지속가능성을 고려한 가축분뇨관리 정책방안 연구
분야
사회과학 > 기타(사회과학)
저자
조을생 , 이소라 , 윤영만 , 신동원 , 황보은
발행기관
한국환경정책·평가연구원
간행물정보
기본연구보고서 2019년, 제2019권 1~212쪽(총212쪽)
파일형식
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    국문초록
    Ⅰ. 연구의 배경 및 목적□ 가축분뇨의 관리정책은 초기에는 가축분뇨를 폐수로 인식하여 수질오염 방지 중심의 정화처리 위주로 추진되었으나 해양배출 금지, 축산업 대규모화 등 국내외 환경 변화에 따라 가축분뇨가 자원화 개념으로 전환되면서 퇴·액비처리 위주로 추진됨.□ 그러나 경작지 감소 및 과다영양으로 인해 가축분뇨의 퇴·액비 중심의 자원화 처리에 대한 문제가 제기되고 있으며 이에 환경부는 농·축산업 분야 오염원 중점관리대책으로 2021년 양분관리제 도입을 계획하고 있음.□ 따라서 향후 양분관리제가 도입될 경우 지역의 양분 초과 정도에 따라 제한될 수 있는 퇴·액비 위주의 가축분뇨 자원화정책에서 환경규제 및 에너지전환 정책과 양립할 수 있는 가축분뇨 관리정책의 다양화가 필요한 시점임.□ 본 연구에서는 국내외 가축분뇨 관리정책을 고찰하고 가축분뇨 처리방법에 따른 환경·에너지, 경제성 분석을 실시하여 지속가능한 가축분뇨 관리방안을 제시하고자 함.Ⅱ. 국내 가축분뇨 발생 및 처리 현황□ 2012년 이후 한미 FTA 발효, 소규모 농가 폐쇄 등으로 축산농가수는 지속적으로 감소하는 반면 사육두수는 증가하는 추세를 보이며 축산업이 규모화·기업화되고 있음ㅇ 2017년 기준 축산농가수는 20만 2,000호로 2012년 대비 13.3% 감소하였으나 사육 두수는 2012년 224,208천 두에서 2017년 258,492천 두로 15.3% 증가함.- 지역별로는 경기도가 50,178천두로 전체 사육두수의 19.4%로 가장 높고, 전라북도 14.9%, 전라남도 14.8%, 경상북도 13.7%, 충청남도 13.3% 순으로 나타남.- 규모별로는 신고대상 축산농가의 사육두수가 68.4%(약 176,758천두)로 가장 큰 비중을 차지하였으며 허가대상 21.8%(약 56,238천두), 신고미만 9.9%(약 25,496 천두) 순으로 조사됨.□ 가축분뇨 발생량은 2017년 기준 17만 6천 톤이며, 돼지농가의 가축분뇨 발생량이 전체 발생량의 53.7%를 차지함.ㅇ 축종별로 돼지 가축분뇨가 9만 5천 톤으로 53.7%, 한육우가 4만 2천 톤으로 23.8%, 닭·오리와 젖소가 각각 10.7%(1만 9천 톤), 10.7%(1만 9천 톤)를 차지함.- 규모별로는 허가대상 농가가 가축분뇨 총 발생량의 58.5%로 가장 많았고, 신고대상 34.1%, 신고미만 7.4% 순으로 조사됨.□ 가축분뇨 처리방법은 2012~2017년 가축분뇨 발생량 기준으로 살펴보면 대부분이 퇴·액비 자원화처리되고 있으며, 정화 및 위탁 처리 비중은 30% 내외임.ㅇ 2017년 기준으로 살펴보면 퇴·액비처리 72.0%, 위탁처리(공공, 재활용, 처리업자 포함) 23.0%, 정화처리가 4.9%로 조사됨.Ⅲ. 국내 가축분뇨 관리 현황□ 국내 가축분뇨 관리는 가축분뇨가 자원화 개념으로 전환되면서 2004년 ‘가축분뇨관리 이용대책’을 수립하고, 2006년 가축분뇨의 자원화 개념을 도입한 「가축분뇨의 관리 및 이용에 관한 법률」이 제정되면서 본격적인 자원화 중심의 정책이 추진되고 있음.ㅇ ‘가축분뇨관리 이용대책’, ‘가축분뇨 해양배출감축대책’ 등을 추진하여 퇴·액비 자원화 촉진 및 유통체계 개선 등을 통한 축산업과 경종농업의 연계성 강화를 통한 자연순환농업 정책 추진ㅇ 가축분뇨 및 퇴·액비로 인한 오염이 지속되고 축산업은 대규모화됨에 따라 ‘가축분뇨 관리 선진화 종합대책’, ‘중장기 가축분뇨 자원화대책’ 등을 통해 가축분뇨 발생 사전 예방대책 강화와 가축분뇨 및 퇴·액비 관리 강화, 공공처리시설 확충 등을 추진함.□ 가축분뇨 관리체계는 축산업허가등록제, 가축사육 제한지역, 배출시설허가/신고제 등 가축분뇨 발생 전 관리체계와 가축분뇨 처리 및 모니터링 등의 가축분뇨 발생 후의 관리로 이루어져 있음.Ⅳ. 국외 가축분뇨 관리 동향1. EU□ EU는 농업활동에서 발생하는 질산염으로부터 지표수 및 지하수 오염을 방지하기 위해 1991년 수립된 「질산염지침(Nitrates Directive)」과 환경오염시설에 대한 허가를 통해 오염을 방지하기 위한 「산업배출지침」에 따라 가축분뇨를 관리하고 있음.ㅇ 덴마크는 가축분뇨에 의한 수질오염문제 발생에 따라 1985년 주변 환경을 고려하여 사육두수를 조정하고, ‘Harmony Rules’, 「Consolidated Act on Livestock Farming Environmental Approvals」, ‘Nitrates Action Program’ 등을 수립하여 사육규모에 따른 최소한의 면적확보, 허가/승인, 양분규제 등의 정책을 추진하였음.ㅇ 네덜란드는 돼지 및 가금류, 젖소 사육두수 제한, 인 배출량 상한제도(Levy-Based Cap on Farm-Level Phosphate Production), 양분 과잉공급 방지를 위해 질소, 인 정보를 등록하는 양분회계시스템(MINAS), 가축분뇨 발생량이 많은 축산농가의 가축분뇨를 부족한 다른 지역에 분배하여 경종농가와 연결해 주는 분뇨은행제도 등을 추진하였음.ㅇ 벨기에 플랑드르 지역은 ‘Manure Decree’, ‘Manure Action Plan’ 등을 통해 질산염 및 가축분뇨 관리, 인 관련 비료 기준을 강화하고, 분뇨은행을 통해 양분배출권 거래 등을 시행하였음.ㅇ 독일은 ‘Fertilisation Ordinance(DüV: Düngeverordnung)’를 통해 EU의 「질산염지침」을 준수하며, 양분관리를 위해 면적이 10ha 이상인 농장은 의무적으로 양분수지 데이터(nutrient data)를 기록하도록 하고 있음.□ EU 회원국은 재생에너지 비중 확대를 목표로 시행중인 정책의 일환으로, 가축분뇨 등 재생가능한 자원을 이용하는 바이오가스 확대 지원정책을 추진하고 있음.ㅇ 덴마크는 가축분뇨의 약 10%를 에너지 생산에 활용하고 있으며 ‘2020년까지 가축분뇨 50%를 그린 에너지로 처리하는 것을 목표로 농업과 에너지 정책의 통합을 강화하였음.- 바이오가스를 기후변화 완화를 위한 재생에너지 및 운송연료 등으로 활용하는 것을 목표로 바이오가스 활용 용도에 따라 다양한 지원금과 각종 보조금을 통해 재정지원을 하고 있음.ㆍ초기에는 바이오가스를 전력으로만 공급하였으나, 2014년부터 시작된 바이오가스 고질화를 통한 천연가스 공급이 지속적으로 증가하여 2020년에는 바이오가스의 천연가스 전환비율이 가장 높을 것으로 예상하고 있음.ㅇ 벨기에는 바이오가스를 통해 전력을 생산하는 바이오가스시설에 녹색인증서(GC: Green Certificates)를 지급하고 있음.- 인증제도는 전력 및 열 생산자에게 지급하는 인증서와 전력 공급자의 인증서 의무 구입으로 구성되어 있음.ㆍ플랑드르 지역은 전력공급자에게는 GPC(Green Power Certificates)와 CHP 인증서 할당량이 부과되며, 재생가능한 자원을 활용하는 전력 생산자 및 열병합발전(CHP)을 통해 열을 생산하는 생산자에게는 1MWh당 각각 1개의 GPC와 CHP 인증서를 지급함. 따라서 열병합(CHP) 바이오가스 플랜트의 경우에는 GPC 및 CHP 인증서가 발급됨.ㅇ EU 회원국에서 바이오가스를 가장 많이 생산하는 국가인 독일은 재생에너지 생산확대방안으로 바이오가스 산업 활성화를 위해 바이오가스 운영 지원 중심의 다양한 인센티브 지원정책을 시행하였음.- 「재생에너지법(EEG)」에 따른 FIT 지원 및 다양한 보너스 제도 도입으로 인해 바이 오가스 플랜트 수는 지속적으로 증가하였음.ㆍ「재생에너지법(EEG)」의 도입 후 매년 150~300개의 바이오가스 플랜트가 신설되었고 이후 기본적인 FIT 이외에도 열병합, 바이오가스 고질화 등에 대한 추가 보너스가 도입된 2009년부터는 매년 1,000개 이상이 신설되었음.ㆍ2009년 가축분뇨(30% 이상)를 사용하여 바이오가스를 생산하는 경우 추가 보너스 제도가 도입되면서 바이오가스 플랜트에서 가축분뇨를 활용한 전력 생산도 증가하였음.2. 미국□ 미국 환경청(EPA)은 일정 규모 이상의 축산시설은 「수질환경법(CWA: Clean Water Act)」에 따라 국가오염유출삭감시스템(NPDES)의 허가를 받도록 하고 있음.ㅇ 가축밀집사육시설(CAFO)은 소유자 및 위치에 관한 정보, 사육시설 지역의 지형도, 사육규모와 축종, 사육시설에 관한 정보, 활용 가능한 토지면적, 영양물질 관리계획(NMP: nutrient management plan) 등을 제출하고 NPDES 허가를 받아야 함.□ 축산폐기물(livestock waste)에서 배출되는 메탄가스를 감축하기 위해 축산폐기물을 이용하여 바이오가스 생산을 지원하는 AgSTAR 프로그램을 시행하고 있음.ㅇ 2018년 기준 AgSTAR 프로그램을 통해 248개의 혐기성 소화 프로젝트가 운영 중(농무성 지원 프로젝트는 104개)임.- 전체 AgSTAR 프로젝트 중에서 바이오가스를 열병합(CHP)으로 사용하는 프로젝트는 약 50% 정도로 가장 많은 비중을 차지하며, 다음으로는 전력 생산이 약 30%를 차지함.ㅇ AgSTAR는 혐기성 소화시설 설치 및 운영에 관한 문제를 축산농가 차원에서 해결할 수 있도록 하는 옴부즈맨 제도를 시행하고 있음.- 버몬트주는 혐기성 소화시설 관련 프로젝트의 개발 및 기술 지원을 통한 운영 지원 과 관련 서비스를 농가에 무료로 지원하는 옴부즈맨 제도를 운영하고 있음.- 뉴욕주의 경우 혐기성 소화시설 관련 전문가로 팀을 구성하여 혐기성 소화시설설치 및 운영 관련 비용과 성과 예측 등의 경제성 검토, 활용 가능한 재정 지원안내, 관련 업체 연결 지원, 관련 기술 지원 등의 서비스를 제공함.3. 일본□ 일본은 축산농가와 경종농가의 조화를 통한 가축분뇨 퇴비화 및 에너지화 촉진과 축산 관련 환경문제 대응을 위한 정책을 추진하고 있음.ㅇ 축산농가에 가축분뇨 처리시설 설치와 가축분뇨 발생량 및 처리량 기록 등의 가축분뇨 관리기준 준수의무 부여하고 있으며, 퇴·액비 생산업자는 비료 생산에 관한 신고서 제출 또는 비료 생산업자로 등록하여야 함.ㅇ 2012년 7월부터 FIT를 도입하였으며, 바이오매스 FIT는 20년 동안 적용되며 바이오 가스의 경우 1kWh당 바이오가스 40.95엔임. 또한 바이오매스 활용 촉진을 위해 2030년까지 바이오매스 발전량을 전체 전력 공급량의 약 3.7~4.6%을 목표로 바이오매스 활용을 촉진하고 있음.Ⅴ. 전과정평가를 통한 환경성 분석1. 전과정평가 분석대상□ 평가대상 시설은 물질흐름분석 데이터 수집 또는 제공이 가능한 정화처리시설과 바이오가스화시설을 대상으로 정화처리시설은 단독과 연계 처리로 구분하고, 바이오가스화시설은 액비화와 정화연계 처리시설로 구분하여 선정하였음.2. 전과정평가 결과□ 평가대상 시설의 전과정평가 결과, 정화처리시설보다 바이오가스시설이 회피효과가 높은 것으로 분석되었음.ㅇ 바이오가스화시설은 생성되는 바이오가스를 에너지화하여 사용함으로써 자원고갈, 산성화, 지구온난화, 광화학산화물 영향 등에서 회피효과가 긍정적으로 나타났음.- 특히 지구온난화의 경우는 정화처리시설이 바이오가스시설보다 CO2 발생량이 9배 정도 높게 분석되었음.3. 바이오가스 처리시설의 온실가스 저감 및 에너지 대체효과 분석□ 평가대상 바이오가스 처리시설의 에너지 대체효과 분석 결과, 바이오가스(100%)로 전기를 생산한 경우 에너지 발열량 기준으로 18~24%를 활용하였으며, 스팀을 생산했을 경우 82%까지 활용가능한 것으로 분석됨.ㅇ 잉여소각량의 에너지 손실량은 0~20% 정도를 차지했으며, 전기 생산의 경우 에너지 전환 손실량이 61~76% 정도 발생하였음.ㅇ 투입 에너지 대비 생산에너지 효율을 비교해 보면, 바이오가스 생산 기준 3.85~8.48배의 효율을 보였으나, 최종생산 에너지 기준으로 전기는 0.71~2.05배, 스팀은 4.43배의 효율을 보임.□ 평가대상 바이오가스 처리시설의 온실가스 저감효과 분석 결과, 투입 에너지 대비 생산에너지의 온실가스 배출량은 바이오가스가 27~59% 회피되며, 전기가 71~202% 회피되는 것으로 분석됨.□ 따라서 바이오가스시설의 에너지 대체효과를 향상시키기 위해서는 에너지 수요에 따른 적정 설계 및 관리로 에너지 전환의 손실량 및 단순소각에 의한 에너지 손실량을 최소화하는 것이 중요한 것으로 평가됨.Ⅵ. 가축분뇨 처리시설 경제성 분석1. 평가대상 가축분뇨 처리시설 유형 및 비용편익분석 항목□ 가축분뇨 공공처리시설의 경제성 분석을 위하여 처리유형 및 처리유형별 시설규모의 증가에 따른 경제성의 변동영향을 분석하였음.ㅇ 개별 처리시설 및 공동자원화 처리시설의 공개된 자료수집 한계와 데이터 부족으로 인해 지자체에 의해 운영되고 있는 공공처리시설(105개)을 대상으로 경제성 분석을 수행하였음.ㅇ 가축분뇨 공공처리시설의 경제성 평가를 위한 비용편익분석에서 처리유형별로 적용한 비용편익분석 항목은 <표 4>와 같다.2. 가축분뇨 공공처리시설 처리유형별 경제성 분석 결과□ 2018년 가축분뇨 공공처리시설 운영 현황을 기준으로 가축분뇨 공공처리시설 유형별 분석 결과 바이오가스화(액비화) 시설이 총편익수지 및 B/C(100톤/일 이하)가 가장 높았음.ㅇ 총편익수지는 바이오가스(액비화) > 바이오가스(정화) > 퇴비화 > 액비화 > 정화처리(연계) > 정화처리(단독) 순으로 낮아지는 것으로 나타났음.ㅇ 바이오가스 처리유형의 총편익수지가 가장 높게(정화처리의 약 2배 이상) 나타난 것은 유입수의 BOD, T-P 농도부하가 다른 처리유형보다 높아 수질개선 간접편익이 크게 산출된 것에 기인함.ㅇ 정화처리(단독)는 시설규모 50m3/일에서 B/C 비율이 0.90로 경제성이 없는 것으로 평가되었으며, 퇴비화시설의 경우 150톤/일 이상의 규모에서 타 처리시설보다 경제성이 가장 높은 것으로 분석되었음.□ 수질개선 간접편익의 편차영향을 제거한 가축분뇨 처리유형별 민감도 분석을 한 결과 액비화 또는 바이오가스(액비화) 처리의 총편익수지가 가장 높았으며 액비화처리의 경우 가장 높은 B/C 비율을 보여 경제성이 높은 것으로 분석되었음.ㅇ 공공처리시설의 처리기술별 특성 영향이 총비용편익수지에 미치는 영향을 파악하기 위하여 모든 분석대상 처리유형의 BOD, T-P 유입농도부하를 동일하게 설정하여 민감도 분석을 실시함.- 총편익수지는 시설규모에 따라 다소 차이가 있으나 액비화 또는 바이오가스(액비화)처리가 가장 높고, 가축분뇨 정화처리(단독처리)가 가장 낮았음.- B/C는 시설규모 100m3/일 기준에서 타 기술에 비해 시설 설치비 및 유지비용이 가장 낮은 액비화 처리가 시설규모별로 가장 높은 비율을 보여 경제성이 큰 것으로 분석되었으며, 다음으로 퇴비화, 바이오가스화(액비처리), 정화처리(연계처리), 바이오가스화(정화처리)(유형Ⅳ), 정화처리(단독처리)(유형Ⅰ) 순으로 평가됨.- 그러나 가축분뇨 퇴·액비화의 경우 충분한 농경지 확보, 넓은 면적의 보관시설, 적절한 판매처 확보 등의 요건이 충족되어야 시설의 도입이 가능함.- 따라서 가축분뇨 처리시설은 유형별 경제성과 함께 지역의 농업환경 여건 등을 고려하여 추진하여야 함.Ⅶ. 지속가능한 가축분뇨 관리방안1. 지속가능성을 고려한 지역맞춤형 가축분뇨처리□ 가축분뇨 공공처리시설의 처리유형별 경제성 분석 및 LCA 평가 결과 경제성은 액비화가 가장 높은 반면, 환경성은 퇴비화와 온실가스 저감 및 에너지 대체효과가 높은 바이오가스 처리시설이 높고 액비화가 가장 낮음.□ 기존의 퇴·액비 자원화 위주의 처리정책에서 가축분뇨 처리유형별 경제성, 환경성, 에너지, 지역의 농업환경 여건 등을 지속가능성 측면에서 충분히 고려한 지역맞춤형 가축분뇨 처리정책 추진이 필요함.ㅇ 본 연구에서는 농업경제, 환경, 지역중심의 재생에너지 확대정책의 융합 차원에서 지속가능성을 고려할 때 바이오가스 처리시설을 우선적으로 적용하는 것을 제안함.- 다만, 지역의 농경지 및 양분초과량의 정도에 따라 바이오가스 처리에 의한 혐기성 소화폐액의 액비화 또는 정화처리를 선택 적용2. 가축분뇨 바이오가스화 지원 확대□ 가축분뇨 처리시설 유형별 LCA 평가 및 경제성 분석을 통해 환경성 및 경제성과 더불어 에너지 전환정책과도 양립할 수 있는 처리기술로 분석된 바이오가스화 지원 확대 필요ㅇ 가축분뇨 바이오가스화 활용효율성 제고를 위한 다양한 인센티브제도 마련- 가축분뇨 바이오가스화를 유도하기 위해 바이오가스를 활용한 전력 생산뿐만 아니라 비전력에너지(가스, 열, 수소) 사용을 촉진하기 위한 열병합발전, 바이오가스 고질화 등 용도에 따른 다양한 인센티브 및 관련 인프라 지원정책 필요.ㅇ 가축분뇨 바이오가스시설 설치·운영의 주민투자참여도에 따른 REC 우대가중치 부여- 주민 기피·혐오 시설인 가축분뇨 등 유기성 폐기물의 바이오가스시설 설치·운영의 주민참여도에 따른 REC 우대가중치 필요.ㆍ태양광(설비용량 500kW 이상), 풍력발전소(설비용량 3,000kW 이상)를 설치할 경우 주민수용도 제고를 위해 일정 비율 이상인 주민투자참여
    영문초록
    Ⅰ. Background and Aims of Research□ Most of livestock manure produced in Korea is applied to farmland as compost and liquid fertilizer in accordance with livestock manure recycling policy.□ However, due to the reduction of arable land and over-application of manure to the soil resulting in nutrient surpluses, the issue of resource-based treatment of livestock manure has been raised.□ The purpose of this study is to examine domestic and international livestock manure management policies and to suggest sustainable livestock manure management measures by conducting analysis on environment, energy and economic efficiency of each livestock manure treatment method.Ⅱ. Research Materials and Methods□ This study analyzed livestock manure production, treatment, utilization, etc. using livestock manure-related statistics and reviewed the status of management and operation in Korea and abroad.□ Also, life cycle assessment(LCA) and economic analysis were carried out for each livestock manure treatment method.Ⅲ. Results and Conclusions□ According to the economic analysis and LCA results by treatment type of livestock manure, the economic efficiency is the highest in liquid fertilizer, while the environmental efficiency is the highest in composting and biogas treatment with energy replacement effects and greenhouse gas reduction. Liquid fertilizer shows the lowest environmental efficiency.□ It is necessary to implement a localized livestock manure management policy taking into account the economic, environmental, energy and agricultural conditions of each region in terms of sustainability.ㅇ This study proposes to apply biogas treatment first in consideration of sustainability in the convergence of agricultural economy, environment, and region-oriented renewable energy expansion policy. - However, depending on the area of agricultural land and the degree of nutrient excess in the area, liquefaction of anaerobic digestion liquid or purification of manure can be applied.□ This study also suggested several measures for promoting the operation of biogas treatment, strengthening management of livestock manure purification and implementing nutrient management system in Korea.
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