 관련 확진자 및 사망자 수, 기후 및 대기오염 데이터 수집을 통한 학습 데이터셋 구축
ㅇ 계절적 요인을 제외하기 위한 시기별(구간별) 스피어만(Spearman), 켄달(Kendall) 상관관계 분석 수행
- 전체기간 분석 결과 기온 변수가 코로나19 확진자 수와 높은 상관성을 나타냄
- 하지만 기온 변수의 코로나 시기별 상관계수 부호와 값이 크게 바뀌어 결과에 일관성 문제가 있음을 확인
ㅇ 분석 결과 한계점을 확인하였으며, 향후 분석 시 정책, 사회활동 변수 추가 필요
- 코로나19 확진자 수를 추정할 수 있는 직접적인 관련 입력변수(정책, 인구 이동 등)를 추가하여 분석 수행 필요
- 분석대상이 되는 기간이 2020년 1개 연도로, 데이터 축적을 통해 이를 늘릴 필요가 있음
Ⅴ. AI 기반 침수 흔적 탐지
1. AI 기반 침수 흔적 탐지 연구 개요
□ 오픈데이터(Open Data)를 활용하여 AI 기반 도심 침수 흔적 탐지 체계 구축 연구를 수행함
□ GIS 기반 공간 데이터 전처리, 파이썬 기반 전처리 데이터의 AI 모델 입력자료 구축, 기계학습 모델 구축을 통한 침수 흔적 탐지 학습 및 활용한 입력 데이터 중 침수 탐지에 중요한 인자 추정
□ 침수 취약 지도 작성과 중요 인자 파악 및 분석, 기후변화시나리오 데이터를 적용한 미래 침수 취약지역 예측 및 분석 수행
2. AI 기반 침수 흔적 탐지 입력자료 및 모델 구성
□ AI 모델 입력자료 구성
ㅇ 환경 빅데이터 플랫폼, 기상정보포털, 그리고 환경공간정보서비스를 통한 수문분석도, 지형분석도, 기후변화 시나리오 데이터, GIS 데이터를 활용함
ㅇ 취득한 공간 데이터의 수도권 지역으로 공간적 범위 일원화, 래스터화 및 적층을 통한 입력자료 구성을 진행함
ㅇ 랜덤 포레스트 모델 훈련을 위해 침수위선상 침수 범위의 150지점을 훈련데이터로, 50지점을 검증데이터로 사용함
□ AI 모델의 구성
ㅇ 앙상블 학습 방법을 활용하는 대표적인 기계학습 모델인 랜덤 포레스트(Random Forest) 모델 구성과 학습을 통한 수도권 지역 침수 흔적 탐지 성능 평가를 진행함
ㅇ 침수 흔적 탐지 결과에 대한 입력자료의 민감도 분석을 위해 랜덤 포레스트 모델의 변수 중요도(Variable importance)를 추정함
3. AI 모델 침수 흔적 탐지 성능 및 검증
□ 랜덤 포레스트 모델 침수 흔적 탐지 성능 평가
ㅇ 랜덤 포레스트로 학습한 침수 흔적 범위와 측정된 침수 흔적 범위와 유사한 결과를 확인함
ㅇ 훈련된 모델을 수도권 전역에 적용한 수도권 지역 침수 취약 지도를 통해 한강 수변 중심으로 침수 취약도가 높음을 확인함
4. 기후변화 시나리오를 통한 침수 흔적 예측
□ RCP 8.5 시나리오 적용을 통한 침수 흔적 변화 예측
ㅇ 미래의 RCP 시나리오를 훈련된 랜덤 포레스트 모델에 적용하여, 강수량 변화에 따른 수도권 지역 침수 흔적 범위 변화를 확인함
ㅇ 기후변화 시나리오에 따른 AI 기반 도심 침수 피해 예측 등의 활용을 기대함
Ⅵ. AI 기반 미세먼지 발생패턴 분석: 고농도 사례를 중심으로
1. AI 기반 미세먼지 발생패턴 분석 연구 개요
□ AI 기반 고농도 미세먼지 발생패턴 분석 연구의 필요성
ㅇ 우리나라의 미세먼지 농도는 관련 정책의 수립 및 적극적인 이행으로 전반적으로 감소하는 추세임
ㅇ 하지만 고농도 미세먼지 현상은 계속해서 나타나고 있고, 지속기간이 길어지는 사례는 여전히 존재하며, 국민들의 미세먼지에 대한 불안감은 아직까지 해소되지 않은 상태에서 환경에 대한 인식 및 관심이 높아짐에 따라, 관련 정책이 늘어나고 있음
ㅇ 미세먼지 발생 패턴분석을 위한 AI 모형의 구축을 수행하고 활용방안을 제시함
2. AI 기반 미세먼지 발생패턴 분석 입력자료 및 모델 구성
□ AI 모델 입력자료 구성
ㅇ 에어코리아, 기상정보포털 등을 통한 대기질, 기상·기후자료, 외부요인(중국 대기질) 자료를 활용함
ㅇ 2017~2019년 충남 지역을 대상으로 하였으며, 대기측정망을 기준으로 데이터를 재구성함
□ AI 모델 구성
ㅇ 부스팅 기반 방법을 활용하는 대표적인 기계학습 모델인 XGBoost 모델 구성 및 학습을 통해 미세먼지 추정 모형 구축을 진행
3. AI 기반 고농도 미세먼지 발생패턴 분석모델 성능 및 활용 가능성 검토
□ 미세먼지 추정 성능 테스트
ㅇ 테스트 데이터에 대해 구축된 모형에서 추정값과 실측값을 비교했을 때 대부분의 경우 경향을 추적할 수 있음을 확인함
ㅇ 하지만 고농도 미세먼지 대해서는 추정이 잘되지 않는 부분들이 일부 존재하였으며, 이 부분은 향후 학습 데이터의 증가 및 관련 변수들의 추가선정을 통해 보완할 수 있을 것으로 사료됨
□ 미세먼지 발생패턴 분석 결과
ㅇ 구축된 모형에 PDP 및 SHAP 방법론을 적용하여, 미세먼지 농도 추정에 대한 모델의 판단 근거를 도출할 수 있음을 확인함
ㅇ 미세먼지 발생패턴의 핵심인자를 파악하고, 주요 사례별로 모형값 결정에 대한 입력 변수의 기여도 분석 사례를 제시함
□ AI 기반 고농도 미세먼지 발생패턴 모형의 활용 가능성 검토
ㅇ 대기오염물질, 기상·기후 요인, 중국 대기질 데이터 등의 활용을 통해 PM2.5를 추정하는 AI 모형 구축이 가능함
ㅇ SHAP값은 구축한 AI 모델의 출력값에 의존적인 모형이며, 구축된 모형의 특성에 종속된다는 한계가 있음
ㅇ 출력된 결과는 입력변수와 출력변수의 패턴 분석을 통해 상관관계를 체계화하는 것에 가까우며, 인과관계를 보장하지 않는 한계가 있음
ㅇ 그럼에도 AI 모형으로 입력되는 변수들의 PM2.5 추정에 샘플 단위로 영향력을 제시할 수 있음
ㅇ 향후 전문가들과의 논의를 통해 미세먼지 농도 추정에 대한 기여도의 정합성을 검토하여, 신뢰도 높은 정량평가모델로 개선할 필요가 있음
Ⅶ. 결론 및 정책 제언(학술적 성과)
□ 환경 디지털 뉴딜을 위한 AI 기반 환경분야 연구사례 제시
ㅇ AI 기술을 중심으로 환경 변화 탐지 사례(산지 변화 탐지), 자연재해 분석 사례(침수탐지 및 예측), 감염병 분석 사례(기후 및 대기인자와 코로나19 상관분석, 매체별 환경오염 분석 사례(미세먼지 발생패턴 분석)의 환경분야 활용 사례를 제시
ㅇ 수치, 이미지, 지리정보 등 다양한 데이터를 입력변수로 활용 가능하며, 연구목적에 따라 관심변수의 추정 및 예측, (이미지) 변화 분석, 변수의 영향력 분석 등에 활용할 수 있는 가능성을 제시함
ㅇ XAI 모형을 통해 구축된 모델의 값 출력에서 영향력이 큰 요인들을 제시하여, 의사결정을 위한 양적 자료로 활용하기 위한 방안을 제시함
□ AI 기반 감시 체계 구축을 위한 필수 요소 및 활용방안
ㅇ 다수 환경분야에 대한 실제 AI 적용을 통해, AI 기반 감시 체계 구축을 위한 필수요소 및 기본적인 모형 구축 및 분석 과정을 정립함
ㅇ AI 기반 감시 체계의 필수요소는 데이터 구축(데이터 수집 또는 생산) ⇒ AI 모형구축 ⇒ AI 모형 기반 분석 및 감시 실시 ⇒ 결과 도출 및 정책 근거자료 확보의 과정으로, 이를 통해 AI 기반 감시 체계 구축 가능
ㅇ 지속적으로 활용 가능한 환경감시 체계 구축을 위해서는 실시간 또는 주기적 자동 데이터 수집이 필수적임
ㅇ AI 모형을 구축한 뒤 모형 출력 결과를 활용 및 고려하지 못한 부분에 대한 모형 업데이트를 수행하는 등의 선순환 체계 구축 필요
ㅇ 모형 구축 및 결과 해석의 과정에서 전문지식과의 정합성이 확보되면, 향후에는 지속적(자동)으로 결과를 도출하여 환경 이슈 대응방안 수립 시 과학적 정책 근거 자료를 제시함으로써 감시 체계의 역할을 수행할 것으로 기대함
□ 후속 과제 제안
ㅇ 정밀하고 실용성 높은 분석을 위해서 고해상도의 시·공간 데이터 구축이 필요하고 구축된 데이터의 질에 따라 결과 및 활용 범위가 달라지기 때문에, 데이터 구축이 필요한 영역에 대한 검토, 목적에 맞는 고해상도 데이터 생산을 위한 연구 수행을 제안함
ㅇ 매체별 오염, 자연재해 분석 등 AI 및 XAI 모델을 구축하고, 도출된 결과를 토대로 전문가와의 정합성 검토, 물리적 모델링 및 시뮬레이션 결과 등과 비교분석을 비롯해 관련 내용을 합리적으로 반영하기 위한 연구 필요


Ⅰ. Introduction
□ Research background
ㅇ Use of AI technology in the environmental (policy) sector can perform an independent role as a bridge between Green New Deal and Digital New Deal, but it fails to sufficiently fulfill its role
ㅇ There is a need to establish strategies to systematically and comprehensively use data in the environmental sector with focus on AI technology
ㅇ To build an 'AI-based environmental monitoring system', it is necessary to first develop cases such as environmental change detection, natural disaster analysis, and pollution occurrence pattern analysis by media type, through which necessary elements must be derived and processes designed
□ Research objective
ㅇ To develop major cases for automatic AI-based environmental monitoring and response through combined use of AI and XAI and provide strategies to build an “AI-based environmental monitoring system” based on the above
Ⅱ. Literature Review
□ Expanding the application scope of AI studies in environmental policy research
ㅇ Limitations of existing decision-making methodologies can be overcome with AI models comprised of multiple parameters
ㅇ Application as environmental studies using AI methodologies is being expanded
- Various forms of data such as numbers, images, and videos can be used as variables, allowing prediction, classification, detection, change detection, and impact analysis
- AI shows high accuracy in terms of performance, but there is the issue of low explanatory power due to complicated model compositions
□ With the emergence of explainable AI (XAI), factors with a huge impact can be predicted as well as validated, which can be used as quantitative data for decision making
ㅇ XAI studies are conducted actively to ensure transparency and reliability of AI algorithms in a black box structure
- Starting with the explainable AI project XAI announced by the Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) in the U.S. in 2017, technological research on explainable AI is being developed
ㅇ Studies analyzing XAI are applied to various fields of the environment such as ecosystem in addition to environmental pollution problems such as air pollution, water pollution, and soil pollution
- XAI models mostly used include local interpretable model-agnostic explanations (LIME), SHapley Additive exPlanation (SHAP), and Gradient-weighted Class Activation Mapping (Grad-CAM)
□ Data can be collected using various applications and devices such as IoT, drones, and unmanned vehicles, thereby accumulating environmental big data and activating studies applying AI
ㅇ Image and video data created in the environmental sector are related to various fields such as climate and environmental pollution (air, water quality, soil, noise, etc.)
- Studies are actively conducted on AI-based prediction, classification and interpolation of missing values
- In addition to prediction research, factors with a huge impact on XAI-based prediction are presented, which can be used as quantitative data for decision making
Ⅲ. AI-based Mountain Land Change Detection
1. Overview of research on AI-based mountain land change detection
□ Measures are taken using GIS and remote sensing technology such as factual surveys on mountain land changes, derivation of suspicious sites, and other follow-up measures, but there is a need for early response and decrease of damages through early detection of mountain land changes
□ Therefore, this study raises the possibility of mountain land change detection using deep learning technology
2. Forest maps in Korea and overseas
□ Supply of forest maps in Korea and overseas
ㅇ National Geographic Information Platform, (National Geographic Information Institute), Forest Space Portal Service (Korea Forest Service), AI Hub aerial photographs of forest tree species data (National Information society Agency), etc.
ㅇ UCI Machine Learning Repository (U.S.), Skyscape dataset (German Aerospace Center), Semantic Change detection dataset (Wuhan University in China), etc.
3. AI-based mountain land change detection input data and model composition
□ AI model input data
ㅇ Aerial photographs of forest tree species are used from AI Hub national land environment data
ㅇ Aerial videos are subdivided into 128 x 128, organizing each video with 16 images and normalizing the information of RGB aerial images
ㅇ For labeling data, binary annotation is performed to classify into just forests and non-forests, and aerial photographs including illegible labels are excluded
ㅇ Total 16,000 images for learning and 16,000 images for validation in the capital area are used as AI model input data
ㅇ The same area multi-period test image datasets on Kakao Map are formed to test the performance of mountain land change detection
□ Structure of the AI model
ㅇ The U-Net deep learning model structure specialized for image segmentation is applied
ㅇ The layer composition of trained U-Net deep learning architecture and hyper parameters are fine-tuned to perform mountain land change detection learning
4. Results and application of AI model mountain land change detection
□ The training and validation results of the U-Net model well divided forests and non-forests and showed a similar pattern as actual labeling areas
□ Mountain land changes are well distinguished when applying the same area multi-period test images on Kakao Map to the trained U-Net model, which proved the applicability of deep learning models in mountain land change detection
Ⅳ. Correlation Analysis of AI-based Climate/air Pollution and COVID-19
1. Overview of research in correlation analysis of AI-based climate/air pollution and COVID-19
□ There is no evidence that climate change has a direct impact on the spread of COVID-19, but related discussions are continuously being made
□ Correlation analysis of climate/air pollution and COVID-19 in Seoul was conducted in 2020, and the possibility of building an AI model simulating the relationship between climate/air pollution factors and COVID-19 was reviewed
2. Literature review on correlation between climate/air pollution and COVID-19
□ After analyzing the latest research cases in Korea and overseas, the results vary among nations and proved that there is no evidence that climate and air pollution variables have a direct impact on COVID-19
ㅇ Studies are actively conducted on the impact of climate and air pollution since the COVID-19 pandemic
- Infectious diseases such as MERS, SARS, and COVID-19 show a seasonal pattern and can be predicted using temperature and humidity data
- NO2 was proved to be a key element of death from COVID-19 in Europe, and AOD in India turned out to be the lowest in 20 years due to COVID-19
3. Correlation analysis of climate/air pollution and COVID-19 and results
□ A pilot study was conducted on correlation analysis of climate/air pollution and COVID-19 at the heart of Seoul in 2020
ㅇ Learning datasets are built by collecting confirmed cases and deaths of COVID-19, and climate and air pollution data
ㅇ Spearman and Kendall correlation analyses were conducted on each section to exclude seasonal factors
- The results showed that temperature was a variable highly correlated with the number of confirmed cases of COVID-19
- As a result, the correlation coefficient of temperature in each section changed significantly, proving that there is little relevance
ㅇ The results proved the limitations and raised the need to add policy and social activity variables for future analysis
- Must conduct analysis by adding directly related input variables (policy, population mobility, etc.) that can estimate the number of confirmed cases of COVID-19
- Must increase the analysis period by accumulating data to 1 year of 2020
Ⅴ. AI-based Inundation Trace Detection
1. Overview of research on AI-based inundation trace detection
□ Research is conducted on building an AI-based urban inundation trace detection system using open data
□ Preprocessing GIS-based spatial data, building AI model input data of Python-based preprocessing data, learning inundation trace detection by building machine learning and deep learning models, and estimating key factors of inundation detection among input data used
□ Developing a flood susceptibility map, identifying and analyzing key factors, and conducting prediction and analysis of future flood susceptible areas applying climate change scenario data
2. AI-based inundation trace detection input data and model composition
□ AI model input data
ㅇ Hydrology map, topographic map, climate change scenario data, and GIS data are used on Environment Big Data Platform, Open MET Data Portal, and Environmental Space Information Service
ㅇ Input data is formed by unifying, rasterizing, and stacking the spatial scope to the capital area of spatial data obtained
ㅇ For random forest model training, 150 points of inundation scope in 2010 are used as training data, and 50 points as validation data
□ Structure of the AI model
ㅇ Inundation trace detection performance in the capital area is evaluated by composing and learning the random forest model, which is a typical machine learning model using the ensemble learning method
ㅇ Variable importance of the random forest model was estimated to analyze the sensitivity of input data in inundation trace detection results
3. AI model inundation trace detection performance and validation
□ Performance evaluation of the inundation trace detection using the random forest model
ㅇ Similar results were found between the inundation trace scope learned by random forest and the inundation trace scope measured in 2010
ㅇ High flood susceptibility was verified around the waters of Hangang River through the flood susceptibility map of the capital area applied to all capital areas of the trained model
4. Inundation trace prediction through climate change scenario
□ Inundation trace change prediction by applying the RCP 8.5 scenario
ㅇ Change in the inundation trace range in the capital area is verified by change in precipitation by applying the future RCP scenario to the trained random forest model ㅇ Expected to be used in AI-based urban inundation damage prediction according to climate change scenarios
Ⅵ. AI-based Particulate Matter (PM) Occurrence Pattern Analysis: Focusing on High Concentration Cases
1. Overview of research on AI-based PM occurrence pattern analysis
□ Need for research on AI-based PM occurrence pattern analysis
ㅇ PM concentrations in Korea are decreasing overall with establishment and active implementation of related policies
ㅇ However, there is an ongoing phenomenon of high concentration PM that still lasts long, and the nation's anxiety over PM is not yet resolved, and there are more and more related policies and interest due to the expansion of environmental awareness
ㅇ Building an AI model and providing application plans for PM occurrence pattern analysis
2. AI-based PM occurrence pattern analysis input data and model composition
□ AI model input data
ㅇ Air quality and weather/climate data on Air Korea and Open MET Data Portal are used, as well as external factors (air quality in China)
ㅇ Research is conducted on Chungnam in 2017-2019, with data restructured based on the air quality monitoring network
□ Structure of the AI model
ㅇ The XGBoost model, which is a typical machine learning model using the boosting technique, is developed and the PM estimation model is built through learning
3. Review of performance and applicability of the AI-based high concentration PM occurrence pattern analysis model
□ PM estimation performance test
ㅇ Comparing the estimated and measured values of the model built on test data, the trend was traced in most cases
ㅇ However, some cases of high concentration PM were not estimated well, which can be supplemented later by increasing learning data and additionally selecting related variables
□ PM occurrence pattern analysis results
ㅇ It has been proved that the grounds for model judgment about PM concentration estimation can be derived by applying PDP and SHAP to the built model
ㅇ Key factors of PM occurrence patterns are identified, and analysis cases on contribution of input variables in determining model values for each case are provided
□ Review of the applicability of the AI-based high concentration PM occurrence pattern model
ㅇ Can build an AI model estimating PM2.5 using air pollutants, weather/ climate factors, and China's air quality data
ㅇ SHAP values have limitations in that they are dependent on the output values of the AI model built and subordinate to the characteristics of the model built
ㅇ The output results are closer to systemizing the correlation through pattern analysis of input and output variables without guaranteeing the causal relations
ㅇ Nonetheless, the AI model can have an effect at the sample level in PM2.5 estimation of variables
ㅇ By discussion with experts in the future, it is necessary to review the consistency in contribution to PM concentrations and improve into a highly reliable quantitative evaluation model
Ⅶ. Conclusions and Policy Suggestions (Academic Outcomes)
□ Case studies on AI-based environment for environmental Digital New Deal
ㅇ This study presented cases used in the environmental sector with focus in AI technology, such as environmental change detection (mountain land change detection), natural disaster analysis (inundation control and prediction), infectious disease analysis (correlation analysis of climate/air factors and COVID-19) and environmental pollution analysis by media type (PM occurrence pattern analysis)
ㅇ All kinds of data such as numbers, images, and geographical information can be used as input variables, and can be applied in estimating and predicting variables of interest, analyzing (image) changes, and analyzing variable impact depending on the research purpose
ㅇ Presenting ways to use as quantitative data for decision making by providing factors with a great impact in obtaining values of the model built through the XAI model
□ Essential elements and application plan to build an AI-based monitoring system
ㅇ Essential elements, basic models, and analysis processes are established to build an AI-based monitoring system through many actual cases of AI application in the environmental sector
ㅇ The essential elements of the AI-based monitoring system are building data (collecting or producing data) ⇒ building an AI model ⇒ analyzing and monitoring based on the AI model ⇒ deriving outcomes and securing policy grounds
ㅇ Automatic real-time or regular data collection is essential for building a sustainably applicable environmental monitoring system
ㅇ It is necessary to build a virtuous cycle of deriving and using data produced by building an AI model as the results and updating the model for parts not considered
ㅇ By securing consistency with expert knowledge in the process of building the model and interpreting the results, the monitoring system will be able to fulfill its role by deriving continuous (automatic) results and providing scientific grounds and policy grounds when establishing measures to resolve environmental issues
□ Suggestion of follow-up tasks
ㅇ For precise and highly practical analysis, it is necessary to build high-resolution temporal and spatial data; thus, this study suggests review of fields that need data building and research on high-resolution data production fit for the purpose by setting the results and application scope of data quality
ㅇ There is a need for research that rationally reflects and comparatively analyzes the results of consistency review with experts, physical modeling, and simulation based on building of AI and XAI models such as pollution by media type and natural disaster analysis

6도시 신진대사(Urban Metabolism)를 고려한 도시기후대(Urban Climate Zone) 분류방법 연구

저자 : 홍제우 , 이근민 , 조한나 , 박진한 , 임정호 , 유철희 , 심창섭 , 박주영 , 조연경

발행기관 : 한국환경연구원 간행물 : 기본연구보고서 2021권 0호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-229 (229 pages)

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Ⅰ. 서 론
1. 연구 배경
ㅇ 지난 60여 년간의 압축적 도시화를 겪은 우리나라는 기후위기의 시대에 효과적인 대응 정책 수립·이행을 위해 도시와 기후·환경과의 상호작용에 대한 이해노력을 지속하여야 함
ㅇ 기존의 도시 미기후 연구는 도시의 구조적 측면에서의 해석이 주류를 이루어왔으나, 현대의 다양한 도시의 모습을 담아내기 위해서는 인간의 활동을 나타내는 도시 신진대사(Urban Metabolism)를 고려한 분석이 필요함
2. 연구 목적
ㅇ 도시의 구조에 기반한 기존의 토지 이용 분류 모델인 국지기후대(Local Climate Zone)를 상세 분석함
- 전국의 기상 관측망(기상청), 대기질 관측망(환경부) 관측지점에 대해 국지기후대 분류를 수행하고 관측망 분포 특성을 분석함
- 인공위성 기반의 자동분류 결과와 항공사진 기반의 전문가 분류 결과의 비교 분석으로 기존 분류 방법의 장단점을 분석하고, 개선방안을 연구함
ㅇ 도시 신진대사의 정의를 제시하고, 도시 기후·환경 연구 및 정책적 활용방안을 마련함
- 도시 신진대사의 정책적 활용을 위한 정책여건, 활용예시, 데이터 구축 전략을 마련함
- 도시 신진대사를 활용한 국지기후대 분류 방법의 개선을 제언함
Ⅱ. 국지기후대 분류 방법
1. 국지기후대 분류 방법
ㅇ 국지기후대는 도시 연구에 활용하는 연구 지점 주변 환경을 경관의 관점에서 객관적으로 분류할 수 있는 토지 이용 분류 방법임
ㅇ 국지기후대는 10개 유형의 건축 유형(고층, 중층, 저층, 고밀도, 저밀도, 산개분포, 공단 등)과 7개 유형의 토지 유형(숲, 초지, 나지, 물, 불투수층 등)으로 구성됨
ㅇ 국지기후대를 활용한 도시 미기후 연구가 활발하게 진행되고 있지만, 도시 신진대사를 충분히 반영하지 못하여 도시 내 기후·환경의 시공간 변동성을 충분히 설명하지 못하고 있음
2. 기상 및 대기질 관측망의 국지기후대 분류
ㅇ 기상 관측망(618개 지점)과 대기질 관측망(412개 지점)의 국지기후대 분류를 수행함
- 항공 및 위성사진에 기반하여 관측지점 중심 약 300m 반경의 국지기후대를 대표적인 2개의 유형으로 나타냄
- 전문가 검토 결과 2개의 유형으로 구분이 어렵거나, 주의가 필요한 경우 기록을 남겨 참조할 수 있도록 함
- 모든 분류 결과는 <부록 Ⅰ>, <부록 Ⅱ>에 수록하여, 향후 관측데이터를 활용하는 모든 연구자가 활용할 수 있도록 수록함
ㅇ 전국 기상 및 대기질 관측망 국지기후대 분류 결과를 활용하여 관측망 분포 특성을 분석하고, 향후 관측망 개선 방향을 제안함
- 기상 관측망의 관측지점 분포는 대체로 국토의 토지 피복 비율을 적절하게 반영하고 있으나, 도심지를 중심으로 더욱 상세한 관측망 구축을 추진해야 할 것으로 평가됨
- 대기질 관측망은 관측망 구축 목적에 따라, 도심지에 밀집 분포하는 특성을 나타내었으나, 과학적인 대기질 모니터링과 예측기술 개선을 위해서는 도시 외곽지역을 중심으로 국토의 토지 피복 비율을 고려한 관측망 개선을 추진해야 할 것으로 평가됨
ㅇ 위성 원격탐사 자료 기반 딥러닝 방법을 활용한 국지기후대 자동분류 결과의 교차 검증 분석을 수행함
- Sentinel 2A, Landset 8 위성 자료와 이미지 인식 기반의 딥러닝(CNN: Convolutional Neural Networks)을 활용한 서울지역 50m 해상도 국지기후대 분류 결과 분석
- 서울지역의 사진 기반 전문가 분류 결과와의 비교를 수행함
- 대체적으로 두 방법론의 분류 결과는 일치하는 것으로 나타났으나, 위성 기반 분류 결과는 식생량에 민감한 결과를 나타내는 것으로 평가됨
Ⅲ. 도시 신진대사 활용방안
1. 도시 신진대사 데이터 구축 전략
ㅇ 도시 신진대사의 정책적 활용을 위해 시공간적 고해상도의 에너지 소비량(예: 전기 및 도시가스), 교통량, 유동 인구 데이터의 구축이 필요함
- 기존의 사회·경제적 통계자료의 해상도는 제한적인 항목에 대하여 연별, 동 단위별 데이터 구축에 그치는 실정임
- 고해상도의 도시 신진대사 데이터 구축을 통해 정책 목적에 맞는 대상과 그 효과를 극대화(예: 기상 조건 고려, 주중과 휴식일 구분, 주야간 및 출·퇴근시간 구분, 공간별 정책 수립 등)할 수 있음
- 구축 가능성을 평가했을 때, 통신량 기반의 유동인구, 내비게이션의 실시간 교통량 정보, 건물별 전기 및 도시가스 사용량 데이터를 정책적으로 확보하여 연구에 활용해 나가야 함
ㅇ 도시 신진대사 데이터 구축을 위해 데이터의 경제적 가치, 데이터 생산·관리·활용 체계 및 데이터 활용과 관련한 윤리원칙 마련이 시급한 과제로 보임
2. 도시 신진대사를 고려한 국지기후대 개선방안
ㅇ 읍·면·동 단위(전국 3,494곳)의 인구밀도 분포 데이터를 구축 분석한 결과, 기존의 국지기후대 분류와 더불어 4단계의 인구밀도를 함께 표기할 것을 제안함
- 인구밀도 분포의 Jenks natural breaks 적용 결과, 저밀도(1,487곳, 42.6%), 중밀도(873곳, 25.0%), 고밀도(602곳, 17.2%), 초고밀도(532곳, 15.2%)의 4단계 분류 적용이 적절하다고 평가됨
3. 도시 신진대사의 정책적 활용방안
ㅇ 도시 신진대사는 '탄소중립 2050' 비전 실현을 위한 기후변화 대응(완화 및 적응) 정책에 적극적으로 활용되어야 함
- 기존의 온실가스 배출량 감시는 행정구역 단위 또는 주요 배출 거점에 대해서 이루어지고 있지만, 전 국토에 대한 모니터링과 배출량 제어 정책 추진을 위해, 도시 신진대사를 고려한 공간정보의 활용이 반드시 적용되어야 함
- 기후변화 적응 정책 마련을 위한 기존의 리스크 평가 결과는 행정구역 단위로만 제공되고 있어, 도시 신진대사를 활용한 실질적 의사결정 단위의 고해상도 리스크 관리 체계 마련이 필요함
- 전라북도 전주시의 50m - 1시간 유동인구 데이터 시범 구축 결과에 따르면, 유동인구 데이터를 활용한 기후변화 적응 중점관리지역(hotspot) 분석 등을 통해, 국민 체감형 적응 대책 마련에 효과적일 것으로 예상됨
ㅇ 도시 신진대사 데이터는 도시의 폐기물 관리와 자원 순환 등 환경정책의 시행과 국가종합계획, 국토종합계획, 도시계획 등 도시의 건물, 교통, 에너지 정책의 시행을 위해 활용 가치가 높음
Ⅳ. 결 론
ㅇ 도시 신진대사는 국민 체감형 정책 마련을 위한 기초정보로, 기후·환경 정책뿐만 아니라 건축, 교통, 에너지를 위한 공간계획에의 활용에 도움이 될 것으로 기대함
ㅇ 기존의 도시 연구에서 적용되었던 경관 관점의 국지기후대 분류 체계는 관측지점 메타정보 관리와 관측망 개선을 위해 적극적으로 활용되어야 하며, 도시 신진대사의 특성을 반영하기 위해 지속 노력해야 함
ㅇ 도시 신진대사의 정책적 활용을 위해 유동인구, 실시간 교통량, 에너지 사용량에 대한 데이터가 구축 관리되어야 하며, 데이터의 생산·관리·활용체계 및 데이터 윤리 원칙 마련을 위한 노력이 필요함


Ⅰ. Introduction
1. Background
ㅇ Over the past 60 years, Korea has achieved economic growth and urbanization.
ㅇ Therefore, it is necessary to understand the interaction between cities and the climate/environment for implement the policies in the era of climate crisis.
ㅇ Urban researches has mainly focused on urban structural analysis, but in order to capture the various characteristics of cities, it is necessary to analyze urban metabolism (UM) that represents human activities.
2. Purpose
ㅇ To analize the Local Climate Zones (LCZs), a land-use classification model based on the urban structure.
ㅇ To present the definition of UM, and to suggest the application strategy on policy planning.
Ⅱ. LCZs Classification Method
1. LCZs Classification Method
ㅇ LCZs is standardized land use classification method that can classify the environment based on the landscapes around the urban observation sites.
ㅇ LCZs classes consist of 10 built type classes (high-rise, mid-rise, low-rise, compact, open, sparsely, heavy, etc) and 7 land cover class (forest, grassland, bare-soil, low-plant, water, impervious, etc).
ㅇ Urban climate researches are actively increasing, but they cannot be explained the spatial and temporal variability of the urban climate and environment well because they does not reflect the UM.
2. LCZs Classification of AWS and AirKorea network
ㅇ Classification LCZs of the automatic weather station (AWS; 618 sites) and the urban air quality monitoring network (AirKorea; 412 sites).
ㅇ Analysis of the distribution characteristics of observation networks (AWS and AirKorea) located across the country, and suggestion of future directions for improving the observation network.
ㅇ Cross-validation analysis of classification results using deep learning method based on satellite remote sensing data.
Ⅲ. Application of Urban Metabolism
1. Strategy of Building UM Database
ㅇ It is necessary to build a high-resolution UM database including population mobility, traffic accounts, energy consumption rates (ex, electricity and natural gas) for an application of UM to a policy
ㅇ It is necessary the discussion on the economic value of UM data, the establishment of data production, management, and utilization processes, and the publishment of ethical principles.
2. Improvement Method for LCZs Considering UM
ㅇ As a result of analyzing the population density distribution (3,494 towns), it is suggested that the four categories of population density along with LCZs classification.
3. Policy Use of UM
ㅇ The concept and data of UM should be utilized in climate change actions (i.e., mitigation and adaptation policies) to achieve the carbon-neutral 2050 vision.
ㅇ UM data could be utilized in the implementation of environmental policies such as urban waste management and resource circulation, as well as the implementation of urban management policies for the building, transportation, and energy.
Ⅳ. Conclusion
ㅇ It is expected the UM will be helpful in planning not only climate and environment policies but also spatial planning for architecture, transportation and energy.
ㅇ LCZs should be continuously applied in the urban researches as a meta data, and continuous efforts should be made to reflect the characteristics of UM.
ㅇ Data on floating population, real-time traffic volume, and energy consumption should be built and managed for the policy utilization of the UM, and efforts should be made to establish a data production, management, and utilization system and data ethics principles.

7물관리 발전을 위한 하천 및 농업용수 등의 통합관리 연구(Ⅱ)

저자 : 이승수 , 양일주 , 정아영 , 김예인 , 안현욱

발행기관 : 한국환경연구원 간행물 : 기본연구보고서 2021권 0호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-178 (178 pages)

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□ 물관리일원화정책 시행('18.6) 이후 약 3년이 지난 시점에서 정책 시행에 따른 그간의 변화와 효과를 파악하면 앞으로 물관리 발전을 위한 정책 추진 방향을 설정하는 데 중요한 근거가 될 수 있음.
□ 본 연구에서는 해외 물관리 및 물개혁 사례를 조사하고 시사점을 도출한 후 국내 물관리일원화 전후 나타난 주요 정책 주제의 변화와 한계점을 파악하였음.
□ 이후 현재 물관리일원화정책에서 제외되었으나, 물관리 발전을 위해 필요한 농업용수와 하천의 유역단위를 통합 관리하는 방안을 제시하기 위해 각 분야의 관리 현황을 파악하고 문제점을 도출하였음.
□ 마지막으로, 효과적인 하천 및 농업용수 통합관리를 위한 10년 단위의 정책 추진 로드맵을 제시하였음.
□ 이를 수행하기 위해 다음의 연구 진행 절차를 수행했음.
ㅇ 해외 사례 조사
- 일본, 호주, 독일의 물관리 정책 및 물개혁 사례 조사
- 물관리 거버넌스, 수리권, 수리시설 및 수질관리, 데이터 기반 물관리 측면에서의 시사점 도출
ㅇ 물관리일원화 전후 주요 정책 주제의 변화와 한계점 파악
- 부처별 물관리 법령 및 계획의 변화 조사 및 법정계획 정비 추진 현황 조사
- 수량관리 기반의 수질 개선 효과 조사
- 물관리 조직개편 현황 조사 및 물관리 재정 변화 현황 파악
- 국가·유역물관리위원회의 주요 기능 및 의제 이행 현황 파악
ㅇ 하천 및 농업용수 관리 현황 분석
- 소하천, 지방하천, 국가하천 관리 현황 파악
- 하천관리의 지방이양 정책 현황 조사 및 영향 파악
- 지자체의 하천관리 사업예산 변동 현황 파악
- 농업용수의 법적 정의 및 법정계획 추진 현황 파악
- 농업용수 산정방법에 따른 문제점 파악 및 개선 방안 도출
- 농업용수의 수질 및 수생태계 관리 현황 파악
- 농업용수 분야 정보화 현황 및 비점오염원 관리 현황 파악
ㅇ 물관리 발전을 위한 정책 제안 및 통합관리 로드맵 제시
- 하천 및 농업용수 관리의 문제점 도출
- SWOT 분석을 통한 전략 목표 도출
- 분야별 세부 전략 도출 및 하천 및 농업용수 통합관리 추진 전략 로드맵 제시


□ Understanding the changes brought about by the unification of water management and its effect after three years of implementation (in effect since June 2018) will serve as an important basis for setting the policy direction for future water management
□ This study examined cases of overseas water management and water reform and their implications, and identified the changes in major policy topics after the unification of domestic water management and its limitations.
□ In order to present an integrated management plan for agricultural water and rivers, which is currently excluded in the schemes related to the unification of water management but required for improved water management, the management status and problems of each sector were identified.
□ Finally, a ten-year policy implementation roadmap for effective integrated management of rivers and agricultural water was presented.
□ This study was conducted in accordance with the following procedure:
ㅇ Overseas case studies
- Case studies of water management policies and water reform in Japan, Australia, and Germany
- Implications of water management governance, water rights, the management of irrigation facilities and water quality, and data-based water management
ㅇ Identify changes in major policy topics after the unification of water management and its limitations
- Investigation of changes in water management laws and plans by department and the status of the revision of statutory plans
- Investigation of the effect of water quality improvement based on water quantity management
- Investigation of the current status of organizational reforms in water management bodies and identifying changes in water management finances
- Identifying major roles of the National/Basin Water Management Committees and the implementation status of agenda items
ㅇ Analysis of the management status of rivers and agricultural water
- Identifying the management status of small rivers, local rivers, and national rivers
- Investigation of the current status of the local transfer of river management and identifying its impact
- Identifying changes in the local budget for river management projects
- Identifying the legal definition of agricultural water and the implementation status of the statutory plans
- Identifying problems of estimating agricultural water by method and developing improvement plans
- Identifying the quality of agricultural water and the management status of aquatic ecosystems
- Identifying the current status of informatization in the agricultural water sector and the management of non-point pollution sources
ㅇ Present policy proposals and an integrated management roadmap for improved water management
- Identifying problems in river and agricultural water management
- Setting strategic goals through SWOT analysis
- Building detailed strategies for each sector and presenting a roadmap for integrated management of rivers and agricultural water

8지역기반 자원순환 평가 시스템 구축 및 녹색전환 전략 마련 연구

저자 : 이소라 , 김근한 , 이진혁

발행기관 : 한국환경연구원 간행물 : 기본연구보고서 2021권 0호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-234 (234 pages)

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Ⅰ. 연구의 배경 및 목적
□ 연구의 필요성 및 배경
ㅇ 불법 및 부적정 처리를 방지하기 위한 집중 모니터링, 방치 폐기물 처리이행 보증제도 개선을 통한 처리책임 부여, 폐기물 처리역량의 확보와 주민상생을 위한 다양한 정책 추진 중임
ㅇ 2018년을 기준으로 국내 매립지의 기매립률은 60.3%, 소각시설 가동률은 82.0%로, 현재 추세대로라면 2036년 매립지가 포화되고 약 2배(204.3%)의 소각 용량이 추가로 필요할 것으로 전망됨
ㅇ 장기적 관점에서 지속가능한 자원순환 기반 마련을 위한 지역단위 평가 시스템을 구축안을 마련하고, 플랫폼의 시범운영을 통해 이해관계자의 활용성을 향상해야 하며, 자원순환 정보의 디지털화와 미래 시뮬레이션을 통해 체계적인 관리가 가능하도록 전략 구성이 필요함
□ 연구 목적
ㅇ 폐기물 적정처리 및 지역 내 처리원칙 등 국내외 이슈에 대응하기 위한 자원순환 평가 시스템 개발(안)을 마련함
ㅇ 녹색전환(그린인프라, 주민친화형 폐기물처리시설)을 위한 전략을 마련함
Ⅱ. 지역단위 폐기물 처리역량 제고 및 자원순환 지속가능성 지표 검토
□ 지자체별 폐기물 부적정 처리 추진내용 및 주요 이슈
ㅇ 인천, 영천을 비롯한 8개 사례를 정리하여 현황을 파악함
ㅇ 지자체, 정부부처 대응(집중단속, 감시단 운영, 순찰 등) 현황 파악
□ 불법폐기물 처리·후속조치 경과 및 환경부 업무 추진 동향
ㅇ 불법 투기 폐기물 발생 예방대책 추진 경과 확인과 감시 사각지대 해소 방안 검토
ㅇ 불법폐기물 합동점검 추진 경과 및 시사점 검토
ㅇ 방치폐기물 처리이행 보증금 제도의 개선을 통해 보증용량을 허용보관량의 2배까지 증량하고, 보증보험 또한 연 단위 갱신 및 초과보관량 보증 추가와 범위 상향 등의 조치를 진행함
□ 주민 편익 시설 관련 수용 사례
ㅇ 구리 자원회수시설, 판교 환경 에너지 시설 등 국내 사례 및 바르셀로나, 대만 등 국외사례에 대한 조사 및 결과를 분석함
□ 주민지원, 갈등 대응 사례 및 시사점
ㅇ 「공공폐자원관리시설법」 등 국가단위 대응사례와 지자체 폐기물 처리시설 공론화 사례 등 지자체 단위의 대응사례에 대한 분석을 수행함
ㅇ 이러한 사례들을 바탕으로 폐기물 처리시설 갈등조정 및 기능강화를 위한 프로세스를 추가로 구성하여 운영할 필요 시사
ㅇ 입지선정 계획단계에서 인근 주민은 물론 시민대상 여론조사 등의 수행 프로세스 포함, 위원회 구성 시 시민 참여단의 구성과 참여 확대, 타당성 조사 등의 결과에 대한 주민설명회 개최, 현장 및 유사사례에 대한 답사 등 방향을 제시함
ㅇ 주민 찬반토론회와 투표 등을 통해 의견을 모으고, 수혜지역에 대한 기금마련 및 지원방안 등을 논의함으로써 마찰 최소화
□ 지역단위 자원순환 지속가능성 요소 및 내용 검토
ㅇ 일본(폐기물 처리시스템 지속가능성 평가기법 및 개선전략 연구), EU(Waste to Energy 2050, Best Environmental Management Practice)의 지속가능성 평가 관련 사례에 대한 분석을 수행함
ㅇ 국내에 적용 가능한 지표 도출 및 전문가 의견수렴을 통해 내용을 검토함
Ⅲ. 지역별 처리능력 수준 및 향후 전망
□ 지역별 폐기물 발생 현황 및 처리시설 기초자료 분석
ㅇ 국내 시도 단위의 폐기물 발생량 및 처리시설 현황을 바탕으로 각 시도별 발생량 전망을 추정하고, 이를 처리시설 용량과 비교하여 분석함
ㅇ 8년간의 변화량을 시도 단위까지 구성하고 2025년, 2030년, 2040년, 2050년의 전망치를 산정함
ㅇ 도출한 결과를 바탕으로 현 시점에서 각 지역별로 폐기물 처리시설의 처리능력과 발생량 간의 비교를 통해, 향후 폐기물 처리기반의 확충이 필요한 지역 등 폐기물 처리능력 확대를 위한 기반 조성 기초자료 및 관련 정책 수립에 활용이 가능함
□ 권역별 폐기물 발생량 현황 및 분석
ㅇ (전체) 각 권역별 전체 폐기물 발생량 및 향후 전망치는 충청권이 연간 변화율 4.16%로 가장 큰 증가세를 보이고 있으며, 수도권이 3.28%로 그 뒤를 이음. 반면 호남권은 -0.73%로 감소하는 경향을 확인함
ㅇ 향후 전망치는 2018년 대비 2050년까지 매년 약 1.23%씩 증가하여 2050년까지 호남권이 약 72.99%로 가장 큰 증가율을 보이고, 충청권은 49.9%로 가장 낮은 증가율을 보이는 것으로 확인됨
ㅇ (생활폐기물) 충청권이 연간 변화율 3.4%로 가장 큰 증가세를 보이며, 호남권이 2.43%로 뒤를 이었고, 강원권이 1.15%로 가장 낮은 증가율을 보임
ㅇ 향후 전망치는 2018년 대비 2050년까지 충청권이 82.14%로 높은 증가율을 보이고, 강원권은 30.36%로 가장 낮은 증가율을 보이는 것을 확인함
ㅇ (1인당 생활폐기물) 호남권이 연간 변화율 2.35%로 가장 큰 증가세를 보이며, 영남권이 1.28%로 뒤를 이었으며, 강원권이 0.60%로 가장 낮은 증가율을 보임
ㅇ 향후 전망치에서는 2018년 대비 2050년까지 호남권이 100.51%의 높은 증가율을 보이며, 강원권은 17.92%로 가장 낮은 증가율을 보이는 것을 확인함
□ 시도별 폐기물 발생량 현황 및 전망
ㅇ 전반적으로 대부분 지역에서 증가추세가 확인되며, 강원, 대전, 울산, 전북 지역은 발생량 증가 변동폭이 크지 않은 것으로 확인되었으며, 경북, 전남 지역에서는 감소경향을 확인함
ㅇ (전체) 합계는 2011년 32만 3,312톤/일에서 매년 증가하는 경향을 보이며 2018년에는 43만 713톤/일로 증가하여, 연간 변화율 평균값으로 볼 때 충남이 4.76%로 가장 큰 증가율을 보이며, 인천이 4.00%, 경기도가 3.89%의 증가율을 보임
ㅇ 반면 전남의 경우 연평균 2.20%로 감소하고 있으며, 경북 또한 1.14% 감소함
ㅇ 세종시는 2012년부터 자료 집계를 시작했으나, 도시의 개발 및 인구 유입에 따라 급작스럽게 변화하는 경향이 확인되어 연간 변화율을 산정한 값에 의미를 둘 수 없다고 판단됨
ㅇ (생활폐기물) 합계는 2011년 4만 942톤/일에서 매년 증가하여 2018년에는 4만 6,749톤/일로 증가함
ㅇ 연간 변화율 평균값으로 볼 때 제주가 5.39%로 가장 큰 증가율을 보이며, 울산이 3.80%, 전북이 2.91%로 그 뒤를 잇고, 광주는 연평균 1.14%로 감소함
ㅇ (1인당 생활폐기물) 2018년 기준 평균 0.98kg/일로, 2011년 0.86kg/일에서 매년 증가함
ㅇ 연간 변화율 평균값으로 볼 때 울산이 3.61%로 가장 큰 증가율을 보이며, 대구가 3.34%, 전북이 3.03%의 증가율을 보임
ㅇ 광주의 경우 약 0.67%의 감소율을 보이고 있으며, 인천이 0.5% 감소함
□ 시도별 폐기물 처리시설 용량 비교
ㅇ 지자체의 폐기물 소각시설 용량이 발생량을 충분히 수용하고 있으며, 서울과 경기도를 비롯한 수도권 및 경남지역에서는 일부 여유가 확인됨
ㅇ 호남권 중 광주의 경우는 소각시설이 부족한 것으로 확인되나, 권역 내의 처리시설을 이용한다면 가까스로 발생량을 수용할 수 있을 것으로 확인됨
□ 주요 시사점
ㅇ 권역 단위의 분석에서 전반적인 추세를 바탕으로 발생량 등을 예측하고 분석하는 것은 어렵지 않으나, 시군구 단위로 분석하는 과정에서 나온 상세한 이슈는 확인이 불가능함
ㅇ 지역단위로 세분화한 데이터를 기준으로 분석하여 이슈를 도출한다면, 상세한 이슈분석이 가능할 뿐만 아니라 정부 및 지자체 단위의 정책 수립에도 매우 유용할 것으로 판단됨
ㅇ 신도시 개발, 이주, 관광 등에 따른 폐기물 발생량 정보 등 추가 자료의 활용이 요구됨
ㅇ 효과적인 분석을 위해서 위치기반의 데이터를 정밀하게 구성하고 폐기물 관련 데이터 이외에도 인구정보, 구역정보, 유동인구 현황 등 직간접적인 추가자료의 구성을 병행한다면, 지역단위 자료의 분석 정밀도를 높이고 이슈의 명쾌한 해석이 가능할 것으로 기대됨
Ⅳ. 자원순환 지속가능성 평가 시스템 구축안 검토
□ 자원순환 평가 시스템 구축 개요
ㅇ 폐기물 발생 및 처리현황을 비롯한 국내 폐기물 발생량 정보와 지역별 인구밀도, 지역용도 등 GIS 정보를 기반으로 하는 지역단위 기준 자원순환 시스템 구축안을 마련함
ㅇ 데이터 기반구조 설계를 위한 공간 DBMS 구성 및 관리 체계를 구축하기 위한 데이터 테이블 설계 및 ER 다이어그램 구성을 하였으며, 이를 바탕으로 시스템을 구성하였음. 상세한 시스템 구성 목적과 각 모듈별 활용 방향은 별도로 기술하였으며, 이에 대한 스토리보드를 구성하여 현재 구현 가능한 범위에서 시범 시스템 구성을 진행함
□ 공간 DBMS를 이용한 데이터베이스 관리 방안
ㅇ 지속적으로 구축 및 갱신되는 자원순환 정보를 저장 및 관리할 수 있는 구성을 통해 기본적인 공간분석 기능뿐만 아니라, 추가로 공간상관분석, 핫스팟 분석 등 다양한 공간분석 기능의 제공이 가능하며, 통계, 확률뿐만 아니라 최근 이슈화되는 AI 분석 기법의 적용이 가능할 것으로 판단됨
□ 자원순환 디지털 정보 시스템 구성 방향(안)
ㅇ 자원순환 디지털 정보 시스템은 폐기물의 발생, 수거, 재활용, 처리 등 전 과정에 걸쳐 분석한 현황을 바탕으로 각 단계에 따라 발생억제 및 예방, 수거효율 증진, 재활용률 향상, 발생지 처리 강화 등 다각도의 처리효율 향상을 목적으로 함
ㅇ 주요 모듈은 1) 폐기물 관련 데이터 및 자료관리 모듈, 2) 지역단위 현황 통계 제공 및 분석 모듈, 3) 폐기물 수거경로 분석 및 수거시스템 모니터링 모듈, 4) 통계분석 및 리포팅 모듈, 5) 발생량 변화에 따른 예측·전망 모듈로 구성
ㅇ (폐기물 관련 데이터 및 자료수집 모듈) 매년 발간되는 정부승인 통계들을 기준으로 데이터베이스를 구성하는 것이 주요 역할
ㅇ (폐기물 관련 데이터 및 자료관리 모듈과 지역단위 현황 통계 제공 및 분석 모듈) 전국 시도, 시군구 단위를 중심으로 폐기물 통계, 공공 및 민간 시설통계, 각 시설 위치, 수거 및 배차현황 등의 정보를 시각화하여 보여주는 것이 주요 역할
ㅇ (폐기물 수거경로 분석 및 수거시스템 모니터링 모듈) 각 시군구 단위의 자료를 상세하게 모니터링함으로써 일반시민의 신고 접수 등을 통한 불법폐기물의 발생 예방, 폐기물 수거경로 최적화, 대량폐기물 등 이상 감지 및 알림 등의 기능을 중심으로 구성
ㅇ (통계분석 및 리포팅 모듈) 누적된 데이터베이스와 지표형 통계 등을 바탕으로 구성된 분석기법을 적용하여 일, 주, 월, 분기, 반기, 연 단위 등의 통계자료부터 향후 예측치 추정 등 2차 데이터를 다양한 형태의 그래프 등을 통하여 시각화하고, 각 시각화 자료들을 바탕으로 설정된 포맷에 따라 리포트를 구성하는 것이 주요 역할
ㅇ 현재 구성된 시범페이지는 http://negga.iptime.org:13000/kei_env에 구현함
ㅇ 전년도 보고서1)에 구현한 GIS 기반 매립과 소각 처리시설 정보 및 처리흐름(Chord Diagram)을 모두 포함한 형태
ㅇ (데이터 구현) 제주 노형동, 조천읍, 도두동 3개 지역을 대상으로 A사에서 운영 중인 폐기물 수거장비(제주도, 3개소, 24시간 가동)의 1년간 수집 자료 총 5만 1,840건(2020.8~2021.7)을 활용하였으며, 일별로 수집한 데이터를 월, 주, 일 단위로 분할 및 정제하여 활용함
ㅇ (노형동) 아파트, 원룸 등 주거인구가 밀집한 이 지역의 경우, 주민들이 출근 시간을 전후로 폐기물을 배출하며, 퇴근 후 저녁식사 이후 시간대에 다시 폐기물 배출량이 증가하는 것으로 확인됨
ㅇ (조천읍) 유동인구에 따른 폐기물 수거량 변화의 관측을 목적으로 하였으나, 연구기간에 COVID-19 전염병 발생예방 등에 따른 집합제한 조치에 따른 인구유동 제한으로 인하여 유의미한 자료 취득이 어려운 것으로 확인됨
ㅇ (도두동) 향토음식을 판매하는 음식점과 관광지 등이 밀집한 이 지역의 경우, 영업 중 브레이크타임 또는 마감시간에 폐기물을 처리하므로 폐기물 배출량이 변화하는 것으로 보임
Ⅴ. 자원순환 분야 녹색전환을 위한 전략 마련
□ 녹색전환을 위한 전략 마련 구성 개요
ㅇ 자원순환 전 주기 통계자료를 바탕으로 시스템을 구성하고 활용방안을 모색하며 이들을 바탕으로 녹색전환을 위한 정책화 방향의 구체적 구성을 위해 관련 이해관계자 및 전문가 의견을 수렴함
□ 이해관계자 포럼 및 의견조사
ㅇ 자원순환 디지털 정보 시스템 지표 구성 세미나, 지자체 및 공단 전문가 자문회의, 스마트 폐기물 수거 모니터링 및 선별 시스템에 관한 회의를 진행함
□ 지역기반 자원순환 디지털 정보 시스템 구축을 위한 방안
ㅇ 환경 빅데이터 플랫폼, 환경통계포털 등 국내 주요 사례에 대한 장단점을 분석함
ㅇ 프랑스의 Sinoe, 영국의 WasteDataFlow 등 국외 자원순환 관련 시스템 운영 및 데이터 제공 형태 분석함
ㅇ 사례 및 전문가 의견, 데이터 등을 종합적으로 살펴볼 때, 현재 자원순환 및 폐기물 관련 데이터를 제공하는 시스템의 부족 부분을 보완하고 타 시스템의 데이터 및 분석도구와 연계가 가능하도록 허브로서의 기능을 포함하는 자원순환 시스템 구성이 바람직함
ㅇ 실제 구성을 위한 구축안을 <그림 1>과 같이 구성하였으며, 유사 시스템과의 연결관계 구성을 통한 단점 보완 및 장점 강화 요소를 포함하였음
□ 녹색전환을 위한 정책화 매트릭스 구성
ㅇ Interreg 유럽 프로그램에서 자금을 지원받은 유럽의 프로젝트 WINPOL(Waste Management Intelligent Systems and Policies)을 바탕으로 도시폐기물 관리에서 지능형 장비와 정책 사용을 검토함
ㅇ 가로축은 도시폐기물 관리의 전 주기적 관점과 녹색전환 요소를 바탕으로 각각 발생부터 처리에 이르는 전 단계와 탄소중립, 순환경제, 사회적 비용, 주민상생으로 구분되고 세로축은 가능한 사례를 중심으로 구성한 매트릭스를 포함
Ⅵ. 결론 및 제언
□ 폐기물 데이터 축적을 위한 기준 마련 및 신뢰성 검증
ㅇ 자원순환 디지털 정보 시스템의 구성을 위해서는 폐기물의 발생부터 이동, 처리 과정의 전 주기적인 데이터에 대한 실시간 자료 축적이 필수적임
□ 시스템 활용성 제고를 위한 각종 계획 및 이용 대상 확대
ㅇ 자원순환 디지털 정보 시스템의 구성을 바탕으로 국가 단위의 자원순환 계획 및 지자체 단위의 도시계획, 시설 확충계획 등을 유기적으로 연계하여 효율성을 극대화
□ 디지털 기반 종량제의 도입을 위한 개선사항
ㅇ 디지털 기반의 폐기물 배출 시스템을 완성하기 위해서는 중량 기준의 종량제로 전환이 필요함
□ 정부 사업 및 R&D와의 연계 전략 마련 필요
ㅇ 범부처에서 추진하고 있는 디지털 기반 탄소중립도시 사업(사업기간 2023년부터 약 7년), 환경부에서 기획하는 자원순환 탄소중립 순환경제 기술개발사업(사업기간 2024~2030년)과의 연계하여 전략을 마련할 필요가 있음
□ 자원순환 지속가능성 확보를 위한 디지털 플랫폼 구축 로드맵 필요
ㅇ 자원순환 지속가능성 지표 요소 및 지표를 개발하기 위해서는 폐기물 처리 전 과정에 걸쳐 단계적인 통계자료의 확보가 필요하며, 자원순환 디지털 플랫폼 구축 로드맵을 통해 저탄소형 자원처리 및 관리의 도모가 가능함
□ 폐기물관리의 녹색전환을 위한 법적 고려사항
ㅇ 올바로 시스템의 데이터를 공개하기 위해서는 해당 데이터가 기업정보가 아닌 행정정보라는 확고한 법률적 근거가 있어야 하며 공개 방법 등에 대한 절차가 필요함
ㅇ 공공폐자원관리시설 설치 시 공단 채권형, 공단 펀드형, 공단 출자법인의 지분 참여형의 특징을 감안하여 주민투자금의 효율적인 운영을 도모할 필요가 있음
ㅇ 「폐기물관리법」 시행규칙의 직매립 금지 시기의 적절성을 재검토함과 동시에 소각시설 신·증설을 촉진을 도모할 수 있는 매립지 반입금지 세부규정을 마련할 필요가 있음
ㅇ 「자원순환기본법」 시행규칙의 폐기물처분분담금 징수교부금 교부율의 차등화를 통해 매립이나 소각 처분량을 줄인 지자체에 대해 지원을 확대하고, 재활용 처리로의 전환을 도모할 수 있음
□ 폐기물 적정처리 및 불법폐기물 발생 예방을 위한 산업단지 폐기물처리시설 설치 기준 개선 필요
ㅇ 「폐기물처리시설 설치촉진 및 주변지역지원 등에 관한 법률」의 산업단지 매립시설 설치 의무화 기준을 개정을 통해 매립시설이 들어설 자리에 소각시설이나 재활용시설을 대체하여 설치할 수 있도록 함으로써 산업단지 내의 폐기물을 재활용으로 유도하고 매립을 줄일 수 있는 방안이 될 수 있음


Ⅰ. Introduction
1. Research background
□ Governmental efforts have been made in the following areas: intensive monitoring of waste disposal activities to prevent illegal/improper waste disposal and treatment; assignment of responsibility for abandoned waste through revising the guarantee system for the treatment of abandoned waste; implementing various policies to secure sufficient capacity for waste treatment and coexistence with residents, and so on.
□ As of 2018, domestic landfills were filled to 60.3% of their capacity, and the operation rate of incineration facilities was 82.0%. At the present rate, landfills will be filled to their full capacities by 2039, and about twice the current incineration capacity (204.3%) will be additionally required.
□ To build a foundation for sustainable resource circulation in the long term, it is necessary to prepare plans to establish a system for evaluating resource circulation at the local level and help stakeholders to utilize the system through a pilot operation of the platform, while also formulating strategies to systematically manage the information on resource circulation through digitization and simulation forecasting.
2. Research objectives
□ To develop a resource circulation evaluation system that could help formulate better responses to new domestic and global waste treatment-related issues, such as applying appropriate waste treatment methods and implementing the principle to rectify environmental damage at source.
□ To prepare green transition strategies (e.g., green infrastructure and resident-friendly waste treatment facilities).
Ⅱ. Review of Local-level Waste Treatment Capacities and the Sustainability Index for Resource Circulation
1. Local governmental measures to address inappropriate waste treatment and major issues
□ Eight cases were studied, including Incheon and Yeongcheon.
□ The response measures taken by local governments and central government departments were identified (e.g., intensive control, operation of monitoring groups and patrols, etc).
2. Progress in handling illegal waste and follow-up measures and the measures implemented by the Ministry of Environment
□ The intermediate progress of the measures implemented to prevent illegal waste dumping was reviewed, as well as possible measures to eliminate blind spots in monitoring illegal waste dumping activities.
□ The progress in the joint inspection on illegal waste dumping and its implications were reviewed.
□ The regulations on the follow-up management of waste treatment facilities to guarantee the treatment of abandoned waste was improved by increasing the amount of abandoned waste treatment covered by the performance guarantee bond (deposit) paid in advance by the facility operator to twice the storage capacity allowed at the facility and also by mandating the annual renewal of performance guarantee insurance with additional coverage for excess waste storage. Also, the scope of the abandoned waste treatment insurance was expanded.
3. Case studies on resident acceptance of facilities
□ Domestic cases (e.g., Guri Resource Recovery Facility and Pangyo Environment Energy Facility) and overseas cases (e.g., Barcelona and Taiwan) were investigated and analyzed.
4. Case studies on resident support and conflict resolution and their implications
□ Responses at the national level, such as the Special Act on the Installation and Operation of Public Waste Resources Management Facilities and Resident Support, and those at the local government level, such as public debates on local waste treatment facilities, were analyzed.
□ These cases suggest the need for additional processes to resolve conflicts surrounding the construction and operation of waste treatment facilities and enhance the functions of those treatment facilities.
□ A detailed process for minimizing conflicts and realizing smoother acceptance of waste treament facilities is proposed. The proposed process includes necessary practices such as conducting surveys to gather not only the opinions of the local residents but also the general public in the planning stage for site selection; expanding citizen participation when organizing the committee; conducting visits to potential sites and existing facilities with similar circumstances during the feasibility study; presenting the results of the feasibility studies to residents through resident briefing sessions, and so on.
□ Conflicts should be minimized by gathering opinions through resident debates and voting and discussions on the provision of financial subsidiaries and support measures for eligible neighborhoods.
5. Review of studies and factors related to the sustainability of resource circulation at the local level
□ Cases of sustainability evaluation were analyzed, including the study on the methods and improvement strategies for the assessment of the sustainability of waste treatment systems (Japan) and Waste to Energy 2050, Best Environmental Management Practice (EU).
□ Indicators applicable to the domestic situation were derived and reviewed by experts.
Ⅲ. Waste Treatment Capacity by Region and Future Projections
1. Analysis of waste generation and waste treatment facilities by region
□ The amount of waste generated was projected for each region and analyzed in relation to the capacities of waste treatment facilities in each jurisdiction based on the current amount of waste generated and the current status of waste treatment facilities in each province/city.
□ The changes in the amount of waste generated and treatment in each province/city over the past eight years were analyzed, and the estimates for 2025, 2030, 2040, and 2050 were calculated.
□ The analysis results could be used to compare the waste treatment capacity and waste generation by region as basic data for expanding waste treatment infrastructure and capacity as necessary and establishing related policies.
2. Status and analysis of waste generation by region
□ (Overall) The total amount and future projection of waste generation in each region revealed that waste generation in the Chungcheong region increased most significantly at an annual rate of 4.16%, followed by the Seoul Metropolitan Area at an annual rate of 3.28%. On the other hand, in the case of the Honam region, waste generation showed a negative rate of change (-0.73%).
□ The future projection of waste generation indicated a 1.23% annual increase from 2018 to 2050. Waste generation is expected to increase most significantly in the Honam region (72.99%) and least significantly in the Chungcheong region (49.9%) by 2050.
□ (Municipal waste) The Chungcheong region showed the highest annual increase rate at 3.4%, followed by the Honam region at 2.43%, and the Gangwon region had the lowest annual increase rate at 1.15%.
□ In terms of future projection, the Chungcheong region is predicted to show the highest rate of increase at 82.14% by 2050 compared to 2018, and the Gangwon region is expected to show the lowest rate of increase (30.36%).
□ (Municipal waste per capita) The Honam region showed the highest annual increase rate at 2.35%, followed by Yeongnam at 1.28%, while the Gangwon region showed the lowest annual rate of increase at 0.60%.
□ Future projections showed that the Honam region will show the highest rate of increase at 100.51% by 2050 compared to 2018, and Gangwon will show the lowest rate of increase at 17.92%.
3. Current status and future projection of waste generation by city/province
□ Overall, most regions showed an increasing trend in waste generation. The rate of change was not significant for Gangwon-do, Daejeon-si, Ulsan-si, and Jeollabuk-do, while Gyeongsangbuk-do and Jeollanam-do showed a decreasing trend.
□ (Overall) The total amount of waste generated increased annually from 323,312 tons/day in 2011 to 430,713 tons/day in 2018. In terms of the average annual rate of change, Chungcheongnam-do showed the highest increase rate at 4.76%, followed by Incheon-si at 4.00% and Gyeonggi-do at 3.89%.
□ On the other hand, in the case of Jeollanam-do, waste generation has been decreasing at an average annual rate of 2.20%, and Gyeongsangbuk-do also showed a decreasing trend at the average annual rate of 1.14%.
□ The data on waste generation in Sejong-si was collected from 2012, but the annual rate of change in waste generation calculated for Sejong-si fluctuated too much due to urban development and population inflow to be meaningful.
□ (Municipal waste) The total amount of waste generated increased from 40,942 tons/day in 2011 to 46,749 tons/day in 2018.
□ Jeju-do showed the highest average annual rate of change at 5.39%, followed by Ulsan-si at 3.80% and Jeollabuk-do at 2.91%.
□ Municipal waste generation in Gwangju-si showed a decreasing trend at an average annual rate of 1.14%.
□ (Municipal waste per capita) The average amount of municipal waste generation per capita in 2018 reached 0.98 kg/day, increasing every year from 0.86 kg/day in 2011.
□ Ulsan-si's average annual rate of change was highest at 3.61%, followed by Daegu-si at 3.34% and Jeollabuk-do at 3.03%.
□ Gwangju-si and Incheon-si showed decreasing trends in municipal waste generation per capital at an average annual rate of -0.67 and -0.5%, respectively.
4. Comparison of waste treatment capacity by city/province
□ The analysis found that all municipalities had sufficient waste incineration capacity to accommodate the amount of waste generated, while the Seoul Metropolitan Area, including Seoul and Gyeonggi-do, and the Gyeongnam region had some spare capacity.
□ In the Honam region, Gwangju-si had an insufficient number of incineration facilities, but the necessary capacity could be covered just barely by taking the surplus amount to other incineration facilities in the region.
5. Key implications
□ It is possible to estimate and analyze the amount of waste generated by region based on overall trends. However, issues found in the analysis process at the city/province level could not be resolved using this method.
□ The analysis should be performed using data compiled for each local municipality to identify and understand local-level issues as well as to establish better policies at the central and local government levels.
□ Additional data, such as information on the amount of waste generated due to new town development, migration, and tourism, should be utilized.
□ Collecting detailed location-based data and compiling additional data outside of those related to waste, such as information on the population, municipality, and floating population, and so on, will improve the precision of the analysis and allow better interpretation of issues.
Ⅳ. Review of the Plan to Establish a Resource Circulation Sustainability Evaluation System
1. Outline for establishing a resource circulation evaluation system
□ A plan for establishing a region-based resource circulation system based on domestic waste generation information (including waste generation and treatment status) and GIS information (e.g., population density by region, regional land use plans, etc) was prepared.
□ Spatial DBMS configuration, data table design, and ER diagram configuration have been set to build the basic structure of the system. The purposes of each system configuration and plans to utilize each module are described separately, and a storyboard was constructed to proceed with configuring a pilot system.
2. Database management plan using spatial DBMS
□ By creating a system that can store and manage information on resource circulation that is continuously updated and accumulated, it is possible to provide not only basic spatial analysis functions but also additional spatial analysis functions, such as spatial correlation analysis and hotspot analysis. It will also be possible to integrate statistical analysis and probability estimation functions as well as those applying AI analysis techniques that are attracting attention recently.
3. Composition of the resource circulation digital information system (tentative)
□ The resource circulation digital information system aims to improve waste treatment efficiency in various aspects based on the lifecycle analysis of waste from generation, collection, recycling, and treatment. The system will allow the analysis of how to improve each stage of the lifecycle, such as controlling and preventing waste generation, improving waste collection efficiency, increasing recycling rates, and enhancing waste management at the source, etc.
□ The main modular components are: 1) waste-related data and data management module, 2) updated regional statistics and data analysis module, 3) waste collection route analysis and waste collection system monitoring module, 4) statistical analysis and reporting module, and 5) a module for future projection/prediction based on changes in waste generation.
□ (Waste-related data and data management module) The main role of this module is to construct a database based on annually published government-approved statistics.
□ (Waste-related data and data management module/updated regional statistics and data analysis module) The main purpose of this module is to visualize data and information on waste generation and treatment, public and private facilities, waste collection and dispatch status, and so on by region, city, province, and municipality. □ (Waste collection route analysis and waste collection system monitoring module) The module provides a detailed mapping of the city- and county-level waste collection data, which is used to receive citizen reports on illegal waste dumping, optimize the waste collection routes, detect and notify abnormalities in waste collection, and so on.
□ (Statistical analysis and reporting module) This module will apply various analysis techniques to the accumulated data to extract secondary data (e.g., daily, weekly, monthly, quarterly, semi-annual, and annual statistics, statistical predictions, etc) and visualize them into various types of graphs and so on. This module will also allow users to compose reports using the visualized data in pre-determined formats.
□ The currently configured trial page could be accessed at < http://negga.ipti me.org:13000/kei_env/ >.
□ The format of the trial page includes all information included in last year's report,108) such as the GIS-based information on landfills and incineration facilities and the chord diagram.
□ (Data application) A preliminary data analysis using the pilot resource circulation digital information system was performed using the data on waste collection performed by Company A, which collects waste from three districts in Jeju-do (Nohyeong-dong, Jocheon-eup, and Dodu-dong), for one year from August 2020 to July 2021. The data reflected 51,840 times of waste collection performed using Company A's equipment (24 hours operation in three locations in Jeju-do). The daily data was segmented and refined into monthly, weekly, and daily statistics.
□ (Nohyeong-dong) This area has a high residential density with many apartments and one-room studio buildings. As such, the data analysis confirmed that the residents usually discharge waste before and after work hours, and waste discharge increases again after dinner time.
□ (Jocheon-eup) The aim was to observe the changes in the amount of waste collected due to floating population, but meaningful data analysis could not be conducted during the study period due to the restrictions on free movement imposed by the government in response to the COVID-19 pandemic.
□ (Dodu-dong) This area has many restaurants and tourist destinations. As such, the data showed that waste was largely discharged during break times or near the closing times of restaurants.
Ⅴ. Strategies for a Green Transition in Resource Circulation
1. Preparation of strategies for green transition
□ The opinions of relevant stakeholders and experts were collected through multiple meetings to construct a system based on the data on resource lifecycles, which could be used to set the specific policies for a green transition.
2. Stakeholder forums and opinion surveys
□ Seminars to set the indicators for the resource circulation digital information system, advisory meetings with experts from local governments and industrial complexes, and meetings on the smart waste collection monitoring and sorting system, and so on were held.
3. Plan to establish a regional-based resource circulation digital information system
□ The strengths and weaknesses of domestic systems such as the Environment Big Data Platform and the Environmental Statistics Portal, and systems related to resource circulation in other countries and their data, such as Sinoe of France and WasteDataFlow of England, were analyzed.
□ The comprehensive examination of case studies, expert opinions, and data highlighted the need to configure the resource circulation digital information system in a way that it could supplement the shortcomings of current databases on resource circulation and waste and also function as a hub that links to the data and analysis tools of other systems.
□ The configuration plan was laid out, including the shortcomings that could be supplemented by linking to similar systems and elements that could be added to strengthen the advantages of the system.
4. A policy matrix for a green transition
□ The uses of intelligent systems and policies in municipal waste management were reviewed based on the Waste Management Intelligent Systems and Policies (WINPOL) project funded by the Interreg Europe program.
□ The horizontal axis was divided into each stage of the lifecycle from waste generation to treatment, carbon neutrality, circular economy, social cost, and resident coexistence from the perspective of urban waste management and green transition. The vertical axis included the matrix centered on possible cases.
Ⅵ. Conclusion and Suggestions
1. The need to standardize and verify waste-related data
□ Collecting real-time data on the full lifecycle of waste, from generation to transportation to treatment is essential for building a digital information system for resource circulation.
2. Plans to improve system usability and expand the scope of users
□ The efficiency of the resource circulation digital information system could be maximized by organically linking the plans for resource circulation at the central government level and the plans for urban development and waste treatment facilities at the local government level.
3. Legislative issues to enhance the system's effectiveness
□ To disclose the data properly, a solid legal basis is required for determining that the data is administrative information, not corporate information, and the specific procedures for the disclosure should be established.
□ The current volume-based waste disposal needs to be changed to weight-based waste disposal to implement the digital-based waste disposal system.
□ When installing public waste resource management facilities, the investments made by residents need to be efficiently managed according to the types of investment funds (i.e., industrial bonds, industrial fund investment, equity participation investment, etc)
4. The need to prepare a strategy for linking government projects and R&D
□ Strategies to link the digitalization efforts with the digital-based carbon-neutral city project led by all ministries (for a seven year-period from 2023) and the resource circulation carbon-neutral circular economy technology development project planned by the Ministry of Environment (from 2024 to 2030) are needed.

9폐기물처리시설의 적정성 평가를 위한 환경평가 고도화 연구

저자 : 안준영 , 지민규 , 유재진

발행기관 : 한국환경연구원 간행물 : 기본연구보고서 2021권 0호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-280 (280 pages)

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초록보기

Ⅰ. 연구의 배경
□ 국내 폐기물 불법처리 및 폐기물처리시설 부족 문제가 지속적으로 나타나면서 환경영향평가의 기능과 역할의 중요성이 점점 커지고 있음. 특히 친환경적 자원순환 항목의 환경영향평가는 개발 공사 및 시설 운영 시 발생하는 다량의 폐기물에 대하여 발생지 처리 원칙에 기반한 근거리 처리를 강화할 수 있고, 지역 간 균형을 고려한 폐기물처리시설의 신설 및 증설 계획 수립을 유도할 수 있음.
□ 이를 위해서는 환경영향평가 시 친환경적 자원순환 항목에서는 지역별 폐기물 처리 역량, 폐기물처리시설 용량, 폐기물 연계처리 여부 등을 종합적으로 고려하여 폐기물 처리시설의 적정성 평가가 이루어져야 함. 그러나 지금까지 친환경적 자원순환 항목에서는 폐기물 발생량을 산정하여 영향예측으로 제시하고, 「폐기물관리법」 등이 규정한 폐기물 처리 방법을 주요 저감 방안으로 제시할 뿐 폐기물처리시설의 적정성을 판단할 수 있는 기준과 근거에 기반한 평가는 이루지지 못하고 있음.
Ⅱ. 연구의 목적 및 내용
□ 이에 본 연구에서는 친환경적 자원순환 항목의 환경영향평가를 개선하고자 폐기물처리시설의 적정성 평가 기법을 개발하고 이를 고도화하고자 폐기물처리시설의 적정성 평가 판단 기준 및 근거를 마련하여 폐기물처리시설의 적정성 의사결정모델 및 판단 프로세스를 구축함. 또한 17개 광역지자체 및 226개 기초지자체에 대한 폐기물처리시설의 적정성 평가를 자동화하기 위해 판단 프로세스를 프로그래밍하여 QGIS 기반 '폐기물처리시설의 적정성 평가를 위한 데이터 정보화 플랫폼'을 구축함.
□ 본 연구를 통해 개발한 '폐기물처리시설 적정성 평가를 위한 데이터 정보화 플랫폼' 분석 결과(부록 I, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 참조)를 활용하면 지역별 폐기물 처리 역량, 폐기물처리시설 용량, 폐기물 연계처리 여부 등을 종합적으로 고려하여 폐기물 처리 계획을 수립할 수 있을 것으로 기대함. 이는 환경영향평가 단계에서 폐기물처리시설의 지역 간 불균형에 따른 특정 지역으로의 폐기물 처리부하 가중과 그로 인한 환경적 영향을 선제적으로 저감할 수 있음을 의미함.
□ 더 나아가 본 연구에서는 민간 또는 공공 폐기물처리시설 계획의 수립자 및 환경영향평가 이해관계자가 폐기물처리시설 계획 단계에서 지역별 균형을 고려하여 폐기물처리시설의 입지 지역의 타당성을 분석할 수 있도록 '폐기물처리시설 적정성 평가를 위한 데이터 정보화 플랫폼'과 '공간 정보(ArcGIS)를 활용한 폐기물처리시설 위치 기반 운송시간-거리 정보'에 관한 통합연구를 수행함. 지금까지 폐기물처리시설의 적정성 평가를 위한 기법이나 모델 등이 제시되지 않았기 때문에 본 연구 결과의 학술적 확장 가능성과 의미는 상당히 클 것으로 판단됨.
□ 본 연구는 2차 연도로 계획되어 있고, 해당 연구는 1차 연도 연구로서 최종 연구 결과물은 논문 등으로 발표될 예정임. 본 연구에서 개발한 평가 기법 및 데이터 정보화 모델의 실효성을 제고하기 위해서는 먼저 환경영향평가 작정 규정 개선, 법률 개정을 통해 폐기물처리시설을 최적화하는 전략 수립, 국가 통계 데이터의 실효성을 제고하는 방안 마련이 필요하다고 판단됨.


Ⅰ. Background and Aims of Research
In South Korea, most household waste is processed in public landfill sites or incinerators the plans for their construction, operation, management, and etc. of which are established by local governments. Most of other wastes such as industrial waste, construction waste, and etc. are treated in private sector, in accordance with market economy principle, occupying more than 70% of total waste generated, and thus their role in waste treatment is very important in South Korea. In general, as most private enterprises select the economically efficient site or location for construction of their waste treatment facilities, the private landfill sites or incinerators have been unevenly distributed centering around some regions. And thus, environment impacts in the regions are aggravated by air-pollutants and odor. Moreover local governments have not responsibility for the management of other wastes excepts household waste, which could accelerate the uneven distribution of the private waste treatment facilities in the local governments. Currently private waste treatment facilities in South Korea are on their last legs, and it is viewed that EIA projects for the construction of new waste treatment facilities will be proposed.
However, if construction sites for new waste treatment facilities are selected without considering regional balance in waste generation and treatment, not only it could be confronted by strong opposition of the local population but also environment impacts in the site region might be aggravated by air-pollutants and odor. Hence, steps in site selection of new waste treatment facilities needs to consider the regional capability of waste treatment facilities and the balance between waste generation and treatment in the 226 local governments of 17 metropolitan municipalities.
To date, there is no methods for readily identifying the waste treatment capability and balance of the local governments. Hence, we developed 'data informatization platform', which was combined with 'spacial information on waste transport time-distance', to visualize the analyzed information on the waste treatment capability and balance of the local governments of 17 metropolitan municipalities.
Ⅱ. Methodology
South Korea consists of 17 metropolitan municipalities and 226 local governments (Sis/Guns/Gus), and there are many landfills and incineration facilities. In this study, we analyzed a national statistics, National Waste Generation and Treatment Status, from which unit data informations on the waste generation and treatment of 226 local governments were extracted. The unit informations were used to develop the decision-making models and judgment process to analyze the adequacy of waste treatment facilities for the local governments. Input data to the models were prepared from the data used for extraction of unit information. Then, the models and process developed were programed to automatically analyze the waste treatment capability of the metropolitan municipalities and their local governments, named as 'data informatization platform', which built based on QGIS. In addition, a study on visualization of information on waste transport time-distance to waste treatment facilitates was performed using ArcGIS for unification with 'data informatization platform'.
Ⅲ. Results and Discussions
Waste treatment capabilities of 226 local governments was compared using the results analyzed by 'Data informatization platform' (refer to Appendix I, II, III, IV). As the results, the capacity of the public landfills managed by the local governments was sufficient, but the capacity of the incinerators was found to be insufficient overall. Most of the local governments had incinerators, which are old and thus need new construction or replacement. The remaining capacity of industrial waste landfills nationwide is about 5 years, which means that EIA projects for new construction of public incinerators as well as private landfills will increase in near future. The other results combined with spacial information on waste transport time-distance to waste treatment facilitates showed potential site regions that is necessary for balancing waste treatment facilities among the local governments.
We designed this study, planners of private or public waste treatment facilities, waste treatment facility approval agencies, consulting organizations, and environmental impact assessors, etc. considered the regional balance of waste treatment facilities in the waste treatment facility planning stage to determine the location of waste treatment facilities. In order to support feasibility analysis, a basic study was conducted for the integration of the 'data informatization platform for waste treatment facility adequacy evaluation' and 'waste treatment facility location-based transport time-distance information using spatial information (ArcGIS)'.
In this study, we attempted to develop an analysis technique that can compare the waste treatment capability of 226 local governments and to readily identify which region needs waste treatment facilities in terms of regional balance of waste generation and treatment. Finally it was confirmed that using the data informatization platform developed through this study could make it possible for EIA stakeholders such as proponents, government officials, and so on to intuitively make a balanced planning of site regions for new construction of waste treatment plants.
Ⅳ. Policy Suggestions
1) Improvement of regulations for environmental impact assessment
Strategic environmental impact assessment (SEA) is performed only for public waste treatment facilities constituting the site selection committee. In contrary, private waste treatment plant projects are subjected to only environmental impact assessment (EIA) or small-scale environmental impact assessment (SEIA). Therefore, private waste treatment plant projects are focused on assessing short-term environmental impacts rather than strategic assessment such as considering the regional balance of waste treatment facilities among the local governments. Therefore, it is necessary to revise the regulations on the preparation of environmental impact assessment to enable strategic assessment of waste treatment facilities in the stage of EIA and SEIA.
2) Measures to improve the effectiveness of national statistical data
The accuracy and effectiveness of the decision-making model and judgment process on the adequacy of waste treatment facilities constructed through this study are dependent on the accuracy of the source data, National Waste Generation and Treatment Status. A considerable number of N/A values can be confirmed from the analysis results of the data information platform presented in the appendix of this research report. It was confirmed that this was caused by omission of some data in the source data, or an error in data entry. Nevertheless, the decision-making model and decision-making process were built using this data because the above-mentioned issues were recognized as improvements rather than problems. In order to enhance the effectiveness of the data information platform, it is necessary to identify the cause of omission or error in data and improve it so that it can be supplemented.

10시민 인식의 녹색 전환을 위한 환경 리터러시 진단 및 강화 방안

저자 : 염정윤 , 김남수 , 정행운 , 정우현

발행기관 : 한국환경연구원 간행물 : 기본연구보고서 2021권 0호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-195 (195 pages)

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Ⅰ. 서 론
1. 연구의 필요성 및 목적
□ 환경 정책이 성공적으로 정책 목표를 달성하기 위해서는 정책 이해와 필요성에 대한 범국민적 공감대가 필수
□ 한국환경연구원에서 발간한 '2020 국민환경의식조사'에 따르면, 환경문제가 중요하기는 하지만 자신이 직접적 피해를 받는 주체라고 체감하지 못함
ㅇ 주로 실천하는 친환경 행동 중 자발적인 실천은 상대적으로 낮게 나타남
ㅇ 친환경 행동 실천을 위해서는 환경에 대한 고려가 내재화되고 습관화되어야 함
□ 사람들의 인식에 영향을 주기 위해 우선적으로 고려할 수 있는 방법은 교육
ㅇ 우리나라 환경교육은 환경교육 학령기 아동과 청소년을 중심으로 구성됨
ㅇ 지금 당장 환경문제에 영향을 미치고 실질적으로 환경적 실천을 해야 하는 성인의 대다수는 성인이 된 이후에 충분한 교육 기회를 접하지 못한 환경교육의 소외계층
□ 환경교육 목표로서의 환경 리터러시
ㅇ 환경교육의 중요성을 강조하고 있지만 실질적으로 교육의 효과를 확인할 수 있는 객관적이고 구체적인 지표가 부재함
ㅇ 환경교육의 목표를 환경 리터러시의 증대로 설정하고 이를 측정할 지표 개발이 필요
2. 연구의 범위
□ 환경 리터러시 개념 정리 및 성인 대상의 측정 도구 개발
□ 일반 시민의 환경 리터러시 수준 측정
□ 환경 리터러시의 예측 요인과 결과 요인 확인
□ 군집 분석을 통한 시민 유형 파악
Ⅱ. 성인 환경교육과 환경 리터러시
1. 성인교육
□ OECD 2005년 프로젝트 보고서인 'The Role of National Qualification Systems in Promoting Lifelong Learning'에서는 교육 형식을 형식(formal), 비형식(non-formal), 무형식(informal) 교육으로 구분
ㅇ 형식 교육은 교육기관이나 훈련기관, 직장 내의 교육 등으로 학위나 자격증 등의 형태로 사회적인 인증을 받을 수 있는 학습
ㅇ 비형식 교육은 프로그램을 통한 학습이지만 공식적 평가나 인증이 없는 학습으로 주로 평생교육원이나 사설 교육기관, 문화센터 등에서 이루어지는 교육
ㅇ 무형식 교육은 가사활동, 여가활동, 직업활동 등 일상적인 활동을 통해 이루어지는 학습
□ 2020년 기준 국내에서는 42.1%에 달하는 성인 평생학습 참여율 중 비형식 교육에 참여한 경우가 41.3%로, 전체 교육 참여의 약 98%가 비형식 교육으로 이루어짐
2. 환경 리터러시
□ 북미환경교육협회(NAAEE)는 환경 소양을 설명하고 측정하기 위한 틀(framework for assessing environmental literacy)을 제안
ㅇ 환경 쟁점에 대한 개념적 이해, 문제 해결과 비판적 사고 기능, 환경과 자연에 대한 견해, 개인적/사회적 영역에서 친환경 행동으로 구성
ㅇ 핵심은 실질적인 문제를 해결하는 역량이며, 역량과 영향을 주고받는 요소로 지식과 태도가 연결됨
□ 김찬국 외(2019)는 환경교육 프로그램의 중요한 목적이 환경 소양을 갖추도록 하는 것이라고 전제하고, 환경 소양을 종합적으로 측정하고자 시도함
ㅇ NAAEE의 틀을 재구성하여, 크게 환경 지식, 환경 정서, 환경 실천으로 요소들을 범주화하고, 각 영역을 개인적 측면과 사회적 측면을 나누어 강조
Ⅲ. 성인을 위한 환경 리터러시
1. 인식 조사
□ 환경교육의 수요자인 일반 시민의 환경교육에 대한 인식을 확인해 보기 위해 일반인을 대상으로 설문조사를 실시
ㅇ 조사기관 엠브레인퍼블릭을 통해 2021년 5월 31일부터 6월 5일까지 6일간 실시
ㅇ 환경교육에 대한 전반적인 인식과 교육 수요를 확인하는 일반 설문조사와 연령대별 환경교육 주제와 필요한 환경 리터러시의 중요도를 확인하는 AHP(Analytic Hierarchy Process) 조사 진행
□ 일반 성인들은 교육 주제 차원에서는 생활환경, 환경 리터러시 차원에서는 환경 실천의 중요성을 높게 판단
□ 상호작용 실천은 일반인과 전문가 모두 중요성을 가장 낮게 평가
ㅇ 현실적으로 형식보다는 비형식이나 무형식 교육 방식을 활용해야 하는 성인들에게는 상호작용 실천이 중요한 교육 전략으로 활용되어야 함
2. 성인을 위한 환경 리터러시 측정 도구 개발
□ 국내외 학술 데이터베이스, 구글 스콜라 등에서 '환경 리터러시', '환경 소양', 'environment literacy' 등의 검색 키워드를 활용하여 검색한 결과 환경 리터러시 측정 도구를 포함한 연구 및 설문조사 22건을 추출
ㅇ 측정 문항이 보고되지 않거나 동료 검증을 거치지 않은 학위 논문, 주관기관이 불분명한 설문조사 등을 제외한 13건의 연구를 기초 자료로 활용
□ 13건의 연구에 제시된 환경 리터러시 측정 문항 459개 내용 분석
ㅇ 인지 수준을 확인하는 문항(41.2%)이 가장 많고, 실천(33.7%), 정서(25.1%) 순
ㅇ 연구의 개념에 맞게 문항들을 분류하고 연구진 회의를 거쳐 초안 구성
□ 외부 자문위원 검토와 100명 규모의 온라인 설문조사를 통해 초안 수정
ㅇ 환경 지식 영역의 경우 정답률이 95%를 초과하거나 30%에 미달하는 경우 해당 문항 삭제
ㅇ 환경 정서와 환경 실천 영역의 경우 문항 간 신뢰도 분석을 진행하여 크론바흐 알파값이 0.7 이하인 문항 삭제
ㅇ 환경 지식 33문항, 환경 정서 22문항, 환경 실천 32문항으로 최종 설문지 확정
Ⅳ. 환경 리터러시 진단 및 강화 방안
1. 조사 개요
□ 전문 조사기관 엠브레인퍼블릭을 통해 2021년 9월 10일(금)~9월 16일(목)까지 전국 20~60세 이상 성인남녀 1,000명을 대상으로 온라인 설문조사 진행
ㅇ 표본 추출은 성별, 연령별, 지역별 할당 표본 추출 방식 사용
2. 설문의 구성
□ 성인용 환경 리터러시 측정 도구는 지식, 정서, 실천 영역을 포함하며, 현재 우리나라 성인의 전반적인 환경 능력을 진단하는 것을 목적으로 함
□ 설문은 ① 개인 특성 ② 환경 리터러시 ③ 환경 정책 의견 등 세 부분으로 구성
ㅇ 개인 특성에는 성별, 연령, 학력, 소득 등 인구통계학적 특성과 정보 습득 경로, 문화적 세계관, 환경 행동 동기, 주관적 지식 등 행동·심리적 특성을 포함
3. 연구 결과
□ 환경 리터러시 수준을 기준으로 군집 분석을 시행
ㅇ 본 연구에서는 K-평균 군집 분석 방법을 활용하여, 다섯 개 군집으로 설정
□ 군집은 행동 중심 군집(action-oriented cluster), 잠재 군집(latent cluster), 회의주의 군집(skeptical cluster), 무관심 군집(bystander cluster), 녹색 시민 군집(green citizen cluster)으로 구분
ㅇ 행동 중심 군집은 지식 리터러시는 낮지만, 정서와 실천 리터러시는 높은 유형(전체 응답자 중 8.8%)
- 정서 리터러시 중에서도 환경 효능감이 높게 나타나는데, 자신의 노력으로 환경문제를 개선할 수 있다는 믿음이 실천으로 이어진다고 생각해 볼 수 있음
- 지식 리터러시는 낮지만, 자신의 환경 지식수준에 대한 평가인 주관적 지식은 높게 나타나 본인들의 능력에 대해 자신감과 신념을 지니고 있음
- 평균 연령이 51.3세로 높고 저학력 비중이 가장 높음(고졸 이하 31.8%)
ㅇ 잠재 군집은 모든 리터러시 영역이 중간 수준인 유형(전체 응답자 중 23.3%)
- 친환경적 또는 반환경적 가치관이 확립되지 않은 부동층(浮動層)
- 일정 수준 이상의 환경 리터러시를 가지고 있지만 지속적인 실천은 나타나지 않음
- 실천 리터러시가 중간 이상이어서 상황이나 분야에 따라 타 군집(예를 들어, 회의주의 군집이나 무관심 군집)에 비해 친환경적 행동이 높게 나타날 수 있음
- 여성의 비율(60.5%)이 남성의 비율(39.5%)보다 높고, 평균 연령은 47.10세
- 주부와 단순 노무직 종사자의 비중이 타 군집에 비해 높음
ㅇ 회의주의 군집은 지식 리터러시는 높지만, 정서 리터러시는 중간, 실천 리터러시는 낮은 유형(전체 응답자 중 26.9%)
- 지식 리터러시 수준은 높지만, 정서 리터러시의 영역 중 환경 효능감이 낮게 나타남
ㆍ환경 효능감은 환경문제의 해결책을 파악하여 실천할 수 있는 능력에 대한 믿음과 이러한 실천이 실제 환경문제 개선에 도움을 줄 것이라는 믿음
- 고학력층 비중이 가장 높고(대졸 이상 75.8%) 고소득층 비중도 높은 편(가구소득 500만 원 이상 45.7%)
- 직업적 특성으로는 학생이나 전문기술직의 비중이 높음
- 토의나 토론, 강의 형식의 환경교육 방법을 선호하며 미디어(보도/비보도 모두 포함)를 통한 환경 정보 이용 비중이 다른 군집에 비해 높게 나타남
ㅇ 무관심 군집은 모든 리터러시 영역이 낮은 유형(전체 응답자 중 14.4%)
- 환경 인식이 낮을 뿐 아니라 때로는 환경에 대해 부정적인 시각을 드러내는 집단
- 자연을 예측 불가능한 대상으로 보고, 행위 결과는 우연이라고 보는 운명주의가 강함
ㆍ따라서 개인이나 집단의 노력으로 위험을 막을 수 없다고 생각
- 남성의 비율(68.8%)이 여성의 비율(31.3%)보다 높고 평균 연령이 가장 낮음
- 다른 군집에 비해 저소득 비중(가구소득 200만 원 이하 32.6%)이 높고, 미혼(50.0%) 또는 자녀가 없는 응답자(51.4%)의 비중이 높음
ㅇ 녹색 시민 군집은 모든 리터러시 영역이 높은 유형(전체 응답자 중 26.6%)
- 지식과 정서, 실천이 모두 갖추어진 환경적으로 가장 이상적인 집단
- 상대적으로 고학력자 비중이 높고, 경영/관리직이나 전문직 종사자 비중이 높음
- 환경 행동의 동기 중 환경의 유지와 보존 그 자체가 환경 행동의 동기가 되는 생태 동기가 가장 높은 군집
- 정보 능력이 가장 높고 모든 출처의 정보를 골고루 이용
4. 군집별 환경 리터러시 강화 방안
□ 행동 중심 군집
ㅇ 다소 부정확한 지식을 갖고 있지만 스스로는 환경에 대해 잘 알고 있다고 평가하므로 잘못 알고 있는 지식을 바로잡아 정확한 실천이 이루어지도록 유도
ㅇ 평균 연령과 저학력 비중이 높아 직관적이고 이해가 쉬운 형태로 정보 가공 필요
ㅇ 환경 캠페인, 환경 활동 참여를 선호하며 지역 커뮤니티를 통해 정보를 얻는 비중이 높아 주민센터나 복지관과 같은 지역 기반 거점에서 환경 캠페인 참여 유도 추천
□ 잠재 군집
ㅇ 일정 수준의 지식과 정서를 갖추고 있어서 적절한 개입(intervention)을 통해 정서 리터러시를 증대하면 실천 역시 증가할 것이라 기대할 수 있음
ㅇ Grunig는 이러한 집단을 활동적으로 변화시키기 위한 주요 요인으로 관여도 제시
- 관여도를 높이기 위해서는 대상과의 심리적 거리감을 줄이고, 환경문제 실재감(tangibility)을 높여 주어야 함
ㆍ예를 들어, 여성과 주부의 비중이 높아 환경문제가 당신 자녀들이 직면하게 될 문제라는 등의 메시지를 전달하면 관여도가 증가
ㅇ 기본적으로 미디어를 통한 환경 정보 이용이 높으므로 정서 수준을 증대할 수 있는 미디어 콘텐츠의 개발 추천
- 현재로서는 환경 콘텐츠를 적극적으로 이용할 가능성이 낮아 PPL이나 교육적 오락물 등의 콘텐츠를 통해 환경 주제에 간접적인 노출 필요
ㅇ 주부 비중이 높아 자녀와 함께하는 체험, 견학을 제공하면 효과적일 것으로 예상
□ 회의주의 군집
ㅇ 사회구조적 한계 인식으로 지식 리터러시는 높으나 실천으로 이어지지 않는 집단
ㅇ 사회 환경적인 제약을 극복할 수 있도록 자신감을 주는 메시지 전달이 중요
- 개인이나 집단의 노력을 통해 환경문제를 개선한 사례나 환경 행동의 효과를 수치화하여 제시하면 효과적일 수 있음
ㅇ 교육 수준과 소득이 높고 학생과 전문기술직의 비중이 높아 의견 선도자로서 활약할 확률이 크므로 환경 분야의 전도사(evangelist)로 성장할 가능성이 있음
- 직장 단위의 환경 주제 워크숍이나 세미나 등을 추진하는 것을 제안
□ 무관심 군집
ㅇ 정서 리터러시를 시작으로 전반적인 환경 리터러시 수준 개선을 유도해야 함
ㅇ 정형적인 환경교육에는 참여하지 않을 가능성이 높아 부산물로서 환경학습의 효과를 낼 수 있는 접근 방법 구상 필요
ㅇ 연령이 낮고 미혼 비율이 높은 집단으로 체험이나 견학 활동을 선호하기 때문에 문화나 레저 등을 동반한 프로그램이 유효할 것으로 기대함
- 플로깅(plogging), SNS 챌린지 등 문화 트렌드를 만들어 환경이 아닌 문화 활동으로의 참여 유도
□ 녹색 시민 군집
ㅇ 추가적인 교육보다는 환경 관련 준전문가로서의 활용을 고민해야 하는 집단
ㅇ 지역 내 환경문제에 직접 관여하는 관찰·조사를 선호하기 때문에 민간 환경 전문가나 시민 과학자로의 양성을 고려해 볼 수 있음
Ⅴ. 결론 및 함의
1. 연구 결과의 종합
□ 일반 시민의 환경 리터러시 수준을 확인
ㅇ 지식 리터러시 평균은 5.20, 정서 평균은 5.13, 실천 평균은 4.34(각 영역 7점 만점)로 우리나라 시민의 전반적인 환경 리터러시 수준은 높은 편
ㅇ 성인 집단 내에서도 환경 수준에 따라 다양한 군집이 존재하는 것을 확인
- 사회적으로 유사한 집단(예를 들어, 나이, 직업 등) 내에서도 환경 수준 격차 존재
- 시민 군집별 환경 인식 및 환경 정책에 대한 의견 차이가 있음을 확인
ㆍ환경 리터러시 수준의 차이는 개인 간의 환경 능력의 차이일 뿐 아니라 환경을 바라보는 시각이나 환경 정책에 대한 의견에 영향을 미침
2. 연구의 의의
□ 성인 대상 환경교육의 방향성과 환경 정책 수립을 위한 기초 자료 제공
- 성인의 환경 실천을 증대하기 위해서는 정서 리터러시의 강화가 중요
- 성인 세대의 교육 효과를 높이기 위해서는 무형식 교육의 강화가 필요
- 집단의 세분화를 통해 각 군집의 특성을 반영한 맞춤형 교육 접근 전략 추진 필요
3. 연구의 한계와 후속 연구를 위한 제언
□ 환경적으로 특징적인 모든 집단을 구분해 내지는 못함
ㅇ 성인을 대상으로 한 초기 연구로 범용적으로 사용할 수 있는 척도 개발을 목적으로 하였으므로 측정에 포함되지 못한 주제나 실천 영역이 존재할 수 있음
□ 모든 시민의 온라인 접근성이 동일하지 않기 때문에 온라인 설문은 노년층이나 저소득층 표집이 왜곡될 우려가 있고 특정 집단이 과소 또는 과대 대표될 수 있으므로 유의하여 해석해야 함
□ 시민 군집에 따른 환경교육 접근 방법은 실제 효과가 검증된 것은 아님
ㅇ 각 군집에 대한 심층 면접이나 포커스 그룹 인터뷰 등을 통해 본 연구에서 제시한 접근 방법의 유효성을 검증하고, 다양하고 실효성 있는 방안을 모색해야 함


Ⅰ. Background and Aims of Research
1. Research purpose
□ A nationwide consensus on the understanding on and necessity of the environmental policy is needed in order to successfully achieve the policy objectives.
□ According to the “Public Attitudes towards the Environment: 2020 Survey” issued by the Korea Environment Institute (KEI), the citizens consider environmental issues important but do not feel that they themselves are a direct victim of such issues.
ㅇ The level of autonomous environmental practice was relatively low compared to other main environment-friendly actions.
ㅇ People should make a habit of taking the environment into consideration in order to take environment-friendly actions.
□ One way that can be considered to influence people's awareness is education.
ㅇ Environmental education in Korea is centered around school-age children and youth.
ㅇ The majority of adults currently affecting the environmental issues and practically practicing environmental protection are excluded from environmental education, thus not receiving enough learning opportunities.
□ Environmental literacy as an objective of environmental education
ㅇ The necessity of environmental education is being highlighted but in reality, there is a lack of objectives and specific indicators to verify its effect.
ㅇ The goal of environmental education should be the expansion of environmental literacy and indicators to measure this should be developed.
2. Research scope
□ Summarize the concept of environmental literacy and develop the scales for adults
Measure the level of environmental literacy of citizens
□ Confirm the predictors and consequences of environmental literacy
□ Understand citizen types via cluster analysis
Ⅱ. Environmental Education for Adults and Environmental Literacy
1. Adult education
□ Education types are divided into formal, non-formal, and informal in the Role of National Qualifications Systems in Promoting Lifelong Learning (2005), a report on the project conducted by the Organization for Economic Cooperation and Development (OECD).
ㅇ Formal education: As education is conducted in educational or training institutes or workplaces, it allows learners to obtain social certifications in the form of a degree or certificate.
ㅇ Non-formal education: Although learning takes place through a certain program, it is mainly conducted in lifelong or private learning institutes or culture centers without an official evaluation or certificate.
ㅇ Informal education: Learning takes place through daily activities including house chores or leisure or vocational activities.
□ As of 2020, the lifelong learning participation rate of Korean adults was 42.1%. 41.3% of them were engaged in non-formal education. About 98% of the entire programs were conducted in the form of non-formal education.
2. Environmental literacy
□ The North American Association for Environmental Education (NAAEE) proposed a framework for assessing environmental literacy.
ㅇ The framework is comprised of conceptual understanding on environmental issues, problem-solving and critical thinking, opinions on the environment and nature, and environment-friendly behaviors in personal and social areas.
ㅇ The key is competency in solving practical issues. Knowledge and attitude are connected as a factor interacting with competency.
□ Kim, C. G. et al. (2019) attempted to comprehensively measure environmental literacy under the assumption that the significant goal of environmental education is nurturing environmental literacy.
ㅇ Kim, C. G. et al. (2019) emphasized personal and social aspects by re-organizing the NAAEE's framework to categorize factors into environmental cognition, affect, and behavior.
Ⅲ. Environmental Literacy for Adults
1. Survey on environmental awareness
□ A survey was conducted among general citizens who are the major target of environmental education to examine their awareness on the education.
ㅇ The survey was conducted for six days from May 31, 2021 to June 5, 2021 by a market research firm, EMBRAIN Public.
ㅇ The survey consists of ① a general survey investigating the overall recognition and demand on environmental education and ② Analytic Hierarchy Process (AHP) survey examining education topics and the importance of the required environmental literacy for each age group.
□ For ordinary adults, living conditions and environmental practice were considered important in terms of the lesson topic and environmental literacy, respectively.
□ Both ordinary people and experts evaluated practicing interaction as least important.
ㅇ In reality, for adults who need non-formal or information education instead of formal education, practice of interaction shall be used as an important strategy.
2. Development of environmental literacy measurement for adults
□ The authors searched through the major academic database and internet search engine Google Scholar using the following search terms: “environmental literacy,” “environmental knowledge,” and others. As a result, 22 studies and survey cases on environmental literacy measurements were identified.
ㅇ Of the 22 search results, 13 studies were finally included. Those whose study questions were not reported, theses not peer-reviewed, or surveys whose organization in charge is unclear were excluded.
□ Details of 459 questions measuring environmental literacy suggested in the 13 cases were analyzed.
ㅇ The number of questions asking the cognition level was the highest (41.2%), followed by behavior (33.7%) and affect questions (25.1%).
ㅇ The draft was created after categorizing the questions fit to the study concept and having meetings with the research team.
□ The draft was revised through the review of outside consultants and an online survey conducted among 100 participants.
ㅇ For the environmental knowledge section, questions which over 95% or less than 30% of respondents answered correctly were deleted.
ㅇ For the section of environmental affect and environmental behavior, reliability of questions was analyzed. Those whose Cronbach's alpha coefficient value is less than 0.7 were deleted.
ㅇ The final questionnaire was made up of a total of 87 questions: environmental cognition (33), environmental affect (22), and environmental behavior (32).
Ⅳ. Results
1. Overview
□ An online survey was conducted among 1,000 adults aged from 20 and 60 nationwide from September 10, 2021 (Fri.) to September 16, 2021 (Thur.) by EMBRAIN Public.
ㅇ Gender, age, and region-based sampling was used.
2. Questionnaire
□ The environmental literacy measurements for adults include the cognition, affect, and behavior sections, aiming at examining the current environmental competences of Korean adults.
□ The survey questionnaire consisted of three parts: ① personal characteristics, ② environmental literacy, and ③ opinion on environmental policy.
ㅇ Personal characteristics include demographic characteristics (such as gender, age, academic background, and income) and behavioral/psychological characteristics (such as how they obtain information, cultural worldview, motivation of environmental behavior, and subjective knowledge).
3. Study results
□ A cluster analysis was conducted based on the level of environmental literacy.
ㅇ This study set five clusters by adopting the K-average clustering analysis method.
□ The five clusters are classified into action-oriented, latent, skeptical, bystander, and green citizen clusters.
ㅇ The action-oriented cluster showed a high level of emotion and practice literacy despite the low level of knowledge literacy (8.8% of the entire respondents).
- Self-efficacy was stronger than other emotion literacy areas. It can be understood that the belief that environmental issues can be solved with one's effort leads to practice.
- Despite the low knowledge literacy, the level of subjective knowledge in terms of environmental knowledge was high. It means the respondents have self-confidence and belief in their competencies.
- The average age was 51.3 and the percentage of respondents having poor academic backgrounds (the percentage of those with a high school diploma or lower was 31.8%) was high.
ㅇ The latent cluster showed a mid level in all literacy areas (23.3% of the entire respondents).
- They were swing voters whose viewpoint in terms of the environment-friendliness is not established.
- They showed a certain level of environmental literacy but continuous practice was not found.
- Since practice literacy was at a high level, more environment-friendly behaviors could be found than others (i.e., skeptical or bystander cluster) depending on the situation or field.
- The female percentage (60.5%) was higher than that of males (39.5%), and the average age was 47.1.
- The percentage of housewives and those in simple labor positions is higher than other clusters.
ㅇ The bystander cluster showed a high level of knowledge literacy but emotion and practice literacy were at a mid and low level, respectively (26.9% of the entire respondents).
- Despite the high knowledge literacy, environmental efficacy was weak in all emotion literacy areas.
ㆍEnvironmental efficacy means the belief in one's competencies in understanding and taking actions to solve environmental issues and such practice is helpful in addressing actual environmental issues.
- The percentage of the highly educated was the highest (those having a university degree or higher is 75.8%) and the percentage of high income earners was relatively high (45.7% earns over five million KRW).
- In terms of vocation, the percentage of students or those working in professional fields was high.
- They preferred discussion or lecture in terms of environmental education methods. The percentage of people consuming environmental information via media (including both news reports and others) appeared higher than that of other clusters.
ㅇ The bystander cluster showed low levels of literacy in all areas (14.4% of the entire respondents).
- They had not only low environmental awareness, but also negative views sometimes.
- They tended to show a strong belief in fatalism, seeing the nature unpredictable and thinking that all behavioral results occur by chance.
ㆍThus, they considered danger is not preventable with individual or collective efforts.
- The male percentage (68.8%) was higher than that of females (31.3%), and the average age was the lowest.
- The percentage of low-income households (32.6% earns less than two million KRW) was higher than other clusters. The percentage of the unmarried (50.0%) or those with no kids (51.4%) was high among the respondents.
ㅇ The green citizen cluster displayed high levels of literacy in all areas (26.6% of the entire respondents).
- It is the most idealistic group supported by knowledge, emotion, and practice in terms of environmental education.
- The highly educated percentage was relatively high and that of those in management or professional fields was high.
- For them, the maintenance and conservation of the environment became the highest ecological motivation among others for environmental behavior.
- They had the highest level of information competency and consumed information from all sources evenly.
3. Strategies to enhance environmental literacy for each cluster
□ Action-oriented cluster
ㅇ It is necessary to guide them to practice environmental activity correctly by revising their incorrect environmental knowledge, since they evaluate themselves as being knowledgeable about the environment without a precise understanding.
ㅇ It is necessary to process information to make it intuitive and easily understandable, since the average age and percentage of those with poor academic backgrounds are high in this cluster.
ㅇ It is needed to encourage them to participate in environmental campaigns on a regional base including a community or welfare center, since they like engaging in environmental campaigns and activities. A high percentage of them obtains information from the regional community.
□ Latent cluster
ㅇ Since this group have certain levels of knowledge and emotion, it can be expected that increased emotion literacy through proper intervention will lead to the rise in practice.
ㅇ Grunig suggested involvement as a major factor to turn this type of cluster to active public.
- It is necessary to reduce psychological distance while growing tangibility on environmental issues to enhance involvement.
ㆍFor instance, since the percentage of females and housewives was high, their involvement could be enhanced if a message is sent to them, saying “Your children will soon face environmental issues”.
ㅇ Basically, they consumed environmental information a lot through media, so developing media content to raise their emotional level is recommended.
- Currently, there is a low possibility that they would actively consume environmental content. It is necessary to indirectly expose them to environment-related themes through embedded marketing or entertaining educational content.
ㅇ It is expected that experience with children or a field trip opportunity will be effective due to the high percentage of housewives in the cluster.
□ Skeptical cluster
ㅇ People in this cluster show high knowledge literacy because of their awareness on social structural limits, but their cognition is not turned into behavior.
ㅇ It is significant to deliver a message that gives self-confidence empowering them to overcome socio-environmental limitations.
- If a case where environmental issues were solved through individual or collective efforts or the effect of environmental practice is presented in a quantified way, it may be effective.
ㅇ Since the level of their academic backgrounds and income was high along with a high percentage of students and professionals, people in this cluster have a possibility of becoming an evangelist in the environmental field as a leading opinion leader.
- Hosting an environment-related workshop or seminar by workplace unit is recommended.
□ Bystander cluster
ㅇ It is needed to guide the improvement in the overall environmental literacy starting with emotion literacy.
ㅇ People in this cluster have a high possibility of not participating in formal education settings, so it is necessary to design an approach to create an environmental learning effect as a byproduct.
ㅇ Experience or field trip programs along with a cultural or leisure activity are expected to be effective since they prefer such activities as members of a group whose average age is low and where the percentage of the unmarried is high.
- It is necessary to induce their participation in an environmental activity as a cultural activity by creating a trend including plogging and the SNS challenge.
□ Green citizen cluster
ㅇ Instead of providing additional education, it is necessary to consider ways to use this cluster as semi-professionals in the environment field.
ㅇ Training them as civic environmental specialists or scientists can be considered as they prefer observation and investigation by directly engaging in the environmental issues within their region.
Ⅴ. Conclusion and Implications
1. Conclusion
□ Check the level of environmental literacy of ordinary citizens
ㅇ The overall levels of Korean citizens were high on average: knowledge literacy 5.20 out of 7.0, emotion literacy 5.13, and practice literacy 4.34.
ㅇ Depending on environmental literacy levels, the existence of various clusters was confirmed within the adult group.
- There was a gap in the environmental literacy level even within a socially similar group (e.g. age, vocation, etc.).
- It is confirmed that there were gaps in environmental recognition and opinions on environmental policy among citizen clusters.
ㆍThe difference in environmental literacy is not just a gap in individuals' environmental competence, but also a meaningful factor affecting the environmental view or opinion on the environmental policy.
2. Implications
□ This study provided fundamental data to determine the direction for environmental education for adults and establishing environmental policy.
- Enhancing emotion literacy is important to boost the environmental practice of adults.
- Strengthening information education is required to increase the educational effect on the adult generation.
- It is necessary to develop educational approaches suited to the characteristics of each cluster through cluster segmentation.
3. Limitations and follow-up research
□ It is impossible to distinguish all unique clusters in terms of the environment.
ㅇ This study aims at developing scales that can be universally used as initial research based on adults. Clearly, there could be themes or practice areas not included in the measurement.
ㅇ Future research may classify and present clusters from a more diverse perspective.
□ Since an online survey cannot be equally accessible by all citizens, the sampling of the elderly or low-income households may be distorted or a certain group can be under- or over-represented.
□ The actual effect of environmental educational approaches on each citizen cluster is not verified.
ㅇ It is necessary to verify the validity of the approaches suggested in this study by conducting an in-depth or focus group interview in each cluster and explore more various, effective measurements.

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1지속가능발전목표 이행 방안 마련 연구

저자 : 홍한움 , 김호석 , 강선아 , 강지은

발행기관 : 한국환경연구원 간행물 : 기본연구보고서 2021권 0호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-112 (112 pages)

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Ⅰ. 서 론
1. 연구의 필요성 및 목적
□ 연구의 필요성
ㅇ 2015년 9월 UN 총회 합의문으로 2030 의제 합의
- 17개의 지속가능발전목표(SDGs: Sustainable Development Goals)를 수립하여 전 분야에서 통합적인 지속가능발전 달성을 목표로 하는 것으로 합의
- 환경부 소속의 지속가능발전위원회의 국가지속가능발전목표(K-SDGs)를 수립하고, 통계청에서는 UN 지속가능발전지표를 모니터링하는 등 지속가능발전목표 달성을 위한 국가적 노력이 있어왔음
ㅇ 2020년 코로나 팬데믹 이후 지속가능발전목표 이행 여건에 불가피한 변화 발생. 여건 변화와 도전을 반영한 이행방안 마련 필요
- 경제, 사회, 환경 분야에 광범위한 영향을 미치는 펜데믹 상황을 극복하기 위한 한국판 뉴딜의 대규모 재정 투입
- 2020년 『제4차 지속가능발전 기본계획』 수립으로 인한 국가지속가능발전 정책체계 개편
- 현 정부의 탄소중립 선언 이후 녹색성장 체계 개편
ㅇ 현 우리나라의 지속가능발전 이행에 대한 통합적 시각이 결여되어 있음
- 재원확보, 재정계획, 부문별 정책 및 국가계획에 SDGs 반영, 국가SDGs 목표 설정 및 계획 수립, 지속적 모니터링, 개도국 개발 지원 등 다방면에서 통합적으로 수행하는 것이 바람직하나, 현재는 목표 설정 및 지표 달성 측면만 강조되어 있음
□ 연구의 목적
ㅇ 지속가능발전의 이행 방안을 크게 두 가지 측면에서 마련
- 재정적 측면: 코로나 19의 위기극복 및 경기부양을 위해 추진된 한국판 뉴딜사업을 지속가능발전에 부합하도록 설정
- 정책일관성 측면: OECD에서 제안하는 지속가능발전 정책일관성 체크리스트 활용, 우리나라의 현 상황 진단 및 이행 방향 제언
Ⅱ. 지속가능발전 이행 동향
1. UN 지속가능발전목표 이행 동향
□ UN 지속가능발전목표의 구조
ㅇ 5개 영역, 17개 목표
□ UN의 고위급 정치 포럼(High Level Political Forum)
ㅇ 고위급 정치 포럼을 통한 회원국의 이행 상황 점검
- 1년 주기: 경제사회이사회 주관. 장관급 회의 포함 매년 8일 개최
- 4년 주기: 총회 주관. 국가 및 정부 원수급 회의
□ UN SDGs 이행 체계의 한계
ㅇ 국제법 체계에 의한 구속력 없이 회원국의 자발적 이행 권고. 제도적 정비가 이루어져 있지 않음(우창빈 외, 2020)
ㅇ 회원국의 이행 점검을 위해 자발적 국가 검토(Voluntary National Review) 보고서를 4년에 1회 제출하도록 권고하나, 보고서 형식에 대한 권고만 있을 뿐 국가별로 각자의 해석에 기반해 보고서를 제출하기 때문에 체계적인 이행 점검 체계를 갖추고 있다고 보기 어려움
□ 한국의 UN SDGs 이행 동향
ㅇ 통계개발원 주관 글로벌 SDGs지표 주요점검결과[자료: 통계청 통계개발원(2021), 한국의 SDGs 이행보고서 2021]
- 고령층 상대 빈곤율 높음
- 소득 수준에 따른 식품안정성 확보에 차이, 농축수산물 물가상승폭 확대
- 취약계층 정보화 역량 및 활용성 개선 필요
- 선진국 대비 여성 의사결정권한 낮음
- 온실가스 배출 및 유해폐기물 증가
- 생태계 전반에 대한 지속가능한 관리 필요
- 아동폭력 및 학대에 대한 신고건수 및 의심사건 증가
- GNI 대비 ODA 비율이 10년간 크게 증가하였으나 국제사회에 약속한 0.2%에는 미치지 못함
ㅇ UN 자문기구 지속가능발전해법네트워크(SDSN)의 2021년 한국 지속가능성 평가에서는 총 193개국 중 28위 기록
2. 국가지속가능발전목표
□ 한국의 지속가능발전 이행체계
ㅇ 환경부소속 지속가능발전위원회에서 UN SDGs를 한국 실정에 맞게 자국화한 국가 지속가능발전목표(K-SDGs)를 수립하여 지속가능발전 이행
- 현재 『제4차 국가지속가능발전 기본계획(2021-2040)』을 통해 K-SDGs 체계가 수립되어 있음
- 17개 목표, 119개 세부목표, 236개 지표로 구성
ㅇ 국가지속가능성 이행 점검을 위한 '국가지속가능성 보고서' 발간
- 「지속가능발전법」 제3장, 제13장, 제14조에 근거
- 현재의 국가지속가능성 보고서는 K-SDGs 지표의 단순 모니터링에 치중되어 있음
3. 시사점
□ 목표 체계만을 제시한 현 이행 체계
ㅇ UN SDGs, 국가지속가능발전 이행 모두 2021년 현재는 단순 목표 체계만 제시되어 있고 구체적인 이행을 위한 재정투입 조절 및 통합 거버넌스에 대한 가이드라인 부재
ㅇ UN SDGs는 국제법에 의한 구속력이 없고, 국가지속가능발전을 주관하는 한국의 지속가능발전위원회는 환경부장관 소속이라는 낮은 위상으로 인해 재정 조절 및 정책일관성 제고 등의 지속가능발전 주도 역할을 맡기에 한계가 있음
- 독일, 일본, 핀란드는 총리 위원장의 정부 소속 위원회 주도
- 노르웨이는 지속가능발전 이행을 위해 예산절차에 의한 통합 접근 추구
ㅇ 재정 투입 측면 및 정책일관성 강화 측면에서 지속가능발전의 이행을 강화할 필요성이 있음
Ⅲ. 지속가능성 강화 방안: 재정 투입 측면
1. 개요
□ 재정 투입 측면의 강화를 위한 한국판 뉴딜 연계 필요성
ㅇ 코로나19 팬데믹으로 인한 경기침체 위기를 극복하기 위해 정부에서는 한국판 뉴딜 추진
ㅇ 2021년 한국판 뉴딜 2.0 기준 2025년까지 국비 114.1조 포함 총 사업비 220조원의 대규모 투자 계획
ㅇ UN SDGs는 경제·사회·환경 전 분야의 통합 달성을 추구하는 목표 체계임. 한국판 뉴딜의 대규모 재정을 경제·사회·환경 전 분야에 긍정적 영향을 미치는 방향으로 투입하여 SDGs 통합 달성에 부합하는 방향으로 활용할 수 있다면 지속가능발전 이행에 크게 기여할 수 있음
2. 한국판 뉴딜과 지속가능발전 연계성
□ 한국판 뉴딜 대표과제
□ 한국판 뉴딜 대표과제와 지속가능발전 연계성 분석
ㅇ 한국판 뉴딜과 지속가능발전은 모두 사회, 환경, 경제의 통합 달성을 추구하므로, 한국판 뉴딜 추진은 지속가능발전 달성에 직간접적인 영향을 줌
ㅇ 한국판 뉴딜 1.0의 10대 대표과제와 한국판 뉴딜 2.0 5대 대표과제를 중심으로 직접적인 영향을 줄 것으로 판단되는 UN SDGs 1차 식별
- 대표과제에 포함되지 않은 세부과제들은 세부 사업 내역 및 예산 투입 계획의 구체성, 추진 경과에 대한 국민보고대회 해당 세부 사업 경과에 대한 보고가 소외되어 있는 점 등을 종합하였을 때 대규모 뉴딜 추진을 통해 해당 사업을 적극적으로 부양하려는 추진 동력이 대표과제에 비해 크게 부족하다고 판단되어 제외
ㅇ 1차 식별된 10개 세부목표를 기준으로 그린뉴딜 대표과제가 영향을 주는 것으로 판단되는 SDGs 목표 식별
- UN 환경 관리 그룹(UN Environment Management Group)이 제공하는 넥서스 상호대화 시각화 도구(nexus dialogues visualization tool) 활용
ㅇ 한국판 뉴딜이 부정적인 영향을 줄 가능성이 있는 지속가능발전 세부목표 식별
- 글로벌 환경 연구소 IGES(Institute for Global Environmental Strategies)의 SDGs 상호연계성 분석 및 시각화도구(4.0버전, 2021.9 기준) 활용
- 한국판 뉴딜이 직접적인 영향을 줄 수 있는 것으로 판단되는 10개 세부과제가 부정적인 영향만을 줄 것으로 판단되는 세부목표 식별
※ 세부목표 간의 트레이드오프 관계는 실제 부정적 인과가 있는 경우뿐만 아니라 같은 자원을 두고 상호 경쟁하거나 한정된 예산을 두고 경쟁할 때도 나타날 수 있음. <표 4>의 목록 중 대부분은 한국판 뉴딜 대표과제 추진과 실제로 부정적인 인과가 있기 때문이라기보다는 자원 경쟁이나 예산경쟁의 측면에서 나타난 것으로 파악됨
3. 지속가능발전을 위한 한국판 뉴딜 재정투입 방향 제언
□ 한국의 SDGs 이행 점검을 통해 보완이 필요한 것으로 보이는 분야 강화 필요
ㅇ 환경 에너지 및 친환경 모빌리티 확대를 통한 온실가스 감축 관련 사업은 이미 한국판 뉴딜의 커다란 축을 이루고 있음
ㅇ 그린에너지 외의 다른 취약 분야는 한국판 뉴딜 체계에서 추가 보완하는 것이 지속가능발전 이행 측면에서 바람직
- SDGs 14, 15와 관련된 육상, 수상, 해양 생태계 보전분야 강화 필요
- 지속가능한 농업 분야에 대한 보완 필요
- 깨끗하고 안전한 물관리 관련 내용은 그린뉴딜의 세부 추진과제에 포함되어 있으나, 한국의 지속가능발전 이행 점검 결과를 감안했을 때 대표과제 추진 혹은 예산투입계획 구체화 등의 노력이 필요함
□ 추가 강화 필요 지속가능발전 세부목표
ㅇ 4.4 전문기술 및 직업기술 훈련 확대'와 '9.3 중소기업 금융서비스 향상'의 추가 강화 필요
- 예산 경쟁 측면에서 현 한국판 뉴딜 대표과제가 부정적인 영향을 줄 가능성이 있음
- 한국판 뉴딜의 추진 목적이 일자리 창출을 통한 경기 부양 및 미래 산업 선도에 있음을 감안할 때 우선순위가 높은 목표라 할 수 있으므로, 한국판 뉴딜에서 해당 분야를 현재 수준보다 높은 우선순위로 추진하는 것이 바람직
Ⅳ. 지속가능성 강화 방안: 정책일관성 측면
1. 현행 지속가능발전 정책체계
□ 한국의 지속가능발전 거버넌스 체계
ㅇ 현재의 국내 정책 환경이 SDGs를 중심으로 통합되어 있다고 보기 어려움
- 현재 국가지속가능발전목표 기본계획 수립 및 모니터링 등의 이행은 환경부 소속 지속가능발전위원회에서 전담
· 지속가능발전위원회는 2007년 「지속가능발전 기본법」 제정 시 국무총리 소속으로 출범하였으나 2010년 「저탄소 녹색성장 기본법」의 제정으로 「지속가능발전기본법」은 「지속가능발전법」으로 변경되는 과정에서 환경부 장관 소속으로 격하
- 현 정부에서 탄소중립위원회를 추진하는 과정에서 녹색성장위원회, 국가기후환경회의, 미세먼지특별위원회 등 기후·환경 관련 위원회를 통합하는 과정이 있었으나 지속가능발전위원회는 제외
- 지속가능성 모니터링에 있어 환경부 소속 지속가능발전위원회의 K-SDGs 지표 모니터링과 통계청의 글로벌 지표 모니터링이 통합되어 운영되지 않고 있음
2. OECD제안 정책일관성 권고사항 검토
□ 정책일관성 검토
ㅇ 최고위급 정치인의 포용적인 정치적 공약과 리더십
- 제21대 국회의원선거의 정당별 10대 공약에서 지속가능발전 키워드는 찾아볼 수 있으나 정책일관성 차원에서의 공약으로 보기 어려움
- 지속가능발전의 국가적 점검은 개별 지표의 평가에 따른 점검에만 그칠 뿐 정책일관성 제고를 고려하고 있지 않음
ㅇ 정부 및 이해관계자를 이끌어내는 전략적 비전
- 현재 지속가능발전위원회의 국가지속가능발전목표 체계를 통해 지속가능발전을 추구하고 있음
- 또한 『한국판 뉴딜 종합계획』, 『대한민국 2050 탄소중립 전략』, 『국제개발협력 종합기본계획』 등은 지속가능발전 달성과 밀접한 관련이 있는 국가종합계획으로 볼 수 있음
ㅇ 정책 간 시너지·상쇄 효과를 관리하기 위한 정책 통합
- 정책 간 연계 및 통합을 담당하는 상위 거버넌스가 부재함
- 한국판 뉴딜이나 「탄소중립기본법」에서는 지속가능발전 통합 지침 관련 내용 부재
- 지속가능발전기본계획의 일부 지표는 예산을 점검하여 목표 달성정도를 파악하고 있으나, 현재는 SDGs를 통합하여 정부 예산이 관리되고 있다고 볼 수 없음
ㅇ 정책 간 시너지·상쇄 효과를 관리하기 위한 정책 통합
- 지속가능발전위원회에서 지속가능발전을 위한 조정 체계를 담당
- 국가지속가능발전목표를 통해 지속가능성을 점검하나, 정책일관성 제고를 위한 기능을 하고 있지는 않다고 판단됨
ㅇ 지방정부와 관련된 정책일관성 영역에서 조율된 실행 강화
- 지속가능발전협의회에서 지방의제 21을 통해 지속가능한 지역사회 추구
- 한국판 뉴딜 체계에서도 지역균형 뉴딜 포함
- 「탄소중립기본법」에서도 중앙과 지역이 협력관계를 유지하는 방안 마련
ㅇ 지방정부와 관련된 정책일관성 영역에서 조율된 실행 강화
- 지속가능발전위원회는 이해관계자그룹(K-MGoS)를 운영하며 기본계획 수립 시 국가 SDGs 포럼이나 일반국민 설문조사 등을 통해 사회적 공론화 과정을 거치고 있음
- 한국판 뉴딜 및 「탄소중립기본법」 수립에 이해관계자 의견 수용이 부족하다는 지적이 있었음
ㅇ 정책의 긍·부정적 영향 및 국제적 영향 분석 및 보고
- 지속가능발전을 점검을 위한 현 모니터링 시스템은 정책에 대한 영향평가로 보기 어려움. 국책연구기관 및 대학 등의 연구에서 간헐적으로 지속가능발전 관점에서 정책의 긍·부정적 영향도를 평가하는 보고서 및 논문이 출간될 뿐, '21년 현재 정기적 평가는 없는 것으로 파악됨
ㅇ 정책의 영향도 분석, 정량적·정성적 관찰 및 평가하는 시스템 구축
- 지속위에서 '국가지속가능성 보고서', 통계청에서 '한국의 SDGs 이행보고서'를 통해 지속가능성을 점검하고 있으나, 보고서의 결과를 정부에서 정책일관성 제고를 위해 활용하고 있다고 보기 어려움
- 보고서는 투명하게 공개되고 있으나 접근성이 좋지 않음
- 정책일관성 평가를 위한 외부 독립 감사기관 부재
3. 정책일관성 강화를 위한 과제
ㅇ SDGs 이행을 위한 통합 비전 및 전략이 우선적으로 제시되어야 함
- 국내의 지속가능발전 이행은 겉으로는 환경부 소속 지속위의 『지속가능발전 기본계획』이 전담하고 있는 것처럼 보이나, 국제개발 관련한 내용은 『국제개발협력 기본계획』, 탄소중립 관련 내용은 탄소중립 위원회에서 주관하는 등 위원회가 분산되어 있음
- 거버넌스가 부실할 경우 자원 경쟁 및 예산 경쟁의 측면에서 SDGs의 세부목표들이 서로 부정적 영향을 미칠 가능성이 커짐
ㅇ 현재의 단순 지표 모니터링이 아닌 정책일관성 평가체계의 구축 필요
- 지속가능발전의 관점에서 정책의 긍·부정적인 영향도를 평가하는 평가 시스템 필요
ㅇ 격하된 위상의 지속가능발전위원회 총리위원회, 또는 대통령 직속 위원회로 재격상 필요
Ⅴ. 맺음말
□ 지속가능발전의 근본적 이행을 위해서는 재정투입 및 정책일관성을 강화해야 함
ㅇ 지금처럼 단순 지표 모니터링으로만 이행 점검하는 체계로는 지속가능발전 달성에 한계가 있음
ㅇ 한국의 추진체계 아래서 지속가능발전 이행을 총괄하는 지속위의 소속이 환경부이기 때문에, 현 위상으로는 예산 투입과 정책일관성을 조율하기 어려움
ㅇ 한국판 뉴딜의 대규모 재정 투입을 지속가능발전에 부합하는 방향으로 유도해야 함
ㅇ 예산투입이나 정책일관성을 조율할 수 있는 통합 거버넌스 구축 필요

2석탄화력발전소의 사회적 비용 추정 연구 : 주택시장 영향을 중심으로

저자 : 박주영 , 전호철 , 류소현

발행기관 : 한국환경연구원 간행물 : 기본연구보고서 2021권 0호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-123 (123 pages)

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Ⅰ. 서 론
1. 연구의 배경 및 필요성
□ 지구온난화 현상이 심각해지면서 기후변화 문제를 해결하기 위한 국제사회의 노력이 탄소중립(Net Zero) 선언을 통하여 뚜렷하게 나타남
ㅇ EU는 2030년까지 온실가스 배출량을 55% 감축하고 2050년까지 탄소중립을 달성할 것을 선언한 바 있음
ㅇ 미국은 조 바이든 대통령 취임 직후 파리협정에 재가입하였고 2050년까지 탄소중립을 이루겠다고 선언함
ㅇ 일본은 2050년까지, 중국은 2060년까지 탄소중립을 달성한다는 목표를 수립함
ㅇ 주요 국가의 탄소중립 전략을 살펴보면, 탈석탄 정책을 기반으로 한 에너지 전환이 핵심을 이루고 있음
□ 우리나라도 2020년 12월, 2050년까지 탄소중립을 달성할 것을 선언하였고 「기후위기 대응을 위한 탄소중립·녹색성장 기본법」을 통해 법제화하였음
ㅇ '2050 탄소중립 추진전략'(관계부처합동, 2020)은 우리나라 탄소중립 달성을 위해 마련한 방안으로 경제구조 저탄소화, 저탄소 산업 생태계 조성, 탄소중립 사회로의 공정전환, 탄소중립 제도적 기반 강화라는 주요 전략을 담고 있음
ㅇ 또 하나의 기후변화 정책 화두인 그린뉴딜도 국내 에너지 전환에 대한 내용을 담고 있음
□ 우리나라의 탈석탄 에너지 전환 중심의 기후변화 대응은 국제사회의 흐름에 맞춰 바람직하게 이루어지고 있는 반면, 현재 국내 에너지 발전 현황을 살펴보면 개선의 여지가 많음
2. 연구의 목적
□ 기존 연구와 차별화된 석탄화력발전의 사회적 비용 추정에 대한 연구가 반드시 필요하며, 국외에서 활발히 연구되고 있는 헤도닉 가격 모형을 적용한 국내 연구의 필요성이 제기되고 있음
ㅇ 탈석탄화력발전은 탄소중립 및 그린뉴딜의 핵심적인 사안임에도 불구하고, 그간 화석연료의 사회적 비용 추정은 대기오염물질 배출로 인한 건강 영향, 특히 극단적 경우인 조기 사망에 주로 집중되어 왔음
ㅇ 이는 석탄화력발전 등 화석연료의 사회적 비용을 과소 추정하게 되는 원인으로 작용함
□ 본 연구에서 도출된 사회적 비용은 에너지 전환 정책의 경제적 비용편익분석을 위한 기초자료로 사용될 수 있을 것이며, 탄소중립 및 에너지 전환 정책에 대한 국민 의식제고를 위한 근거 자료로 제시될 수 있음
Ⅱ. 국내외 석탄화력발전 현황
1. 국내 석탄화력발전 현황
□ 기후변화와 미세먼지 문제의 주요 원인으로 거론됨에도 불구하고 석탄화력발전은 아직 우리나라의 주요 전력 발전원임
ㅇ 2019년 기준, 석탄화력발전은 국내 설비별 발전 전력량 기준 전체의 38.9%를 차지하고 있음
ㅇ 국내 원별 발전량의 40%를 차지하고 있으며, 특히 전력소비량이 급증하는 여름철에는 석탄화력발전소의 가동률과 발전량도 증가하는 추세를 보임
□ 2021년 12월 기준, 총 57기의 석탄화력발전기가 운전 중이며 4기가 추가 건설 중임
ㅇ 충청남도에 29기, 경상남도에 14기, 강원도와 인천시에 6기, 전라남도에 2기가 위치하고 있으며, 신규 발전기 역시 기존에 발전기들이 집중되어 강원 지역에 건설될 예정임
ㅇ 발전기가 집중되어 있는 일부 지역은 그렇지 않은 지역보다 발전 사업으로 인한 건강 및 환경 피해를 볼 가능성이 큼
2. 국내외 에너지 전환 정책 동향
□ 선진국을 중심으로 석탄화력발전에 대한 의존도를 낮추고자 하는 노력이 이루어지고 있음
ㅇ 미국의 석탄화력발전량 규모는 2007년 최고점을 달성한 후 점차 감소하는 추세에 있으며 지난 2020년의 석탄화력발전량은 2007년 대비 약 38% 수준으로 감소함
ㅇ 유럽 국가들은 기후변화 대응 정책의 일환으로 강력하게 탈석탄을 추진해 왔음
ㅇ 세계 최대 온실가스 배출국인 중국도 과거 온실가스 감축에 소극적이던 태도를 바꿔 2060 탄소중립 달성을 선언하며 저탄소 산업을 통해 새로운 산업 동력을 얻으려는 행보를 보이고 있음
□ 우리나라의 경우 최근 발표되는 여러 정책에서 노후 석탄화력발전소를 폐지 또는 가동 중단하는 등 탈석탄 에너지 전환 목표 달성을 위한 전략을 제시함
Ⅲ. 석탄화력발전의 환경 및 건강 영향
1. 분석 모형
□ 본 장에서는 장기간(1972~2019년)에 걸쳐 석탄화력발전 과정에서 발생되는 대기오염물질의 환경 및 건강 영향을 추정하기 위하여 영향경로분석(impact pathway analysis)을 사용함
ㅇ 영향경로분석은 대기오염물질이 배출되는 지점에서부터 수용체까지 미치는 영향을 경로에 따라 분석하는 상향식 접근 방법의 하나임
ㅇ 배출량 자료, 대기질 모사 모형의 종류, 시간 및 공간적 범위 등 많은 불확실성이 존재하는 것이 본 분석 방법의 한계점일 수 있음
2. 분석 결과
□ 1972~2019년까지 석탄화력발전으로 인한 환경적 피해는 약 23조 9,000억 원에 이르는 것으로 나타났음
ㅇ 이는 국내에서 발전 단가를 낮추기 위해 1970년대 석탄화력발전 비중을 급격히 늘린것의 영향이며, 더불어 경제성장에 따른 지불의사액의 증가와 인구의 증가로 인한 피해 대상의 확대에 기인한 것으로 평가할 수 있음
ㅇ 본 연구의 건강 영향 추정 결과는 향후 탄소중립 및 에너지 전환을 위한 발전원별 비용-편익 산정에 있어 외부비용 추정을 위한 기초자료로서 활용될 수 있을 것으로 기대함
Ⅳ. 석탄화력발전의 주택가격에 대한 영향
1. 분석 모형
□ 본 연구에서는 석탄화력발전소의 주택시장에 대한 영향을 헤도닉 가격 모형(hedonic price model)을 사용하여 분석함
ㅇ 헤도닉 가격 모형이란 시장이 명시적으로 존재하지 않는 환경재에 대한 가치를 다른 재화의 대체 시장을 이용하여 추정하는 방법임
ㅇ 환경 요소의 주택시장에 대한 영향 분석은 여러 국외 선행연구(Currie et al., 2015; Davis, 2011; Chay and Greenstone, 2005 등)에서 수행된 바 있지만 국내 연구에서는 쉽게 찾아볼 수 없음
ㅇ 발전소 주변 주택을 표본으로 고려하였을 때, 그중에서도 상대적으로 발전소에 아주 근접하게 위치한 주택가격의 변화를 추정하고자 하였고 발전소 건설 계획, 착공, 상업운전 개시에 따른 가격 변화를 추정함
2. 분석 결과
□ 환경·건강 위험 요소에 더 노출된 근접 지역의 아파트는 발전소의 경제적 영향보다 환경적 위험 요소에 더 영향을 많이 받는 것으로 분석됨
ㅇ 신규 발전소가 건설되거나 기존 발전소에 추가적으로 발전기가 건설될 때, 주변 아파트 가격은 상대적으로 하락하는 것으로 확인됨
ㅇ 계획 당시에는 주변 지역 주택가격의 하락을 유발하지만 상업운전이 시작되는 시점에는 발전소로부터 가까운 지역에서도 아파트 가격이 상승하는 점을 확인함
ㅇ 반대로 노후 발전기 폐지로 인하여 주변 아파트 가격이 상승하는 것으로 나타남
Ⅴ. 결론 및 학술적 성과
1. 결론
□ 본 연구에서는 국내외 석탄화력발전 및 에너지 전환 정책의 현황을 살펴보았으며, 석탄화력발전의 외부효과 중 가장 직접적으로 나타나는 건강 영향을 분석하여 건강에 대한 피해 비용을 산정하였고, 간접적으로 주택시장에서 발생한 석탄화력발전의 사회적 비용을 추정하였음
2. 학술적 성과
□ 건강 영향 분석의 경우, OECD 등 국제기구에서 추진 중인 환경계정의 구축을 위한 대기오염 또는 발전 부문의 총외부피해를 산정하는 데 있어 연구의 결과 및 방법론 모두 유용한 참고 자료로 사용될 수 있을 것이라 판단됨
□ 본 연구는 국내에서 처음으로 주택시장이라는 대체 시장을 사용하여 석탄화력발전의 사회적 비용을 추정하였으며, 기존 사회적 비용 추정치와 다른 측면의 비용을 제시하였다는 점에서 의미가 큼
□ 주택시장에 대한 영향 분석 방법의 경우, 아파트 단지-고정효과 모형을 사용함으로써 실증 미시 분석의 고질적인 문제인 누락변수편향문제에 대하여 부분적으로 대처하였다고 판단됨
□ 본 연구의 분석 결과는 탄소중립 및 에너지 전환 관련 정책에도 활용이 가능할 것으로 기대함

3딥러닝을 활용한 해양오염 예측도구 개발 및 적용 연구(Ⅱ)

저자 : 김태윤 , 진대용 , 강유진 , 권경환

발행기관 : 한국환경연구원 간행물 : 기본연구보고서 2021권 0호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-122 (122 pages)

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Ⅰ. 연구의 배경 및 목적
ㅇ 해양에서 많은 개발사업이 이루어지고 있으며 이로 인한 환경적 영향을 예측·평가하여 저감방안이 이행되고 있음
ㅇ 해양환경의 복잡한 특성으로 인하여 개발사업이 해양환경에 미치는 영향을 파악하는 데는 한계가 있음
ㅇ 천리안 위성자료와 수치모형에서 계산된 물리 자료를 딥러닝 기술에 적용하여 해양 오염 예측도구를 개발하고자 함
Ⅱ. 국내외 인공위성 현황 및 분석
ㅇ 국내에서 운영 중인 인공위성에 대한 내용을 서술하고 산출물을 정리함
ㅇ 국외에서 운영 중인 인공위성을 정리하고 위성별 특성을 분석함
Ⅲ. 클로로필-a 예측모형 검증
ㅇ 공간적 관측자료의 부재로 인하여 인공위성 자료를 예측모형의 검증자료로 활용하였음. 예측모형 검증에 사용된 인공위성 자료의 신뢰성에 대하여 자세하게 서술함
ㅇ 기존 예측모형과의 정확도 비교를 통하여 예측모형의 신뢰성을 확보함
ㅇ 클로로필-a 농도는 담수 유입, 영양염, 수온 등으로 계절적 변동을 보임. 개발된 예측모형이 클로로필-a의 계절적 특성 모의도 가능함을 제시함
Ⅳ. 해양오염 예측모형 적용
ㅇ 예측모형의 적용성을 검토하기 위하여 해양오염의 주요 인자인 용존유기물질에 대한 시·공간적인 변화를 예측함
ㅇ 기후변화로 인해 발생하는 기온 상승이 해양환경에 미치는 영향을 예측모형을 통하여 검토하고 활용 범위의 확장성을 확인함
Ⅴ. 결론 및 제언
ㅇ 개발된 예측모형의 신뢰성을 확보하기 위하여 연구결과를 국외학술지(IF=5.353)에 제출하였으며, 제출된 논문은 관련 분야 전문가의 리뷰를 거쳐 2021년에 게재됨
ㅇ 과학기술적, 정책적, 경제적 측면과 기후변화 측면에서 예측도구의 기대효과를 제시함
ㅇ 연구의 한계와 향후 예측도구의 발전 방향에 대하여 서술함

42050 저탄소발전전략에 따른 기후·대기·에너지 정책 추진방향 : 발전부문을 중심으로

저자 : 김용건 , 서양원 , 배현주 , 양유경 , 최기철

발행기관 : 한국환경연구원 간행물 : 기본연구보고서 2021권 0호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-160 (160 pages)

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Ⅰ. 연구의 배경 및 목적
□ '지구온난화 1.5℃ 특별보고서'(IPCC, 2018)는 산업화 이전 대비 지구평균온도 상승을 1.5℃ 이하로 억제하였을 때 기후변화로 인한 위험을 상당 부분 줄일 수 있으며, 이를 위해서는 2050년까지 전 지구적인 탄소중립이 필수적임을 지적
ㅇ 2019년 73개국이 2050년 탄소중립 계획을 발표하였고, 2020년 일본과 중국이 각각 '2050 탄소중립'과 '2060 탄소중립'을 선언하였으며, 2021년 미국 바이든 행정부 또한 '2050 탄소중립'을 선언하며 탄소중립은 더 이상 거스를 수 없는 뉴노멀로 정착
□ 우리나라는 2020년 10월 '2050 탄소중립'을 선언하고, '2050 탄소중립'을 비전으로 하는 '2050 장기저탄소발전전략'을 2020년 12월 UN에 제출
ㅇ 기준연도인 2018년의 우리나라 온실가스 배출량은 683.6백만 톤CO2eq로 이를 전량 감축 및 흡수하기 위해서는 사회·경제 모든 영역에서의 대전환이 필수적
- 이를 위해 우리나라는 2020년 12월 '2050 탄소중립 추진전략(안)'(관계부처 합동, 2020), 2021년 10월 '2050 탄소중립 시나리오'(2050 탄소중립위원회, 2021)를 확정함
- 이러한 탄소중립 전략들의 효과적인 이행 촉진을 위해서는 정책 이행에 따라 예상되는 환경·경제적 파급효과 분석을 토대로 합리적인 정책 추진방향 제시가 필요
ㆍ특히 발전부문은 감축잠재량이 가장 큰 부문으로 발전부문의 석탄화력 퇴출, 수소연료전지, 무탄소 신전원과 같은 주요 온실가스 감축수단이 온실가스뿐 아니라 대기, 건강에 미치는 영향을 살펴봐야 할 필요성이 높음
□ '2050 장기저탄소발전전략'에서 제시한 2050 탄소중립이 비용, 온실가스, 대기 및 건강영향에 미치는 효과를 정량적으로 분석하여 정책적 시사점 모색
ㅇ 전력부문 최적화 모형을 이용하여 탄소중립 시나리오에 따른 발전부문 대기오염 배출량을 전망하고 대기오염 배출량에 따른 건강영향 피해를 정량적으로 도출
ㅇ 정량적 분석결과를 바탕으로 기후·대기·에너지 분야별 추진과제와 상호 연계체제 등 탄소중립 달성에 따른 환경·에너지 정책 시사점 모색
Ⅱ. 탄소중립 추진전략 및 관련 계획 분석
1. 2050 탄소중립 전략
□ 2050 장기저탄소발전전략(2020.12)
ㅇ (배경) 파리협정은 기후변화 대응 정책의 장기적 비전 관점에서 각 당사국에 2020년까지 장기 저탄소 발전전략 수립을 권고
ㅇ (비전) 2050년 대한민국 비전으로 '2050 탄소중립'을 제시
- 한국판 뉴딜의 그린과 디지털 기술을 접목하여 시너지 효과를 발휘하고, 기후기술혁신을 위한 과감한 투자와 지원 시행
- 국제사회가 2050 탄소중립을 위해 공동의 노력을 펼칠 수 있도록 선도적 역할 수행
ㅇ (기본 원칙) 기후변화 대응을 위한 국제사회 노력에 동조, 지속가능한 선순환 탄소중립 사회 기반 마련, 국민 모두의 공통노력 추진
ㅇ (발전부문 감축수단) 재생에너지 중심의 전력공급, 연료전지 및 그린수소 확대, 화석연료 발전에 대한 이산화탄소 포집·활용·저장(CCUS) 기술 적용
□ 2050 탄소중립 추진전략(안)(2020.12)
ㅇ (비전) 온실가스 감축 중심의 적응적 감축에서 새로운 경제·사회 발전전략 수립을 통해 능동적 대응을 도모하여 탄소중립·경제성장·삶의 질 향상 동시에 달성
ㅇ (3+1 전략추진) 경제구조의 저탄소화, 신유망 저탄소산업 생태계 조성, 탄소중립사회로의 공정전환, 탄소중립 제도적 기반 강화
- (발전부문 관련 중점과제) 에너지 전환을 위한 정책으로 '에너지 탄소중립 혁신전략' 마련(일정: 2021년 4분기, 주관부처: 산업통상자원부)
□ 2021년 환경부 탄소중립 이행계획(2021.3)
ㅇ (비전) 2050 탄소중립 사회: ① 탄소순배출 제로, ② 경제성장 달성, ③ 포용사회 구현
ㅇ (발전부문 중점과제) 에너지 전환
- 주민참여형 수상 태양광 개발 확대
- 친환경 수열에너지 활성화
- 환경영향평가 제도개선을 통한 해상 풍력 활성화
- 환경기초시설 신재생에너지 생산·보급 기지화
- 환경자원 활용 재생에너지 보급·확대 로드맵 수립
□ 2050 탄소중립 시나리오(2021.10)
ㅇ (비전) 기후 위기로부터 안전하고 지속가능한 탄소중립 사회
- 책임·포용·공정·합리·혁신 5가지 기본원칙을 기반으로 수립
ㅇ (발전부문) A안은 화력발전을 전면 중단하여 전환부문에서 온실가스 배출이 발생되지 않으며, B안은 석탄화력발전은 퇴출되나 LNG 발전의 경우 유연성 전원으로 활용하는 방안 제시
2. 온실가스 감축목표 및 관련 계획
□ 2030 국가 온실가스 감축 로드맵 수정안(2018.7)
ㅇ (기본방향) 국제사회에 약속한 국가 온실가스 감축목표 이행 가능성 제고
ㅇ (감축목표) 감축 후 배출량 536.0백만 톤CO2eq(2015년 대비 22.3% 감축)
- 국내 부문별 감축 후 배출량 574.3백만 톤CO2eq, 잔여감축량 38.3백만 톤CO2eq은 산림흡수원 활용 및 국외 감축분
ㅇ (발전부문 감축목표) 2030년 감축 후 목표배출량 192.7백만 톤CO2eq
- (감축수단) 발전인프라 개선, 친환경 발전믹스 강화, 집단에너지, 잠재감축분
□ 2030 NDC 상향안(2021.10)
ㅇ (감축목표) 2018년 대비 40%까지 국가 온실가스 감축목표를 대폭 상향하여 감축 후 배출량 436.6백만 톤CO2eq
ㅇ (발전부문 감축목표) 2030년 감축 후 목표배출량 149.9백만 톤CO2eq
- (감축수단) 석탄발전 축소, 신재생에너지 발전 확대, 추가 무탄소 전원(암모니아 터빈), 재생에너지 보급 확대
3. 에너지 분야 관련 계획
□ 제3차 에너지기본계획(2019.6)
ㅇ (개요) 「저탄소 녹색성장 기본법」 제41조에 의거, 20년을 계획기간으로 잡아 5년마다 수립·시행되는 계획으로 중장기 에너지 정책의 철학과 비전, 목표와 추진전략 제시
ㅇ (비전) 에너지 전환을 통한 지속가능한 성장과 국민의 삶 제고
- 에너지 정책 패러다임을 소비구조 혁신 중심으로 전환
- 깨끗하고 안전한 에너지믹스로 전환
- 분산형, 참여형 에너지 시스템 확대
- 에너지산업의 글로벌 경쟁력 강화
- 에너지 전환을 위한 기반 확충
□ 제9차 전력수급기본계획(2021.1)
ㅇ (개요) 중장기 전력수요 전망 및 이에 따른 전력설비 확충을 위해 「전기사업법」 제25조 및 동법 시행령 제15조에 따라 2년 주기로 수립
ㅇ (기본방향) 정책환경, 국외동향을 통한 시사점 도출 후 수립방향 설정
- 정책환경 변화
ㆍ안전하고 깨끗한 전원믹스로의 에너지 정책 전환 필요성 증대[『제3차 에너지기본계획』(산업통상자원부, 2019), 『미세먼지 관리 종합계획(2020-2024)』(관계부처 합동, 2019)]
ㆍ온실가스 추가감축을 위한 전환부문 이행방안 마련('2030 국가 온실가스 감축 로드맵 수정안', '2030 NDC'와 연계해 구체화)
ㆍ저탄소 경제·사회로의 이행을 위해 신재생에너지 투자 가속화 필요(『한국판 그린뉴딜 종합계획』)
ㅇ (감축목표) 2030년 목표 온실가스 배출량 196.2백만 톤CO2eq, 미세먼지 배출량 2019년 대비 57% 저감
- (감축수단) 가동 후 30년 도래 석탄발전설비 24기 폐지, 잔여 석탄설비 연간 발전량 제약, 환경설비 개선, 미세먼지 계절관리제 시행 등
4. 미세먼지 관련 계획 및 정책
□ 미세먼지 관리 종합계획(2020-2024)(2019.11)
ㅇ (개요) 「미세먼지 저감 및 관리에 관한 특별법」 제7조에 근거하여 5년마다 수립되는 법정계획으로 향후 5년간 미세먼지 저감 및 관리의 정책방향과 추진과제 제시
ㅇ (비전) 맑고 깨끗한 공기, 미세먼지 걱정 없는 대한민국
ㅇ (감축목표) 2024년 목표 초미세먼지(PM2.5) 연평균 농도 16㎍/m3(2016년 대비 35% 이상 저감)
- (발전부문 추진과제 ①) 석탄화력 미세먼지 저감 추진
ㆍ고농도 계절 집중감축 조치 시행으로 석탄발전소 가동중단 시기를 기존 봄철(3~6월)에서 고농도 계절인 12~3월로 조정하고 대상 발전기 확대
ㆍ상한 제약(석탄발전 배출량 80% 수준)을 고농도 계절 내 상시 전환
ㆍ노후 석탄발전소의 폐쇄일정 재조정
ㆍ집진·탈황·탈질 설비 등 석탄발전 환경설비 투자 확대 및 대기오염물질 저감기술 개발 확대
ㆍ석탄발전소 저탄장 옥내화 추진
- (발전부문 추진과제 ②) 재생에너지 확대, 환경급전 시행을 통한 친환경 에너지 전환 및 도서지역 소규모 발전소 등 사각지대 관리 강화
ㆍ『제3차 에너지기본계획』에서 제시한 재생에너지 발전비중 확대를 위한 설비보급 확대
ㆍ약품처리비, 배출권거래 비용 등 환경비용을 반영하는 환경급전 시행을 통해 친환경 발전 가격경쟁력 제고
ㆍ도서 발전시설 18기, 대기오염물질 배출시설로 관리 강화
ㆍ섬 지역 발전소의 발전연료를 친환경 연료로 전환 추진
□ 대기관리권역별 대기환경관리 기본계획(2020-2024)(2020.4)
ㅇ (개요) 대기권역별 대기환경관리 기본계획은 『미세먼지 관리 종합계획(2020-2024)』을 최상위 계획으로 하며, 지역별 상호영향을 고려하여 광역적인 관리가 필요한 권역에 대하여 세부 저감계획을 수립
ㅇ (발전부문 감축수단) 사업장 대기오염물질 총량관리제
- 연도별로 배출허용총량을 할당하고, 할당량 이내로 오염물질을 배출하도록 규제
ㆍ배출허용총량을 초과하는 경우 총량초과과징금 부과 및 다음 연도 배출허용총량 감량
- 할당량에 비해 배출량이 적은 사업장은 잔여 배출허용총량을 판매할 수 있으며, 배출량이 할당량에 비해 많은 사업장은 동일권역 내에서 배출권 구매 가능
- 총량관리사업장은 「대기환경보전법」에 따른 총량관리 대상 오염물질에 대한 기본부과금 면제, 연간 오염물질 배출량이 20톤 미만인 3종 사업장에 대해서는 배출허용기준을 130%로 완화 적용
Ⅲ. 발전부문 탄소중립 분석 방법론
1. 발전부문 최적화 모형
□ 선형계획법을 활용한 발전부문 설비 건설 및 운영 최적화 모형 구축
ㅇ 수리계획법의 한 형태로 최적화를 위한 목적함수와 제약식으로 구성되며, 최적화의 대상이 되는 변수와 외생적 모수 및 이들의 관계를 연결하는 집합들을 포함
ㅇ 분석기간에 요구되는 전력수요를 충족하기 위한 다양한 발전소의 건설 및 운영방안을 최적화 문제를 풀어 해로써 도출
ㅇ 최적화 모형 목적함수:
ㅇ 가동제약
ㅇ 수요제약
ㅇ 예비율제약
ㅇ 저장장치제약
ㅇ 배출량 제약
ㅇ 집합 및 원소(set)
- k : 발전기
- s : 저장장치
- r : 수요구간
- v : 건설연도
- cp : 계획기간
ㅇ 매개변수(parameter)
- df : 할인율
- INVk,t : 투자비(연간 균등화 비용)
- FCk,t : 연간 고정비
- Lk : 수명기간
- VCk,t,r : 변동비
- CFk,t,r : 최대 이용률
- selfk : 소내소비율
- RFk,t : 피크기여도
- RMt : 목표 예비율
- Dt,r : 수요
- stfs : 저장장치 효율
- CO2coefk,t,r : CO2 배출계수
- CO2capcp : 계획기간 배출량 변수
ㅇ 변수(variable)
- Pk,t,r : 발전량
- Nk,v : 신규발전기 용량
- sts,t,r : 전력 저장량
□ 입력자료
ㅇ 주요가정
- 적정한 시간 내에 안정적인 최적해의 도출이 가능하도록 8,760시간을 48개(4계절, 주중·주말, 06~09시·09~12시·12~14시·14~16시·16~22시·22~6시)의 집단으로 묶어서 분석 단위를 줄이는 방식을 적용
ㅇ 입력자료
- 주요 입력자료로는 발전설비 현황, 발전설비 진입 및 퇴출, 전력수요, 연도별 전력수요 증가율, 발전기별 효율, 발전기별 배출계수, 초기투자비, 계통연계비용, 연료비용, 운전유지비용, 열간 기동비용, 발전기별 기술특성자료, 양수발전기 기술특성자료, 예방정비일, 고장정지일, 신재생에너지 시간대별 이용률을 활용함
2. 대기오염에 따른 건강피해비용 분석 방법론
□ 국외 연구현황
ㅇ Enerdata(2014)
- EU의 저탄소발전전략 시행 시 건강영향 변화를 평가하기 위해 수행된 연구
- PM2.5, PM2.5의 전구물질, NOx 및 SO2가 평가 대상이며 해당 물질의 저감으로 인한 건강영향 및 그로 인한 편익을 추정
- 편익이전 기법을 활용하여 건강편익을 추정하였으며, 유럽환경청(EEA, 2008)의 연구에서 도출한 화석연료를 이용한 전기 생산에 관련된 건강편익 추정치를 활용
ㅇ WHO(2018)
- 저탄소발전전략 이행으로 인한 건강편익을 추정하는 도구(CaRBonH) 개발
ㆍEU 회원국의 전략 이행으로 인한 건강영향을 평가: 천식, 기관지염 환자 및 사망자 수 감소 정량화
ㆍ2030년까지 PM2.5 저감의 건강편익 추정: 질병비용평가(COI), VSL, VOLY 등 질병·사망 편익 도출
- CaRBonH의 PM2.5 저감으로 인한 건강영향 정량화 방법론
ㆍ건강영향 정량화 산식
CR 함수 = (RR -1/RR)(1/PM2.5농도변화) × 유병률 × 대상인구분율 식(7)
ㆍ건강편익 정량화 산식
건강편익 = 노출인구 × CR 함수 × 조기사망 단위 피해비용 식(8)
□ 국내 연구현황
ㅇ 김현노 외(2019)
- 기존 국내 연구에서 도출한 대기오염물질별, 오염원별 PM2.5 전환율 값을 활용하여 PM2.5 농도 변화를 산정
- PM2.5에 장기적으로 노출 시 조기사망을 추정하였으며 Hoek et al.(2013)의 농도-반응(CR) 함수를 광역지자체 단위별로 30세 이상 성인에게 적용
ㅇ 김현노 외(2020)
- Hoek et al.(2013)의 CR 함수를 광역지자체 단위 30세 이상 성인을 대상으로 적용하여 미세먼지 계절관리제 시행 시 조기사망 감소치를 추정
- 건강편익 또한 VSL을 적용하여 추정한 결과, 대략 1,530억 원에서 3,082억 원 사이로 추정
ㅇ EVIS 건강영향 가치평가 toolkit
- EVIS(환경가치종합정보시스템)은 기존 선행연구 결과를 토대로 주요 대기오염물질 배출로 인한 PM2.5 장기 노출 시 조기사망에 미치는 영향을 예측하고 이를 화폐화할 수 있는 툴키트(toolkit)를 구축해 제공
- PM2.5 농도 변화 산정 시 기존 국내 연구에서 도출된 대기오염물질별, 오염원별 PM2.5 전환율 값을 활용
- 오염물질 건강영향 가치평가의 단계는 대기오염 배출 및 가치평가 지역 설정, 대기오염 확산 및 건강영향 정량화, 건강영향의 화폐화 및 결과 도출 순서로 구성
ㆍPM2.5에 장기 노출 시 건강영향평가를 위한 CR 함수는 Hoek et al.(2013)을 선택하거나 기타 함수를 임의로 적용 가능
ㆍ건강영향의 화폐화 시 적용하는 단위가치로 메타분석을 통해 도출된 VSL값을 선택하거나 임의의 값 또한 적용 가능
ㅇ 배현주 외(2020)
- 대기오염과 건강영향의 CR 함수:
ㆍβ = 환경역학 연구결과로 대기오염물질의 농도 변화에 따른 건강영향의 농도-반응(CR) 함수
ㆍΔx = 대기오염물질 농도 값의 변화
= 대상인구집단의 기본 건강상태를 나타내는 유병률 또는 사망률
ㆍPOP = 대기오염물질의 농도 변화에 노출되는 인구수
- PM2.5 노출 시의 건강위험에 대한 평가모형 구축
ㆍBenMAP을 활용하여 국내 행정구역별 GIS 자료, 인구 및 사회·경제적 자료, 대기오염도 자료, 사망률과 유병률 자료 DB를 통합하였으며, 이를 토대로 한국형 미세먼지 개선에 따른 건강위험 평가모형 구축
ㆍPM2.5의 건강위험을 산정하고, 미세먼지 농도가 『미세먼지 관리 종합계획』의 목표 달성 시 얻게 되는 건강편익과 미세먼지 농도가 세계보건기구의 연평균 권고기준 달성 시 얻을 수 있는 건강편익을 산정
□ 적용 방법론
ㅇ (대상 질환) 선행연구 검토 결과, 저탄소발전전략 시행으로 인해 변화가 예상되는 대기오염물질로 인한 건강영향 중 인과관계에 대한 충분한 근거가 존재하며, 건강영향의 정량화 및 편익 산정이 가능한 30세 이상 성인의 조기사망을 건강영향의 평가지표로 선정
ㅇ (정량화 방법론) 김현노 외(2019, 2020)에서 제시한 바와 같이 Hoek et al.(2013)의 30세 이상 조기사망에 대한 농도-반응(CR) 함수 적용
- 건강영향으로 인한 피해비용은 대기오염물질 배출량을 기반으로 오염물질별 단위 피해비용 산정이 가능한 김현노 외(2019)의 방법론을 적용
ㆍ전국 평균 추정치에 지역 간 농도기여율을 적용해 지역별 피해비용으로 구분하여 반영하였으며, 사망위험감소가치(VSL)는 OECD(2012)의 추정치를 활용
Ⅳ. 발전부문 탄소중립 시나리오 분석
□ 시나리오 구성
ㅇ (기준시나리오, Baseline) 탄소중립이라는 정책목표가 없는 경우로 다양한 정책 시나리오에 대한 평가의 기준
ㅇ (탄소중립 시나리오, NZ2050) 2050년까지 전력부문의 이산화탄소 배출량을 '0' 수준으로 감축하는 시나리오
- 2025년까지 기존의 온실가스 감축 로드맵상의 경로를 따르고, 이후 2050년까지는 2025년 배출량에서 선형으로 감소하는 경로 가정
- 매 5년 단위로 5년간 배출총량을 5년간 목표배출량의 합과 같게 한다는 제약조건 충족
ㅇ (기후대기 통합관리 시나리오, NZ2050ENV) 온실가스 규제뿐 아니라 대기오염 배출에 대해서도 추가로 규제를 강화하는 시나리오
- 온실가스와 함께 대기오염물질을 통합 관리하는 경우 어떤 비용과 효과가 발생하는지 분석함으로써 기후대기 통합관리의 효용성 평가
- 대기정책 규제 강화 수단으로서 대기오염물질 배출에 의한 피해비용을 추정하여 총비용에 반영
ㅇ (기술발전 시나리오, NZ2050Et) 연간 재생에너지 보급한도를 2배로 확대한 시나리오
- 기술발전에 따라 재생에너지 보급 잠재력이 높아질 경우의 효과를 분석하기 위한 시나리오
- 연간 신규 보급가능량을 태양광발전 40GW, 육상풍력 2GW, 해상풍력 4GW, 양수 발전 4GW로 확대 가정
ㅇ (누적 배출예산 시나리오, NZ2050EtB) 2050년까지 연도별 감축목표를 5년 단위 이행기간별로 이행하는 대신, 2026년부터 2050년까지 연도별 감축목표 총량을 연도 혹은 배출권 이행기간과 무관하게 달성하는 경우의 변화 분석
- 배출권거래제의 배출권 이월을 허용할 경우 가능한 시나리오
- 장기간에 걸친 배출총량이 기후변화의 중요한 변수라는 점에서 기간 간 배출량 배분의 유연성이 초래하는 결과를 분석하기 위한 시나리오
□ 시뮬레이션 결과 및 해석
ㅇ (온실가스 배출량) 기준 시나리오하에서는 이산화탄소 배출량이 2046년까지 지속적으로 증가하다가 이후 감소세로 전환되었으며, '탄소중립 시나리오(NZ2050)', '기후대기 통합관리 시나리오(NZ2050ENV)', '기술발전 시나리오(NZ2050Et)'가 유사한 감소경로를 보이는 반면, 배출권의 이월을 허용하는 '누적 배출예산 시나리오(NZ2050EtB)'의 경우 초기부터 대규모 감축이 발생하는 경로를 보임
- 온실가스를 초기에 더 줄이고 나중에 덜 줄이는 것이 비용 측면에서 더 유리하다는 점을 보여주며, 이는 미래에 큰 비용을 들여 감축 노력을 하는 것보다 지금 낮은 비용으로 감축할 수 있는 기회를 최대한 활용하는 것이 합리적임을 보여줌
ㅇ (시나리오별·에너지원별 발전량)
- (기준시나리오, Baseline) 부족한 전력의 대부분을 천연가스 발전과 태양광으로 충족할 것으로 예측되었으며, 석탄의 역할이 지속적으로 감소하고, 2050년에 가까이 가면서 수소 터빈과 해상 풍력을 일부 도입
- (탄소중립 시나리오, NZ2050; 기후대기 통합관리 시나리오, NZ2050ENV) 석탄의 발전량이 급격히 감소하고 그 자리를 태양광, CCS, 수소 터빈, 육상 및 해상풍력이 점차 대체하는 것으로 분석됨. 후반부로 갈수록 천연가스 발전 또한 이들 저탄소 기술들에 의해 대체되며 태양광 등 변동성이 높은 재생에너지의 보급이 확대될수록 양수, ESS 등 전력 저장기술의 역할이 커짐
- (기술발전 시나리오, NZ2050Et) CCS와 수소 터빈의 역할이 태양광과 풍력으로 대부분 대체되는 것으로 분석됨. 전력 저장기술과 수전해 수소생산을 위한 전력 소비량도 2046~2050년에 특별히 높은 수준을 보임
- (누적 배출예산 시나리오, NZ2050EtB) 석탄발전의 역할이 초기부터 급속히 감소하는 경향을 보이고, 천연가스의 역할이 증가하며 전반부의 배출량이 크게 줄어들게 됨. 이러한 조기 감축분은 후반부에 재생에너지와 수소 터빈을 통한 감축 필요성을 감소시키는 역할을 하고, 이에 따라 후반부까지 천연가스의 역할이 유지되는 결과를 보여줌
ㅇ (시나리오별 대기오염물질 배출량 분석)
- '기후대기 통합관리 시나리오(NZ2050ENV)'는 대기오염물질의 배출이 '탄소중립 시나리오(NZ2050)'보다 추가로 감소하는 효과를 보여주는데, '탄소중립 시나리오(NZ2050)' 대비 질소산화물 8.4%, 황산화물 8.6%, 초미세먼지 3.0%, 암모니아 0.7%, 휘발성유기화합물 1.3%가 추가로 감소할 것으로 예측됨
- 재생에너지의 보급 잠재력이 크게 확대되는 경우를 가정한 '기술발전 시나리오(NZ2050Et)'에서는 대기오염물질의 감소 폭 또한 크게 확대되는 것을 볼 수 있는데, '탄소중립 시나리오(NZ2050)' 대비 감소율은 질소산화물 32.8%, 황산화물 19.6%, 초미세먼지 29.5%, 암모니아 37.5%, 휘발성유기화합물 31.6%로 분석됨
ㆍ재생에너지의 보급 잠재력 확대가 제한될 경우, 대기오염 부담금과 같은 정책 수단은 배출감소 효과에 한계가 있음을 보여주는 것으로 판단됨
- '누적 배출예산 시나리오(NZ2050EtB)'에서는 '기술발전 시나리오(NZ2050Et)'와 동일한 조건을 반영하였음에도 불구하고 황산화물을 제외하곤 '기술발전 시나리오(NZ2050Et)'보다 배출이 늘어나는 현상이 관찰됨
ㆍ'누적 배출예산 시나리오(NZ2050EtB)'의 경우 재생에너지의 역할이 줄고 석탄을 천연가스로 대체하는 대안이 더 적극적으로 활용됨에 따른 것임
ㅇ (대기오염 피해비용 분석)
- 기준 시나리오에서 2026~2050년 29.8조 원에 달하는 대기오염 피해비용이 '탄소중립 시나리오(NZ2050)'에서는 19.7조 원으로 33.8% 감소하는 것으로 분석되었으며, '기후대기 통합관리 시나리오(NZ2050ENV)'의 대기오염 피해비용은 17.8조원으로 기준 시나리오보다 40.1% 감소, '기술발전 시나리오(NZ2050Et)'에서는 13.3조 원으로 55.3% 감소하며, '누적 배출예산 시나리오(NZ2050EtB)'에서는 12.6조 원으로 57.7% 감소하는 것으로 평가(그림 5 참조)
ㅇ (전력공급비용 분석)
- '누적 배출예산 시나리오(NZ2050EtB)'의 총비용이 정책 시나리오 중 가장 비용효율적인 시나리오인 것으로 분석됨
- '누적 배출예산 시나리오(NZ2050EtB)'는 배출권거래제를 시행하는 경우 배출권의 이월을 보장함으로써 실현할 수 있는 정책 시나리오로, 우리나라에서도 배출권거래제를 시행하고 있고 전력부문이 포함되어 있기 때문에 현재 우리나라 정책환경에도 부합하는 시나리오임. 다만 현재 우리나라의 배출권거래제에서는 5년 단위로 계획기간을 설정하고 계획기간을 넘어가는 이월에 대해서는 엄격한 제한을 두고 있어서 현행 배출권거래제 규칙을 유지하는 경우에는 '누적 배출예산 시나리오(NZ2050EtB)'의 이행이 불가능하므로 이월 제한 규정의 완화가 필요함을 보여줌.
Ⅴ. 요약 및 결론
□ 최적화 모형을 활용한 시뮬레이션 결과 '탄소중립 시나리오(NZ2050)'에서는 2026~2050년간 약 2,120.8조 원의 비용이 발생할 것으로 평가
ㅇ 기준 시나리오보다 약 15.4%(282.5조 원) 증가한 수준으로, 항목별로는 투자비용과 고정운영비는 증가하는 반면 변동비용과 대기오염 피해비용은 감소
ㅇ '탄소중립 시나리오(NZ2050)'는 발전기의 가동 우선순위가 배출권 가격을 반영하여 결정된다는 전제하에 최적화된 급전 운영을 가정한 것인데, 현재의 전력시장 운영규칙이 최적화된 급전 운영을 차단하고 있고 발전사의 배출권 구입비용을 정부가 보전함으로써 배출권거래제가 효과적으로 작동하지 못하고 있는 실정
ㅇ 전력시장과 탄소시장의 왜곡이 해소되지 않을 경우 탄소중립은 물론 2030년 감축목표 달성을 위한 비용이 본 연구에서 추정한 값보다 훨씬 커질 수 있을 뿐만 아니라, 자칫 감축목표 달성 자체가 어려워질 수 있음
□ '기후대기 통합관리 시나리오(NZ2050ENV)'에서는 2026~2050년간 총비용이 '탄소중립 시나리오(NZ2050)' 보다 7,090억 원 낮은 수준으로 평가
ㅇ 대기오염물질 감소를 위한 대기관리정책 강화로 공급비용은 1조 1,510억 원 증가하였지만, 대기오염 피해비용이 1조 8,600억 원 감소함으로써 총비용이 낮아짐
ㅇ 기후정책과 대기정책을 통합·연계하여 추진할 경우 사회적 비용을 감소시킬 수 있음을 보여줌
- 현재 시행 중인 배출부과금 제도는 부과금 요율이 낮고 감면 대상이 많아 대기오염 피해비용을 내부화하기에는 크게 부족함에 따라, 대기오염 피해비용을 적절히 반영할 수 있는 부담금 요율의 현실화와 감면 조건 강화가 필요
□ 재생에너지의 보급 잠재력이 높아지는 경우를 가정한 '기술발전 시나리오(NZ2050Et)'에서는 '기후대기 통합관리 시나리오(NZ2050ENV)'보다 대기오염물질이 5.5% 감소하는 것으로 분석
ㅇ 태양광, 풍력 등 재생에너지의 보급 잠재력이 높아질 경우 큰 폭의 비용 절감이 가능하다는 점을 시사
ㅇ 다만 재생에너지 잠재력이 기준 시나리오의 2배 수준까지 증가하기 위해서는 상당한 수준의 기술발전이 이루어진다는 전제가 필요
ㅇ 재생에너지 기술발전을 위한 투자 가치의 규모를 가늠해 볼 수 있는 시나리오
□ '누적 배출예산 시나리오(NZ2050EtB)'에서의 총비용은 '기술발전'시나리오와 대비하여 3.3% 감소
ㅇ 2026~2050년 총배출량을 '탄소중립 시나리오(NZ2050)'와 동일하게 유지한다는 전제하에 연도별 혹은 기간별 배출량을 자유롭게 결정하는 경우 감축비용이 절감될 수 있음을 시사
ㅇ 배출권거래제도의 이월 제한규정 완화 혹은 철폐 필요

5환경 디지털 뉴딜 구현을 위한 AI 기반 환경 감시 체계 구축

저자 : 진대용 , 표종철 , 김도연 , 조윤랑 , 한국진

발행기관 : 한국환경연구원 간행물 : 기본연구보고서 2021권 0호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-295 (295 pages)

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Ⅰ. 서 론
□ 연구의 필요성
ㅇ 환경(정책)분야에서 AI 기술 활용은 그린 뉴딜과 디지털 뉴딜 연결에 주체적인 가교역할을 할 수 있지만 그 역할을 충분히 수행하지 못하고 있음
ㅇ 환경 분야의 데이터를 AI 기술을 중심으로 체계적이고 종합적으로 활용하기 위한 전략구축이 필요한 상황임
ㅇ 'AI 기반 환경 감시 체계' 구축을 위해서는 환경변화탐지, 자연재해 분석, 매체별 오염 발생패턴 분석 등 사례구축이 우선적으로 필요하며 이를 통해 필요한 요소 도출 및 프로세스 설계가 필요함
□ 연구의 목적
ㅇ AI 및 XAI 복합적 활용을 통한 AI 기반 환경 자동 모니터링 및 대응을 위한 주요 사례를 구축하고 이를 토대로 'AI 기반 환경 감시 체계' 구축 전략을 제시함
Ⅱ. 선행연구
□ 환경정책연구에서 AI 연구 활용 범위의 확대
ㅇ 기존 의사결정 방법론의 한계를 다수의 파라미터로 구성된 AI 모델로 개선 가능
ㅇ 환경연구에서도 AI 방법론의 활용이 확대 중임
- 수치, 이미지, 영상 등 다양한 형태의 데이터를 변수로 활용 가능하며 예측, 분류, 검출, 변화탐지 및 영향력 분석 등이 가능함
- AI는 성능 측면에서 높은 정확도를 나타내지만, 복잡한 모델 구성으로 인해 설명력이 낮은 문제가 존재함
□ 설명 가능한 인공지능(XAI: eXplainable AI)의 등장으로 예측과 동시에 영향력이 큰 요인을 확인하여 의사결정을 위한 양적 자료로 활용 가능성 확대
ㅇ 블랙박스(Black-Box) 구조로 되어 있는 인공지능 알고리즘의 투명성과 신뢰성 확보를 위해 XAI 연구가 활발해지는 추세임
- 2017년 미 방위고등연구계획국(DARPA: Defense Advanced Research Projects Agency)에서 발표한 설명 가능 인공지능 프로젝트인 XAI를 시작으로 설명 가능한 인공지능의 기술 연구가 본격적으로 전개 중임
ㅇ XAI 분석 연구는 대기오염, 수질오염, 토양오염 등의 환경오염 문제뿐만 아니라 생태계 분야 등 다양한 환경 분야에서 적용되고 있음
- XAI 중에서 LIME(Local Interpretable Model-agnostic Explanations), SHAP(SHapley Additive exPlanation), Grad-CAM(Gradient-Class Activation Map) 등의 모형이 주로 활용되고 있음
□ IoT, 드론, 무인이동체 등 다양한 애플리케이션 및 기기를 통해 데이터 수집이 가능해져 환경 빅데이터가 축적되고 있으며 AI 적용 연구가 확대되는 추세임
ㅇ 환경분야에서 생성되는 이미지 및 영상 데이터는 기후, 환경오염(대기, 수질, 토양, 소음 등) 등 다양한 분야에 관련되어 있음
- AI 기반 예측, 분류 및 결측 데이터 보간 연구 등이 활발히 수행 중임
- 예측연구뿐만 아니라, XAI 기반 예측에 영향력이 큰 요인들을 제시하여 의사결정을 위한 양적 자료로 활용 가능성 확대
Ⅲ. AI 기반 산지 변화 탐지
1. AI 기반 산지 변화 탐지 연구의 개요
□ GIS와 원격탐사 기술을 이용한 산지 변화에 대한 실태 조사, 의심지 도출 및 후속 조치와 같은 대응이 이루어지고 있지만, 산지 변화의 조기 탐지 수행을 통한 피해지역의 조기 대응과 피해 축소가 필요함
□ 따라서 본 연구는 딥러닝 기술을 이용한 산지 변화 탐지에 대한 가능성을 제안함
2. 국내외 산림지도 현황
□ 국내외 산림지도 공급 현황
ㅇ 국토정보 플랫폼(국토지리정보원), 산림공간포탈서비스(산림청), AI 허브 산림수종 항공이미지 자료(한국지능정보사회진흥원) 등
ㅇ UCI Machine Learning Repository(미국), Skyscape dataset(독일 항공우주 센터), Semantic Change detection dataset(중국 우한대학교) 등
3. AI 기반 산지 변화탐지 입력자료 구성 및 모델 구성
□ AI 모델 입력자료 구성
ㅇ AI 허브 국토환경데이터에서 산림수종 항공이미지를 활용함
ㅇ 항공영상을 128×128로 세분화하여 한 영상당 16장의 이미지로 구성하고, RGB 항공영상 정보의 정규화를 수행함
ㅇ 라벨링 데이터는 산림과 비산림으로만 구분하기 위해 바이너리 어노테이션(binary annotation)을 수행하였고, 판독 불가의 라벨이 포함된 항공 이미지는 제외함
ㅇ 수도권 지역의 학습 이미지 총 1만 6,000장과 검증 이미지 총 1,600장을 AI 모델 입력자료로 활용함
ㅇ 산지 변화 탐지 성능 테스트를 위해 카카오 지도(Kakao Map)의 동 지역 다(多) 시기 테스트 이미지 데이터셋(data set)을 구성함
□ AI 모델의 구조
ㅇ 이미지 분할(Image segmentation)에 특화된 U-Net 딥러닝 모델 구조를 적용
ㅇ 기훈련된 U-Net 딥러닝 아키텍처의 레이어 구성과 하이퍼 파라미터를 파인튜닝(fine-tuning) 하여 산지 변화 탐지 학습을 수행
4. AI 모델 산지 변화탐지 결과 및 활용방향
□ U-Net 모델의 훈련 및 검증 결과는 산림과 비산림 지역을 잘 구분하였고, 실제 라벨링 지역과 유사한 패턴을 보이는 것을 확인함
□ 훈련된 U-Net 모델에 카카오 지도의 동 지역 다(多) 시기 이미지 적용 시 산지의 변화를 잘 구분하는 것을 확인하여, 산지 변화 탐지에 대한 딥러닝 모델의 활용 가능성을 확인함
Ⅳ. AI 기반 기후·대기오염과 코로나19 상관관계 분석
1. AI 기반 기후·대기오염과 코로나19 상관관계 분석 연구개요
□ 기후변화가 코로나19의 확산에 직접적인 영향을 미친다는 증거는 없으나, 관련 논의는 지속적으로 진행 중인 상황임
□ 2020년 서울시를 대상으로 기후 및 대기오염과 코로나19의 상관관계 분석을 수행하고, 기후 및 대기오염 인자와 코로나19 확진 사이의 관계에 대해 모의한 AI 모형 구축 가능성을 검토함
2. 기후·대기오염과 코로나19 상관관계 관련 선행연구 검토
□ 최신 국내외 연구사례 분석 결과, 국가별 결과가 상이하며 기후 및 대기오염 변수가 코로나19에 직접적인 영향을 미친다고 보기에는 어려운 것으로 사료됨
ㅇ 코로나19 사태 이후 기후 및 대기오염 영향 연구가 활발히 진행 중임
- 메르스, 사스, 코로나19 등 감염병은 계절적 패턴을 보이며 기온, 습도 데이터를 활용하여 예측 가능성을 검토함
- 유럽에서는 코로나19로 인한 사망에 이산화질소(NO2)가 중요한 요소인 것으로 추정하였으며, 인도에서는 코로나19로 에어로졸 광학깊이(AOD)가 20년 만에 최저 수준으로 나타남
3. 기후·대기오염과 코로나19 상관관계 분석 및 결과
□ 2020년도 서울시 중심 기후 및 대기오염과 코로나19 상관관계 분석 시범 연구 사례 도출
ㅇ 코로나 관련 확진자 및 사망자 수, 기후 및 대기오염 데이터 수집을 통한 학습 데이터셋 구축
ㅇ 계절적 요인을 제외하기 위한 시기별(구간별) 스피어만(Spearman), 켄달(Kendall) 상관관계 분석 수행
- 전체기간 분석 결과 기온 변수가 코로나19 확진자 수와 높은 상관성을 나타냄
- 하지만 기온 변수의 코로나 시기별 상관계수 부호와 값이 크게 바뀌어 결과에 일관성 문제가 있음을 확인
ㅇ 분석 결과 한계점을 확인하였으며, 향후 분석 시 정책, 사회활동 변수 추가 필요
- 코로나19 확진자 수를 추정할 수 있는 직접적인 관련 입력변수(정책, 인구 이동 등)를 추가하여 분석 수행 필요
- 분석대상이 되는 기간이 2020년 1개 연도로, 데이터 축적을 통해 이를 늘릴 필요가 있음
Ⅴ. AI 기반 침수 흔적 탐지
1. AI 기반 침수 흔적 탐지 연구 개요
□ 오픈데이터(Open Data)를 활용하여 AI 기반 도심 침수 흔적 탐지 체계 구축 연구를 수행함
□ GIS 기반 공간 데이터 전처리, 파이썬 기반 전처리 데이터의 AI 모델 입력자료 구축, 기계학습 모델 구축을 통한 침수 흔적 탐지 학습 및 활용한 입력 데이터 중 침수 탐지에 중요한 인자 추정
□ 침수 취약 지도 작성과 중요 인자 파악 및 분석, 기후변화시나리오 데이터를 적용한 미래 침수 취약지역 예측 및 분석 수행
2. AI 기반 침수 흔적 탐지 입력자료 및 모델 구성
□ AI 모델 입력자료 구성
ㅇ 환경 빅데이터 플랫폼, 기상정보포털, 그리고 환경공간정보서비스를 통한 수문분석도, 지형분석도, 기후변화 시나리오 데이터, GIS 데이터를 활용함
ㅇ 취득한 공간 데이터의 수도권 지역으로 공간적 범위 일원화, 래스터화 및 적층을 통한 입력자료 구성을 진행함
ㅇ 랜덤 포레스트 모델 훈련을 위해 침수위선상 침수 범위의 150지점을 훈련데이터로, 50지점을 검증데이터로 사용함
□ AI 모델의 구성
ㅇ 앙상블 학습 방법을 활용하는 대표적인 기계학습 모델인 랜덤 포레스트(Random Forest) 모델 구성과 학습을 통한 수도권 지역 침수 흔적 탐지 성능 평가를 진행함
ㅇ 침수 흔적 탐지 결과에 대한 입력자료의 민감도 분석을 위해 랜덤 포레스트 모델의 변수 중요도(Variable importance)를 추정함
3. AI 모델 침수 흔적 탐지 성능 및 검증
□ 랜덤 포레스트 모델 침수 흔적 탐지 성능 평가
ㅇ 랜덤 포레스트로 학습한 침수 흔적 범위와 측정된 침수 흔적 범위와 유사한 결과를 확인함
ㅇ 훈련된 모델을 수도권 전역에 적용한 수도권 지역 침수 취약 지도를 통해 한강 수변 중심으로 침수 취약도가 높음을 확인함
4. 기후변화 시나리오를 통한 침수 흔적 예측
□ RCP 8.5 시나리오 적용을 통한 침수 흔적 변화 예측
ㅇ 미래의 RCP 시나리오를 훈련된 랜덤 포레스트 모델에 적용하여, 강수량 변화에 따른 수도권 지역 침수 흔적 범위 변화를 확인함
ㅇ 기후변화 시나리오에 따른 AI 기반 도심 침수 피해 예측 등의 활용을 기대함
Ⅵ. AI 기반 미세먼지 발생패턴 분석: 고농도 사례를 중심으로
1. AI 기반 미세먼지 발생패턴 분석 연구 개요
□ AI 기반 고농도 미세먼지 발생패턴 분석 연구의 필요성
ㅇ 우리나라의 미세먼지 농도는 관련 정책의 수립 및 적극적인 이행으로 전반적으로 감소하는 추세임
ㅇ 하지만 고농도 미세먼지 현상은 계속해서 나타나고 있고, 지속기간이 길어지는 사례는 여전히 존재하며, 국민들의 미세먼지에 대한 불안감은 아직까지 해소되지 않은 상태에서 환경에 대한 인식 및 관심이 높아짐에 따라, 관련 정책이 늘어나고 있음
ㅇ 미세먼지 발생 패턴분석을 위한 AI 모형의 구축을 수행하고 활용방안을 제시함
2. AI 기반 미세먼지 발생패턴 분석 입력자료 및 모델 구성
□ AI 모델 입력자료 구성
ㅇ 에어코리아, 기상정보포털 등을 통한 대기질, 기상·기후자료, 외부요인(중국 대기질) 자료를 활용함
ㅇ 2017~2019년 충남 지역을 대상으로 하였으며, 대기측정망을 기준으로 데이터를 재구성함
□ AI 모델 구성
ㅇ 부스팅 기반 방법을 활용하는 대표적인 기계학습 모델인 XGBoost 모델 구성 및 학습을 통해 미세먼지 추정 모형 구축을 진행
3. AI 기반 고농도 미세먼지 발생패턴 분석모델 성능 및 활용 가능성 검토
□ 미세먼지 추정 성능 테스트
ㅇ 테스트 데이터에 대해 구축된 모형에서 추정값과 실측값을 비교했을 때 대부분의 경우 경향을 추적할 수 있음을 확인함
ㅇ 하지만 고농도 미세먼지 대해서는 추정이 잘되지 않는 부분들이 일부 존재하였으며, 이 부분은 향후 학습 데이터의 증가 및 관련 변수들의 추가선정을 통해 보완할 수 있을 것으로 사료됨
□ 미세먼지 발생패턴 분석 결과
ㅇ 구축된 모형에 PDP 및 SHAP 방법론을 적용하여, 미세먼지 농도 추정에 대한 모델의 판단 근거를 도출할 수 있음을 확인함
ㅇ 미세먼지 발생패턴의 핵심인자를 파악하고, 주요 사례별로 모형값 결정에 대한 입력 변수의 기여도 분석 사례를 제시함
□ AI 기반 고농도 미세먼지 발생패턴 모형의 활용 가능성 검토
ㅇ 대기오염물질, 기상·기후 요인, 중국 대기질 데이터 등의 활용을 통해 PM2.5를 추정하는 AI 모형 구축이 가능함
ㅇ SHAP값은 구축한 AI 모델의 출력값에 의존적인 모형이며, 구축된 모형의 특성에 종속된다는 한계가 있음
ㅇ 출력된 결과는 입력변수와 출력변수의 패턴 분석을 통해 상관관계를 체계화하는 것에 가까우며, 인과관계를 보장하지 않는 한계가 있음
ㅇ 그럼에도 AI 모형으로 입력되는 변수들의 PM2.5 추정에 샘플 단위로 영향력을 제시할 수 있음
ㅇ 향후 전문가들과의 논의를 통해 미세먼지 농도 추정에 대한 기여도의 정합성을 검토하여, 신뢰도 높은 정량평가모델로 개선할 필요가 있음
Ⅶ. 결론 및 정책 제언(학술적 성과)
□ 환경 디지털 뉴딜을 위한 AI 기반 환경분야 연구사례 제시
ㅇ AI 기술을 중심으로 환경 변화 탐지 사례(산지 변화 탐지), 자연재해 분석 사례(침수탐지 및 예측), 감염병 분석 사례(기후 및 대기인자와 코로나19 상관분석, 매체별 환경오염 분석 사례(미세먼지 발생패턴 분석)의 환경분야 활용 사례를 제시
ㅇ 수치, 이미지, 지리정보 등 다양한 데이터를 입력변수로 활용 가능하며, 연구목적에 따라 관심변수의 추정 및 예측, (이미지) 변화 분석, 변수의 영향력 분석 등에 활용할 수 있는 가능성을 제시함
ㅇ XAI 모형을 통해 구축된 모델의 값 출력에서 영향력이 큰 요인들을 제시하여, 의사결정을 위한 양적 자료로 활용하기 위한 방안을 제시함
□ AI 기반 감시 체계 구축을 위한 필수 요소 및 활용방안
ㅇ 다수 환경분야에 대한 실제 AI 적용을 통해, AI 기반 감시 체계 구축을 위한 필수요소 및 기본적인 모형 구축 및 분석 과정을 정립함
ㅇ AI 기반 감시 체계의 필수요소는 데이터 구축(데이터 수집 또는 생산) ⇒ AI 모형구축 ⇒ AI 모형 기반 분석 및 감시 실시 ⇒ 결과 도출 및 정책 근거자료 확보의 과정으로, 이를 통해 AI 기반 감시 체계 구축 가능
ㅇ 지속적으로 활용 가능한 환경감시 체계 구축을 위해서는 실시간 또는 주기적 자동 데이터 수집이 필수적임
ㅇ AI 모형을 구축한 뒤 모형 출력 결과를 활용 및 고려하지 못한 부분에 대한 모형 업데이트를 수행하는 등의 선순환 체계 구축 필요
ㅇ 모형 구축 및 결과 해석의 과정에서 전문지식과의 정합성이 확보되면, 향후에는 지속적(자동)으로 결과를 도출하여 환경 이슈 대응방안 수립 시 과학적 정책 근거 자료를 제시함으로써 감시 체계의 역할을 수행할 것으로 기대함
□ 후속 과제 제안
ㅇ 정밀하고 실용성 높은 분석을 위해서 고해상도의 시·공간 데이터 구축이 필요하고 구축된 데이터의 질에 따라 결과 및 활용 범위가 달라지기 때문에, 데이터 구축이 필요한 영역에 대한 검토, 목적에 맞는 고해상도 데이터 생산을 위한 연구 수행을 제안함
ㅇ 매체별 오염, 자연재해 분석 등 AI 및 XAI 모델을 구축하고, 도출된 결과를 토대로 전문가와의 정합성 검토, 물리적 모델링 및 시뮬레이션 결과 등과 비교분석을 비롯해 관련 내용을 합리적으로 반영하기 위한 연구 필요

6도시 신진대사(Urban Metabolism)를 고려한 도시기후대(Urban Climate Zone) 분류방법 연구

저자 : 홍제우 , 이근민 , 조한나 , 박진한 , 임정호 , 유철희 , 심창섭 , 박주영 , 조연경

발행기관 : 한국환경연구원 간행물 : 기본연구보고서 2021권 0호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-229 (229 pages)

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Ⅰ. 서 론
1. 연구 배경
ㅇ 지난 60여 년간의 압축적 도시화를 겪은 우리나라는 기후위기의 시대에 효과적인 대응 정책 수립·이행을 위해 도시와 기후·환경과의 상호작용에 대한 이해노력을 지속하여야 함
ㅇ 기존의 도시 미기후 연구는 도시의 구조적 측면에서의 해석이 주류를 이루어왔으나, 현대의 다양한 도시의 모습을 담아내기 위해서는 인간의 활동을 나타내는 도시 신진대사(Urban Metabolism)를 고려한 분석이 필요함
2. 연구 목적
ㅇ 도시의 구조에 기반한 기존의 토지 이용 분류 모델인 국지기후대(Local Climate Zone)를 상세 분석함
- 전국의 기상 관측망(기상청), 대기질 관측망(환경부) 관측지점에 대해 국지기후대 분류를 수행하고 관측망 분포 특성을 분석함
- 인공위성 기반의 자동분류 결과와 항공사진 기반의 전문가 분류 결과의 비교 분석으로 기존 분류 방법의 장단점을 분석하고, 개선방안을 연구함
ㅇ 도시 신진대사의 정의를 제시하고, 도시 기후·환경 연구 및 정책적 활용방안을 마련함
- 도시 신진대사의 정책적 활용을 위한 정책여건, 활용예시, 데이터 구축 전략을 마련함
- 도시 신진대사를 활용한 국지기후대 분류 방법의 개선을 제언함
Ⅱ. 국지기후대 분류 방법
1. 국지기후대 분류 방법
ㅇ 국지기후대는 도시 연구에 활용하는 연구 지점 주변 환경을 경관의 관점에서 객관적으로 분류할 수 있는 토지 이용 분류 방법임
ㅇ 국지기후대는 10개 유형의 건축 유형(고층, 중층, 저층, 고밀도, 저밀도, 산개분포, 공단 등)과 7개 유형의 토지 유형(숲, 초지, 나지, 물, 불투수층 등)으로 구성됨
ㅇ 국지기후대를 활용한 도시 미기후 연구가 활발하게 진행되고 있지만, 도시 신진대사를 충분히 반영하지 못하여 도시 내 기후·환경의 시공간 변동성을 충분히 설명하지 못하고 있음
2. 기상 및 대기질 관측망의 국지기후대 분류
ㅇ 기상 관측망(618개 지점)과 대기질 관측망(412개 지점)의 국지기후대 분류를 수행함
- 항공 및 위성사진에 기반하여 관측지점 중심 약 300m 반경의 국지기후대를 대표적인 2개의 유형으로 나타냄
- 전문가 검토 결과 2개의 유형으로 구분이 어렵거나, 주의가 필요한 경우 기록을 남겨 참조할 수 있도록 함
- 모든 분류 결과는 <부록 Ⅰ>, <부록 Ⅱ>에 수록하여, 향후 관측데이터를 활용하는 모든 연구자가 활용할 수 있도록 수록함
ㅇ 전국 기상 및 대기질 관측망 국지기후대 분류 결과를 활용하여 관측망 분포 특성을 분석하고, 향후 관측망 개선 방향을 제안함
- 기상 관측망의 관측지점 분포는 대체로 국토의 토지 피복 비율을 적절하게 반영하고 있으나, 도심지를 중심으로 더욱 상세한 관측망 구축을 추진해야 할 것으로 평가됨
- 대기질 관측망은 관측망 구축 목적에 따라, 도심지에 밀집 분포하는 특성을 나타내었으나, 과학적인 대기질 모니터링과 예측기술 개선을 위해서는 도시 외곽지역을 중심으로 국토의 토지 피복 비율을 고려한 관측망 개선을 추진해야 할 것으로 평가됨
ㅇ 위성 원격탐사 자료 기반 딥러닝 방법을 활용한 국지기후대 자동분류 결과의 교차 검증 분석을 수행함
- Sentinel 2A, Landset 8 위성 자료와 이미지 인식 기반의 딥러닝(CNN: Convolutional Neural Networks)을 활용한 서울지역 50m 해상도 국지기후대 분류 결과 분석
- 서울지역의 사진 기반 전문가 분류 결과와의 비교를 수행함
- 대체적으로 두 방법론의 분류 결과는 일치하는 것으로 나타났으나, 위성 기반 분류 결과는 식생량에 민감한 결과를 나타내는 것으로 평가됨
Ⅲ. 도시 신진대사 활용방안
1. 도시 신진대사 데이터 구축 전략
ㅇ 도시 신진대사의 정책적 활용을 위해 시공간적 고해상도의 에너지 소비량(예: 전기 및 도시가스), 교통량, 유동 인구 데이터의 구축이 필요함
- 기존의 사회·경제적 통계자료의 해상도는 제한적인 항목에 대하여 연별, 동 단위별 데이터 구축에 그치는 실정임
- 고해상도의 도시 신진대사 데이터 구축을 통해 정책 목적에 맞는 대상과 그 효과를 극대화(예: 기상 조건 고려, 주중과 휴식일 구분, 주야간 및 출·퇴근시간 구분, 공간별 정책 수립 등)할 수 있음
- 구축 가능성을 평가했을 때, 통신량 기반의 유동인구, 내비게이션의 실시간 교통량 정보, 건물별 전기 및 도시가스 사용량 데이터를 정책적으로 확보하여 연구에 활용해 나가야 함
ㅇ 도시 신진대사 데이터 구축을 위해 데이터의 경제적 가치, 데이터 생산·관리·활용 체계 및 데이터 활용과 관련한 윤리원칙 마련이 시급한 과제로 보임
2. 도시 신진대사를 고려한 국지기후대 개선방안
ㅇ 읍·면·동 단위(전국 3,494곳)의 인구밀도 분포 데이터를 구축 분석한 결과, 기존의 국지기후대 분류와 더불어 4단계의 인구밀도를 함께 표기할 것을 제안함
- 인구밀도 분포의 Jenks natural breaks 적용 결과, 저밀도(1,487곳, 42.6%), 중밀도(873곳, 25.0%), 고밀도(602곳, 17.2%), 초고밀도(532곳, 15.2%)의 4단계 분류 적용이 적절하다고 평가됨
3. 도시 신진대사의 정책적 활용방안
ㅇ 도시 신진대사는 '탄소중립 2050' 비전 실현을 위한 기후변화 대응(완화 및 적응) 정책에 적극적으로 활용되어야 함
- 기존의 온실가스 배출량 감시는 행정구역 단위 또는 주요 배출 거점에 대해서 이루어지고 있지만, 전 국토에 대한 모니터링과 배출량 제어 정책 추진을 위해, 도시 신진대사를 고려한 공간정보의 활용이 반드시 적용되어야 함
- 기후변화 적응 정책 마련을 위한 기존의 리스크 평가 결과는 행정구역 단위로만 제공되고 있어, 도시 신진대사를 활용한 실질적 의사결정 단위의 고해상도 리스크 관리 체계 마련이 필요함
- 전라북도 전주시의 50m - 1시간 유동인구 데이터 시범 구축 결과에 따르면, 유동인구 데이터를 활용한 기후변화 적응 중점관리지역(hotspot) 분석 등을 통해, 국민 체감형 적응 대책 마련에 효과적일 것으로 예상됨
ㅇ 도시 신진대사 데이터는 도시의 폐기물 관리와 자원 순환 등 환경정책의 시행과 국가종합계획, 국토종합계획, 도시계획 등 도시의 건물, 교통, 에너지 정책의 시행을 위해 활용 가치가 높음
Ⅳ. 결 론
ㅇ 도시 신진대사는 국민 체감형 정책 마련을 위한 기초정보로, 기후·환경 정책뿐만 아니라 건축, 교통, 에너지를 위한 공간계획에의 활용에 도움이 될 것으로 기대함
ㅇ 기존의 도시 연구에서 적용되었던 경관 관점의 국지기후대 분류 체계는 관측지점 메타정보 관리와 관측망 개선을 위해 적극적으로 활용되어야 하며, 도시 신진대사의 특성을 반영하기 위해 지속 노력해야 함
ㅇ 도시 신진대사의 정책적 활용을 위해 유동인구, 실시간 교통량, 에너지 사용량에 대한 데이터가 구축 관리되어야 하며, 데이터의 생산·관리·활용체계 및 데이터 윤리 원칙 마련을 위한 노력이 필요함

7물관리 발전을 위한 하천 및 농업용수 등의 통합관리 연구(Ⅱ)

저자 : 이승수 , 양일주 , 정아영 , 김예인 , 안현욱

발행기관 : 한국환경연구원 간행물 : 기본연구보고서 2021권 0호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-178 (178 pages)

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□ 물관리일원화정책 시행('18.6) 이후 약 3년이 지난 시점에서 정책 시행에 따른 그간의 변화와 효과를 파악하면 앞으로 물관리 발전을 위한 정책 추진 방향을 설정하는 데 중요한 근거가 될 수 있음.
□ 본 연구에서는 해외 물관리 및 물개혁 사례를 조사하고 시사점을 도출한 후 국내 물관리일원화 전후 나타난 주요 정책 주제의 변화와 한계점을 파악하였음.
□ 이후 현재 물관리일원화정책에서 제외되었으나, 물관리 발전을 위해 필요한 농업용수와 하천의 유역단위를 통합 관리하는 방안을 제시하기 위해 각 분야의 관리 현황을 파악하고 문제점을 도출하였음.
□ 마지막으로, 효과적인 하천 및 농업용수 통합관리를 위한 10년 단위의 정책 추진 로드맵을 제시하였음.
□ 이를 수행하기 위해 다음의 연구 진행 절차를 수행했음.
ㅇ 해외 사례 조사
- 일본, 호주, 독일의 물관리 정책 및 물개혁 사례 조사
- 물관리 거버넌스, 수리권, 수리시설 및 수질관리, 데이터 기반 물관리 측면에서의 시사점 도출
ㅇ 물관리일원화 전후 주요 정책 주제의 변화와 한계점 파악
- 부처별 물관리 법령 및 계획의 변화 조사 및 법정계획 정비 추진 현황 조사
- 수량관리 기반의 수질 개선 효과 조사
- 물관리 조직개편 현황 조사 및 물관리 재정 변화 현황 파악
- 국가·유역물관리위원회의 주요 기능 및 의제 이행 현황 파악
ㅇ 하천 및 농업용수 관리 현황 분석
- 소하천, 지방하천, 국가하천 관리 현황 파악
- 하천관리의 지방이양 정책 현황 조사 및 영향 파악
- 지자체의 하천관리 사업예산 변동 현황 파악
- 농업용수의 법적 정의 및 법정계획 추진 현황 파악
- 농업용수 산정방법에 따른 문제점 파악 및 개선 방안 도출
- 농업용수의 수질 및 수생태계 관리 현황 파악
- 농업용수 분야 정보화 현황 및 비점오염원 관리 현황 파악
ㅇ 물관리 발전을 위한 정책 제안 및 통합관리 로드맵 제시
- 하천 및 농업용수 관리의 문제점 도출
- SWOT 분석을 통한 전략 목표 도출
- 분야별 세부 전략 도출 및 하천 및 농업용수 통합관리 추진 전략 로드맵 제시

8지역기반 자원순환 평가 시스템 구축 및 녹색전환 전략 마련 연구

저자 : 이소라 , 김근한 , 이진혁

발행기관 : 한국환경연구원 간행물 : 기본연구보고서 2021권 0호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-234 (234 pages)

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Ⅰ. 연구의 배경 및 목적
□ 연구의 필요성 및 배경
ㅇ 불법 및 부적정 처리를 방지하기 위한 집중 모니터링, 방치 폐기물 처리이행 보증제도 개선을 통한 처리책임 부여, 폐기물 처리역량의 확보와 주민상생을 위한 다양한 정책 추진 중임
ㅇ 2018년을 기준으로 국내 매립지의 기매립률은 60.3%, 소각시설 가동률은 82.0%로, 현재 추세대로라면 2036년 매립지가 포화되고 약 2배(204.3%)의 소각 용량이 추가로 필요할 것으로 전망됨
ㅇ 장기적 관점에서 지속가능한 자원순환 기반 마련을 위한 지역단위 평가 시스템을 구축안을 마련하고, 플랫폼의 시범운영을 통해 이해관계자의 활용성을 향상해야 하며, 자원순환 정보의 디지털화와 미래 시뮬레이션을 통해 체계적인 관리가 가능하도록 전략 구성이 필요함
□ 연구 목적
ㅇ 폐기물 적정처리 및 지역 내 처리원칙 등 국내외 이슈에 대응하기 위한 자원순환 평가 시스템 개발(안)을 마련함
ㅇ 녹색전환(그린인프라, 주민친화형 폐기물처리시설)을 위한 전략을 마련함
Ⅱ. 지역단위 폐기물 처리역량 제고 및 자원순환 지속가능성 지표 검토
□ 지자체별 폐기물 부적정 처리 추진내용 및 주요 이슈
ㅇ 인천, 영천을 비롯한 8개 사례를 정리하여 현황을 파악함
ㅇ 지자체, 정부부처 대응(집중단속, 감시단 운영, 순찰 등) 현황 파악
□ 불법폐기물 처리·후속조치 경과 및 환경부 업무 추진 동향
ㅇ 불법 투기 폐기물 발생 예방대책 추진 경과 확인과 감시 사각지대 해소 방안 검토
ㅇ 불법폐기물 합동점검 추진 경과 및 시사점 검토
ㅇ 방치폐기물 처리이행 보증금 제도의 개선을 통해 보증용량을 허용보관량의 2배까지 증량하고, 보증보험 또한 연 단위 갱신 및 초과보관량 보증 추가와 범위 상향 등의 조치를 진행함
□ 주민 편익 시설 관련 수용 사례
ㅇ 구리 자원회수시설, 판교 환경 에너지 시설 등 국내 사례 및 바르셀로나, 대만 등 국외사례에 대한 조사 및 결과를 분석함
□ 주민지원, 갈등 대응 사례 및 시사점
ㅇ 「공공폐자원관리시설법」 등 국가단위 대응사례와 지자체 폐기물 처리시설 공론화 사례 등 지자체 단위의 대응사례에 대한 분석을 수행함
ㅇ 이러한 사례들을 바탕으로 폐기물 처리시설 갈등조정 및 기능강화를 위한 프로세스를 추가로 구성하여 운영할 필요 시사
ㅇ 입지선정 계획단계에서 인근 주민은 물론 시민대상 여론조사 등의 수행 프로세스 포함, 위원회 구성 시 시민 참여단의 구성과 참여 확대, 타당성 조사 등의 결과에 대한 주민설명회 개최, 현장 및 유사사례에 대한 답사 등 방향을 제시함
ㅇ 주민 찬반토론회와 투표 등을 통해 의견을 모으고, 수혜지역에 대한 기금마련 및 지원방안 등을 논의함으로써 마찰 최소화
□ 지역단위 자원순환 지속가능성 요소 및 내용 검토
ㅇ 일본(폐기물 처리시스템 지속가능성 평가기법 및 개선전략 연구), EU(Waste to Energy 2050, Best Environmental Management Practice)의 지속가능성 평가 관련 사례에 대한 분석을 수행함
ㅇ 국내에 적용 가능한 지표 도출 및 전문가 의견수렴을 통해 내용을 검토함
Ⅲ. 지역별 처리능력 수준 및 향후 전망
□ 지역별 폐기물 발생 현황 및 처리시설 기초자료 분석
ㅇ 국내 시도 단위의 폐기물 발생량 및 처리시설 현황을 바탕으로 각 시도별 발생량 전망을 추정하고, 이를 처리시설 용량과 비교하여 분석함
ㅇ 8년간의 변화량을 시도 단위까지 구성하고 2025년, 2030년, 2040년, 2050년의 전망치를 산정함
ㅇ 도출한 결과를 바탕으로 현 시점에서 각 지역별로 폐기물 처리시설의 처리능력과 발생량 간의 비교를 통해, 향후 폐기물 처리기반의 확충이 필요한 지역 등 폐기물 처리능력 확대를 위한 기반 조성 기초자료 및 관련 정책 수립에 활용이 가능함
□ 권역별 폐기물 발생량 현황 및 분석
ㅇ (전체) 각 권역별 전체 폐기물 발생량 및 향후 전망치는 충청권이 연간 변화율 4.16%로 가장 큰 증가세를 보이고 있으며, 수도권이 3.28%로 그 뒤를 이음. 반면 호남권은 -0.73%로 감소하는 경향을 확인함
ㅇ 향후 전망치는 2018년 대비 2050년까지 매년 약 1.23%씩 증가하여 2050년까지 호남권이 약 72.99%로 가장 큰 증가율을 보이고, 충청권은 49.9%로 가장 낮은 증가율을 보이는 것으로 확인됨
ㅇ (생활폐기물) 충청권이 연간 변화율 3.4%로 가장 큰 증가세를 보이며, 호남권이 2.43%로 뒤를 이었고, 강원권이 1.15%로 가장 낮은 증가율을 보임
ㅇ 향후 전망치는 2018년 대비 2050년까지 충청권이 82.14%로 높은 증가율을 보이고, 강원권은 30.36%로 가장 낮은 증가율을 보이는 것을 확인함
ㅇ (1인당 생활폐기물) 호남권이 연간 변화율 2.35%로 가장 큰 증가세를 보이며, 영남권이 1.28%로 뒤를 이었으며, 강원권이 0.60%로 가장 낮은 증가율을 보임
ㅇ 향후 전망치에서는 2018년 대비 2050년까지 호남권이 100.51%의 높은 증가율을 보이며, 강원권은 17.92%로 가장 낮은 증가율을 보이는 것을 확인함
□ 시도별 폐기물 발생량 현황 및 전망
ㅇ 전반적으로 대부분 지역에서 증가추세가 확인되며, 강원, 대전, 울산, 전북 지역은 발생량 증가 변동폭이 크지 않은 것으로 확인되었으며, 경북, 전남 지역에서는 감소경향을 확인함
ㅇ (전체) 합계는 2011년 32만 3,312톤/일에서 매년 증가하는 경향을 보이며 2018년에는 43만 713톤/일로 증가하여, 연간 변화율 평균값으로 볼 때 충남이 4.76%로 가장 큰 증가율을 보이며, 인천이 4.00%, 경기도가 3.89%의 증가율을 보임
ㅇ 반면 전남의 경우 연평균 2.20%로 감소하고 있으며, 경북 또한 1.14% 감소함
ㅇ 세종시는 2012년부터 자료 집계를 시작했으나, 도시의 개발 및 인구 유입에 따라 급작스럽게 변화하는 경향이 확인되어 연간 변화율을 산정한 값에 의미를 둘 수 없다고 판단됨
ㅇ (생활폐기물) 합계는 2011년 4만 942톤/일에서 매년 증가하여 2018년에는 4만 6,749톤/일로 증가함
ㅇ 연간 변화율 평균값으로 볼 때 제주가 5.39%로 가장 큰 증가율을 보이며, 울산이 3.80%, 전북이 2.91%로 그 뒤를 잇고, 광주는 연평균 1.14%로 감소함
ㅇ (1인당 생활폐기물) 2018년 기준 평균 0.98kg/일로, 2011년 0.86kg/일에서 매년 증가함
ㅇ 연간 변화율 평균값으로 볼 때 울산이 3.61%로 가장 큰 증가율을 보이며, 대구가 3.34%, 전북이 3.03%의 증가율을 보임
ㅇ 광주의 경우 약 0.67%의 감소율을 보이고 있으며, 인천이 0.5% 감소함
□ 시도별 폐기물 처리시설 용량 비교
ㅇ 지자체의 폐기물 소각시설 용량이 발생량을 충분히 수용하고 있으며, 서울과 경기도를 비롯한 수도권 및 경남지역에서는 일부 여유가 확인됨
ㅇ 호남권 중 광주의 경우는 소각시설이 부족한 것으로 확인되나, 권역 내의 처리시설을 이용한다면 가까스로 발생량을 수용할 수 있을 것으로 확인됨
□ 주요 시사점
ㅇ 권역 단위의 분석에서 전반적인 추세를 바탕으로 발생량 등을 예측하고 분석하는 것은 어렵지 않으나, 시군구 단위로 분석하는 과정에서 나온 상세한 이슈는 확인이 불가능함
ㅇ 지역단위로 세분화한 데이터를 기준으로 분석하여 이슈를 도출한다면, 상세한 이슈분석이 가능할 뿐만 아니라 정부 및 지자체 단위의 정책 수립에도 매우 유용할 것으로 판단됨
ㅇ 신도시 개발, 이주, 관광 등에 따른 폐기물 발생량 정보 등 추가 자료의 활용이 요구됨
ㅇ 효과적인 분석을 위해서 위치기반의 데이터를 정밀하게 구성하고 폐기물 관련 데이터 이외에도 인구정보, 구역정보, 유동인구 현황 등 직간접적인 추가자료의 구성을 병행한다면, 지역단위 자료의 분석 정밀도를 높이고 이슈의 명쾌한 해석이 가능할 것으로 기대됨
Ⅳ. 자원순환 지속가능성 평가 시스템 구축안 검토
□ 자원순환 평가 시스템 구축 개요
ㅇ 폐기물 발생 및 처리현황을 비롯한 국내 폐기물 발생량 정보와 지역별 인구밀도, 지역용도 등 GIS 정보를 기반으로 하는 지역단위 기준 자원순환 시스템 구축안을 마련함
ㅇ 데이터 기반구조 설계를 위한 공간 DBMS 구성 및 관리 체계를 구축하기 위한 데이터 테이블 설계 및 ER 다이어그램 구성을 하였으며, 이를 바탕으로 시스템을 구성하였음. 상세한 시스템 구성 목적과 각 모듈별 활용 방향은 별도로 기술하였으며, 이에 대한 스토리보드를 구성하여 현재 구현 가능한 범위에서 시범 시스템 구성을 진행함
□ 공간 DBMS를 이용한 데이터베이스 관리 방안
ㅇ 지속적으로 구축 및 갱신되는 자원순환 정보를 저장 및 관리할 수 있는 구성을 통해 기본적인 공간분석 기능뿐만 아니라, 추가로 공간상관분석, 핫스팟 분석 등 다양한 공간분석 기능의 제공이 가능하며, 통계, 확률뿐만 아니라 최근 이슈화되는 AI 분석 기법의 적용이 가능할 것으로 판단됨
□ 자원순환 디지털 정보 시스템 구성 방향(안)
ㅇ 자원순환 디지털 정보 시스템은 폐기물의 발생, 수거, 재활용, 처리 등 전 과정에 걸쳐 분석한 현황을 바탕으로 각 단계에 따라 발생억제 및 예방, 수거효율 증진, 재활용률 향상, 발생지 처리 강화 등 다각도의 처리효율 향상을 목적으로 함
ㅇ 주요 모듈은 1) 폐기물 관련 데이터 및 자료관리 모듈, 2) 지역단위 현황 통계 제공 및 분석 모듈, 3) 폐기물 수거경로 분석 및 수거시스템 모니터링 모듈, 4) 통계분석 및 리포팅 모듈, 5) 발생량 변화에 따른 예측·전망 모듈로 구성
ㅇ (폐기물 관련 데이터 및 자료수집 모듈) 매년 발간되는 정부승인 통계들을 기준으로 데이터베이스를 구성하는 것이 주요 역할
ㅇ (폐기물 관련 데이터 및 자료관리 모듈과 지역단위 현황 통계 제공 및 분석 모듈) 전국 시도, 시군구 단위를 중심으로 폐기물 통계, 공공 및 민간 시설통계, 각 시설 위치, 수거 및 배차현황 등의 정보를 시각화하여 보여주는 것이 주요 역할
ㅇ (폐기물 수거경로 분석 및 수거시스템 모니터링 모듈) 각 시군구 단위의 자료를 상세하게 모니터링함으로써 일반시민의 신고 접수 등을 통한 불법폐기물의 발생 예방, 폐기물 수거경로 최적화, 대량폐기물 등 이상 감지 및 알림 등의 기능을 중심으로 구성
ㅇ (통계분석 및 리포팅 모듈) 누적된 데이터베이스와 지표형 통계 등을 바탕으로 구성된 분석기법을 적용하여 일, 주, 월, 분기, 반기, 연 단위 등의 통계자료부터 향후 예측치 추정 등 2차 데이터를 다양한 형태의 그래프 등을 통하여 시각화하고, 각 시각화 자료들을 바탕으로 설정된 포맷에 따라 리포트를 구성하는 것이 주요 역할
ㅇ 현재 구성된 시범페이지는 http://negga.iptime.org:13000/kei_env에 구현함
ㅇ 전년도 보고서1)에 구현한 GIS 기반 매립과 소각 처리시설 정보 및 처리흐름(Chord Diagram)을 모두 포함한 형태
ㅇ (데이터 구현) 제주 노형동, 조천읍, 도두동 3개 지역을 대상으로 A사에서 운영 중인 폐기물 수거장비(제주도, 3개소, 24시간 가동)의 1년간 수집 자료 총 5만 1,840건(2020.8~2021.7)을 활용하였으며, 일별로 수집한 데이터를 월, 주, 일 단위로 분할 및 정제하여 활용함
ㅇ (노형동) 아파트, 원룸 등 주거인구가 밀집한 이 지역의 경우, 주민들이 출근 시간을 전후로 폐기물을 배출하며, 퇴근 후 저녁식사 이후 시간대에 다시 폐기물 배출량이 증가하는 것으로 확인됨
ㅇ (조천읍) 유동인구에 따른 폐기물 수거량 변화의 관측을 목적으로 하였으나, 연구기간에 COVID-19 전염병 발생예방 등에 따른 집합제한 조치에 따른 인구유동 제한으로 인하여 유의미한 자료 취득이 어려운 것으로 확인됨
ㅇ (도두동) 향토음식을 판매하는 음식점과 관광지 등이 밀집한 이 지역의 경우, 영업 중 브레이크타임 또는 마감시간에 폐기물을 처리하므로 폐기물 배출량이 변화하는 것으로 보임
Ⅴ. 자원순환 분야 녹색전환을 위한 전략 마련
□ 녹색전환을 위한 전략 마련 구성 개요
ㅇ 자원순환 전 주기 통계자료를 바탕으로 시스템을 구성하고 활용방안을 모색하며 이들을 바탕으로 녹색전환을 위한 정책화 방향의 구체적 구성을 위해 관련 이해관계자 및 전문가 의견을 수렴함
□ 이해관계자 포럼 및 의견조사
ㅇ 자원순환 디지털 정보 시스템 지표 구성 세미나, 지자체 및 공단 전문가 자문회의, 스마트 폐기물 수거 모니터링 및 선별 시스템에 관한 회의를 진행함
□ 지역기반 자원순환 디지털 정보 시스템 구축을 위한 방안
ㅇ 환경 빅데이터 플랫폼, 환경통계포털 등 국내 주요 사례에 대한 장단점을 분석함
ㅇ 프랑스의 Sinoe, 영국의 WasteDataFlow 등 국외 자원순환 관련 시스템 운영 및 데이터 제공 형태 분석함
ㅇ 사례 및 전문가 의견, 데이터 등을 종합적으로 살펴볼 때, 현재 자원순환 및 폐기물 관련 데이터를 제공하는 시스템의 부족 부분을 보완하고 타 시스템의 데이터 및 분석도구와 연계가 가능하도록 허브로서의 기능을 포함하는 자원순환 시스템 구성이 바람직함
ㅇ 실제 구성을 위한 구축안을 <그림 1>과 같이 구성하였으며, 유사 시스템과의 연결관계 구성을 통한 단점 보완 및 장점 강화 요소를 포함하였음
□ 녹색전환을 위한 정책화 매트릭스 구성
ㅇ Interreg 유럽 프로그램에서 자금을 지원받은 유럽의 프로젝트 WINPOL(Waste Management Intelligent Systems and Policies)을 바탕으로 도시폐기물 관리에서 지능형 장비와 정책 사용을 검토함
ㅇ 가로축은 도시폐기물 관리의 전 주기적 관점과 녹색전환 요소를 바탕으로 각각 발생부터 처리에 이르는 전 단계와 탄소중립, 순환경제, 사회적 비용, 주민상생으로 구분되고 세로축은 가능한 사례를 중심으로 구성한 매트릭스를 포함
Ⅵ. 결론 및 제언
□ 폐기물 데이터 축적을 위한 기준 마련 및 신뢰성 검증
ㅇ 자원순환 디지털 정보 시스템의 구성을 위해서는 폐기물의 발생부터 이동, 처리 과정의 전 주기적인 데이터에 대한 실시간 자료 축적이 필수적임
□ 시스템 활용성 제고를 위한 각종 계획 및 이용 대상 확대
ㅇ 자원순환 디지털 정보 시스템의 구성을 바탕으로 국가 단위의 자원순환 계획 및 지자체 단위의 도시계획, 시설 확충계획 등을 유기적으로 연계하여 효율성을 극대화
□ 디지털 기반 종량제의 도입을 위한 개선사항
ㅇ 디지털 기반의 폐기물 배출 시스템을 완성하기 위해서는 중량 기준의 종량제로 전환이 필요함
□ 정부 사업 및 R&D와의 연계 전략 마련 필요
ㅇ 범부처에서 추진하고 있는 디지털 기반 탄소중립도시 사업(사업기간 2023년부터 약 7년), 환경부에서 기획하는 자원순환 탄소중립 순환경제 기술개발사업(사업기간 2024~2030년)과의 연계하여 전략을 마련할 필요가 있음
□ 자원순환 지속가능성 확보를 위한 디지털 플랫폼 구축 로드맵 필요
ㅇ 자원순환 지속가능성 지표 요소 및 지표를 개발하기 위해서는 폐기물 처리 전 과정에 걸쳐 단계적인 통계자료의 확보가 필요하며, 자원순환 디지털 플랫폼 구축 로드맵을 통해 저탄소형 자원처리 및 관리의 도모가 가능함
□ 폐기물관리의 녹색전환을 위한 법적 고려사항
ㅇ 올바로 시스템의 데이터를 공개하기 위해서는 해당 데이터가 기업정보가 아닌 행정정보라는 확고한 법률적 근거가 있어야 하며 공개 방법 등에 대한 절차가 필요함
ㅇ 공공폐자원관리시설 설치 시 공단 채권형, 공단 펀드형, 공단 출자법인의 지분 참여형의 특징을 감안하여 주민투자금의 효율적인 운영을 도모할 필요가 있음
ㅇ 「폐기물관리법」 시행규칙의 직매립 금지 시기의 적절성을 재검토함과 동시에 소각시설 신·증설을 촉진을 도모할 수 있는 매립지 반입금지 세부규정을 마련할 필요가 있음
ㅇ 「자원순환기본법」 시행규칙의 폐기물처분분담금 징수교부금 교부율의 차등화를 통해 매립이나 소각 처분량을 줄인 지자체에 대해 지원을 확대하고, 재활용 처리로의 전환을 도모할 수 있음
□ 폐기물 적정처리 및 불법폐기물 발생 예방을 위한 산업단지 폐기물처리시설 설치 기준 개선 필요
ㅇ 「폐기물처리시설 설치촉진 및 주변지역지원 등에 관한 법률」의 산업단지 매립시설 설치 의무화 기준을 개정을 통해 매립시설이 들어설 자리에 소각시설이나 재활용시설을 대체하여 설치할 수 있도록 함으로써 산업단지 내의 폐기물을 재활용으로 유도하고 매립을 줄일 수 있는 방안이 될 수 있음

9폐기물처리시설의 적정성 평가를 위한 환경평가 고도화 연구

저자 : 안준영 , 지민규 , 유재진

발행기관 : 한국환경연구원 간행물 : 기본연구보고서 2021권 0호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-280 (280 pages)

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Ⅰ. 연구의 배경
□ 국내 폐기물 불법처리 및 폐기물처리시설 부족 문제가 지속적으로 나타나면서 환경영향평가의 기능과 역할의 중요성이 점점 커지고 있음. 특히 친환경적 자원순환 항목의 환경영향평가는 개발 공사 및 시설 운영 시 발생하는 다량의 폐기물에 대하여 발생지 처리 원칙에 기반한 근거리 처리를 강화할 수 있고, 지역 간 균형을 고려한 폐기물처리시설의 신설 및 증설 계획 수립을 유도할 수 있음.
□ 이를 위해서는 환경영향평가 시 친환경적 자원순환 항목에서는 지역별 폐기물 처리 역량, 폐기물처리시설 용량, 폐기물 연계처리 여부 등을 종합적으로 고려하여 폐기물 처리시설의 적정성 평가가 이루어져야 함. 그러나 지금까지 친환경적 자원순환 항목에서는 폐기물 발생량을 산정하여 영향예측으로 제시하고, 「폐기물관리법」 등이 규정한 폐기물 처리 방법을 주요 저감 방안으로 제시할 뿐 폐기물처리시설의 적정성을 판단할 수 있는 기준과 근거에 기반한 평가는 이루지지 못하고 있음.
Ⅱ. 연구의 목적 및 내용
□ 이에 본 연구에서는 친환경적 자원순환 항목의 환경영향평가를 개선하고자 폐기물처리시설의 적정성 평가 기법을 개발하고 이를 고도화하고자 폐기물처리시설의 적정성 평가 판단 기준 및 근거를 마련하여 폐기물처리시설의 적정성 의사결정모델 및 판단 프로세스를 구축함. 또한 17개 광역지자체 및 226개 기초지자체에 대한 폐기물처리시설의 적정성 평가를 자동화하기 위해 판단 프로세스를 프로그래밍하여 QGIS 기반 '폐기물처리시설의 적정성 평가를 위한 데이터 정보화 플랫폼'을 구축함.
□ 본 연구를 통해 개발한 '폐기물처리시설 적정성 평가를 위한 데이터 정보화 플랫폼' 분석 결과(부록 I, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 참조)를 활용하면 지역별 폐기물 처리 역량, 폐기물처리시설 용량, 폐기물 연계처리 여부 등을 종합적으로 고려하여 폐기물 처리 계획을 수립할 수 있을 것으로 기대함. 이는 환경영향평가 단계에서 폐기물처리시설의 지역 간 불균형에 따른 특정 지역으로의 폐기물 처리부하 가중과 그로 인한 환경적 영향을 선제적으로 저감할 수 있음을 의미함.
□ 더 나아가 본 연구에서는 민간 또는 공공 폐기물처리시설 계획의 수립자 및 환경영향평가 이해관계자가 폐기물처리시설 계획 단계에서 지역별 균형을 고려하여 폐기물처리시설의 입지 지역의 타당성을 분석할 수 있도록 '폐기물처리시설 적정성 평가를 위한 데이터 정보화 플랫폼'과 '공간 정보(ArcGIS)를 활용한 폐기물처리시설 위치 기반 운송시간-거리 정보'에 관한 통합연구를 수행함. 지금까지 폐기물처리시설의 적정성 평가를 위한 기법이나 모델 등이 제시되지 않았기 때문에 본 연구 결과의 학술적 확장 가능성과 의미는 상당히 클 것으로 판단됨.
□ 본 연구는 2차 연도로 계획되어 있고, 해당 연구는 1차 연도 연구로서 최종 연구 결과물은 논문 등으로 발표될 예정임. 본 연구에서 개발한 평가 기법 및 데이터 정보화 모델의 실효성을 제고하기 위해서는 먼저 환경영향평가 작정 규정 개선, 법률 개정을 통해 폐기물처리시설을 최적화하는 전략 수립, 국가 통계 데이터의 실효성을 제고하는 방안 마련이 필요하다고 판단됨.

10시민 인식의 녹색 전환을 위한 환경 리터러시 진단 및 강화 방안

저자 : 염정윤 , 김남수 , 정행운 , 정우현

발행기관 : 한국환경연구원 간행물 : 기본연구보고서 2021권 0호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-195 (195 pages)

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Ⅰ. 서 론
1. 연구의 필요성 및 목적
□ 환경 정책이 성공적으로 정책 목표를 달성하기 위해서는 정책 이해와 필요성에 대한 범국민적 공감대가 필수
□ 한국환경연구원에서 발간한 '2020 국민환경의식조사'에 따르면, 환경문제가 중요하기는 하지만 자신이 직접적 피해를 받는 주체라고 체감하지 못함
ㅇ 주로 실천하는 친환경 행동 중 자발적인 실천은 상대적으로 낮게 나타남
ㅇ 친환경 행동 실천을 위해서는 환경에 대한 고려가 내재화되고 습관화되어야 함
□ 사람들의 인식에 영향을 주기 위해 우선적으로 고려할 수 있는 방법은 교육
ㅇ 우리나라 환경교육은 환경교육 학령기 아동과 청소년을 중심으로 구성됨
ㅇ 지금 당장 환경문제에 영향을 미치고 실질적으로 환경적 실천을 해야 하는 성인의 대다수는 성인이 된 이후에 충분한 교육 기회를 접하지 못한 환경교육의 소외계층
□ 환경교육 목표로서의 환경 리터러시
ㅇ 환경교육의 중요성을 강조하고 있지만 실질적으로 교육의 효과를 확인할 수 있는 객관적이고 구체적인 지표가 부재함
ㅇ 환경교육의 목표를 환경 리터러시의 증대로 설정하고 이를 측정할 지표 개발이 필요
2. 연구의 범위
□ 환경 리터러시 개념 정리 및 성인 대상의 측정 도구 개발
□ 일반 시민의 환경 리터러시 수준 측정
□ 환경 리터러시의 예측 요인과 결과 요인 확인
□ 군집 분석을 통한 시민 유형 파악
Ⅱ. 성인 환경교육과 환경 리터러시
1. 성인교육
□ OECD 2005년 프로젝트 보고서인 'The Role of National Qualification Systems in Promoting Lifelong Learning'에서는 교육 형식을 형식(formal), 비형식(non-formal), 무형식(informal) 교육으로 구분
ㅇ 형식 교육은 교육기관이나 훈련기관, 직장 내의 교육 등으로 학위나 자격증 등의 형태로 사회적인 인증을 받을 수 있는 학습
ㅇ 비형식 교육은 프로그램을 통한 학습이지만 공식적 평가나 인증이 없는 학습으로 주로 평생교육원이나 사설 교육기관, 문화센터 등에서 이루어지는 교육
ㅇ 무형식 교육은 가사활동, 여가활동, 직업활동 등 일상적인 활동을 통해 이루어지는 학습
□ 2020년 기준 국내에서는 42.1%에 달하는 성인 평생학습 참여율 중 비형식 교육에 참여한 경우가 41.3%로, 전체 교육 참여의 약 98%가 비형식 교육으로 이루어짐
2. 환경 리터러시
□ 북미환경교육협회(NAAEE)는 환경 소양을 설명하고 측정하기 위한 틀(framework for assessing environmental literacy)을 제안
ㅇ 환경 쟁점에 대한 개념적 이해, 문제 해결과 비판적 사고 기능, 환경과 자연에 대한 견해, 개인적/사회적 영역에서 친환경 행동으로 구성
ㅇ 핵심은 실질적인 문제를 해결하는 역량이며, 역량과 영향을 주고받는 요소로 지식과 태도가 연결됨
□ 김찬국 외(2019)는 환경교육 프로그램의 중요한 목적이 환경 소양을 갖추도록 하는 것이라고 전제하고, 환경 소양을 종합적으로 측정하고자 시도함
ㅇ NAAEE의 틀을 재구성하여, 크게 환경 지식, 환경 정서, 환경 실천으로 요소들을 범주화하고, 각 영역을 개인적 측면과 사회적 측면을 나누어 강조
Ⅲ. 성인을 위한 환경 리터러시
1. 인식 조사
□ 환경교육의 수요자인 일반 시민의 환경교육에 대한 인식을 확인해 보기 위해 일반인을 대상으로 설문조사를 실시
ㅇ 조사기관 엠브레인퍼블릭을 통해 2021년 5월 31일부터 6월 5일까지 6일간 실시
ㅇ 환경교육에 대한 전반적인 인식과 교육 수요를 확인하는 일반 설문조사와 연령대별 환경교육 주제와 필요한 환경 리터러시의 중요도를 확인하는 AHP(Analytic Hierarchy Process) 조사 진행
□ 일반 성인들은 교육 주제 차원에서는 생활환경, 환경 리터러시 차원에서는 환경 실천의 중요성을 높게 판단
□ 상호작용 실천은 일반인과 전문가 모두 중요성을 가장 낮게 평가
ㅇ 현실적으로 형식보다는 비형식이나 무형식 교육 방식을 활용해야 하는 성인들에게는 상호작용 실천이 중요한 교육 전략으로 활용되어야 함
2. 성인을 위한 환경 리터러시 측정 도구 개발
□ 국내외 학술 데이터베이스, 구글 스콜라 등에서 '환경 리터러시', '환경 소양', 'environment literacy' 등의 검색 키워드를 활용하여 검색한 결과 환경 리터러시 측정 도구를 포함한 연구 및 설문조사 22건을 추출
ㅇ 측정 문항이 보고되지 않거나 동료 검증을 거치지 않은 학위 논문, 주관기관이 불분명한 설문조사 등을 제외한 13건의 연구를 기초 자료로 활용
□ 13건의 연구에 제시된 환경 리터러시 측정 문항 459개 내용 분석
ㅇ 인지 수준을 확인하는 문항(41.2%)이 가장 많고, 실천(33.7%), 정서(25.1%) 순
ㅇ 연구의 개념에 맞게 문항들을 분류하고 연구진 회의를 거쳐 초안 구성
□ 외부 자문위원 검토와 100명 규모의 온라인 설문조사를 통해 초안 수정
ㅇ 환경 지식 영역의 경우 정답률이 95%를 초과하거나 30%에 미달하는 경우 해당 문항 삭제
ㅇ 환경 정서와 환경 실천 영역의 경우 문항 간 신뢰도 분석을 진행하여 크론바흐 알파값이 0.7 이하인 문항 삭제
ㅇ 환경 지식 33문항, 환경 정서 22문항, 환경 실천 32문항으로 최종 설문지 확정
Ⅳ. 환경 리터러시 진단 및 강화 방안
1. 조사 개요
□ 전문 조사기관 엠브레인퍼블릭을 통해 2021년 9월 10일(금)~9월 16일(목)까지 전국 20~60세 이상 성인남녀 1,000명을 대상으로 온라인 설문조사 진행
ㅇ 표본 추출은 성별, 연령별, 지역별 할당 표본 추출 방식 사용
2. 설문의 구성
□ 성인용 환경 리터러시 측정 도구는 지식, 정서, 실천 영역을 포함하며, 현재 우리나라 성인의 전반적인 환경 능력을 진단하는 것을 목적으로 함
□ 설문은 ① 개인 특성 ② 환경 리터러시 ③ 환경 정책 의견 등 세 부분으로 구성
ㅇ 개인 특성에는 성별, 연령, 학력, 소득 등 인구통계학적 특성과 정보 습득 경로, 문화적 세계관, 환경 행동 동기, 주관적 지식 등 행동·심리적 특성을 포함
3. 연구 결과
□ 환경 리터러시 수준을 기준으로 군집 분석을 시행
ㅇ 본 연구에서는 K-평균 군집 분석 방법을 활용하여, 다섯 개 군집으로 설정
□ 군집은 행동 중심 군집(action-oriented cluster), 잠재 군집(latent cluster), 회의주의 군집(skeptical cluster), 무관심 군집(bystander cluster), 녹색 시민 군집(green citizen cluster)으로 구분
ㅇ 행동 중심 군집은 지식 리터러시는 낮지만, 정서와 실천 리터러시는 높은 유형(전체 응답자 중 8.8%)
- 정서 리터러시 중에서도 환경 효능감이 높게 나타나는데, 자신의 노력으로 환경문제를 개선할 수 있다는 믿음이 실천으로 이어진다고 생각해 볼 수 있음
- 지식 리터러시는 낮지만, 자신의 환경 지식수준에 대한 평가인 주관적 지식은 높게 나타나 본인들의 능력에 대해 자신감과 신념을 지니고 있음
- 평균 연령이 51.3세로 높고 저학력 비중이 가장 높음(고졸 이하 31.8%)
ㅇ 잠재 군집은 모든 리터러시 영역이 중간 수준인 유형(전체 응답자 중 23.3%)
- 친환경적 또는 반환경적 가치관이 확립되지 않은 부동층(浮動層)
- 일정 수준 이상의 환경 리터러시를 가지고 있지만 지속적인 실천은 나타나지 않음
- 실천 리터러시가 중간 이상이어서 상황이나 분야에 따라 타 군집(예를 들어, 회의주의 군집이나 무관심 군집)에 비해 친환경적 행동이 높게 나타날 수 있음
- 여성의 비율(60.5%)이 남성의 비율(39.5%)보다 높고, 평균 연령은 47.10세
- 주부와 단순 노무직 종사자의 비중이 타 군집에 비해 높음
ㅇ 회의주의 군집은 지식 리터러시는 높지만, 정서 리터러시는 중간, 실천 리터러시는 낮은 유형(전체 응답자 중 26.9%)
- 지식 리터러시 수준은 높지만, 정서 리터러시의 영역 중 환경 효능감이 낮게 나타남
ㆍ환경 효능감은 환경문제의 해결책을 파악하여 실천할 수 있는 능력에 대한 믿음과 이러한 실천이 실제 환경문제 개선에 도움을 줄 것이라는 믿음
- 고학력층 비중이 가장 높고(대졸 이상 75.8%) 고소득층 비중도 높은 편(가구소득 500만 원 이상 45.7%)
- 직업적 특성으로는 학생이나 전문기술직의 비중이 높음
- 토의나 토론, 강의 형식의 환경교육 방법을 선호하며 미디어(보도/비보도 모두 포함)를 통한 환경 정보 이용 비중이 다른 군집에 비해 높게 나타남
ㅇ 무관심 군집은 모든 리터러시 영역이 낮은 유형(전체 응답자 중 14.4%)
- 환경 인식이 낮을 뿐 아니라 때로는 환경에 대해 부정적인 시각을 드러내는 집단
- 자연을 예측 불가능한 대상으로 보고, 행위 결과는 우연이라고 보는 운명주의가 강함
ㆍ따라서 개인이나 집단의 노력으로 위험을 막을 수 없다고 생각
- 남성의 비율(68.8%)이 여성의 비율(31.3%)보다 높고 평균 연령이 가장 낮음
- 다른 군집에 비해 저소득 비중(가구소득 200만 원 이하 32.6%)이 높고, 미혼(50.0%) 또는 자녀가 없는 응답자(51.4%)의 비중이 높음
ㅇ 녹색 시민 군집은 모든 리터러시 영역이 높은 유형(전체 응답자 중 26.6%)
- 지식과 정서, 실천이 모두 갖추어진 환경적으로 가장 이상적인 집단
- 상대적으로 고학력자 비중이 높고, 경영/관리직이나 전문직 종사자 비중이 높음
- 환경 행동의 동기 중 환경의 유지와 보존 그 자체가 환경 행동의 동기가 되는 생태 동기가 가장 높은 군집
- 정보 능력이 가장 높고 모든 출처의 정보를 골고루 이용
4. 군집별 환경 리터러시 강화 방안
□ 행동 중심 군집
ㅇ 다소 부정확한 지식을 갖고 있지만 스스로는 환경에 대해 잘 알고 있다고 평가하므로 잘못 알고 있는 지식을 바로잡아 정확한 실천이 이루어지도록 유도
ㅇ 평균 연령과 저학력 비중이 높아 직관적이고 이해가 쉬운 형태로 정보 가공 필요
ㅇ 환경 캠페인, 환경 활동 참여를 선호하며 지역 커뮤니티를 통해 정보를 얻는 비중이 높아 주민센터나 복지관과 같은 지역 기반 거점에서 환경 캠페인 참여 유도 추천
□ 잠재 군집
ㅇ 일정 수준의 지식과 정서를 갖추고 있어서 적절한 개입(intervention)을 통해 정서 리터러시를 증대하면 실천 역시 증가할 것이라 기대할 수 있음
ㅇ Grunig는 이러한 집단을 활동적으로 변화시키기 위한 주요 요인으로 관여도 제시
- 관여도를 높이기 위해서는 대상과의 심리적 거리감을 줄이고, 환경문제 실재감(tangibility)을 높여 주어야 함
ㆍ예를 들어, 여성과 주부의 비중이 높아 환경문제가 당신 자녀들이 직면하게 될 문제라는 등의 메시지를 전달하면 관여도가 증가
ㅇ 기본적으로 미디어를 통한 환경 정보 이용이 높으므로 정서 수준을 증대할 수 있는 미디어 콘텐츠의 개발 추천
- 현재로서는 환경 콘텐츠를 적극적으로 이용할 가능성이 낮아 PPL이나 교육적 오락물 등의 콘텐츠를 통해 환경 주제에 간접적인 노출 필요
ㅇ 주부 비중이 높아 자녀와 함께하는 체험, 견학을 제공하면 효과적일 것으로 예상
□ 회의주의 군집
ㅇ 사회구조적 한계 인식으로 지식 리터러시는 높으나 실천으로 이어지지 않는 집단
ㅇ 사회 환경적인 제약을 극복할 수 있도록 자신감을 주는 메시지 전달이 중요
- 개인이나 집단의 노력을 통해 환경문제를 개선한 사례나 환경 행동의 효과를 수치화하여 제시하면 효과적일 수 있음
ㅇ 교육 수준과 소득이 높고 학생과 전문기술직의 비중이 높아 의견 선도자로서 활약할 확률이 크므로 환경 분야의 전도사(evangelist)로 성장할 가능성이 있음
- 직장 단위의 환경 주제 워크숍이나 세미나 등을 추진하는 것을 제안
□ 무관심 군집
ㅇ 정서 리터러시를 시작으로 전반적인 환경 리터러시 수준 개선을 유도해야 함
ㅇ 정형적인 환경교육에는 참여하지 않을 가능성이 높아 부산물로서 환경학습의 효과를 낼 수 있는 접근 방법 구상 필요
ㅇ 연령이 낮고 미혼 비율이 높은 집단으로 체험이나 견학 활동을 선호하기 때문에 문화나 레저 등을 동반한 프로그램이 유효할 것으로 기대함
- 플로깅(plogging), SNS 챌린지 등 문화 트렌드를 만들어 환경이 아닌 문화 활동으로의 참여 유도
□ 녹색 시민 군집
ㅇ 추가적인 교육보다는 환경 관련 준전문가로서의 활용을 고민해야 하는 집단
ㅇ 지역 내 환경문제에 직접 관여하는 관찰·조사를 선호하기 때문에 민간 환경 전문가나 시민 과학자로의 양성을 고려해 볼 수 있음
Ⅴ. 결론 및 함의
1. 연구 결과의 종합
□ 일반 시민의 환경 리터러시 수준을 확인
ㅇ 지식 리터러시 평균은 5.20, 정서 평균은 5.13, 실천 평균은 4.34(각 영역 7점 만점)로 우리나라 시민의 전반적인 환경 리터러시 수준은 높은 편
ㅇ 성인 집단 내에서도 환경 수준에 따라 다양한 군집이 존재하는 것을 확인
- 사회적으로 유사한 집단(예를 들어, 나이, 직업 등) 내에서도 환경 수준 격차 존재
- 시민 군집별 환경 인식 및 환경 정책에 대한 의견 차이가 있음을 확인
ㆍ환경 리터러시 수준의 차이는 개인 간의 환경 능력의 차이일 뿐 아니라 환경을 바라보는 시각이나 환경 정책에 대한 의견에 영향을 미침
2. 연구의 의의
□ 성인 대상 환경교육의 방향성과 환경 정책 수립을 위한 기초 자료 제공
- 성인의 환경 실천을 증대하기 위해서는 정서 리터러시의 강화가 중요
- 성인 세대의 교육 효과를 높이기 위해서는 무형식 교육의 강화가 필요
- 집단의 세분화를 통해 각 군집의 특성을 반영한 맞춤형 교육 접근 전략 추진 필요
3. 연구의 한계와 후속 연구를 위한 제언
□ 환경적으로 특징적인 모든 집단을 구분해 내지는 못함
ㅇ 성인을 대상으로 한 초기 연구로 범용적으로 사용할 수 있는 척도 개발을 목적으로 하였으므로 측정에 포함되지 못한 주제나 실천 영역이 존재할 수 있음
□ 모든 시민의 온라인 접근성이 동일하지 않기 때문에 온라인 설문은 노년층이나 저소득층 표집이 왜곡될 우려가 있고 특정 집단이 과소 또는 과대 대표될 수 있으므로 유의하여 해석해야 함
□ 시민 군집에 따른 환경교육 접근 방법은 실제 효과가 검증된 것은 아님
ㅇ 각 군집에 대한 심층 면접이나 포커스 그룹 인터뷰 등을 통해 본 연구에서 제시한 접근 방법의 유효성을 검증하고, 다양하고 실효성 있는 방안을 모색해야 함

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