Improvement of microalgal secondary metabolites production through the modulation of environmental factors

한상일 Greduate School, Korea University 2021 국내박사

본 연구에서는 산업 미세조류의 이차 대사산물 생산성 개선을 위해 다양한 환경 요인의 제어를 제시하였다. 미세조류는 광합성을 통해 스스로 번식하므로 재배하기 쉽고, 거의 또는 전혀 주의를 기울이지 않고 성장할 수 있다. 특히, 광합성 박테리아를 제외한 다른 미생물의 재배 시스템에 있어 가장 비싼 영양소인 당원을 사용하지 않고 배양할 수 있으므로 최소 비용으로 이용할 수 있다. 또한, 미세조류는 다양한 고부가가치 물질을 동시 생산할 수 있고 별도의 세포 개량 없이 원하는 고부가가치 물질을 생산할 수 있으며, 높은 이차 대사산물 함량을 지닌다. 예를 들어, 두날리엘라(Dunaliella)는 모든 유기체 중 가장 높은 베타카로틴을, 헤마토코쿠스(Haematococcus)는 천연 공급원 중 가장 많은 양의 아스타잔틴을 함유하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 미세조류는 경제적인 원료 생산을 위한 플랫폼이 될 수 있다. 미세조류의 생산성을 높이는 주요 전략은 유전공학과 환경 요인의 제어로 나뉜다. 잠재적 위험성을 내포한 유전공학과 달리, 환경 요인의 제어는 위험성이 없고 쉽게 적용할 수 있으며, 대량생산에 적합한 기술이다. 그러나, 미세조류의 종에 따라 이차 대사산물 생산에 영향을 미치는 환경 요인이 상이하다. 따라서, 본 연구에서는 산업 원료로써 유망한 미세조류를 선별하고, 이들의 특성을 바탕으로 환경 요인을 제어하여 대사산물 생산성을 평가하였다. 먼저, 간접적인 환경 요인과 직접적인 환경 요인을 적용하여 이차 대사산물 생산성을 평가하였다. 이어서, 환경 요인의 적용이 산업적으로 지속적이고 실현 가능한지를 평가하였다. 마지막으로, 생물학적 환경 요인 또한 적용할 수 있는지를 평가하였다. 두 번째 장에서는 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina)를 이용하여 간접적인 환경 요인의 적용을 평가하였다. 두날리엘라는 높은 수준의 베타카로틴 함량을 지니는 균주로, 성장단계에 따라 세포 내 색소 함량이 변화하는 특성이 있다. 따라서, 광원의 조절을 통해 두날리엘라의 베타카로틴 생산을 증대하였다. 두날리엘라의 성장 패턴은 광원의 파장에 따라 변화하였다. 배양 초기 단계의 세포는 청색광 아래에서 빠르게 성장하였으나, 배양 후기 단계의 세포는 적색광 아래에서 빠르게 성장하였다. 이를 바탕으로 세포의 성장단계에 따라 광원을 청색에서 적색으로 변경하여 단일 적색광 아래에서 배양한 세포에 비해 세포 밀도와 베타카로틴 생산량을 각각 12.8%, 12.5% 증가하였다. 또한, 세포를 청색광에 적응시킬 경우 초기 성장률이 더욱 증가하는 것을 확인하였다. 결과적으로, 광 파장 변화와 청색광 적응 세포를 이용할 경우 단일 적색광을 이용하여 배양한 세포에 비해 베타카로틴 생산량이 34.7% 증가하였다. 이러한 결과는 간접적인 환경 요인의 제어가 이차 대사산물 생산을 효과적으로 개선할 수 있음을 분명히 나타낸다. 세 번째 장에서는 헤마토코쿠스 라쿠스트리스(Haematococcus lacustris)를 이용하여 직접적인 환경 요인의 적용을 평가하였다. 헤마토코쿠스는 강한 스트레스에 노출될 경우 아스타잔틴을 축적하는 특성이 있다. 따라서, 세포에 직접 물리적인 자극을 가하여 스트레스를 유발하고 아스타잔틴 축적을 촉진하는 미세구조 장치를 개발하였다. 물리적 스트레스가 가해진 세포는 대조군보다 14.3% 높은 수준의 활성산소종 함량과 204% 많은 양의 아스타잔틴을 축적하였다. 또한, 미세구조 장치 배양에 질소 고갈 조건을 적용할 경우, 아스타잔틴 함량이 추가로 48.8%에서 71.5%까지 증가하였다. 이러한 결과는 직접적인 환경 요인의 제어가 이차 대사산물 생산을 더욱 효과적으로 개선하고, 간접적인 환경 요인의 제어와 함께 적용될 수 있음을 명백하게 보여준다. 네 번째 장에서는 포르피리듐 크루엔툼(Porphyridium cruentum)을 이용하여 산업적으로 지속 가능하며 실현 가능한 환경 요인을 적용하였다. 포르피리듐은 세포 주변에 세포 외 고분자 물질(EPS; extracellular polymeric substances)을 지속해서 분비하고 구조물에 부착하는 특성이 있으며, 이로 인해 수확 과정에 많은 에너지가 요구된다. 따라서, 에너지 소모량을 줄이면서 지속하여 EPS를 생산할 수 있는 고정화 배양법을 적용하였다. 칼슘 알지네이트 비드는 반 연속적 세포 배양과 EPS 생산에 적합한 것으로 확인되었다. 반 연속적 배양의 결과, 세포 바이오매스와 EPS 생산성은 대조군보다 각각 13.0%, 13.2% 증가하였다. 또한, 칼슘 알지네이트 비드 배양법을 통해 생산된 EPS의 화학적, 생물학적 특성은 기존의 배양법을 통해 생산된 EPS와 같았다. 이러한 결과는 기존의 배양법을 손쉽게 대체할 수 있으며, 지속할 수 있고 실현 가능한 환경 조건 제어의 예를 보여준다. 다섯 번째 장에서는 포르피리듐을 이용하여 생물학적 환경 요인의 적용을 평가하였다. 포르피리듐은 세포 외부에 EPS 층을 형성하며, 이를 통해 주변에 박테리아 군집을 유치하고 공생하는 특성이 있다. 따라서, 공생 박테리아의 적용에 따른 포르피리듐의 성장과 EPS 생산성 변화를 평가하였다. 박테리아 슈도알테로모나스(Pseudoalteromonas sp.) MEBiC 03485는 포르피리듐의 성장을 최대 57.4%, EPS 생산성을 5.92% 향상하였다. 이러한 효과는 MEBiC 03485가 분비한 화합물로부터 기인한 것으로 밝혀졌다. MEBiC 03485가 분비한 화합물을 처리한 경우, 포르피리듐의 세포 성장과 EPS 생산은 각각 18.2%, 12.3% 증가하였다. 또한, MEBiC 03485의 분비물은 포르피리듐의 피코에리트린과 피코시아닌 함량을 각각 98.3%, 172% 증가시켰다. 이러한 결과로부터 MEBiC 03485가 포르피리듐의 광합성 효율을 증가시켜 세포 성장과 EPS 생산이 증가하였음을 추론하였다. 이러한 결과는 미세조류 배양을 위한 환경요인의 제어가 비생물적 요인뿐만 아니라 생물적 요인도 포함함을 보여준다. 본 연구는 미세조류의 특성을 기반으로 하여 이차 대사산물 생산성 향상을 위한 지속 가능하고 실행 가능한 배양 방법의 가이드 역할을 할 것이다. In this study, various environmental factor controls have been proposed to improve the productivity of secondary metabolites in industrial microalgae. Microalgae are easy to cultivate and can grow with little or no attention, especially since they reproduce on their own through photosynthesis. For instance, most microalgae can be cultivated without sugar source, which is the most expensive component when cultivating microorganisms (except for photosynthetic bacteria); therefore, the cost for using and maintaining them is low. Microalgae can simultaneously produce various high-value products, biosynthesize these valuable products without additional genetic engineering, and contain high levels of secondary metabolites. For example, Dunaliella sp. is one of the highest producers of β-carotene among all organisms, and Haematococcus sp. contains the highest amount of astaxanthin compared to other natural producers. Thus, microalgae can be a platform for producing economical raw materials. Notably, strategies that improve the productivity of microalgae are controlled by genetic engineering and environmental factor controls. Unlike genetic engineering that poses potential risks, such as fears of biological contamination and limited legislation, environmental factor control is a technology that is risk-free, easy to apply, and suitable for mass production. However, environmental factors, which influence the production of secondary metabolites, differ depending on the microalgal species. In this study, promising microalgae that produce industrial raw materials were selected, and based on their characteristics, environmental factors were controlled to investigate secondary metabolite productivity. Initially, the productivity of secondary metabolites was measured by controlling both indirect and direct environmental factors, such as light source, physical stress, alginate bead, and symbiotic bacterium. Subsequently, the sustainability and feasibility of controlling environmental factors were evaluated. Finally, the applicability of biological factors was examined. In Chapter 2, the application of indirect environmental factors was investigated using Dunaliella salina. D. salina is a strain that produces high levels of β-carotene, and its pigment content changes depending on the growth stage. Therefore, β-carotene production from D. salina was modified by controlling the light source. The growth pattern of D. salina changed according to the wavelength emitted from the light source. Cells in the early stages of culturing grew rapidly under blue light, whereas cells in the later stages of culturing grew rapidly under red light. Depending on the growth stage of the cells, when the cells were cultured under a blue light and then switched to a red light, cell density and β-carotene production increased by 12.8% and 12.5%, respectively, compared to cells cultured under only a red light. Additionally, we confirmed that the initial growth rate further increased when the cells were adapted to a blue light. Subsequently, when the emitted wavelength of light shifted from blue to red and blue light-adaptive cells were used, the production of β-carotene was increased by 34.7% compared to cells cultured under only a red light. These results indicate that controlling indirect environmental factors improved the production of secondary metabolites. In Chapter 3, direct environmental factors were applied to Haematococcus lacustris. H. lacustris is capable of accumulating astaxanthin when subjected to high-level stress in the local environment, such as high salt, high irradiance, and inadequate pH range. We developed a microdevice to induce stress by physically stimulating cells, thereby promoting astaxanthin accumulation. The cells that were subjected to physical stress accumulated higher levels of reactive oxygen species (14.3%) and astaxanthin (204%) than the unstimulated control. Moreover, when nitrogen was depleted in the microdevice-tested culture, the astaxanthin content was further increased by 48.8–71.5%. These results show that environmental factors can directly stimulate these cells for microalgal cultivation. These results also demonstrate that direct environmental factor controls can improve the productivity of secondary metabolites and can be utilized simultaneously with indirect environmental controls. In Chapter 4, an industrially sustainable and feasible environmental factor, alginate bead, has been applied to Porphyridium cruentum. P. cruentum continuously secretes extracellular polymeric substances (EPS) around cells and adheres to structures such as pillars, rocks, and corals in the aquatic environment. Thus, a large amount of energy is consumed by centrifuge during the harvesting process. An immobilized culture method was applied to P. cruentum to continuously produce EPS while reducing energy consumption. As a support for cells, calcium alginate beads were determined to be suitable for semi-continuous cell culture and EPS production. Owing to the semi-continuous culturing conditions, the cell biomass and EPS productivity increased by 13.0% and 13.2%, respectively, compared to the control. Notably, the chemical and biological properties of the EPS produced through the calcium alginate bead culture were the same as the EPS produced through the conventional culturing method. These results show examples of sustainable and feasible environmental factor control to improve productivity and yields; subsequently, this approach can easily replace conventional culture methods. In Chapter 5, the application of a biological factor was evaluated using P. cruentum. P. cruentum forms a layer of secreted EPS on the outside of cells, which in turn attracts symbiotic bacteria that colonize around it. The growth and EPS productivity of P. cruentum were assessed after co-culturing with symbiotic bacteria. Compared to control (non-treated) conditions, Pseudoalteromonas sp. MEBiC 03845 increased the cell density of P. cruentum by 57.4% and also increased EPS production by 5.92%. We found that this effect originated from a compound secreted by the MEBiC 03485. When the compound secreted by MEBiC 03485 was treated, cell growth and EPS production from P. cruentum increased by 18.2% and 12.3%, respectively. Moreover, the compound secreted by MEBiC 03485 increased the content of phycoerythrin and phycocyanin in P. cruentum by 98.3% and 172%, respectively. From these results, we inferred that MEBiC 03485 increased the photosynthetic efficiency of P. cruentum, thereby increasing cell growth and EPS production. These results confirm that controlling environmental factors to cultivate microalgae includes both abiotic and biotic factors. Collectively, this study serves as a guide for sustainable and feasible culture methods based on the characteristics of microalgae to improve secondary metabolites productivity.

메타버스 공간 사례 분석을 통한 효과적인 가상건축 설계 연구

이종섭 고려대학교 공학대학원 2023 국내석사

메타버스 공간 사례 분석을 통한 효과적인 가상건축 설계연구이 종 섭 건축사회환경공학과 지도교수 : 이 경 훈 요약문 본 연구는 메타버스 공간설계에서 필요한 검토 요인 도출 및 실제 사례를 분석하고 이를 통하여 보다 효과적인 공간설계를 제안하기 위한 연구 목적을 가지고 진행하였다. 이러한 연구목적을 달성하기 위하여 본 연구는 제Ⅰ장에서 연구의 목적 및 연구 방법을 밝히고 본 연구와 관련한 분석 준거 틀을 마련하였다. 또한 연구 진행을 위하여 다음과 같은 사례와 범위를 세부적으로 선정하였다. 그리하여 확보한 사례분석을 바탕으로 효과적인 메타버스 공간설계의 아이디어를 얻은 후 이를 바탕으로 이용자 중심의 메타버스 공간 실제 설계안을 제안할 논거의 토대를 마련하였다. 제Ⅱ장은 본 연구와 관련된 의미 있고 중요한 선행연구들을 이론적으로 고찰하였다. 메타버스 개념과 관련하여 2007년 미국 코넬 대학 교수 로버트 블룸필드(Robert Bloomfield)를 참고하고 그가 분류한 메타버스 4가지 유형의 플랫폼을, 증강현실, 라이프로깅, 미러월드, 가상세계, 본 연구의 핵심 분류 기준으로 활용하였다. 특히, 증강 현실(Augmented Reality; AR) 및 혼합 현실(Mixed Reality; MR)의 적용이 가상현실의 발전을 압도하고, 일부에서는 인공지능(Artificial Intelligence; AI) 시스템으로 구현되는 가상세계가 인간의 실제 경험을 확장하고 현실을 더 이해하기 쉽고 흥미롭게 만들어 궁극적으로 일상에 대한 여러 문제를 개선할 것으로 전망되고 있다. 이에 본 연구는 ’증강현실‘을 기반으로 보다 효과적인 가상공간 설계를 모색하였다. 제Ⅲ장은 본 연구의 목적을 논거하는 사례 선정 및 분석 기준의 서술하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 이 중에서 가상세계에 해당하는 사례를 분석 대상으로 하였다. 본 연구가 수행한 사례분석은 물리적 환경, 공간 컴퓨팅(Spatial Computing), 초월성, 현전감(Presence), 자율성을 기준을 사용하였다. 이러한 개념들을 바탕으로 본 연구는 실제 사례 분석으로 국내 사례 2개와 해외 사례를 대상으로 하였다. 국내 사례인 로블록스 서울시 ‘따릉이 교육장’은 서울시설공단과 2021년 메타버스 플랫폼 로블록스가 2021년 서울시 공공자전거 '따릉이'의 가상교육장을 구축한 것이다. 이는 주로 10대가 주로 이용하는 메타버스 플랫폼 로블록스에 3D 콘텐츠의 따릉이 안전교육장와 홍보관을 구현한 것이며 사용자의 접근성을 무엇보다 고려한 것이었다. 그러나 가상세계는 사람들이 다른 사람들이 그들과 함께 있고 상호 작용할 수 있는 것으로 경험하는 지속적인 가상 환경이다(Schroeder, 2008). 가상 환경과 가상 현실 기술이 "사용자(또는 사용자)가 실제 환경이 아닌 다른 환경에 존재하는 느낌을 갖도록 허용하거나 강요하는 컴퓨터 생성 디스플레이"로 정의된다는 점에서 자율성이 강조된다. 하지만 ‘따릉이’ 사례에서는 사용자의 능동적인 경험이 극히 제한적인 분석결과가 나왔다. 다음 국내 사례는 가상전시 공간 ‘믐(MEUM)’이다. 가상전시공간 ‘믐’은 물리적인 제약을 해소하고 개인의 고유 전시공간을 향유하는 것을 목표로 제시된 프로젝트이다. 코로나19로 다양한 오프라인 문화예술공간에 방문객의 발길이 끊기면서 많은 전시관, 갤러리가 어려움을 겪게 되었다. 이때 ‘주식회사 믐’은 예술 작가들이 창작물을 전시하고 홍보할 수 있도록 메타버스를 이용한 온라인 3차원(3D) 전시장을 운영하였다. '믐' 사용 작가는 기본으로 작품을 20개까지 업로드할 수 있으며, 그 이상 작품을 설치할 경우 ‘포도’를 통해서 인벤토리를 확장해야 한다. 이러함에 '믐'은 소비자가 만들어가는 전시가 주목표로, 비용 없이도 전시공간을 이용할 수 있게 함으로써 소비자가 작가가 되고 또 소비자가 되는 순환과 공유 목표를 지향하는 것을 알 수 있다. 한편 해외 사례는 ‘제페토 월드’을 1차와 2차로 분리하여 사례분석하였다. 이유는 제페토 월드 1차와 2차가 많은 점에서 그 차이를 보이고 있기 때문이었다. 제페토 월드 내 시각적 세계는 현실에서의 월드와 동일하다. 서울에서 개최된 전시공간을 그대로 구현하여 물리적 공간, 3차원 구현과 현실감이 매우 높게 나타나는 특징을 지녔다. 좀 더 구체적으로 구찌의 제페토 월드는 1차와 2차의 성격에서 차이가 발생하는데, 1차는 게임과 아바타 장식, 구매 등의 활동에 초점을 맞춘 반면 2차는 전시공간의 체험에 중심을 두었다. 1차의 경우 물리적 환경, 공간 컴퓨팅, 초월성, 현존감, 자율성 모두에서 극단적으로 치우친 경향보다, 고른 특징을 보여준다. 다만, 시각적 기술력이 높고 사용자의 즐거움과 흥미를 유발할 수 있는 콘텐츠를 채우는 데 중점을 두었기 때문에 몰입감을 높여 현존감으로 연결될 여지가 있다고 판단된다. 2차의 경우 오프라인에서 개최한 전시를 그대로 가상에 구현하여 초월성을 높였다. 사용자는 현실과 가상공간을 넘나들며 초월성을 느낄 수 있었다. 제Ⅳ장은 본 연구의 목적을 수행하기 위하여 메타버스 건축‧설계의 계획과 실제를 서술한 장이다. 본 연구가 특히 주목하는 바는 ‘증강현실’이다. 증강현실이란 외재적 세계의 증강 형태로, 위치 인식시스템과 네트워크를 활용하여 개인의 현실공간을 확장한다(Smart, Cascio, & Paffendorf, 2007). 인간이 인식하는 현실공간에 가상의 2D/3D 물체를 겹쳐 보이게 하여 상호작용하는 환경을 제공하는 것으로, GPS를 활용한 위치정보에 마커(marker)와 시스루(see-through) 등을 활용한다(Aladin et al., 2020; Kim et al., 2020). 이러한 가상공간의 건축‧설계는 각 산업의 특성에 따라 다양한 양태로 전개되고 있다. 실제 공간설계 계획안은 가장 최근의 흐름을 반영하였다. 본 연구를 진행하고 있는 2022년 12월 현재, 메타버스는 이제 시대의 대세이며 필이다. 이러한 시대 흐름 속에서 본 연구가 목표하는 건축공간은 ‘재택근무를 통한 업의 공간’이다. 여기서 ‘협업’이란 반드시 모든 구성원들이 모여서 함께 작업을 해야 하는 업종이 아니다. ‘독립성’을 기반으로 하여 한 회사의 구성으로서 협업을 해야하 디자인 관련 업종이다. 이에 관한 본 연구의 상세 서술을 위하여 먼저 본 연구자가 각하는 메타버스 건축‧설계에 반드시 검토되어야 하는 요소는 다음과 같다. 메타버스 구현의 미래 가능성을 논의한 Dionisio와 Gilbert(2013)에 따르면 가상공간 설계의 중심 구성 요소는 네 가지 기능에 집약된다. 즉 리얼리즘, 유비쿼티(Ubiquity), 상호 운용성, 확장성을 갖추어야 한다. 나아가 효과적인 가상공간 건축‧설계를 위한 핵심 요인 지표로 본 연구는 다음과 같은 4가지 요인을 도출하였다. 첫째, 가상공간 주 사용자 연령대의 니즈를 구체적으로 파악해야 한다. 둘째, 가상공간 안에서 사용자가 현실을 대체할 목표를 세분화해야 한다. 셋째, 메타버스 가상공간 내 ‘비즈니스 생태계’ 중요성을 검토해야 한다. 넷째, 메타버스 내 가상공간 건축 설계 점검표를 작성하는 것이다. 이에 본 연구는 제Ⅳ장 3항에서 ‘증강현실(AR)’을 바탕으로 한 가상공간 실제 건축‧설계 계획하였다. 이를 위해 본 연구자는 가장 먼저 ‘테마’를 설정하였다. 그리고 상기 검토한 가상공간 내에 필요한 검토 요소를 작성하였다. 테마는 코로나19 팬데믹 확산으로 불가피하게 확산되는 비대면 근무환경을 설정하였다. 본 연구는 이러한 설정하에 원격 재택근무의 개념을 넘어, 가상공간에서 보다 효율적인 업무환경을 조성하고, 해당 비대면 조직구성원들의 효율적 업무 완수를 목표로 가상공간 건축‧설계안을 제시하고자 하였다. 본 연구가 제시하는 메타버스 가상공간 설계 계획안은 본 연구의 Ⅲ장 사례 분석에 포함되지 않은 ‘사무환경 구축’이다. 물론 비대면 사무환경 구축은 기존에 어느 정도 이루어져 있다. 하지만 기존에 구축된 비대면 사무환경 구축은 Ⅲ장 사례 분석의 가상공간 설계환경과 대개 동일하다. 이에 본 연구자는 Ⅲ장 사례 분석 결과를 바탕으로 더욱 발전된 ‘증강현실(AR) 글래스를 착용한 확장현실(XR) 환경의 비대면 사무환경’이라는 가상공간 설계 구축을 목표로 설정하였다. 이러한 본 연구와 관련 문준식(2014)은 가상현실(VR)을 “컴퓨터로 구현한 환경, 상황을 모의실험(simulate)하는 것 이외에 실질적으로 구축될 공간의 사용자가 가상으로 구현된 공간에서 마치 실제 상황이나, 환경에서 경험하는 것과 같은 느낌을 가지게 하는 것”으로 정의하였다. 또한 그는 가상현실 헤드셋 적용과 그 가능성에 관하여 연구하면서, 설계 도구로써, 다양한 대안들을 기존에 물리적 모델과 동일하게 간접적으로 체험해볼 수 있어, 설계 시간은 물론 기존 비용에 비해 경제적으로 훨씬 더 감소할 것이라 예측하였다. 또한 건설회사에서 모델하우스, 시공단계에서 설계도면의 이해를 증진, 클라이언트의 공간에 대한 이해증진, 디자인 과정에서 협업을 위한 도구로서도 활용가능할 것으로 예측하였다. 문준식(2014)의 예측처럼 현재 증강현실(AR) 글래스 기술은 매우 비약적이며 빠른 속도로 발전하고 있다. 2022년 9월, 중국 스타트업 기업이자 ‘AR 글래스’ 분야 세계시장에서 선두를 달리며 한국 시장 “AR 글래스 점유율 81%”를 확보한 <Nreal>이 ‘Nreal Air’ 제품을 출시했다. 2022년 12월 현재 자사 홈페이지와 쿠팡 등 쇼핑업체들을 통해 대중에 판매하고 있다. 이것으로 본 연구가 실제 계획하는 증강현실(AR)의 기술적 토대는 기본적으로 마련되어 있다고 판단한다. 본 연구는 실제 건축‧설계를 하기에 앞서 먼저 테마를 설정하였다. 테마는 ‘코로나19 확산으로 인한 메타버스 가상공간 비대면 사무 환경 구축’이다. 이러한 테마 설정은 2022년 12월 현재도 코로나19의 위력이 여전하기 때문이다. 또 기존에 코로나19로 인하여 재택근무 및 원격근무를 시행하였던 글로벌 기업들의 경우 그 장점이 우수함을 이해하고 그 업무 범위를 더욱 더 확장하고 있다. 다음으로 본 연구는 가상공간 건축‧설계의 목표를 ‘200명 규모의 1인 전용 가구(家具) 디자인 회사’로 설정하였다. 아울러 공간설계에 있어 회사의 사무실은 물론 그 회사 구성원이 생활하는 편의공간으로까지 그 공간의 범위를 확장하였다. 현재 대한민국 가구의 약 1/3이 1인 가구이다. 그리고 이것은 비단 한국만이 아닌 세계적인 추세이기도 하다. 그러므로 1인 가구(家具)는 매우 다양한 제품에 걸쳐 그 수요가 급증할 것이기 때문이다. 이 과정에서 ‘디자인’ 업종의 특성상 각 디자너이들이 굳이 한 회사의 한 사무실에 머물며 공동작업을 해야할 필요는 없다. 오히려 그것은 비효율적이다. 각 디자이너들의 디자인 설계와 계획에 따라 회사 밖은 물론 세계 곳곳을 방문하여 실태를 조사할 필요도 있다. 그리고 자신이 설계한 가구를 입체적으로 회사 구성원들에게 시연하여야 할 필요도 있다. 그러므로 디자인 업종 회사의 경우, 실제 몸은 어디에 있든 불문하고, 가상공간의 사무실 그리고 사무실을 중심으로한 부대시설 등이 설계된 공간을 이용하는 것이 훨씬 더 효율적이라 할 수 있다. 나아가 이러한 사무환경에 효율성을 더 높이기 위하여 단지 2D 화면으로 참여하는 것이 아닌, 3D 화면, 즉 확장현실(XR) 환경 속의 가상공간을 활용하는 것이 특히 몰입감 및 현전감 면에서 매우 효율적이며 보다 능동적인 활동을 이끌어 낼 수 있기 때문이다. 본 연구가 제시한 상기 계획안은 현재의 기술력으로도 충분히 실현가능한 사례이며 효율성 및 투자 대비 이윤 창출 면에서도 그 효과가 충분하리라 예상된다. 현재 시대는 MZ세대를 중심으로, 메타버스 기술을 중심으로 매우 빠르게 변화하고 있으며 또 확산되고 있다. 글로벌 IT 기업들은 메타버스 활용 및 투자에 매우 적극적으로 나서고 있다. 향후 이러한 메타버스 건축‧설계 시장에 치열한 경쟁과 발전이 있을 것이라는 것은 명약관화한 사실이다. 그러므로 새로운 미래 산업인 메타버스 산업기반 조성과 미래의 가치 창출을 위하여 기업은 물론 정부 차원에서도 전폭적인 관심과 지원이 있어야 할 것이다. 메타버스가 성숙함에 따라 메타노믹스의 경제 규모는 커지며, 현실 공간에서 제조업과 마케팅까지, 가상공간에서 엔터테인먼트와 다중정체성의 일반화까지, 현실과 가상의 융합에서 교육과 여행까지 확장될 것이다. 이는 도시와 도시의 연결, 도시와 국가의 연결, 나아가 지구의 연결로 확장될 것이다. 그럼에도 아직 완벽한 몰입을 유발하기 위한 디스플레이 기술, 웨어러블 기기의 기술력 등에 대한 한계가 존재하는 것은 사실이다. 공간 설계뿐 아니라 기술, 프로그래밍, 사용자의 감각 및 심리적 반응 등 다각적 차원에서 연구가 수행되어야 하며, 각 학문 분야 간 융합 연구가 요구된다. 핵심어 : 메타버스, 가상건축설계, 증강현실(AR), 확장현실(XR), 재택근무, 원격근무 A Study on Effective Virtual Architecture Design through Metaverse Space Case Analysis by Jong Seop Department of Civil, Environmental and Architectural Engineering under the supervision of Professor : Kyung Hoon Lee Abstract This study was conducted with the purpose of deriving review factors necessary for metaverse space design, analyzing actual cases, and proposing more effective space design through this. In order to achieve this research purpose, this study clarified the purpose and research method of the study in Chapter 1, and prepared a framework for analysis related to this study. In addition, the following cases and scopes were selected in detail for the progress of the study. Based on the case analysis obtained, the idea of ​​effective metaverse space design was obtained, and based on this, the basis for the argument to propose a user-centered metaverse space design was prepared. Chapter Ⅱ theoretically reviewed meaningful and important preceding studies related to this study. Regarding the metaverse concept, refer to Robert Bloomfield, a professor at Cornell University in the United States in 2007, and classify four types of metaverse platforms he classified: augmented reality, lifelogging, mirror world, virtual world, and the core classification of this study. used as a criterion. In particular, the application of augmented reality (AR) and mixed reality (MR) overwhelms the development of virtual reality, and in some cases, the virtual world implemented by artificial intelligence (AI) systems It is expected to expand experiences and make reality more comprehensible and interesting, ultimately improving many problems of everyday life. Therefore, this study sought a more effective virtual space design based on 'augmented reality'. Chapter III describes the case selection and analysis criteria that support the purpose of this study. For this purpose, in this study, cases corresponding to the virtual world were analyzed. The case analysis conducted in this study used physical environment, spatial computing, transcendence, presence, and autonomy as criteria. Based on these concepts, this study targeted two domestic and overseas cases as an actual case analysis. In the case of Roblox Seoul’s ‘Dtareungi Training Center’, a domestic case, the Seoul Facilities Corporation and the 2021 metabus platform Roblox built a virtual training center for the public bicycle ‘Dtareungi’ in 2021. This is a metabus platform mainly used by teenagers, Roblox, which implements 3D contents of the Ttareungi safety training center and PR center, and considered user accessibility above all else. However, virtual worlds are persistent virtual environments in which people experience others as being present and able to interact with them (Schroeder, 2008). Autonomy is emphasized in that virtual environments and virtual reality technologies are defined as “computer-generated displays that allow or force the user (or users) to have the feeling of being in an environment other than the real one.” However, in the case of ‘Ttareungyi’, the active experience of users was extremely limited. The next domestic case is the virtual exhibition space ‘MEUM’. The virtual exhibition space 'Meon' is a project presented with the goal of relieving physical limitations and enjoying an individual's unique exhibition space. Due to COVID-19, many exhibition halls and galleries suffered difficulties as visitors stopped visiting various offline cultural and art spaces. At this time, ‘Meon Co., Ltd.’ operated an online 3-dimensional (3D) exhibition hall using metaverse so that artists could display and promote their creations. Artists who use 'Myeon' can upload up to 20 works by default, and if more works are installed, the inventory must be expanded through 'Grape'. In this sense, 'Beon' is aimed at the circulation and sharing goal of consumers becoming artists and consumers again by making exhibitions made by consumers as the main goal, allowing them to use the exhibition space without cost. Meanwhile, for overseas cases, 'ZEPETO World' was analyzed by separating the first and second cases. The reason is that there are many differences between the 1st and 2nd ZEPETO World. The visual world in ZEPETO World is the same as the real world. By implementing the exhibition space held in Seoul as it is, it has the characteristics of a physical space, three-dimensional realization, and a very high sense of reality. More specifically, Gucci's Zeppetto World differs in the nature of the 1st and 2nd. The 1st focused on activities such as games, avatar decorations and purchases, while the 2nd focused on the experience of the exhibition space. In the case of the first order, it shows even characteristics rather than extreme biases in all of the physical environment, spatial computing, transcendence, presence, and autonomy. However, since the visual technology is high and the focus is on filling the content that can arouse the user's enjoyment and interest, it is judged that there is room for it to be connected to a sense of presence by increasing the sense of immersion. In the case of the second exhibition, the exhibition held offline was implemented virtually as it is, enhancing transcendence. Users could feel transcendence by crossing the real and virtual space. Chapter Ⅳ describes the plan and practice of metabus architecture and design to carry out the purpose of this study. What this study pays special attention to is ‘augmented reality’. Augmented reality is an augmented form of the external world, which uses a location recognition system and network to expand an individual's real space (Smart, Cascio, & Paffendorf, 2007). It provides an interactive environment by superimposing virtual 2D/3D objects on the real space recognized by humans, and utilizes markers and see-through for location information using GPS (Aladin et al., 2020; Kim et al., 2020). The architecture and design of these virtual spaces are being developed in various ways according to the characteristics of each industry. The actual space design plan reflected the most recent trend. As of December 2022, when this study is being conducted, the metaverse is now the trend and feel of the times. In this trend of the times, the architectural space that this study aims for is 'the space of work through telecommuting'. Here, ‘collaboration’ is not necessarily an industry in which all members must gather and work together. It is a design-related industry that needs to collaborate as a composition of a company based on 'independence'. For the detailed description of this study, the elements that must be reviewed in the metabus architecture and design that this researcher rejects are as follows. According to Dionisio and Gilbert (2013) discussing the future possibilities of metaverse implementation, the central components of virtual space design are concentrated in four functions. In other words, it should have realism, ubiquity, interoperability, and scalability. Furthermore, as key factor indicators for effective virtual space architecture and design, this study derived the following four factors. First, it is necessary to specifically identify the needs of the age group of the main users of virtual space. Second, within the virtual space, users should subdivide the goal to replace reality. Third, the importance of the ‘business ecosystem’ within the metaverse virtual space should be reviewed. Fourth, to create a virtual space architectural design checklist in the metaverse. Therefore, in this study, the actual architecture and design of virtual space based on 'augmented reality (AR)' was planned in Chapter IV, Paragraph 3. To this end, this researcher first set up a 'theme'. In addition, necessary review elements were created in the reviewed virtual space. The theme set a non-face-to-face working environment that inevitably spreads due to the spread of the COVID-19 pandemic. Under these settings, this study aims to create a more efficient work environment in virtual space, beyond the concept of remote telecommuting, and present a virtual space architecture and design plan with the goal of efficiently completing work for the members of the non-face-to-face organization. The design plan for the metabus virtual space proposed by this study is the ‘establishment of office environment’, which is not included in the case analysis in Chapter Ⅲ of this study. Of course, the non-face-to-face office environment has been established to some extent. However, the existing non-face-to-face office environment construction is mostly the same as the virtual space design environment of the case analysis in Chapter Ⅲ. Therefore, based on the results of the case analysis in Chapter Ⅲ, this researcher set the goal of constructing a virtual space design called 'a non-face-to-face office environment in an extended reality (XR) environment wearing augmented reality (AR) glasses'. Moon Jun-sik (2014) related to this study describes virtual reality (VR) as “a computer-implemented environment and situation, in addition to simulating a situation, the user of the space to be actually constructed looks like a real situation in a virtually implemented space. However, it is defined as “to have the same feeling as experienced in the environment”. In addition, while studying the application of virtual reality headsets and their possibilities, as a design tool, he can indirectly experience various alternatives in the same way as existing physical models, which will reduce design time as well as economically compared to existing costs. predicted. It is also predicted that construction companies can use it as a model house, to improve understanding of design drawings in the construction stage, to improve the client's understanding of space, and to be used as a tool for collaboration in the design process. As predicted by Jun-sik Moon (2014), the current augmented reality (AR) glass technology is very rapid and developing at a rapid pace. In September 2022, <Nreal>, a Chinese start-up company and leader in the global market for ‘AR glasses’ and securing an “81% share of AR glasses” in the Korean market, launched the ‘Nreal Air’ product. As of December 2022, it is selling to the public through its website and shopping companies such as Coupang. With this, it is judged that the technical foundation of the augmented reality (AR) that this study actually plans is basically prepared. In this study, the theme was set prior to actual architecture and design. The theme is ‘establishing a non-face-to-face office environment in the metabus virtual space due to the spread of Corona 19’. This theme setting is because the power of Corona 19 is still present as of December 2022. In addition, in the case of global companies that have previously implemented telecommuting and telecommuting due to COVID-19, they understand that the advantages are excellent and are further expanding the scope of their work. Next, this study set the goal of virtual space architecture and design to be a single-person furniture design company with 200 employees. In addition, in space design, the scope of the space was expanded to include not only the office of the company but also the convenience space where the members of the company live. Currently, about one-third of households in Korea are one-person households. And this is a global trend, not just Korea. Therefore, single-person households will see a surge in demand across a wide variety of products. In this process, due to the nature of the ‘design’ industry, it is not necessary for each designer to stay in one office of one company and collaborate. Rather, it is inefficient. Depending on the design and plans of each designer, it is necessary to visit not only outside the company but also around the world to investigate the actual situation. In addition, there is a need to demonstrate the furniture designed by oneself to company members in three dimensions. Therefore, in the case of companies in the design industry, regardless of where the physical body is located, it can be said that it is much more efficient to use the space where the virtual space office and auxiliary facilities centered on the office are designed. Furthermore, in order to further increase the efficiency of such an office environment, it is very efficient and more active in terms of immersion and presence to utilize a 3D screen, that is, a virtual space in an extended reality (XR) environment, rather than just participating in a 2D screen. because it can lead to. The above plan proposed by this study is a case that can be fully realized with the current technology, and it is expected that the effect will be sufficient in terms of efficiency and profit creation compared to investment. The current era is changing and spreading very rapidly, centered on the MZ generation and metabus technology. Global IT companies are very active in utilizing and investing in the metabus. It is a clear fact that in the future, there will be fierce competition and development in the metabus architecture and design market. Therefore, there should be full interest and support from the government as well as companies in order to create a foundation for the new future industry, the metabus industry, and create future value. As the metaverse matures, the economic scale of metanomics will grow, expanding from real space to manufacturing and marketing, from virtual space to entertainment and generalization of multiple identities, and from the convergence of real and virtual to education and travel. This will expand to the connection between cities, cities and countries, and furthermore, the connection of the earth. Nevertheless, it is true that there are still limits to display technology and wearable device technology to induce perfect immersion. In addition to space design, research should be conducted in various dimensions such as technology, programming, and users' sensory and psychological responses, and convergence research between each discipline is required. Key words: metaverse, virtual architectural design, augmented reality (AR), extended reality (XR), telework, remote work

전략환경영향평가 실효성 제고를 위한 체크리스트 개발

한규영 연세대학교 대학원 2012 국내석사

본 연구의 목적은 사업단계에서 실시되는 환경영향평가의 문제점을 해결하고자 도입된 전략환경영향평가의 실효성 제고를 위해서 기존의 사전환경성검토(PER)와 전략환경평가(SEA)에 대해 분석하고 국제영향평가학회와 EU SEA Directive, 환경영향평가법에서의 전략환경영향평가에 대한 요건(criteria)를 도출하고 이를 통해 체크리스트를 개발하는 것이다. 또한 개발된 체크리스트를 전략환경영향평가 대상에 해당하는 사전환경성검토대상 중 행정계획에 해당하는 ‘공주-청원 고속도로 민간투자사업 사전환경성검토서(2009.10)’와 ‘동남권 신공항’, ‘신행정수도(세종시)’ 사례 분석에 적용하여 기존 제도의 문제점을 도출하고 현재 시행을 앞두고 있는 전략환경영향평가의 방향을 제언하도록 한다. 본 연구 결과 체크리스트로 도출된 항목에 대하여 분석사례는 법률상으로 제시되어 있는 절차 및 내용에는 부합하지만, 계획을 확정지은 상태에서 평가를 실시하기 때문에 대안의 설정 및 평가에 대한 항목에는 부합하지 않는 것으로 나타났다. 또한 사회·경제·환경 분야의 통합적 평가, 정책→상위계획→하위계획의 연계성 등에 대한 대안 평가가 이루어지지 않아, 환경외의 요소에 대한 고려가 미흡한 것으로 나타났다. 그리고 가장 중요한 절차 중 하나인 의견수렴 절차는 시행이 되었으나 의견수렴 내용이 평가에 반영되었는지, 그리고 평가서가 실제로 계획에 반영되었는지에 대한 정보가 공개되지 않음에 따라 이에 대한 개선이 이루어져야 한다. 그러므로 체크리스트 개발과 사례분석 결과를 통해 향후 전략환경영향평가의 발전방향에 대해 다음과 같이 제시한다. 첫 번째로, 사업의 추진여부를 판단하기 이전에 환경성검토가 이루어져야한다. 우리나라의 전략환경영향평가의 개념은 사업의 시행여부를 판단하는 역할보다는 사업시행시에 발생할 수 있는 환경영향을 저감하기 위한 평가에 치중되어 있다. 그러나 실질적인 전략환경영향평가의 역할을 하기 위해서는 사업의 입지나 시행여부가 결정되기 이전인 전략적 의사결정단계인 정책(Policy), 계획(Plan)단계에서 환경성검토가 이루어져야만 한다. 두 번째로, ‘전략환경영향평가’는 지속가능한 발전을 위해 상위의사결정단계부터 정책, 계획, 프로그램의 사회·경제·환경적 영향을 함께 고려하는 의사결정 과정이 평가의 목적에 부합하는 가장 적절한 개념이므로 환경적 측면만의 고려가 아닌 사회, 경제, 환경 분야의 통합적인 평가가 이루어져야 한다. 세 번째로는 전략환경영향평가는 다양한 가치를 가진 집단의 참여를 바탕으로 정보공개와 사회적 논의를 통한 정책수립과정이므로 평가과정에서의 의견수렴 내용이 계획에 직접적으로 반영되기 위해서는 계획의 진행과정에서 이루어지는 평가에 대한 정보 공개가 이루어져야하며, 이에 대한 해당 지역 주민들의 의견을 수렴해야 한다. 마지막으로 입지대안의 설정이 필요하다. 위에서 언급했듯이, 우리나라의 전략환경영향평가는 결정된 입지 및 사업에 대한 환경영향저감방안을 모색하는 데에 중심을 두고 있다. 그러나 전략환경영향평가가 본래의 역할을 하기 위해서는 사회, 경제, 환경 분야의 통합적인 검토와 주민 의견 수렴 등을 통하여 사업의 취지에 부합하는 입지대안을 설정하고, 각 대안에 대한 평가를 통해 입지를 결정한 뒤 사업시행을 결정할 것을 제언하는 바이다.

LCA를 이용한 고속철도 건설단계에서의 포괄 환경성 평가

이철 인하대학교 대학원 2014 국내석사

전 세계적으로 지구는 지속적인 개발과 경제발전으로 인해 환경파괴가 가속화 되면서 이상기후에 따른 광범위한 위협을 맞이하고 있다. 이에 선진국을 중심으로 제품 생산에서 폐기과정까지의 전과정에 걸친 환경부하량을 파악하고 이를 줄여나가기 위해 노력하고 있다. 국내에서도 건축물의 전생애주기에 걸친 환경부하 평가를 통해 보다 친환경적인 건설을 유도하고 있다. 본 연구에서는 LCA(Life Cycle Assessment)기법을 적용하여 국내 고속철도 시설물 A노선을 대상으로 전생애주기 중 환경부하 비중이 높은 건설단계에 대하여 설계내역서 및 EBS(Event Breakdown System) 건설공사비 내역작성 프로그램 등을 이용하여 분야별(토목, 궤도, 건축 및 전철전력분야) 주요 건설자재 및 중장비 에너지 사용량을 산정하고, 연장 1km당 발생하는 환경영향을 포괄적으로 분석하였다. 그 결과, 고속철도공사에서의 영향범주별 기여도는 지구온난화(52.5%), 자원고갈(25.2%), 광화학산화물생성(7.7%) 순으로 나타났으며, 주요 영향인자는 레미콘 (60.9%), 시멘트(30.2%), 철근(4.2%) 그리고 강재 제작(1.6%)인 것으로 분석되었다. 공사별 환경영향 기여도는 토목분야 89.2%, 궤도분야 7.1%, 건축분야 1.8%, 전철전력분야 1.9%로 나타났으며, 특히 기여도가 높은 토목분야의 경우, 주요 영향인자는 레미콘(60.8%) 및 시멘트(33.7%) 사용이었다. 또한 주요 세부공사인 토공, 교량, 터널공사의 환경영향을 분석한 결과, 레미콘 및 시멘트 사용이 많은 교량공사가 2.84E+03으로 가장 높게 나타났으며, 터널공사 2.29E+03, 토공사 3.97E+02 순으로 교량 · 터널공사가 가장 높은 환경부하 기여도를 나타내었다. 본 연구결과를 통해 향후 철도 시설물 건설 시 공사별 환경영향 예측과 친환경 공법 채택 및 주요자재별 환경부하 비교연구에 기초자료로 활용할 수 있다.

국가철도망 구축계획의 전략환경평가 연구

박선규 연세대학교 대학원 2011 국내석사

축산부문 LCA 연구에서의 할당방법에 따른 환경영향 비교

박유성 아주대학교 2011 국내석사

This study is based on ISO 14044. The allocation procedure applied to the livestock industry followed three steps. They are: (a) defining the allocation criteria for the livestock industry, (b) applying the allocation criteria, and (c) estimating the environmental impact of each. The mass is the most commonly used allocation criteria in LCA study. In this study, the mass of milk and beef production were chosen as the allocation criteria. Environmental load from the raw material acquisition, energy, and emissions to air, water, and land are allocated to milk, and beef based on the mass ratio. The net energy requirement for the livestock metabolism process can be the allocation criteria. Each livestock metabolism process was related to the product. The energy use is for maintenance and activity needed for the production of both milk and beef. However, the beef production ends after the 24month of growing period. Milk production, however, continues after the 24 month of growing period; thus the energy use for maintenance and activity are only for milk production. In addition, lactation is a process only for the milk production. Therefore, milk gets 100% of the environmental loads from maintenance and, activity after the 24 month and from the lactation process. The environmental loads from other processes, during the growing period and pregnancy are allocated to the milk and the beef. Information on the net energy equations for the livestock metabolism is described in the IPCC guideline. The IPCC guideline for National Greenhouse Gas Inventories proposed net energy equation for estimating the environmental load from the metabolic process. The net energy ratio results from the net energy equation. The environmental load from the livestock industry can be calculated by multiplying the production amount by the net energy ratio (coefficient). Two different allocation criteria have the same scope. The rule-based methodology for generating an LCA study encompasses from cradle to the farm gate. The functional units are 1kg of milk and beef. The reference flow is one dairy cow. Agricultural technology information from the Rural Development Administration was the source of data for dairy cow. The net energy ratio becomes the allocation criteria. The net energy ratio is calculated using the net energy requirement equations in the IPCC guideline. In addition, weight change influences the net energy calculation because weight change must be applied to calculating the net energy. Assuming a linear condition from 40kg to 660kg over 2years, growing period 730day. It should be reflected in calculation of net energy ratio. The environmental impact from beef varied substantially with the two different allocation criteria. Greenhouse gas, ozone layer, ecotoxicity and human toxicity have gaps hovering more than 74%. However, gap of the environmental impact in case of milk was insignificant. The biggest gap was mere 1%. The livestock industry has different features that differentiate from the other types of industries such as electrical or chemical industries. The livestock industry deal with organisms. Organisms have their own metabolic characteristics. Therefore, LCA practitioners must consider the metabolic aspects of the organisms in their LCA studies. 이 연구는 LCA 국제 표준인 ISO14044를 기반으로 연구를 진행하였으며 낙농우의 체내활동을 고려한 할당 방법 및 계수를 도출하여 향후 축산부문에 적용할 수 있는 할당방법을 제시하는 것을 목적으로 한다. 낙농우는 우유와 쇠고기를 같이 생산하는 축산부문에서 대표적인 다중산출 가축이며 이로 인해 LCA연구에 있어서 할당문제가 발생한다. 축산업은 일반적인 제조업과는 상이한 특성을 갖는다. 제품 생산수단과 투입·산출간의 관계, 폐기물 발생 기작 등이 일반적인 제조업과 달라 LCA연구 수행에 있어서 고려해야한다. 현재 축산부문 LCA연구에서 환경부하는 생산되는 제품의 무게비율 혹은 경제적 가치의 비율을 기준으로 할당한다. 하지만 이는 동물 체내에서 일어나는 생체활동과 제품간의 관계를 반영하지 않고 단순한 비율로 전체 환경영향을 제품에 부여하는 방식으로 적합한 방법이라고 하기에 무리가 따른다.가축은 사료를 섭취하여 신체를 유지하고, 움직이며 체중을 늘려 고기를 생산하고, 우유, 알 및 새끼를 생산하는데 이용한다. 즉 사료의 섭취의 목적은 앞서 열거한 신체활동을 정상적으로 진행하기위한 에너지 공급에 있다고 할 수 있으며 이때 사용되는 에너지를 net energy라고 한다. 낙농우의 Net Energy가 요구되는 생체활동은 활동, 성장, 착유, 유지, 임신의 5가지로 구분할 수 있다. 낙농우로부터 생산되는 제품은 우유와 쇠고기다. 낙농우는 0~24개월 동안 우유를 생산할 수 있는 성우(成牛)로 성장한다. 이 기간을 성장기라 한다. 송아지는 성장기동안 체중을 늘리고 체내 장기들을 발달시킨다. 성우(成牛)로 성장해야 우유를 생산하기 때문에 성장기는 우유생산에 꼭 필요한 단계이다. 하지만 낙농우로부터 생산되는 쇠고기는 이 기간 동안에 모두 생성된다. 따라서 성장기동안 낙농우가 섭취하는 사료와 배설하는 분뇨, 농장을 관리하는데 필요한 기타 자원소비에 의한 환경부하는 우유와 쇠고기 모두에 그 책임이 있다고 할 수 있다. 25~60개월 동안 낙농우를 사육하는 것은 낙농우를 생산하기 위함이다. 이를 유생산기라고 한다. 낙농우로부터 생산되는 쇠고기는 성장기에 모두 생산되며, 유생산기동안 낙농우는 증체량 없이 우유를 생산하기 위해 신체를 유지하는 상태이다. 또한 대개의 경우 우유를 생산하지 않고 쇠고기의 생산을 목적으로 하는 소의 경우 생후 24개월경에 도축하기 때문에 25개월 이상의 기간 동안 사육하는 것은 쇠고기의 생산과 관련이 없다고 할 수 있다. 따라서 이 기간 동안 발생하는 투입·산출물에 대한 모든 환경부하는 우유에 책임이 있다고 할 수 있다. 임신의 경우 생후 24이후에 할 수 있다. 낙농우는 임신을 해야 우유를 생산할 수 있기 때문에 임신에 의한 환경부하는 낙농우에 책임이 있다. 하지만 임신은 새로운 낙농우를 생산하는 활동으로 새롭게 태어난 낙농우 송아지는 성장기 동안 쇠고기도 생산하기 때문에 쇠고기 또한 임신에 의한 환경부하에 책임이 있다고 할 수 있다. IPCC 가이드라인에는 net energy를 앞서 설명한 5가지 생체활동별로 산정할 수 있는 수식을 제공하고 있다. 즉, 각각의 생체활동별 요구되는 에너지 투입량을 구할 수 있고 이를 통해 총 에너지 섭취량 대비 각 생체활동별 요구에너지 비율을 구할 수 있다. 각 체내활동에 필요한 사료섭취와 분뇨 배출에 의한 환경부하를 net energy 비율을 기준으로 할당하고, 각 체내 활동별 관계된 제품에 할당된 환경부하를 부여함으로써 각 제품의 생산으로 인해 발생한 환경부하를 공정하게 할당 할 수 있다. 각 생체활동에 의한 환경부하는 연관된 제품으로 부여되며, 한 가지 생체활동에 다수의 제품이 연관될 경우에는 그 생체활동에 의해 발생하는 환경부하는 생산되는 제품의 생산량을 기준으로 할당한다.이에 관하여 국내 평균 낙농우 사육 데이터를 통하여 사례연구를 진행한 결과 기존의 생산제품 무게비율로 환경부하를 할당하는 것과 제안한 할당계수를 적용한 경우를 비교하였을 때 우유의 환경부하는 1%정도 증가하였으나 쇠고기의 환경부하는 74%가 감소하는 것으로 나타났다. 본 연구는 기존의 공산품제조업과 특성이 다른 축산부문에 대해 적용할 수 있는 할당방법을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 할당방법은 가축의 체내활동에 필요한 net energy 개념과 각 체내활동과 제품간 상관관계를 통하여 할당계수를 도출한 것에 그 의미가 있다. 하지만 실제 낙농우 사육 농장을 대상으로 환경영향을 산정하지 않고 가상의 농장의 환경부하를 통해 할당적용에 따른 차이만을 결과로 보여준 것은 이 연구의 한계점이다. 향후 실제 농장을 선정, LCA연구를 진행하여 실제 환경 영향의 차이와 그 차이가 갖는 정확한 의미를 파악하는 연구가 추가적으로 진행되어야 한다.

생태·토양환경 분야 국가R&D사업 효율성 제고 및 지원시스템 연구

손동엽 안앙대학교 대학원 2007 국내박사

To raise the efficiency of development of environmental technology on the ecological and soil field, This dissertation is planned. The development of environmental technology is getting important because of the serious environmental condition. Also, technology on the ecological and soil field is probably getting more attention in the near future according to the direction of environmental policy. The environmental problem, policy, long term plans and the present situation of technology development on the field of ecosystem including soil are reviewed. The analysis of technology standard and the SCI papers of 5 years are accomplished to draw the best ways to improve the efficiency of the development of technology. The major problems proposed through the review are as follows. The systematic R&D program is insufficient and there is a lack of the recognition and support of society. The parts of non-government is not participating in R&D program enough and there is a lack of the budget for the development of technology about ecological restoration. For the part of soil technology development, It has been concentrated on lab-scale not on the site-oriented technology. Finally, the supporting system is needed. The methods of improvement proposed here are basically divided into 4 sections such as the base construction, the coordination of policy and technology, the site-oriented technology development and the supporting system for technology. For the part of base construction, the diverse R&D programs are need to make a progress in the development of technology about ecosystem and the strategy of the long term public information is needed to boost the necessity of technology development. For the part of the coordination of policy and technology, to raise the activity of technology development in the field of ecosystem, incentive is needed for the part of non-government. Also getting the purpose of policy, restoration of ecosystem and international cooperation research need to be reinforced. For the part of soil technology development, research for the investigation of soil pollutants should be reinforced and site applied for research is guaranteed to make best results. Finally, the supporting system for the efficient research is as follows. Security of policy flexibility, research cooperation, competent researcher, specialty of evaluation and long term research period and clear applicant for the result of research are important. Finally, introduction of competition between projects is needed. 생태·토양환경 분야의 기술개발 효율성 제고방안을 도출하기 위하여 생태·토양환경의 심각성, 현재가지 진행되었거나 진행중인 사업의 생태·토양분야 기술개발현황 및 추진체계, 그리고 기술수준에 대한 전반적인 고찰을 실시하고 크게 정책부문, 기술개발부문, 추진체계부문으로 나누어 문제점을 분석하였다. 이렇게 도출된 문제점은 아래와 같다. □ 생태·토양분야의 목표달성에 필요한 체계화된 프로그램이 부족하며, 기술개발의 당위성 확보를 위한 사회적인 여건 및 인식이 형성되어 있지 않다. □ 생태분야는 민간의 연구개발 참여가 부족하고, 한반도 생태네트워크 구축, 광역생태네트워크 구축 등의 정책목표를 달성에 필요한 자연생태계 복원기술의 지원이 미흡하다. □ 토양분야는 오염정화기술개발에만 편중되어 추진되었으며, 현장중심의 기술개발이 미흡하다. □ 정책연계를 위한 진도관리, 연구결과 활용을 위한 활용주체의 부재, 기술의 특성을 반영한 차별화된 연구기간 설정 등이 개선해야할 문제점으로 지적되었다. 따라서 문제점에 대한 개선방향 또는 제안을 함으로서 향후 생태.토양분야의 기술개발사업에 활용토록 하였다. 문제점 또는 미흡한 사항에 대한 개선방향 제안은 아래와 같다. □ 생태·토양분야의 목표달성에 필요한 체계화된 프로그램이 부족하다는 문제점에 대하여 해당 실·국에서 특화된 프로그램을 적극 발굴하여 정책과 연계하여 추진하여야 하며, 장기적인 관점에서 환경문제의 심각성 및 기술개발의 필요성에 대한 적극적인 홍보전략 수립이 필요하다는 결론을 얻었다. □ 생태분야는 기술개발 활성화를 위하여인센티브 등을 통한 민간의 연구개발 참여를 유도하고, 정책목표를 달성에 필요한 자연생태계 복원기술, 국제공동연구 및 협력사업에 대한 지원을 강화해야 한다. □ 토양분야는 오염정화위주의 기술개발사업에서 신뢰성 높은 오염조사·탐사기술개발에 향후 집중적인 투자를 하여야 하며, 연구개발을 위한 오염부지의 확보를 통해 현장중심의 기술개발을 지향하여야 한다. □ 기술개발의 효율성 제고를 위한 추진체계는 정책변화에 따른 유연성 확보, 연구성과 활용주체의 명확화, 과제 총 연구기간의 확대, 공동연구개발을 통한 시너지효과 제고, 우수연구진의 참여유도, 평가의 전문성 제고, 경쟁원리를 도입한 통한 효율적 목표달성 유도 등 이다. 본 연구를 통하여 제안된 내용이 향후 생태.토양분야 기술개발사업의 추진에 많은 도움이 되기를 기대하며, 본 연구를 더욱 체계화하기 위한 향후 연구과제는 다음과 같다. □ 생태·토양분야에 대한 선진국 및 우리나라를 대상으로 체계화된 특허·논문조사가 필요하다. 이를 토대로 기술간의 융합, 이머징기술 등을 표시하는 특허맵을 통하여 우리나라 기술의 현주소를 파악하고 그 결과를 기술개발의 추진전략에 반영해야 한다. □ 토양분야의 기술개발은 다양한 기술의 현장적용을 통한 우수한 기술의 개발이 더욱 필요한 분야임에 따라 동일한 지역에 서로 다른 기술을 적용하는 등 추진체계에서 제시한 과제간 경쟁유도를 시범적으로 실시하고 이에 대한 효과를 분석해 볼 필요가 있다.

Occurrence and fate of PBDEs and their structural analogs in the environment

김언정 부산대학교 대학원 2014 국내박사

폴리브롬화디페닐에테르(polybrominated diphenyl ehters, PBDEs)는 대표적인 브롬화난연제로 전자제품, 섬유 및 건축 내외장재 등에 화재를 예방하기 위해 첨가되어 일상생활 중 쉽게 접할 수 있는 물질이다. 이들 물질은 사용 후 환경으로 배출되어 많은 선행연구에서 확인되었듯이 다양한 환경매체, 인체와 생물체에서 빈번하게 발견되고 있다. 이들은 일단 체내에 유입되면 쉽게 배출되지 않고 세대를 거쳐 전이되거나 영양단계를 따라 농축되며 다양한 악영향을 유발해 문제가 되어왔고 이에 따라 2009년 스톡홀름 협약에서 penta-와 octa-BDE가 첨가된 형태의 제품은 판매가 금지되었다. 그러나 최근에는 PBDE 뿐 아니라 환경 중 배출된 PBDE가 분해되거나 변환되어 발생할 수 있는 구조적 유사체(structural analog)에 대한 관심이 높아지고 있다. 대표적인 구조적 유사체인 하이드록시(OH-) 와 메톡시(MeO-)기가 치환된 BDE는 PBDE와는 달리 산업적으로 생성된 적이 없음에도 다양한 지역의 해양생물에서 PBDE와 비슷하거나 월등히 높은 수준으로 검출되고 있고 잠재적인 악영향이 PBDE보다 높을 것으로 예상되지만 환경 중 분포 등 정보가 거의 알려져 있지 않아 이들 물질에 대한 이해가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 이들 물질의 다양한 환경매체에서의 발생 및 거동을 확인하고 가능한 생성기작을 제시하며 잠정적으로 생물체에 미칠 수 있는 영향을 파악하고자 하였으며 이를 위하여 장기성 수동형 채취 장비인 트리올레인(triolein)이 흡착재로 첨가된 반투과성막장비(semipermeable membrane device, SPMD)를 활용하였다. 우선, 본 연구에서는 대기, 토양, 수질과 삼림 등 다양한 육상환경 매체에서 PBDE와 구조적 유사체의 발생과 분포를 조사하였다. 구조적 유사체의 농도는 토양에서는 PBDE보다 낮게 나타났으나 수질에서는 OH-BDE가 대기에서는 MeO-BDE가 PBDE보다 높은 수준으로 나타났다. 구조적 유사체의 기여율은 치환되는 이온과 동족체 및 환경매체에 따라 달라졌으며, 특히 수질과 삼림시료에서 오르쏘(ortho-) 치환형태를 띄는 구조적 유사체가 높게 확인되는 점으로 미루어 해양생물 연구에서 제시되었던 자연적 발생가능성을 확인할 수 있었고, 대기와 토양의 경우에는 이와 달리 메타 (meta-)와 파라(para-) 위치에 치환된 구조적 유사체가 확인되어 자연적 발생 이외의 생성기작에 대한 가능성을 제시하였다. 다양한 매체 중에서도 특히 수환경에서 미량으로 존재하는 소수성물질의 거동을 확인하기 위해 적합한 시료채취가 수반되어야 하나 기존에 사용되는 그랩 시료채취방식은 변동이 크고, 높은 검출한계 때문에 대상물질을 확인하기 어려워 장기성 수동형 채취장비인 SPMD로의 대체가능성을 확인하고 시료채취 기법간 상대적 차이를 확인하였다. PBDE의 대표적인 수환경 중 배출원으로 추정되는 하·폐수처리장 인근에서 SPMD의 현장 적용성은 우수한 것으로 보였으며 이성질체 별 거동을 고려하여 대표적 이성질체에 대한 부분합을 기준으로 비교하였을 때는 그랩 방식의 채취법과 충분한 상관성도 확보되었다. 더 나아가 인근에 배출원이 존재하지 않는 일반하천에서 SPMD 적용기간과 동일하게 그랩(grab)과 시간당 컴포짓 시료채취(composite sampling)를 실시하여 PBDE와 구조적 유사체에 대한 장기간 변동을 감안하여 SPMD의 상대적 우수성을 확인하였으며 일반적인 수환경에서 보다 널리 SPMD를 적용할 수 있도록 그랩식 및 컴포짓 방식에서 확인되는 겉보기 용존상 농도(apparently dissolved phase concentration)와 SPMD의 자유 용존상 농도(freely dissolved phase concentration)사이의 관계식을 제시하였다. 구조적 유사체의 생물체에 대한 잠재적 영향을 파악하기 위해 낙동강에서 서식하는 대표적인 어류를 채집하여 분석한 결과 구조적 유사체 중에서도 특히 MeO-BDE의 경우 PBDE에 비해 확연한 생물농축가능성과 영양단계에 따른 농축확대가능성을 확인하였으며, 생물체와 같이 유기물을 포집하지만 직접 대사 작용을 하지 않는 SPMD의 “biomimetic”한 특성을 활용해 구조적 유사체의 체내 변환 가능성도 확인하였다. 본 연구에서 채집된 담수어류는 대개 한국에서 식품으로는 취급되지 않는 것들이 대부분이나 상대적으로 높은 검출 수준과 생물농축확대가능성을 고려하였을 때, 인체와 수생태계에 적지 않은 영향을 줄 것으로 판단되었다. 본 연구에서 밝혀진 OH-BDE와 MeO-BDE 등 PBDE의 구조적 유사체는 환경중 존재수준이 PBDE와 유사하거나 때로 높아 환경 중 거동을 파악함에 있어 중요한 인자로서 생각될 뿐 아니라, 그 내포된 독성과 생물이용성이 PBDE에 비해 높은 점으로 미루어 보아 다양한 측면에 대하여 연구가 필요할 것으로 보인다. 그러나 현재까지는 본 연구에서 확인된 구조적 유사체의 다양한 환경 중 발생패턴과 생성가능성을 비교할 수 있는 유사선행연구가 없을 뿐 아니라 검증을 위한 이전 기초연구가 매우 부족하여 어려움이 있다. 이에 향후 PBDE와 구조적 유사체를 동시에 고려하여 다양한 환경 중 분포를 조사하고 나아가 구조적 유사체의 생성기작을 보다 면밀히 조사할 수 있는 추가연구가 지속적으로 수행되어야 할 것으로 판단된다.

폐기물처리시설 운영현황 분석을 통한 운영 적정성 평가연구

김종환 서울과학기술대학교 2017 국내박사

Abstract A Study on the Evaluation of Operational Suitability through the Analysis of Operation Status of Waste Treatment Facilities Kim, Jong-Hwan (Supervising Professor Phae, Chae-Gun) Dept. of Environmental Engineering The Graduate School of Energy and Environment Seoul National University of Science and Technology Study on status of solid waste treatment facility being operated in the field has been insufficient in spite of many relative researches by this time. Therefore, this study was performed to evaluate overall operating status of solid waste treatment facilities through questionnaire survey. Landfill facility, landfill gas energy facility, incineration facility, and food waste recovery facility were selected as solid waste treatment facilities for this study. Incineration facility for questionnaire survey was composed of stoker, pyrolysis, and fluidized bed types. Food waste recovery facility was composed of composting and feed facilities. The fundamental operating data of the solid waste treatment facilities were analyzed in order to decide the facility number for questionnaire survey. From the data, 6 of landfill facilities, 7 of landfill gas energy facilities, 28 of incineration facilities, and 10 of food waste recovery facilities were selected for the questionnaire survey. The number of the facilities for questionnaire survey were 51, which occupied 10.4% of the total 491 of nationwide facilities. It was thought that the number of the facilities could represent the reliability of the result from the questionnaire survey. Questionnaire survey was composed of technological, economical, and environmental parts to investigate and evaluate the operating status of the solid waste treatment facilities. Based on national operating facility data, the facility number for questionnaire survey was decided by scale or type. The questionnaire was surveyed from the public officer in each local government after visiting and explaining the purpose. The data from the questionnaire survey were divided in five grades. The data over average + standard deviation value were sorted as A grade. The data below average + standard deviation value were sorted as E grade. The data between A and E were equally sorted as B, C, D grades. The five grades of scores with A(1.0 point), B(0.8point), C(0.6point), D(0.4 point), and E(0.2 point) were alloted to all questions of each part. The weighted scores of 30%, 40%, and 30% were considered for the overall evaluation of the facilities. As the results of this questionnaire survey, there was a significant difference in an economical evaluation between the facilities. Landfill facility with large and middle scale did not showed significant difference in economical evaluation of operation expense, labor cost, repairing cost, energy cost, reagent cost. Otherwise, the cost for small scale of landfill facility below 1×106 m3 greatly increased. It was evaluated that the larger the scale of landfill facility, the more economic the cost. In the expense items of economical evaluation of landfill gas energy facility, the operating cost was the most heavy compared to labor cost, repairing cost, energy sale profit, energy cost, and reagent cost. In overall technological, economical, and environmental evaluation, incineration facility with large scale showed higher score than that of small one. The stoker type showed higher score of 65.3 than the 59.0 and 58.3 of fluidized bed and pyrolysis. From the economical evaluation of food waste recovery, feed facility obtained higher score as 25.0 than that (18.3) of composting facility. The feed facility obtained 61.5 score, which higher 52.7 score of composting facility. Operation rate in technological evaluation was higher in order of incineration facility as 101.6% > food waste recovery facility as 99.2% > landfill gas energy facility as 96.2%. Operation personnel was much more in order of incineration facility as 0.37 person/ton > food waste recovery facility as 0.13 person/ton > landfill facility as 0.00123 person/ton. Operating expenses in economical evaluation was higher in order of incineration facility as 161,677 ￦/ton > food waste recovery facility as 79.865 ￦/ton ≒ landfill facility 73,800 ￦/ton. Used amount of fuel in economical evaluation was much more in order of food waste recovery facility as 0.020 TOE/ton > landfill facility as 0.006 TOE/ton > incineration as 0.004 TOE/ton. In technological evaluation, the scores of the facilities showed the order of landfill gas energy facility as 21.5 score > incineration facility as 18.0 score > food waste recover facility as 17.9 score > landfill facility as 13.8 score. In economical evaluation, the scores of the facilities showed the order of landfill gas energy facility as 25.8 score > incineration facility as 25.4 score > landfill facility as 25.2 score > food waste recover facility as 21.0 score. In environmental evaluation, the scores of the facilities showed the order of landfill gas energy facility as 21.5 score > incineration facility as 20.7 score > landfill facility as 20.2 score > food waste recover facility as 17.3 score. Landfill gas energy facility showed the highest score among the facilities. From this study with questionnaire survey, the major solid waste treatment facilities could be actually evaluated in parts of technology, economy, and environment. The results can be used to judge the enlargement of scale and area and the integration for the solid waste facilities. And it can be used to improve the operating method of the present facilities using this evaluation items and scoring method. It is expected that it would be able to help for an local government officer to select the appropriate facility to treat solid wastes including food waste and to recover landfill gas. And it is expected that these results would be able to be used to construct information system for operating and maintenance of the facilities. Abstract A Study on the Evaluation of Operational Suitability through the Analysis of Operation Status of Waste Treatment Facilities Kim, Jong-Hwan (Supervising Professor Phae, Chae-Gun) Dept. of Environmental Engineering The Graduate School of Energy and Environment Seoul National University of Science and Technology Study on status of solid waste treatment facility being operated in the field has been insufficient in spite of many relative researches by this time. Therefore, this study was performed to evaluate overall operating status of solid waste treatment facilities through questionnaire survey. Landfill facility, landfill gas energy facility, incineration facility, and food waste recovery facility were selected as solid waste treatment facilities for this study. Incineration facility for questionnaire survey was composed of stoker, pyrolysis, and fluidized bed types. Food waste recovery facility was composed of composting and feed facilities. The fundamental operating data of the solid waste treatment facilities were analyzed in order to decide the facility number for questionnaire survey. From the data, 6 of landfill facilities, 7 of landfill gas energy facilities, 28 of incineration facilities, and 10 of food waste recovery facilities were selected for the questionnaire survey. The number of the facilities for questionnaire survey were 51, which occupied 10.4% of the total 491 of nationwide facilities. It was thought that the number of the facilities could represent the reliability of the result from the questionnaire survey. Questionnaire survey was composed of technological, economical, and environmental parts to investigate and evaluate the operating status of the solid waste treatment facilities. Based on national operating facility data, the facility number for questionnaire survey was decided by scale or type. The questionnaire was surveyed from the public officer in each local government after visiting and explaining the purpose. The data from the questionnaire survey were divided in five grades. The data over average + standard deviation value were sorted as A grade. The data below average + standard deviation value were sorted as E grade. The data between A and E were equally sorted as B, C, D grades. The five grades of scores with A(1.0 point), B(0.8point), C(0.6point), D(0.4 point), and E(0.2 point) were alloted to all questions of each part. The weighted scores of 30%, 40%, and 30% were considered for the overall evaluation of the facilities. As the results of this questionnaire survey, there was a significant difference in an economical evaluation between the facilities. Landfill facility with large and middle scale did not showed significant difference in economical evaluation of operation expense, labor cost, repairing cost, energy cost, reagent cost. Otherwise, the cost for small scale of landfill facility below 1×106 m3 greatly increased. It was evaluated that the larger the scale of landfill facility, the more economic the cost. In the expense items of economical evaluation of landfill gas energy facility, the operating cost was the most heavy compared to labor cost, repairing cost, energy sale profit, energy cost, and reagent cost. In overall technological, economical, and environmental evaluation, incineration facility with large scale showed higher score than that of small one. The stoker type showed higher score of 65.3 than the 59.0 and 58.3 of fluidized bed and pyrolysis. From the economical evaluation of food waste recovery, feed facility obtained higher score as 25.0 than that (18.3) of composting facility. The feed facility obtained 61.5 score, which higher 52.7 score of composting facility. Operation rate in technological evaluation was higher in order of incineration facility as 101.6% > food waste recovery facility as 99.2% > landfill gas energy facility as 96.2%. Operation personnel was much more in order of incineration facility as 0.37 person/ton > food waste recovery facility as 0.13 person/ton > landfill facility as 0.00123 person/ton. Operating expenses in economical evaluation was higher in order of incineration facility as 161,677 ￦/ton > food waste recovery facility as 79.865 ￦/ton ≒ landfill facility 73,800 ￦/ton. Used amount of fuel in economical evaluation was much more in order of food waste recovery facility as 0.020 TOE/ton > landfill facility as 0.006 TOE/ton > incineration as 0.004 TOE/ton. In technological evaluation, the scores of the facilities showed the order of landfill gas energy facility as 21.5 score > incineration facility as 18.0 score > food waste recover facility as 17.9 score > landfill facility as 13.8 score. In economical evaluation, the scores of the facilities showed the order of landfill gas energy facility as 25.8 score > incineration facility as 25.4 score > landfill facility as 25.2 score > food waste recover facility as 21.0 score. In environmental evaluation, the scores of the facilities showed the order of landfill gas energy facility as 21.5 score > incineration facility as 20.7 score > landfill facility as 20.2 score > food waste recover facility as 17.3 score. Landfill gas energy facility showed the highest score among the facilities. From this study with questionnaire survey, the major solid waste treatment facilities could be actually evaluated in parts of technology, economy, and environment. The results can be used to judge the enlargement of scale and area and the integration for the solid waste facilities. And it can be used to improve the operating method of the present facilities using this evaluation items and scoring method. It is expected that it would be able to help for an local government officer to select the appropriate facility to treat solid wastes including food waste and to recover landfill gas. And it is expected that these results would be able to be used to construct information system for operating and maintenance of the facilities. 제 목 : 폐기물처리시설 운영현황 분석을 통한 운영 적정성 평가연구 지금까지 폐기물처리시설에 대한 많은 연구가 진행되어 왔으나 실제 현장에서의 운영현황에 대해서 면밀히 검토된 연구는 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 설문조사를 통하여 주요 폐기물처리시설의 기술성, 경제성, 환경성을 종합적으로 평가하고 운영현황을 파악하고자 하였다. 폐기물처리시설로는 매립시설(landfill facility), 매립가스 에너지화시설(landfill gas energy facility), 소각시설(incineration facility), 그리고 음식물류폐기물 자원화시설(food waste recovery facility)을 선정하였다. 소각시설은 유형별로 스토커(stoker), 열분해(pyrolysis), 유동층(fluidized bed)을, 음식물류폐기물 자원화시설은 퇴비화시설과 사료화시설을 선정하였다. 설문조사 대상 시설수를 결정하기 위하여 2012년 현재 전국에서 운영 중인 각 폐기물처리시설 수를 조사한 후 이를 처리용량(규모)별로 구분하고, 지역과 처리방법, 규모 등을 고려하여 안배한 후 설문대상 시설을 선정하였다. 이를 바탕으로 매립시설 6개소, 매립가스 에너지화시설 7개소, 소각시설 28개소, 음식물류폐기물 자원화시설 10개소를 선정하였으며, 해당 시설을 방문하여 설문 목적을 설명하고 담당자의 협조로 설문지 작성을 완료하였다. 설문조사 대상시설수는 전국 총 491개소 중 10.4%에 해당하는 51개소를 조사하였다. 폐기물처리시설의 운영현황을 조사하고 기술성, 경제성, 환경성을 통하여 종합적 시설 평가를 실시하였다. 확률 통계이론을 근거로 등급간격을 설정하여 최고등급(1등급)은 <평균치+표준편차> 이상인 범위, 최하등급(5등급)은 <평균치-표준편차> 이하인 경우로 하고 나머지 2.3.4등급은 각각 최상위 등급에서 표준편차의 2/3씩 감하여 등급간격을 설정하였다. 평가항목은 각 항목별로 A~E의 5가지 기준을 설정하고 배점을 최고 1.0에서 최저 0.2까지 부여하였다. 가중치 설정은 100점을 기준으로 기술성, 경제성, 환경성을 설정하였다. 본 설문조사는 운영현황에 대한 평가이고 운영의 주요 골자가 운영비, 보수비 등 경제성에 연관이 많으므로 가중치 10점을 경제성에 추가로 배점하여 40점으로 하였으며, 기술성과 경제성은 30점으로 하였다. 기술성, 경제성, 환경성을 평가한 결과 경제성이 가장 뚜렷한 차이를 보이는 항목으로 해석되었으며, 기술성 및 환경성에서는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 매립시설은 경제성 평가결과 대규모와 중규모는 운영비, 인건비, 보수비, 에너지 사용비, 약품비 항목에 있어서 뚜렷한 차이를 나타내지 못하였으나 1×106 m3 미만의 소규모 시설에서는 비용이 크게 증가하였다. 매립시설의 경우 소규모 시설을 지양하고 최소한 중규모 이상의 시설을 운영하는 것이 바람직할 것으로 생각되었다. 매립가스 에너지화시설의 경제성 평가시 운영비, 인건비, 보수비, 에너지 판매수익, 에너지사용비, 약품비의 6가지 지출항목 중 가장 많은 비용을 차지하는 것은 운영비로 나타났다. 소각시설 종합평가에서 대규모 시설이 소규모 시설 보다 높은 점수를 받았으며, 유형별로는 스토커(65.3점)가 유동층(59.0점) 및 열분해(58.3점) 보다 우수한 평가결과를 나타내었다. 음식물류폐기물 자원화시설의 유형별로 평가한 결과 기술성에서 사료화시설이 30점 만점 중 18.3점으로 퇴비화시설의 17.7점 보다 다소 높았으며, 환경성에서도 사료화설이 30점 만점 중 18.3점으로 퇴비화시설의 16.7점 보다 다소 높았다. 경제성 평가에서는 사료화시설이 40점 만점 중 25.0점을 차지하여 퇴비화시설(18.3점) 보다 크게 높은 것으로 나타났다. 기술성, 경제성, 환경성을 종합 평가한 결과에서도 100점 만점 중 사료화시설은 61.5점으로 퇴비화시설의 52.7점을 크게 앞서는 것으로 나타났다. 폐기물처리시설 4가지를 비교한 결과 기술성 점수는 매립가스 에너지화시설 21.5점 > 소각시설 18.0점 > 음식물류폐기물 자원화시설 17.9점 > 매립시설 13.8점으로 매립가스 에너지화시설이 가장 높은 것으로 평가되었다. 기술성에서 운영률은 소각 101.6% > 음식물류폐기물 자원화시설 99.2% > 매립가스 에너지화시설 96.2% 순을 나타내었으며, 운영인원은 소각시설(0.37 명/톤) > 음식물류폐기물 자원화시설(0.13 명/톤) > 매립시설(0.00123 명/톤) 순으로 많았다. 경제성 평가에서 매립가스 에너지화시설 25.8점 > 소각시설 25.4점 > 매립시설 25.2점 > 음식물류폐기물 자원화시설 21.0점으로 큰 차이는 없으나 음식물 자원화시설이 가장 불리한 것으로 조사되었다. 운영비는 소각시설 161,677 원/톤 > 음식물류폐기물 자원화시설(79.865 원/톤) ≒ 매립시설(73,800 원/톤) 순이었고, 인건비는 소각시설(65,202 원/톤) > 매립시설(39,192 원/톤) > 음식물류폐기물 자원화시설(21,623 원/톤), 보수비는 소각시설(19,710 원/톤) > 음식물류폐기물 자원화시설(14,636 원/톤) > 매립시설(10,566 원/톤)의 순으로 나타났다. 환경성 평가에서 매립가스 에너지화시설 21.5점 > 소각시설 20.7점 > 매립시설 20.2점 > 음식물류폐기물 자원화시설 17.3점으로 큰 차이는 없으나 음식물자원화시설이 가장 불리한 것으로 조사되었다. 연료사용량은 음식물류폐기물 자원화시설(0.020 TOE/톤) > 매립시설(0.006 TOE/톤) > 소각시설(0.004 TOE/톤)의 순이었으며, 전기사용량은 소각시설(177.6 kW/톤) > 음식물류폐기물 자원화시설(59.4 kW/톤) > 매립시설(14.7kW/톤) 순으로 높았다. 기술성, 경제성, 환경성을 종합한 결과 폐기물 처리시설 중에서는 매립가스에너지화시설이 가장 유리한 것으로 평가되었다. 본 연구를 통하여 주요 폐기물처리시설의 기술성, 경제성, 환경성을 평가하고 실제 운영현황을 파악할 수 있었다. 본 연구 결과는 폐기물처리시설의 대형화, 광역화, 집적화를 판단하는 기준으로 사용할 수 있으며, 운영방법을 개선하는데 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 지자체에서 신규 폐기물처리시설 타당성 검토시 평가항목 및 배점기준을 적용하여 최적의 시설을 선정하기 위한 기초자료로 활용할 수 있으며, 운영관리 정보시스템 구축을 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

지방자치단체 환경보전계획의 평가 방법과 적용에 관한 연구

이도경 연세대학교 대학원 2008 국내석사

The Environmental Resource management is essential in order to maintain the Environment and human activities. The importance of Environmentally Sound and Sustainable Development(ESSD) has emphasized to leave finite resources for the next generations. ESSD is the international norms for harmony of the environment and the economy. So the development should be carried out with economic growth, social stability, social integration and the environment conservation based on the sustainability.In fact, when viewed from a development-oriented perspective, the environment is not the solution to respond to the demand for a variety of development adequately.Therefore, We need environmental planning which can mediate all field of environmental sectors and integrate the economic and social sectors. Environmental planning is essential to develop and be in harmony of society and environment. At present environmental planning is constructed to the system and substance which are difficult to cope with economic development pressure. So the ministry of environment establish national environmental planning and the local government establish local environmental planning(LEP), which is based on the Environmental Policy Act, and it should be formulated at stated intervals in Korea.But LEP could hold a lot of issues. Especially, even though LEP is established to cope with the development projects, it could not cope with many case of development projects properly. In addition, it is ambiguous despite LEP, based on the national policy act, is long term planning and comprehensive planning. LEP has not formulated at stated intervals accordingly the absence of forced device, so it is hard to connect with national environmental planning.Therefore, focusing on these problems, the study was aimed at defining LEP, developing the method of evaluating the LEP established now and applying it through theoretical examination of the environment plans and the environment conservation plans established by the local governing body. The evaluation was made based on the following standards; how the environment conservation plans of local governing body had been established, if the objects, policy directions and proposed projects had been well connected with the plans of upper organizations, if the details of the directions for the establishment of the environment conservation plans had been sufficiently reflected, and how the departmental plans of the environmental conservation plans established by the local governing body had been horizontally connected with those of the national plans by the department, and for the evaluation of LEP, the items for the evaluation were drawn up. The evaluation items were divided into 3 categories, and defined, like the following, the consistency with upper upper plans, the reflection of the details of LEP directions and appropriateness of LEP plans by the department.In next step, the LEPs of the 4 provinces selected were evaluated by applying the evaluation method, newly developed. As the result of the evaluation, the reflection of the LEP directions was indicated higher than other items, while the appropriateness of the LEP by the department was evaluated at the least. Therefore, it was estimated that the horizontal connection with the LEP plan by the department was considered at a little bit lower level compared with the consistency with upper plans or the reflection of the details of LEP direction. These items were at such level, which was little below 50% or slightly above 50%.Lastly, for the objectivity of the selection standard in the evaluation items based on the results of the evaluation drawn and the objectivity of the standard in the judgment at the time of LEP being evaluated, the limit of the study was made clear. And then the policy proposal for the legal and institutional improvement required when LEP was established was given and also the future directions for LEP were proposed. 환경과 인간 활동의 지속성을 유지하기 위해서 환경자원관리는 필수적이며 유한한 국토환경자원의 전 지구적, 국가적, 지역적 관리를 통하여 도시나 사회, 경제구조를 유지할 수 있다. 유한한 환경자원을 다음 세대에 남겨두기 위하여 환경적으로 지속가능한 개발(ESSD)의 중요성이 강조되었고, ESSD는 환경과 경제의 조화를 위한 국제적 규범이라 볼 수 있다. 따라서 이러한 흐름에 따라 지속가능성에 기초하여 경제의 성장, 사회의 안정과 통합 및 환경의 보전이 균형을 이루는 발전을 하도록 하고 있다.사실 개발 지향적 시각에서 볼 때, 환경부분은 개발사업의 발목을 잡는 걸림돌 역할을 할 뿐이며 다양한 개발 수요에 적절히 대응할 수 있는 해결책으로 보이지 않는다. 따라서 환경 분야의 부문별 계획 간의 연계성을 확보하기 위해 환경관련 전 분야를 총괄·조정하며, 지속가능발전의 관점에서 환경의 관리·보전·이용과 관련된 경제 및 사회부문을 통합적으로 다루는 종합계획의 역할을 하도록 마련된 환경보전계획 수립이 필요하다.현재 우리나라에서는 환경보전계획 수립의 필요성에 따라 현재 국가환경종합계획과 각 지역마다 지방자치단체 환경보전계획이 수립되고 있다. 하지만 현실적으로 지방자치단체 환경보전계획은 많은 문제점을 안고 있다. 특히 개발 사업에 대응할 수 있도록 환경보전계획이 수립되어야 함에도 불구하고, 개발 사업에 제대로 대응하지 못하고 있는 실정이다. 또한 환경정책기본법에 의한 지방자치단체 환경보전계획은 장기적이고 종합적인 성격을 가지는 법정계획임에도 불구하고 그 위상이 모호하다. 그리고 전국적으로 지방자치단체 환경보전계획은 기간적 강제성이 없어 4년에서 22년으로 제 각각의 기간별 환경보전계획이 수립되고 있다. 이로 인해 국가환경종합계획과의 연계성이 떨어진다.따라서 이러한 문제점에 착안하여 이 연구에서는 환경계획 및 지방자치단체 환경보전계획에 대한 이론적 고찰을 통하여 LEP에 대하여 정의하고 현재 수립된 LEP 평가 방법을 개발하여 적용해 보고자 하였다. 지방자치단체 환경보전계획의 수립현황을 파악 해보고 지방자치단체 환경보전계획의 목표, 정책방향, 제안사업 등이 상위계획과 연계가 되었는지, 지방자치단체 환경보전계획 수립지침의 내용이 반영되었는지, 지방자치단체 환경보전계획 부문별 계획이 국가단위 부문별 계획과 수평적으로 연계하는지를 평가해 보고자하며, 평가를 위하여 평가방법을 개발하였다. 개발된 LEP 평가방법을 적용하여 기수립된 LEP를 평가하였다.다음으로 LEP 평가를 위하여 평가항목을 도출하였다. 평가항목은 세가지로 분류하며 LEP 상위계획 부합성, LEP 지침내용의 반영성, LEP 부문별 계획의 적절성으로 평가항목을 정의하였다.LEP 상위계획 부합성은 환경정책기본법, 국가환경종합계획과 수직적으로 연계하고 있는지를 평가하는 지표로써 국가환경종합계획의 내용을 중심으로 구성하였다. 평가항목은 자연환경으로 범위를 축소하여 국가환경종합계획의 종합적 비전 및 목표, 자연환경 분야의 추진전략 및 추진방안을 분석하여 구성하였다. 지침내용의 반영성은 지침내용의 반영정도를 평가하는 지표로써 상위계획 부합성과 마찬가지로 자연환경으로 범위를 제한하고 지침에서 제시하는 자연환경 분야에 포함하도록 하는 구성내용을 분석하여 평가항목을 제시하였다. 부문별 계획의 적절성은 LEP가 국가단위 부문별 계획과 수평적 연계성을 이루는지 평가하기 위한 지표로써, 이 연구에서는 자연환경보전계획을 비교대상으로 선정하여 자연환경보전계획의 비전, 전략목표, 중점추진과제를 분석하여 평가항목을 도출하였다.마지막으로 개발된 평가방법을 적용하여 선정된 4 개도의 LEP를 평가하였다. 항목에 일치하거나 반영되었을 경우 “YES”로 표기하며, 그렇지 않을 경우 “NO”로 표기하였다. 단, 판단기준이 모호한 경우는 “YES/NO”로 표기하여 판단의 명확성을 높이도록 하였다. 평가결과는 LEP 지침내용 반영성이 다른 평가항목에 비하여 높게 나타났으며, 부문별 계획 적절성이 가장 낮게 평가되었다. 따라서 LEP 부문별 계획과의 수평적 연계성이 상위계획과의 부합성이나 지침내용의 반영성에 비하여 낮은 수준으로 고려되고 있다고 판단된다. 상위계획의 부합성이나 지침내용의 반영성도 50%를 하회하거나 조금 상회하는 수준이었다.마지막으로 도출된 평가결과를 토대로 평가항목 선정 기준의 객관성과 LEP 평가시 판단기준의 객관성에 대한 연구의 한계를 밝힌다. 다음으로 LEP 수립시 요구되는 법 및 제도적 개선을 위한 정책적 제언과 향후 LEP가 지향해야할 방향에 대하여 제시하였다.