탄소중립 시대에 대응하는 미래 공공하수처리시설 역할 재정립 방향 연구

Abstract

Ⅰ. Background and Aims of Research ？The international community is emphasizing the need for carbon neutrality in response to the climate crisis, and the International Water Association (IWA) announced that the water management sector should account for up to 20% of the total carbon emission reduction in order to achieve carbon neutrality by 2050. ？ The need to redefine the future functions and roles of sewage treatment facilities for a virtuous cycle of water, energy, and waste is also emphasized. ？Therefore, in the era of the great transition toward carbon neutrality, a new awareness of the future value of sewage is necessary. ？This study aims to suggest future directions for the role and functions of existing sewage treatment facilities towards carbon neutrality Ⅱ. Research Materials and Methods ？This study analyzes changes in the purpose and functions of sewage management with reviewing trends and cases of sewage management policies in Korea and abroad to respond to the carbon-neutral era. ㅇThe status of energy consumption and carbon emission of public sewage treatment facilities of 500 m3/day or more were analyzed. and the implementation status of sewage management policies, the role and functions of sewage treatment facilities and major issues in ㅇBy examining changes in the domestic sewage treatment laws and systems carbon-neutral sewage management policies were also reviewed. Ⅲ. Results and Conclusions ？The paradigm shift of future sewage treatment facilities should be based on the principle of harmonizing safe water quality and carbon neutrality. Under this principle, policy directions that can satisfy water quality standards and promote carbon offset simultaneously are suggested as follows: ① secure effluent water quality and strengthen energy efficiency, ② increase the efficiency of renewable energy production and use, and ③ implement resident-friendly policies. ？This study also presented several legal and institutional improvements in line with the paradigm shift in the operation and management of sewage treatment facilities towards carbon-neutrality.

Ⅰ. 서론 ？ 국제사회는 기후위기에 대응하기 위해 탄소중립 필요성을 강조하고 있으며, UN 세계 물개발 보고서에서는 물관리를 통한 기후변화 대응이 2030 지속가능발전 의제 및 파리기후협정 이행을 위한 필수요소라고 언급함 ？ 에너지다소비시설인 하수처리시설 또한 기존의 수질관리 중심에서 벗어나 물, 에너지, 폐기물의 선순환 구조를 구축하기 위한 미래 기능 및 역할을 새롭게 정의할 필요성이 강조됨 ？ 따라서 기후위기 대응을 위한 탄소중립을 지향하는 대전환 시대를 맞아, 국내 연간 발생량이 약 70억 톤 이상인 하수의 가치에 대한 새로운 인식이 필요함 ？ 본 연구는 탄소중립에 대응하고 물환경 변화에 부응하기 위해 기존 하수처리시설의 역할과 기능에 대한 재정립 방향 및 하수처리시설 운영·관리의 패러다임 전환에 맞는 법적·제도적 개선방안을 제시하고자 함 Ⅱ. 하수관리 정책 현황 및 여건 분석 ？ 공공하수처리시설은 2019년 기준 4,216개소이며, 이 중 시설용량 500m3/일 이상인 시설이 681개소로 전체 시설 수의 16.2%를 차지하나, 유입하수량 기준으로는 99.0%를 차지함 ？ 공공하수처리시설은 태양광, 소화가스, 소수력 등을 통해 자체 재생에너지를 생산하고 있으며, 2019년 기준 하수처리용량 500m3/일 이상 공공하수처리시설의 에너지자립률은 13.2%임 ㅇ시설용량별 에너지원별 에너지생산량 비중을 살펴보면 500~1만m3/일 미만 시설에서는 태양광 발전 생산량이 100%를 차지하며, 1만m3/일 이상 시설의 주요 재생에너지는 소화가스의 바이오에너지로 83.1%를 차지함 ㅇ시설용량별 혐기성 소화조 가스 발생량은 시설용량 50만m3/일 이상에서 가장 큰 비중을 차지하며, 가스의 자체 활용이 49.5%로 가장 높고, 사용 용도는 가온이 가장 많았음 ？ 2019년 기준 국내 공공하수처리시설의 메탄 온실가스 발생량은 연간 403천 톤CO2eq이며, 전력 사용으로 인한 간접 온실가스 배출량은 1,460천 톤CO2eq임. 반면, 공공하수처리시설의 자체 재생에너지 생산량에 의한 온실가스 감축량은 265천 톤CO2eq로 산정됨 ㅇ국내 공공하수처리장의 경우 ‘1996 IPCC 가이드라인’에 따라 메탄(CH4) 온실가스 배출량을 산정하고 있으며, 아산화질소(N2O) 온실가스는 2023년부터 ‘2006 IPCC 가이드라인’ 기준을 적용할 예정으로 온실가스 인벤토리 작성 준비 작업을 진행함 ㅇ하수처리 공정 중 질소화합물을 질산화, 탈질화하는 생물반응조에서 발생하는 아산화질소는 다양한 공정 중 SBR 공정에서 배출량이 높은 것으로 보고된 바 있으며, 2019년 기준 국내 하수처리시설 공법 중 가장 많은 비중을 차지함 ㅇ메탄은 유입 하수의 유기물질이 1차 침전지, 농축조, 슬러지 탈수, 매립, 소각 등의 처리 과정에서 발생함. 슬러지 처리방법 중 매립＞소각＞부숙화 순으로 메탄 온실가스 배출이 많은 것으로 보고된 바 있으며, 2019년 기준 국내 슬러지 처리방법 중 소각이 가장 많은 비중을 차지함 ㅇ공공하수처리시설의 주요 소비 에너지원인 전력 사용량은 2019년 기준 3,178GWh/연이며, 이로 인한 온실가스 배출량은 1,460천 톤CO2eq임 ？ 그동안 공공하수처리시설의 역할과 기능은 사회적 여건 변화에 따른 주요 정책추진 변천에 따라 하수도 시설 보급 확대, 수질관리(수질기준 강화, 고도처리, 수질TMS 등), 유역단위 하수도 관리, 하수처리수 재이용, 도시침수 예방, 에너지 자립화 및 탄소중립 등으로 확대되어왔음 ㅇ1960~1970년대 중반 산업화에 따른 수질오염 증가로 인해 공공하수처리시설 수요가 증폭되었고, 1990년대에는 시설 증대와 함께 수질기준 강화 필요성이 커졌으며, 2000년대에는 생태계 건강성을 고려한 물환경 조성 요구가 증가하였고, 2010년대 이후 공공하수도의 유역 수질관리 하수도 계획이 요구되었으며 도시침수 예방, 에너지 자립화 등 기후변화 대응 정책이 추진됨 Ⅲ. 탄소중립 대응을 위한 국외 하수관리 동향 및 사례 ？ 미국은 하수처리시설 에너지 절감, 기후변화 대응을 위해 유기성 폐기물 매립을 줄이고 유효자원 회수 등을 통한 재생에너지 전환 정책을 수립하고 있으며, 캘리포니아주 및 위스콘신주의 하수처리장 등에서는 재생에너지 전환 및 에너지 절감 설비의 도입을 통해 탄소중립 실현 노력을 수행함 ㅇ하수처리시설의 전체 메탄(CH4) 배출량은 1990년 이후 감소하는 추세이나 아산화질소(N2O)는 꾸준한 증가세를 보임 ㅇ하수처리시설의 인 회수·재이용을 추진하고 있으며, 캘리포니아주의 경우 온실가스 저감 정책의 일환으로 추진하고 있는 SB 1383 법안에 의거해 하수처리장의 통합 혐기성 소화 수요가 증가하는 추세로 이에 따른 온실가스 저감 효과는 연간 2.4MMT CO2eq로 예상함 ㅇ캘리포니아주 오렌지 카운티 하수처리장에서는 통합 소화시설을 활용하여 에너지자립률 70%를 달성하였으며, 하수처리수 또한 70%를 재이용함. 위스콘신주의 하수처리장에서는 고효율 에너지 설비 적용에 따른 에너지 절감(32.8%), 혐기성 소화 및 열병합발전기 도입(58.6%), 태양광 및 풍력(6.2%) 재생에너지 생산·이용 등을 통해 에너지 중립(Net-Zero)을 실현한 사례가 있음 ？ 영국은 ？기후변화법？ 제정과 10대 부문별 녹색산업혁신 중점계획, 시행계획 제시와 함께 물 사업자의 탄소중립 로드맵을 설정하고, 탄소배출 저감 방안을 제안함 ㅇ2008년 ？기후변화법？ 제정 및 2019년 탄소중립 목표 상향 조정 등 탄소중립 목표를 설정하고, 2020년 10대 부문별 녹색산업혁신에 대한 중점계획과 시행계획 제시를 위한 에너지백서를 제시함 ㅇ물 사업자는 2030년까지 탄소중립 공익 공약에 동의하여 탄소중립 달성을 위한 로드맵을 수립하고, 이를 이행하기 위해 저공해 차량, 물과 에너지 절약, 공정 배출량 감소, 재생 가능 전력 활용, 바이오가스 공급 등의 방안을 제시함 ㅇ탄소배출 저감을 위한 방안으로 하수열, 시설 개선 및 최적화, 통합 혐기성 소화 확대, 소수력 발전, 하수처리 수질기준과 탄소집약도의 균형, 혁신적 처리공정의 도입 등을 제안함 ？ 호주 빅토리아주는 기후변화 완화를 위한 물 계획을 수립하고, 물 서비스 공급업자를 포함하여 탄소배출 감축목표를 수립함 ㅇ호주 빅토리아주의 공공부문 중 물 부문의 온실가스 배출량은 약 25%에 달하며, 2050년까지 탄소중립 달성을 위해 에너지 효율적인 시설 개발, 바이오가스 활용, 재생에너지 투자, 탄소 상쇄 방안을 모색하고, 기후변화 완화를 위한 ？？Water for Victoria？？를 수립함 ㅇ호주 빅토리아주의 19개 물 서비스 공급업자는 2050년까지 탄소중립 달성을 위한 감축목표를 수립하고, 의무성명서를 제시하여 목표 이행을 위한 재생에너지 시설 도입 등의 활동을 추진하고 있음 ？ 일본은 2020년 10월 ‘2050 탄소중립’을 선언하였으며, 하수처리시설의 에너지 절감대책, 하수슬러지의 자원·에너지 회수 및 활용, 하수열 활성화 정책을 추진함 ㅇ하수처리와 관련하여 총전력소비량의 0.7%를 소비하고 있으며, 하수처리시설 온실가스 배출량은 0.5%를 차지함 ㅇ2019년 기준 하수 슬러지의 자원에너지 이용 현황은 고형연료 및 바이오가스 활용 24%, 슬러지 퇴비화 등 유효 활용 약 10% 수준임 ㅇ국토교통성은 전력소비량 절감을 위해 처리수질과 에너지 소비의 최적 관리 도모를 위한 이축관리를 실시하고 있으며, 신재생에너지 대책으로 지역 바이오매스를 하수처리시설 내에 집약하여 바이오에너지 생산 효율성을 제고하고 하수열 등 미이용 에너지 활용을 도모하고 있음 Ⅳ. 탄소중립 대응 미래 공공하수처리시설 역할 재정립 방향 및 법·제도 개선방안 ？ 미래 하수처리시설의 패러다임 전환은 안전한 수질 확보와 탄소중립의 조화라는 원칙 아래, 하수처리 중심에서 하수의 유·무기 유효자원 회수를 통한 에너지·자원화, 에너지 효율성, 지역주민 편익 제공 및 쾌적한 환경 등에 기여하는 그린 인프라로서의 인식 전환 정책이 고려되어야 함 ㅇ주요 선진국을 중심으로 미래의 공공하수처리시설은 기존의 안전한 수질 확보를 위한 하수처리 중심의 ‘에너지다소비시설’에서 에너지 효율적 운영을 통해 하수로부터 안전한 물, 재생에너지, 유효자원 회수 및 자원화의 선순환 기능을 강조하는 ‘하수자원회수시설’로의 패러다임 전환을 추구함 ㅇ미래 하수처리시설 패러다임 전환 정책의 핵심적인 요소는 수질 확보와 탄소중립의 조화를 이루는 것임. 탄소중립만을 강조하여 법적 방류수 수질기준을 초과하거나, 수질보전이라는 명목 아래 법적 방류수 수질기준 이상으로 불필요한 추가적 처리를 함으로써 화학약품, 전력 등 에너지 과소비 및 탄소배출 증가, 한계비용 체증 등을 초래하는 것은 사회·환경·경제적 관점에서 지속가능한 정책으로 보기 어려움 ？ 탄소감축형 미래 하수처리시설 패러다임 전환 정책방향은 안전한 수질 확보와 탄소중립의 조화를 이루는 원칙 아래 법적 방류수 수질 확보 및 에너지 효율적 운영관리, 신재생에너지 생산·이용 활성화 촉진, 지역주민과의 이익공유 등 통합적 접근을 통한 지역사회의 지속가능한 발전 방향으로 추진되어야 함 ？ 탈탄소 사회를 향한 2050 탄소중립 대전환 시대에 적극적으로 대응하기 위한 하수처리의 기능 확장 요구에 따른 법적·제도적 개선안을 아래와 같이 제시함 ㅇ탄소중립 대응을 위한 하수처리 기능의 확장 실효성을 제고하기 위해 ？하수도법？의 목적에 하수의 ‘유효자원 회수’를 명시하여 탄소중립 정책의 실효성을 제고할 필요가 있음 ㅇ지자체별 공공하수처리시설의 온실가스·에너지 목표를 설정하고 이행평가체계 구축이 필요함. 이에 현행 ？하수도법？상 유역하수도정비계획 수립(？하수도법？ 제4조의2) 및 하수도정비기본계획 수립(？하수도법？ 제5조)에 공공하수처리시설의 탄소중립(또는 절감)계획 및 이행에 관한 사항을 포함할 필요가 있음 ㅇ공공하수처리시설의 에너지진단 의무 대상을 확대(10천m3/일 이상)하여 에너지 이용 효율성을 제고할 필요가 있음 ㅇ하수처리시설의 에너지·온실가스 감축 등급별로 구분하여 제로에너지등급인증제 도입 및 인센티브 제공을 통해 적극적으로 대응하고, 장기적으로는 탄소발자국 개념을 적용하여 전기, 열, 화석연료, 약품 사용량, 물 재이용, 질소·인 회수, 신재생에너지 생산 등 전 과정에서 발생하는 모든 에너지 수요 및 온실가스 배출·감축량을 고려한 탄소중립등급인증제도 도입 방안 마련이 필요함 ㅇ하수처리시설의 목적과 운영 방향을 제시하는 공공하수도 운영·관리 실태점검 평가 항목 중 방류수 수질개선 평가기준은 필요 이상의 에너지 소비 및 탄소배출량 증가뿐만 아니라 오히려 한계비용 체증을 유도할 수 있어, 수질 보전 및 탄소 저감을 동시에 추구하는 지속가능한 환경정책의 부합성 관점에서 적정성 검토가 필요함 ㅇ하수열 활성화를 위해 ？신재생에너지법？상 수열에너지 범위에 하수열을 포함하고, 하수관거에서 하수 취수를 예외 조항으로 검토하여 하수열의 법적·제도적 재정지원 방안을 마련할 필요가 있음 ㅇ바이오가스나 하수열 등 비전력 신재생에너지 이용 활성화 촉진을 위한 공급 의무화 기반 구축 및 보조금 지원 등 정책적 지원 마련을 촉진할 필요가 있음 ㅇ탄소중립 시범사업 지원 프로그램을 추진하여 노후화된 공공하수처리장의 개축 등을 통해 하수처리 전 공정의 수질·에너지·온실가스 모니터링 및 분석, 에너지 효율적 운영관리, 통합 혐기성 소화조 확대 등의 재생에너지 생산·활용, 하수 재이용, 질소·인 회수 등 통합적인 관리를 통한 탄소중립 성공모델 구축 및 확산을 도모할 필요가 있음 ㅇ하수처리시설의 에너지 통계자료 검증체계를 강화하고, 하수처리시설 운영자 대상 에너지 관리역량 강화가 필요함 ㅇICT 기반의 각 단위 공정별 수질·에너지·탄소배출량 모니터링·평가 툴 개발, 인공지능 기반의 공정 자동제어 시스템 개발, 저탄소 고도 하수처리 공정 개발, 질소·인, 바이오수소 등 탄소중립형 하수처리기술 R&D 사업지원 확대가 필요함