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Journal of the Korean Society of Civil Engineers

ISO Journal TitleKSCE J. Civ. Environ. Eng. Res.

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Environmental and Ecological Engineering

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KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research

대한토목학회 Vol. 45, No. 2, p.203-211

ISSN (print) :

1015-6348

ISSN (online) :

2287-934X

Received : 22 November 2024Revised : 15 January 2025Accepted : 5 February 2025

DOI :

https://doi.org/10.12652/Ksce.2025.45.2.0203

국토교통분야 수소기술의 전과정 탄소배출량 산정을 위한 필수 및 결핍 DB 도출방법

Methodology for Deriving Essential and Deficient LCI DB for Estimation of Carbon Emissions for Hydrogen Technology in the Field of Land, Infrastructure and Transport

곽인호 (In Ho Kwak) ¹^†iD 위대형 (Dea Hyung Wi) ²iD 권도은 (Do Eun Kwon) ³iD 이병현 (Byeong Hyeon Lee) ⁴iD

정회원․교신저자․(주)엔디렉션 대표이사, 공학박사 (Corresponding Author․ENDIRECTION․inho@endirection.co.kr)
정회원․(주)엔디렉션 CECN추진본부 본부장 (ENDIRECTION․dhwie@endirection.co.kr)
(주)엔디렉션 CECN추진본부 연구원 (ENDIRECTION․dekwon@endirection.co.kr)
(주)엔디렉션 CECN추진본부 연구원 (ENDIRECTION․lbh-032@endirection.co.kr)

† :

Corresponding Author

License :

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

초록

수소는 에너지원으로 사용될 때 이산화탄소를 배출하지 않는 대표적인 청정에너지원으로 알려져 있다. 현재 수소의 탄소배출량 산정은 주로 생산 방식별 생산단계에서 발생하는 배출량에 집중되고 있으며, 이에 따라 탄소배출량 분석이 이루어지고 있다. 하지만 수소를 실제로 사용하기 위해서는 생산된 수소를 저장 및 운송하고 최종적으로 이를 활용하는 다양한 인프라 구축이 필요하며, 이러한 인프라를 구축하고 운영하는 과정에서도 발생하는 탄소배출량도 함께 측정해야 한다. 즉, 수소의 생산뿐만 아니라 저장, 운송 및 활용까지 포함한 전 과정의 탄소배출량을 체계적으로 산정하는 것이 중요하다. 이때 LCA 기법을 활용하여 수소 생산~활용까지 전 과정에 걸친 탄소배출량을 산정할 수 있으며, 이를 수행하기 위해서는 신뢰할 수 있는 LCI DB의 구축이 필수적으로 수행되어야 한다. 하지만 현재 수소 생산과 활용 과정에서 요구되는 다양한 인프라 시설의 건설과 운영으로 인해 발생하는 환경영향은 충분히 고려되지 않고 있는 실정이기에, 이를 이러한 생산~활용까지의 모든 과정을 포함한 단계별 적절한 전과정평가 방법론 개발이 요구된다. 따라서, 본 연구에서는 국토교통분야에서 수소기술 및 수소도시의 전과정평가 수행 시 활용 가능한 LCI DB를 구축하기 위해 필요한 데이터베이스 목록을 도출하는 방법을 개발하고, 이를 구체적으로 제시하고자 한다.

ABSTRACT

Hydrogen is widely recognized as a representative clean energy source that does not emit carbon dioxide when used as an energy source. Currently, the estimation of hydrogen's carbon emissions primarily focuses on the emissions generated during the production stage, depending on the production method, and carbon footprint analyses are conducted accordingly. However, in order to use hydrogen in practice, various infrastructures must be established to store, transport, and ultimately utilize the produced hydrogen. Carbon emissions also occur during the construction and operation of these infrastructures, and these emissions must be measured as well. Therefore, it is crucial to systematically assess the carbon emissions not only from hydrogen production but also from storage, transportation, and utilization throughout the entire life cycle. The LCA (Life Cycle Assessment) methodology can be applied to evaluate carbon emissions across all stages from hydrogen production to utilization, and to conduct such an assessment, establishing a reliable LCI (Life Cycle Inventory) database is essential. Ne\vertheless, the environmental impacts arising from the construction and operation of various infrastructure facilities required for hydrogen production and utilization have not been adequately considered. Thus, it is necessary to develop an appropriate LCA methodology that comprehensively includes all processes from production to utilization. Accordingly, this study aims to develop a methodology for deriving a database list necessary for constructing an LCI DB applicable to the life cycle assessment of hydrogen technologies and hydrogen cities in the transportation and infrastructure sector and to present it in detail.

키워드

국토교통분야 수소기술, 수소 인프라, LCI DB, 전과정평가, 수소도시

Key words

Hydrogen technology in the field of land and transportation, Hydrogen infrastructure, LCI DB, LCA, Hydrogen city

1. 서 론
2. 문헌연구
2.1 전과정평가(LCA)
2.2 LCI DB
2.3 수소기술 LCA시 활용되는 LCI DB 분석
3. 연구 수행 방법
4. 연구 수행 결과
4.1 분석 대상 설정
4.2 LCI DB 목록 조사
4.3 국토교통분야 수소기술의 전과정 탄소배출량 산정을 위하여 필요한 DB 구축 목록
4.4 필수 및 결핍 DB 정의 및 DB 도출방법
5. 결론 및 시사점

1. 서 론

온실가스 배출량 증가로 인하여 발생되는 지구온난화로 인하여 화석연료 사용 억제가 필수가 되었다. 화석연료 사용 억제를 위하여 신재생에너지로의 전환이 촉진되고 있으며, 수소 에너지 역시 이러한 대책 중 하나이다. 수소는 에너지원으로 사용시 무탄소에너지원이나, 생산 방식에 따라 생산과정에서 메탄(CH4)의 누출 등으로 인한 온실가스 배출이 발생된다. 이에 따라 수소 에너지의 친환경성 입증을 위하여 수소의 생산부터 활용까지 수소의 life cycle을 중심으로 전과정평가(Life Cycle Assessment, LCA)를 통하여 환경영향 및 탄소배출량 정량화가 이루어지고 있다^{(Giovanna Gonzales Calienes et al., 2022)}.

생산된 수소를 활용하는 측면에서 기존 에너지원을 공급, 저장, 사용 시설을 바로 적용할 수 없는 부문이 있을 수 있으며, 안정적인 수소의 공급과 활용을 위해서는 다양한 자원과 에너지가 소비되는 인프라 시설의 건설활동이 수반된다. 즉, 수소를 에너지원으로 활용하는 도시인 수소도시의 경우 기존 인프라와 다른 인프라 시설이 포함되어야 함에 따라 해당 도시와 시설물을 건설하는 단계에서 배출되는 탄소배출량 역시 무시할 수 없다. 수소를 활용하기 위한 인프라시설에 대한 건설활동은 대규모의 에너지와 자원이 투입되며, 국제적인 환경영향 최소화 흐름에 맞추어 건축자재의 제조 및 사용 시 발생하는 환경부하를 저감하기 위해 환경영향 발생량을 정량화하는 것이 필요하다^{(Hwang, 2000)}. 따라서, 수소의 생산부터 활용까지의 전과정을 고려할 시 인프라 시설의 건설활동과 운영 및 유지관리를 포함해야 하며, 이를 정량화하기 위한 방법론의 개발과 함께 활용할 수 있는 전과정 목록 데이터베이스(Life Cycle Invetory Database, LCI DB)의 개발이 필요하다.

따라서, 본 연구에서는 수소의 활용을 위하여 필요한 국토교통분야 수소기술에 대해서 정의하고, 해당 기술의 LCA 수행을 위하여 필요한 LCI DB 목록을 도출하여 제시하였다.

2. 문헌연구

2.1 전과정평가(LCA)

LCA란 원료 획득부터 생산, 사용, 폐기(cradle-to-grave)에 이르기까지 제품 시스템의 수명 주기 전반에 걸쳐 환경적인 측면과 잠재적 환경적 영향을 수집하고 평가하는 방법으로, ISO 14040에 기술적인 근간을 이루고 있다. LCA의 구성요소는 Fig. 1과 같이 목표 및 범위 정의 단계, 목록분석, 영향평가, 결과해석 4단계로 구분된다^{(ISO 14040}:2006).

LCA 구성요소 중 목적 및 범위 설정은 수행하는 연구의 범위와 깊이를 결정하는 단계로 LCA 수행의 이유, 사용 주체 등이 포함되어야 하며 목록분석 단계는 제품 생산 및 제조 시 투입물과 배출물에 대한 데이터를 정리하고 정량화하는 단계이다. 영향평가 단계는 목록분석 결과를 이용하여 각각의 물질이 환경에 미치는 영향을 분석하여 환경영향 범주별로 정량화된 환경영향을 계산하는 단계이며, 영향평가 단계 내에서 분류화, 특성화, 정규화, 가중화의 4가지 단계로 구분된다. 결과해석 단계는 정량화된 영향평가 결과를 통해 환경개선방안을 모색하고 제품환경전략 수립을 위한 기초자료를 정리하는 단계이다.

전과정 탄소배출량 산정은 LCA 수행 결과 중 탄소발자국과 관련되어있는 영향범주인 기후변화영향에 대한 것만을 정량화한 것으로 ISO 14067에 따라 수행되며, 기본적으로 ISO 14040에서 정한 절차를 따른다.

Fig. 1. LCA Process^{(ISO 14040 Series, 2006)}

2.2 LCI DB

제품의 전과정 단계별 환경영향을 평가하기 위해서는 적절한 데이터가 필요하며, 이러한 데이터를 LCI DB로 부른다. LCI DB란 제품 1단위(기능단위당)의 생산에 필요한 원자재의 채취 및 소재/부품가공, 수송, 제품사용, 폐기까지의 제품 시스템으로 투입되는 자원의 양과 제품시스템에서 환경으로 버려지는 배출물(대기, 수계)과 폐기물의 발생량을 목록화한 데이터를 말한다. LCI DB는 제품 LCA 수행 시 기초 데이터로 활용되며, 국제적으로 LCI DB의 호환성을 위해 Ecospold2와 ILCD 데이터 형식이 권장되고 있다^{(Jeong, 2024)}.

LCI DB는 각국의 정부 혹은 기업 주도로 구축되고 있으며, 현재 우리나라에서는 환경부와 산업부가 국가 LCI DB 구축을 주도하고 있다. 일본은 정부 주도 하에 IDEA라는 LCI DB를 구축하고 있으며, EU(유럽 연합 및 개별 국가 포함)에서는 ELCD, ecoinvent, Nexus 등, 미국에서는 GREET 및 US LCI 등의 데이터베이스가 구축 및 개정되고 있다(각 LCI DB에 대한 세부 사항은 Table 1 참조). 개발된 LCI DB 대부분은 UNEP가 운영하는 국제 공유 플랫폼인 GLAD(The Global LCA Data Access Network)에 ILCD 형식에 맞춰 등록되며, 이를 통해 전 세계의 LCI DB가 통합적으로 관리되고 있다.

GLAD는 전 세계 데이터셋 제공자(노드)의 연합체로, 전 세계 사용자에게 LCI DB를 제공하는 플랫폼이다. UNEP의 Life Cycle Initiative가 GLAD를 관리하며, 한국, 독일, 스웨덴, 스위스 등 14개 국가와 민간 전문가들이 참여하고 있다. 신규 개발된 국내외 LCI DB는 대부분 GLAD에 등록되며, 이를 통해 LCI DB 검색 및 활용이 용이하다. GLAD에 등록된 DB 현황을 살펴보면, 현재 GLAD에 등록된 LCI DB 개수는 총 101,617개이며, 등록된 LCI DB 중 ecoinvent가 약 69,472개로 가장 많이 등록된 것으로 파악되었다, 그다음으로 Sphera가 14,082개로 등록된 LCI DB 수가 두 번째로 많았으며, 그 외 IDEA, Agribalyse는 각각 3,756개, 3,747개가 등록되어 있다. GLAD 내 우리나라가 신규로 제정 또는 개정한 DB의 개수는 약 320개이며, 기존에 구축된 DB를 포함하면 약 750개에 이르는 것으로 추정된다(GLAD 내 등록된 주요 LCI DB 종류 및 개수는 Table 2 참조).

앞서 살펴본 것과 같이 우리나라 또한 지속적으로 LCI DB를 구축하고 있으므로 해당 DB가 순차적으로 구축된다면 다른 대체 DB로 활용할 수 있을 것으로 기대되며, 본 연구에서는 현재 등록된 기준에서 활용가능한 DB는 가장 범용성이 높은 DB만 검토하였다.

Table 1. Overview of Major LCI DB

DB name	Country	Provider	Cost*	Features
Ecoinvent	Switzerland	Ecoinvent Association	S	∙The ecoinvent database offers secondary data for scope 3 GHG reporting, including emission factors, transport data, and regional product mixes.
US LCI	USA	NREL	F	∙It provides data on the energy and environmental impacts of materials and processes to support sustainable decision-making in the U.S.
Sphera	USA	Sphera	S	∙It is a leading LCA tool for product sustainability, with 15,000+ processes and over 10,000 global users.
IDEA	Japan	AIST, JEMAI	S	∙IDEA is the standard equipment inventory database for MiLCA LCA software. ∙Datasets are available in both gate to gate and cradle to gate type.
ELCD	EU	JRC	F	∙The ELCD core database provides EU-level LCI data for key materials, energy, transport, and waste management.
GREET	USA	Argonne National Lab	F	∙It examines the energy and emissions of advanced vehicle technologies and fuels from production to disposal.

*S; For Sale /F: Free

Table 2. Registered LCI Databases in GLAD and Their Respective Numbers

	DB name	Numbers
	Agribalyse	3,747(3.7 %)
	ecoinvent	69,472(68.4 %)
	IDEA	3,756(3.7 %)
	KEITI	320(0.3 %)
	Sphera	14,082(13.9 %)
	TianGong	4,091(4.0 %)
	US Federal LCA Commons	1,722(1.7 %)

DB name Numbers Agribalyse 3,747(3.7 %) ecoinvent 69,472(68.4 %) IDEA 3,756(3.7 %) KEITI 320(0.3 %) Sphera 14,082(13.9 %) TianGong 4,091(4.0 %) US Federal LCA Commons 1,722(1.7 %)

2.3 수소기술 LCA시 활용되는 LCI DB 분석

2017년~2024년까지 수소기술에 대한 LCA 분석과 관련한 주요 문헌을 조사하여 활용된 LCI DB 목록은 Table 3과 같다. 주로 수소 생산 및 공급을 대상으로 LCA가 수행되었으며, 가장 많이 활용된 LCI DB는 ecoinvent인 것으로 나타났으며, 수소차량의 경우 GREET와 IDEA 등이 활용되었다.

Table 3. LCI DB Used for Life Cycle Assessment of Hydrogen Technology

Category	Used DB					Remark
Category	ecoinvent	Sphera	IDEA	GREET	Others	Remark
^Jang(2022)	O	-	O	-	Specific data, The embedded DB in SimaPro	Steam reforming
^{Hwang et al.(2022)}	-	O	-	-	Specific data	Mg2NiHx-CaF2 Composites
^Lee(2024)	O	-	O	-	-	Plant
^Lee(2023)	O	-	-	O	-	Hydrogen Fuel Cell Heavy-Duty Truck
^{Jang et al.(2024)}	O	-	-	-	-	Clean Hydrogen Production
^{Michael Fridrich et al.(2024)}	O	-	-	-	-	FCEV
^{Hanif Tayarani et al.(2022)}	O	O	-	O	-	Hydrogen Production and transportation via truck and pipeline
D. Alghool et al.(2024)	-	O	-	-	-	blue hydrogen supply network pathways
^{Tatsuya Wadaguchi et al.(2017)}	-	-	O	-	A unit process database based on the input-output method using the GLIO model	hydrogen supply chain
^{Alexandre Lucas et al.(2017)}	O	-	-	-	The embedded DB in SimaPro	electric and hydrogen transportation systems

*The SimaPro LCA software is equipped with various Life Cycle Inventory (LCI) databases for LCA analysis, including Agri-footprint, ecoinvent, and IDEA etc.

3. 연구 수행 방법

본 연구는 국토교통분야 수소기술의 전과정 탄소배출량 산정을 위한 필수 및 결핍 DB 목록을 제시하기 위하여 Table 4에 나타낸 것과 같이 크게 3가지 절차에 따라 수행되었다.

첫째, 현재 상용화된 수소 기술(개발 중인 기술 포함) 중 국토교통 분야에 적용되는 수소 기술의 범위와 대상을 확정하였다. 둘째, 선행연구와 해외 DB 등에서 수소 기술 전과정평가에 활용된 LCI DB 목록을 조사하고, 수소 도시 내에서 분석이 필요한 LCI DB 목록을 수집·분석하여 활용가능한 LCI DB(안)을 도출하였다. 마지막으로, 필수 및 결핍 DB를 정의하고, 이를 바탕으로 필수 및 결핍 DB의 도출방법을 제안하였다.

Table 4. Research Execution Method

Step		Category	Main Content
1.		Defining Analysis Target	Establishing the scope of the analysis on hydrogen technology (including production technology), focusing on the range of domestic and international hydrogen technologies currently in use
2.	2-1.	Investigation of LCI DB used in hydrogen technology LCA	Investigation of LCI DB used in domestic and international studies related to hydrogen technology LCA
2.	2-2.	Investigation of required LCI DB for infrastructure construction	Research on the required LCI DB for analysis within hydrogen cities
3.		Derivation of DB and Development of DB Derivation Methods	Derivation of Essential and Deficient DB and Development of DB Derivation Methods

4. 연구 수행 결과

4.1 분석 대상 설정

분석 대상은 크게 공통, 교통, 건물, 인프라의 네 가지 범주로 구분하였다. 먼저, 생산된 수소를 공급하는 인프라의 범위를 설정하였고, 이어서 공급된 수소를 활용하는 시설(건물)과 교통수단을 포함하였다.

수소충전소와 수소버스 등은 기본적으로 수소 Value chain 중 수소 공급 및 활용 분야로 구분이 되지만 자세히 살펴보면 수소 생산 기술이 포함된다. 수소충전소는 크게 on-site 충전소와 off-site 충전소로 나눌 수 있으며, on-site 충전소는 다시 개질 방식과 수전해 방식으로 구분할 수 있다. on-site 방식의 충전소는 외부에서 수소를 공급받지 않고 자체적으로 개질 또는 수전해 방식을 통해 수소를 생산하고 공급한다.

또한, 수소버스와 수소철도의 경우 연료전지와 수전해 기술을 활용하여 차량 내에서 직접 수소를 생산하며 이동한다. 이렇게 수전해, 개질, 연료전지 기술은 다양한 수소 기술에 필수적인 요소이므로 “공통” 분야로 포함하여 분석 대상을 설정하였다.

이와 같은 과정을 통해 분석 대상의 범위 및 세부 대상을 Table 5에 나타내었다.

Table 5. Subjects of Analysis in This Study

Common			Transportation		Building	Infrastructure
Water Electrolysis	Fuel Cell	Reforming	Hydrogen Train	Hydrogen Bus	Energy Supply	Pipeline	Hydrogen Refueling Station

4.2 LCI DB 목록 조사

국내외 분야별 수소 기술 및 수소도시와 관련하여 전과정평가가 수행된 사례 (국내: NTIS 활용, 국외: 관련 논문 및 보고서) 및 GLAD, OpenLCA nexus 등 ILCA 기반 LCI DB 검색 플랫폼, EC3, GREET 등 건설분야 특화 LCA 및 EPD 지원 tool 검토하여 수소도시 및 기술에 대한 LCA 수행 시 활용 가능한 DB 목록을 조사했다. 조사 결과 파이프라인 등 일부 DB만 확인되었고, 수소 특화 DB는 발견하지 못했다.

도시를 건설하는 과정에서 배출되는 환경영향을 정량화하기 위해서는 EN15804 기준에 따라 A~D에 형태로 분석되므로, 설계내역서, 도면, 시방서 등 사례분석을 통하여 세부 기술 목록 조사했다. 이를 통해 수소(시범)도시별 사용·설치 시설 조사 및 공통항목 도출했다.

4.3 국토교통분야 수소기술의 전과정 탄소배출량 산정을 위하여 필요한 DB 구축 목록

국토교통분야 수소기술에 대한 전과정 탄소배출량 수소기술 LCI DB를 도출하기에 앞서, LCI DB 구축 수준 정의가 필요하다. 예를 들어, 에너지원으로 사용되는 수소의 핵심기술인 연료전지의 경우, 연료전지 형식에 따라 생산되는 에너지원단위(1 kWh 등)에 따른 환경영향을 정량화하여 LCI DB를 구축할 수도 있으나, 연료전지를 구성하는 양극재, 음극재, 전해액 등을 구분하여 각각의 DB를 구축할 수도 있다. 따라서, 본 연구에서는 Table 6에 나타낸 것과 같이 효율적인 환경영향 정량화를 위하여 연구 분석 대상에 대하여 DB 구축시 고려사항, 구축 원칙 그리고 수소기술별 세부 구축 수준을 정의하였다. 세부 구축 수준은 하위 레벨로 세분화될수록 범용적인 소재에 가까워지므로, 본 연구에서는 level 1과 2수준에서 DB를 구축할 것을 제안한다.

3.에서 제시한 절차와 4.1~4.2에 기술한 결과를 종합하여 수소기술의 전과정 탄소배출량 산정을 위하여 필요한 LCI DB 목록을 Table 7에 나타내었다. 인프라 시설에 대해서는 건설공사에 대한 부문을 포함토록 구성하였으며, 현재 수소도시에 적용되어있는 인프라 시설인 파이프라인, 건물 등은 표본 데이터가 적어 해당 건설공사에 대한 세부 설계 내역이 집계되면, 더 세분화된 목록을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

Table 6. Considerations and Principles for DB Construction

Category	Definition and Content
Conside- rations	∙A definition of the construction boundary within a defined range is required. ∙The DB structure may vary depending on the user, and redundancy and the basic material should be able to link up and down.
Principles	∙Constructiability should be considered to allow integration of each component up to Level 2, such as a raw material, fuel, or additive; energy consumption and other factors should be considered based on the status and composition of each constituent material. ∙When constructing the DB, in/out materials should be quantified based on literature information to create a gate-to-gate (gtg) system, which is then reviewed by relevant experts. However, items that are not produced domestically should be given the lowest priority for DB construction and may be excluded from construction. ∙If a technology with a Technology Readiness Level (TRL) of 6 or lower is identified for a specific item, it will not be considered in the DB construction.
Basic Definition	Level 1	∙A unit that can differentiate between hydrogen technology products for the end user by consumption amount (e.g., a unit that distinguishes a final quantity, such as hydrogen production per kg).
	Level 2	∙A constituent unit that forms an applicable hydrogen technology (e.g., module).
	Level 3	∙A raw material unit that forms each constituent component, including the basic material.

Table 7. List of LCI DB in Need of Development

Main Category	Sub- category	Level 1*	Level 2*	Level 3**
Common	water electrolysis	AWE (Alkaline Water Electrolysis)	Cathode Material, Anode material, etc.3	Raw materials and basic materials constituting the cathode material, cathode material, etc
		PEM (Proton Exchange Membrane Electrolysis)	Cathode Material, Anode material, etc.3
		AEM (Anion Exchange Membrane Electrolysis)	Cathode Material, Anode material, etc.3
		SOEC (Solid Oxide Electrolysis Cell)	Binders-Solvents, etc. 1
	Fuel cell	PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)	MEA(Membrane-Electrode Assembly), etc. 5	Assembly process and detailed components of fuel cell system
		MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell)	Metal powders for anode, cathode and matrix, etc. 8
		SOFC (Solid Oxide Fuel Cell)	Binders-Solvents, etc. 6
		PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell)	MEA(Membrane-Electrode Assembly), etc. 3
		AFC (Alkaline Fuel Cell)	MEA(Membrane-Electrode Assembly), etc. 3
		DMFC (Direct Methanol Fuel Cell)	MEA(Membrane-Electrode Assembly), etc. 3
	Reforming	Fuel reforming sysyem	sulfur-removal adsorbent, etc. 3	Basic materials and components in detailed assemblies
	Reforming	Facilities and processes for reforming	Raw material storage tank (Mehanol, Natural gas), etc. 6	Basic materials and components in detailed assemblies
Trans- portatino	H2 Train	Hydrogen fuel system in the tram	Inverter, Converter, etc. 3	Classified by the material units that make up the core parts
	H2 Bus	Stack	Electrode assembly, etc. 5	Classified by material unit of components
		Driving equipment	Air supply equipment, etc. 2
		Power equipment	Motor, etc. 4
		Hydrogen storage equipment	Storage vessel, etc. 3
Building	ESS	ESS installation construction	Fuel cell installation, auxiliary construction	Classified into materials, equipment, etc. included in the relevant construction
Infrastruc ture	Pipeline	Gaseous (H2 exclusive) hydrogen pipeline	Pipes, valves, etc. 2	Classified into the materials that make up the facility, the materials that make up the detailed construction, and the items
		Pipeline installation construction	Classified by detailed type of construction
		Mixed gas pipeline (H2 and LNG, etc.)	Pipes, valves, etc. 2
		Pipeline installation construction	Classified by detailed type of construction
		Liquid hydrogen pipeline	Pipes, valves, etc. 2
		Pipeline installation construction	Classified by detailed type of construction
	Hydrogen Refueling Station	Pipeline hydrogen refueling station construction	Detailed construction within construction work	-
		Pipeline hydrogen refueling station configuration equipment	Compressors, storage vessels, dispensers	-
		Tube trailer hydrogen refueling station construction	Detailed construction within construction work	-
		Tube trailer hydrogen refueling station configuration equipment	Compressors, storage vessels, dispensers	-
		Mobile hydrogen refueling station construction	Detailed construction within construction work	-
		Mobile hydrogen configuration equipment	Compressors, storage vessels, dispensersd	-
		Liquid hydrogen refueling station construction	Detailed construction within construction work	-
		Liquid hydrogen refueling station configuration equipment	Compressors, storage vessels, dispensers	-
		Reforming refueling station construction	Detailed construction within construction work	-
		Reforming refueling station configuration equipment	Compressors, storage vessels, dispensers	-
		Water electrolysis refueling station construction	Detailed construction within construction work	-
		Water electrolysis refueling station configuration equipment	Compressors, storage vessels, dispensers	-
Total(ea)		36ea	123ea	123+α ea

* Essential construction scope

** Scope not included in construction

4.4 필수 및 결핍 DB 정의 및 DB 도출방법

필수 및 결핍 DB 정의를 통한 구축 DB 범위 수준 설정 및 필수 혹은 결핍에 포함되는 DB 요소를 정리하고 필수 및 결핍 DB를 도출하기 위한 방안을 Table 8에 제안하였다. 필수 DB는 수소기술의 LCA 및 탄소배출량 산정을 위하여 반드시 필요한 DB로, LCA 수행시 설정되는 시스템 경계 설정에서 정하는 cut-off rule에 포함되어 반드시 분석이 되어야 하는 항목으로 정의하였고, 수소도시를 구성하는 필수요소를 포함한다. 결핍 DB는 필수 DB 중 해외 LCI DB를 통하여 확보가 가능하거나 국내 LCI DB 구축이 되어 있으나 구축 연도가 오래되거나 구축 방식이 적합하지 않아 사용할 수 없는 DB 그리고 수소 도시 건설을 위하여 포함되는 DB를 말한다. 세부적인 필수 DB와 결핍 DB 목록은 수소 도시별로 적용 내역이 달라질 수 있으므로 추후 사례분석을 통하여 지속적인 보완이 필요할 것으로 판단된다.

Table 8. Definition and Derivation Methods of Essential and Deficient DB

Category	Definition	Derivation Method
Essential DB	∙Components necessary for analysis based on volume or monetary criteria, including those defined by cut-off rules. ∙Essential components for constructing hydrogen cities, especially where data collection is not feasible.	∙Through design, facilities, and site analysis, derive essential components for hydrogen production. ∙Compile DB on hydrogen production sites through public construction statistics, etc., with a score of 50 % or higher in criteria. ∙Identify and list domestic and international DBs related to hydrogen cities.
Deficient DB	∙DB that is essential but do not exist or is not planned for construction.	∙dentify deficient DBs among essential DBs that do not exist domestically. ∙Through GLAD, EC3, and other sources, analyze and identify missing DBs from domestic data sources.

5. 결론 및 시사점

본 연구에서는 국토교통 분야의 특성을 고려한 수소기술 LCI DB 도출방안을 제시하기 위하여 기존 수소기술 및 수소도시 전과정평가 시 활용된 DB 및 해외 문헌자료를 분석하였다. 수소기술 및 수소도시 전과정평가와 관련한 연구는 주로 수소생산, 수소차량 등이 대부분이였으며, 사용된 LCI DB로는 ecoinvent가 가장 많았다. 차량에 대해 LCA를 수행 시에는 Greet 혹은 IDEA를 활용하였다. 반면, 수소생산 및 공급 시 활용되는 인프라에 대한 전과정평가는 이루어지지 않은 것으로 판단된다.

파이프라인 및 충전소를 포함하는 인프라의 경우, 실제 분석 사례가 없었으므로 관련 문헌자료와 설계 내역서를 확보하여 필요한 DB 목록을 도출하였다. 이후 해외 DB와 설계 내역서 분석 결과를 종합하여 도출된 분류에 따라, 수소기술별 Level을 정리하고 DB 목록(안)을 제시하였다. 본 연구를 통해 국토교통 분야에서의 수소기술 범위와 LCA 수행을 위한 필수 LCI 목록을 확인할 수 있었다.

그러나 DB 구축 과정에서 시간과 비용의 한계로 인해 모든 DB를 구축하는 것은 현실적으로 어렵다. 따라서 본 연구에서 제시한 목록(안)을 바탕으로 시급성과 필요성을 고려하여 우선순위를 도출하는 작업이 필요하다. 향후 구축 우선순위는 해외 DB에는 존재하나 국내에 없는 항목을 중심으로 설정할 것이며, 국내에서 생산되지 않는 항목은 우선순위를 낮추거나 구축 대상에서 제외할 예정이다. 또한, 실제 LCI DB를 구축할 시 사례 연구와 현장데이터를 적극적으로 반영하여 구축하는 작업이 필요하며, 추후 실제 국토교통분야 수소기술의 전과정평가 방법론이 개발되게 되면 해당 방법론에서 정하는 품질요건에 맞추어 본 연구에서 도출된 목록을 기반으로 순차적으로 LCI DB 구축이 필요할 것으로 판단된다.

본 연구에서 구축된 DB는 수소도시 건설 및 운영, 관리에 필요한 상용화된 수소기술을 적용하고자 하는 사용자들, 기계 제작 및 공정 설계에 중점을 둔 설계 엔지니어, 토목·건축 분야 설계 엔지니어, 수소도시에 대한 전과정평가를 수행하고자 하는 다양한 이해관계자들이 활용할 수 있을 것으로 예상된다. 또한, 본 연구에서 제시한 DB 도출 방법 및 목록(안)은 수소 생산 과정과 인프라 시설 구축으로 인한 환경영향을 정량적으로 분석하는 데 유용할 것으로 판단된다.

Acknowledgements

This work is supported by the Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement (KAIA) grant funded by the Ministry of Land, Infrastructure and Transport (Grant RS-2024-00417444).

This paper has been written by modifying and supplementing the KSCE 2024 CONVENTION paper.

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Article Information (continued)

[

Environmental and Ecological Engineering

]

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국토교통분야 수소기술

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수소 인프라

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LCI DB

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전과정평가

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수소도시

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Hydrogen technology in the field of land and transportation

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Hydrogen infrastructure

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LCI DB

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LCA

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Hydrogen city

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ISO Journal TitleKSCE J. Civ. Environ. Eng. Res.

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Methodology for Deriving Essential and Deficient LCI DB for Estimation of Carbon Emissions for Hydrogen Technology in the Field of Land, Infrastructure and Transport

초록

ABSTRACT

키워드

Key words

1. 서 론

2. 문헌연구

2.1 전과정평가(LCA)

2.2 LCI DB

2.3 수소기술 LCA시 활용되는 LCI DB 분석

3. 연구 수행 방법

4. 연구 수행 결과

4.1 분석 대상 설정

4.2 LCI DB 목록 조사

4.3 국토교통분야 수소기술의 전과정 탄소배출량 산정을 위하여 필요한 DB 구축 목록

4.4 필수 및 결핍 DB 정의 및 DB 도출방법

5. 결론 및 시사점

Acknowledgements

References

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2.1 전과정평가(LCA)

2.2 LCI DB

2.3 수소기술 LCA시 활용되는 LCI DB 분석

3. 연구 수행 방법

4. 연구 수행 결과

4.1 분석 대상 설정

4.2 LCI DB 목록 조사

4.3 국토교통분야 수소기술의 전과정 탄소배출량 산정을 위하여 필요한 DB 구축 목록

4.4 필수 및 결핍 DB 정의 및 DB 도출방법

5. 결론 및 시사점

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