온실가스 배출량 번역(영어 원본)Greenhouse gas emissions from the nuclear cycle
Electricity generation from nuclear power plants is virtually free of direct greenhouse gas emissions, i.e. emissions from the nuclear power plant itself. However, as with all electricity generating options, there are some indirect emissions from the full nuclear energy cycle, i.e. those associated with mining and milling of uranium ore, the manufacture of enriched fuel elements, the construction and decommissioning of the nuclear power plant and the disposal of waste. These activities require power and fuel, and the associated emissions are indirect emissions from the nuclear fuel cycle.
Most studies show that the overall indirect emissions from nuclear energy are rather small and comparable to renewable energy sources, such as wind power. However, there are some studies that suggest these emissions are, or could become, much greater than those from renewables, to the extent that nuclear power would not be able to contribute significantly to emissions reductions. This chapter aims to clarify some of the issues surrounding these studies.
Assessments of GHG emissions from different energy sources fall into two main types: life-cycle analysis (LCAs) and environmental product declarations (EPDs). LCAs exist in different forms, but most evaluate all non-negligible inputs and outputs from each process involved in the relevant cycle throughout the lifetime of the facilities employed (e.g. including construction and decommissioning operations as well as operation), and assess the related emissions. The aim of an LCA is usually to produce an average or typical value for a particular technology. For electricity plants and their associated fuel cycles, the result is expressed in terms of emissions per unit of electricity produced.
This necessarily involves setting some system boundaries, and the result depends strongly on the accuracy and completeness of the available data and on the assumptions made. One major source of variable results is that the same type of facilities in different locations or using different technologies may have very different inputs and outputs. As a result, different LCAs, even when prepared using credible methodologies and peer-reviewed, can often produce widely varying results.
EPDs have been developed by industry to assess the emissions and other impacts that can be directly and indirectly attributed to a particular product (e.g. the electricity from an individual generating plant). Such an analysis includes actual data from the facilities that are actually used to provide the product concerned, rather than taking average or typical data for a class of facility.
2.1. Life-cycle assessment of emissions from nuclear power
Many contributions on the life-cycle assessment of nuclear power and other electricity generating plants have been published in the open literature. In some cases, the results of these studies contradict each other, as do the conclusions drawn from them. Most of the referred publications show that the overall indirect emissions of nuclear plants are quite limited, but a few studies argue that these emissions are heavily underestimated. In this section, a brief overview of published results as well as some qualifying remarks are given.
A comprehensive review of published studies has been undertaken by Weisser (Weisser, 2007). A summary of his results is shown in Figure 2.1.
Another comparison has been made by the World Energy Council (WEC, 2004). This sample of studies gives a range for emissions from nuclear power of between 3 and 40 g CO2/kWh. The European Nuclear Energy Forum’s SWOT analysis (ENEF, 2010) also provides several examples from the literature, such as the WEC study and an earlier study performed by the International Atomic Energy Agency (IAEA, 2000) which found a range for emissions from the nuclear fuel cycle between 9 and 21 CO2/kWh. Fthenakis (Fthenakis et al., 2007) include low, intermediate and high results for lifetime GHG emissions from nuclear life cycles and conclude that the largest differences can be explained by different assumptions with respect to enrichment, construction and operation. However, detailed input data for these process steps are lacking.
Important to mention is the work by Sovacool (Sovacool, 2008), who sets out to calculate a mean value for the overall emissions by averaging the global results of 19 LCA studies forming a subset of, as stated by the author, “the most current, original and transparent studies” of the 103 studies initially identified. However, a critical assessment reveals that a majority of the studies representing the upper part of the emissions range can be traced back to the same input data prepared by Storm van Leeuwen and Smith (Storm van Leeuwen, 2005).
Storm van Leeuwen and Smith make use of data related to the extraction of uranium from very low-grade ores, which makes the extraction stage both very energy and GHG intensive. Their figures show a nuclear fuel cycle consuming more energy than the overall electrical energy output over a nuclear plant’s lifetime when relying on very low-grade ores in the long term.
After careful analysis, it must be concluded that the mix of LCAs selected by Sovacool gives rise to a skewed representation of the different results available in the literature. Furthermore, since different studies use different energy mixes and other varying assumptions, averaging the GHG emissions of these studies is not a sound method to calculate overall emission coefficients, as it does not consider any site-specific information. Therefore, for current plants, the previously mentioned attributional approach used in EPDs is to be preferred.
Beerten (Beerten et al. 2009), being aware of these earlier reviews, have tried to shed some light on the discrepancies between the different studies. They aim to give a detailed picture of the GHG emissions in the different process stages of the nuclear fuel cycle by comparing the results of selected case studies, reflecting the range of results available in the literature: Torfs (Torfs, 1998), a Belgian study by Voorspools (Voorspools, 2000), Storm van Leeuwen and Smith, and an Australian study by Lenzen (Lenzen, 2006; 2008).
In Beerten (Beerten et al. 2009), the GHG emissions are analysed together with the indirect energy use, since most of the emissions result from the use of energy in the different process stages. In the comparative analysis, the nuclear life cycle considered is that of a pressurised water reactor (PWR) without recycling of nuclear fuel. To disentangle the contributions of the different process steps to the overall result and to make a detailed comparison of the selected case studies, the consolidated results have been recalculated according to the same methodology, but using the inputs and assumptions of the original studies.
As to the methodology used in the original studies, it was found that the assessment method for computing the energy and GHG intensity is a major cause of the diverging results. Although a high emphasis has recently been put on GHG emissions, the analysis in two studies was carried out using an energy analysis. One method to perform such an energy analysis is a process chain analysis (PCA). Such an analysis is detailed in that it considers energy used and emissions produced in each step of the chain, but can lead to a systematic error due to the arbitrary selection of the system boundaries.
A second method is the input-output analysis (IOA), using cost and energy intensity data for each industrial sector involved. A simplified method based on an average energy intensity, in which the overall monetary cost is multiplied by an economy-wide energy intensity, is used by Storm van Leeuwen for a number of process steps. In addition, the scope of the studies is another important factor determining the overall result: not all of the studies take into account every process step.
In two of the studies investigated, the GHG emissions themselves are calculated as a by-product of an energy analysis. Making a clear distinction between different primary energy carriers for all process steps involved, and identifying the GHG emissions for each step, as done by Torfs and Voorspools, results in a more accurate assessment of the GHG emissions. Computing the GHG emissions by multiplying the overall thermal and electrical energy inputs with single average GHG intensities, as performed in the two other studies, makes the results highly dependent on assumptions about the background energy system.
When the GHG intensities are changed in line with other established studies, the results from Lenzen are significantly lowered from 57.7 g CO2/kWh (being their best estimate) to 32.3 g CO2/kWh (assuming an average European electricity mix and the use of natural gas for thermal power generation). For the Storm van Leeuwen study, compared to their own results of 117 g CO2/kWh for current day practices and up to 337 g CO2/kWh when relying on low-grade ores (presuming an all-nuclear electricity input), when the coal intensive background economy from Lenzen is used, the results become 236 to 800 g CO2/kWh. This illustrates the large dependence of the results on the GHG intensity of the background economy. |
온실가스 배출량 번역(한국어 번역본)핵순환으로부터 배출되는 온실가스 배출량
원자력발전소의 전력생산은 직접적인 온실가스 배출, 즉 원자력발전소 자체에서의 온실가스 배출은 사실상 없다. 그러나 모든 전력생산과정이 그렇듯이, 핵에너지 전체 사이클, 즉 우라늄광의 채광과 광석제분, 농축 연료요소 제조, 원자력발전소의 건설과 폐로, 폐기물처리와 관련하여 약간의 간접적인 배출이 있다. 이런 활동에는 에너지와 연료가 필요하며, 그와 관련된 배출이 핵연료 사이클에서 나오는 간접 배출이다.
대부분의 연구는 핵에너지에서 나오는 전반적인 간접 배출량이 풍력과 같은 재생 에너지원과 비슷한 정도로 상당히 작다는 것을 보여준다. 그러나 이 정도의 배출량으로도 핵에너지가 온실가스 배출량 감축에 크게 도움이 되지 않을 것이라는 점에서 재생에너지원에서 배출되는 양보다는 훨씬 더 크거나, 클 수도 있다고 하는 연구도 있다. 이 장에서는 이런 연구를 둘러싼 쟁점을 규명하고자 한다.
다른 에너지원에 의한 온실가스 배출에 대한 평가는 크게 두 가지 유형, 즉 라이프사이클 분석(life-cycle analysis, LCAs)와 환경제품선언(environment product declarations, EPDs)으로 나뉜다. LCAs는 여러 가지 형식이 있지만, 대부분은 사용 시설의 지속기간 동안의 관련 사이클에 포함되는 각 과정으로부터 무시할 수 없는 투입 및 산출량을 평가하여(가령, 시설 운용뿐만 아니라 건설과 폐로 작업을 포함한), 그와 관련되는 배출량을 가늠한다. LCA의 목적은 보통, 특정 기술에 대해 평균적, 또는 일반적 값을 산출하는 것이다. 발전소와 그와 관련된 연료 사이클에 대해서, 그 결과는 생산된 전력 단위당 배출량으로 나타낸다.
이를 위해서는 반드시 어떤 계통경계를 정해야 하는데, 이용 자료의 정확성과 완전성, 그리고 상정된 가정에 따라 그 결과가 크게 달라질 수 있기 때문이다. 결과가 다르게 나오는 한 가지 주요 원인은 같은 종류의 시설이 각각 다른 장소에 있거나 서로 다른 기술을 사용하여 투입과 산출이 매우 다를 수 있다는 것 때문이다. 그 결과, 신뢰성 있는 기술을 사용하고, 상호 심사를 받는 경우라도, 여러 가지 LCAs가 크게 차이가 나는 결과를 낼 수도 있다.
EPDs는 특정 제품(가령, 개별 발전소에서 생산되는 전력)에 직, 간접적으로 기인되는 배출량과 영향을 평가하기 위해 산업계에서 개발되었다. 그런 분석에는 어떤 종류의 시설에 대한 평균적, 또는 일반적 자료를 얻기 보다는 관련 제품을 만드는데 실제로 사용되는 시설에서 나오는 실제 자료가 포함된다.
2.1 원자력발전의 배출량에 대한 라이프사이클 평가.
원자력발전소와 기타 발전시설의 라이프사이클 평가에 관한 많은 글들이 공개 문헌으로 발표되었다. 어떤 경우에는, 이런 연구들의 결과가 서로 모순되는 경우도 있고, 그로부터 도출되는 결론도 마찬가지이다. 언급한 출판물들 대부분은 원자력발전소의 전반적인 간접 배출량이 상당히 작다는 것을 보여주기는 하지만, 몇몇 연구는 이런 배출량이 너무 작게 추산된 것이라고 주장한다. 본 절에서는 몇 가지 한정적인 언급뿐만 아니라 발표결과에 관한 간략한 개요를 설명한다.
바이서(Weisser)가 그동안 발표된 연구에 관한 포괄적인 검토에 착수하였다. 그의 검토결과는 도표2.1에 제시되어 있다.
세계에너지회의(World Energy Council. WEC, 2004)에서 또 다른 비교를 실시하였다. 연구에서 사용된 이 표본은 원자력발전의 배출량 범위가 3 내지 40 g CO2/kW임을 제시한다. 유럽핵에너지포럼의 SWOT 분석(ENEF, 2010)에서도 WEC연구와 국제원자력기구에서 시행한 초기 연구 문헌에 나오는 몇 가지 예를 제시하는데, 여기서는 핵연료 사이클의 배출량을 9 내지 21 CO2/kWh의 범위임을 알게 되었다.
프테나키스(Fthenakis et al., 2007)는 핵에너지의 라이프사이클에서 배출되는 전체 온실가스 배출량에 대한 최저치, 중간치, 최고치 결과를 포함시켜, 가장 큰 차이의 이유를 농축, 건설, 운용에 관해 서로 다르게 가정한 것이 원인이 될 수 있다는 결론을 내린다. 그러나 이 처리과정들에 대한 자세한 입력 데이터가 부족하다.
소바쿨(Sovacool, 2008)의 연구도 중요하게 언급해야 하는데, 그는, 저자의 말에 의하면 처음에 확인된 103건의 연구 중에서 “가장 인정받고, 독창적이며 명료한 연구”로서, 19건의 LCA 연구의 전체 결과를 평균을 내어 전체 배출량의 평균값 계산에 착수하였다. 그러나 비평가들의 평가에서 배출량 범위의 상위부분을 제시하는 대다수의 연구들이 Storm van Leeuwen and Smith(Storm van Leeuwen, 2005)가 준비한 동일한 입력 데이터를 사용한 것으로 추적되었다.
Storm van Leeuwen and Smith는 등급이 매우 낮은 광물로부터 우라늄을 추출하는 것과 관련된 데이터를 이용하는데, 이 때문에 추출단계에서 에너지와 온실가스 강도가 매우 크다. 그들의 수치는 장기적으로 등급이 낮은 광석에 의존하면 원자력발전소의 지속기간 동안 핵연료 사이클이 전체 전기 에너지 산출량보다 더 많은 에너지를 소비한다는 것을 보여준다.
면밀하게 분석을 한 후, Sovacool이 선택한 여러 가지의 LCAs가 문헌에서 얻을 수 있는 서로 다른 결과들을 편향되게 보이게 한다고 결론을 내릴 수 있다. 또한, 서로 다른 연구들이 서로 다른 에너지 혼합을 사용하고 가정을 달리하기 때문에, 이들 연구의 온실가스 배출량의 평균을 내는 것은 전체 배출량 계수를 계산하기에는 타당한 방법이 아닌데, 그렇게 얻은 배출량 계수는 부지 고유의 정보를 고려하지 않기 때문이다. 그러므로 현재의 발전소에 대해서는, EPDs에서 사용되는, 앞에서 언급한 귀속적 접근이 더 선호된다.
Beerten (Beerten et al. 2009)은 이러한 이전의 비평에 관해서 알고, 여러 가지 연구들 사이의 불일치점을 밝혀내고자 노력하였다. 저자들은 선정한 사례연구들의 결과를 비교하고 문헌에서 얻을 수 있는 결과의 범위를 반영하여 핵연료 사이클의 각기 다른 처리단계의 온실가스 배출량을 자세하게 조사하여 보여주고자 한다. 문헌에는 Torf, Voorspools의 벨기에 연구논문, Storm van Leeuwen and Smith, Lenzen의 오스트레일리아 연구논문이 포함된다.
Beerten (Beerten et al. 2009)에서는, 간접적인 에너지 사용과 함께 온실가스 배출을 분석하는데, 대부분의 배출이 각각 다른 처리단계의 에너지 사용에서 기인하기 때문이다. 비교연구에서 고찰한 핵연료 라이프사이클은 핵연료를 재활용하지 않는 가압경수로(PWR)의 라이프사이클이다.
전체 결과에 각각 다른 처리과정의 원인들을 풀어내고, 선정한 사례연구를 자세히 비교하기 위해서, 동일한 방법에 따라, 하지만 원래 연구의 인풋과 가정을 이용하여 통합 결과들을 재산출하였다.
원래의 연구에서 사용된 연구방법에 관해 말하자면, 에너지 및 온실가스 강도를 계산하는 평가방법이 서로 다른 결과를 내는 주요 원인이다. 최근에는 온실가스 배출을 굉장히 강조하긴 하지만, 두 연구의 분석은 에너지 분석을 이용하여 실행되었다. 그런 에너지 분석을 수행하는 한 가지 방법으로서 프로세스 체인 분석(PCA)이 있다. 그런 분석은 사용되는 에너지와 연쇄과정의 각 단계에서 생성된 배출량을 고려한다는 점에서 상세하기는 하지만, 계통경계를 임의적으로 선택하기 때문에 계통오차가 생길 수도 있다.
또 하나의 방법으로서 관련 산업부문의 비용 및 에너지 강도 자료를 이용하는 산업연관분석(IOA)이 있다. 평균 에너지 강도를 기초로 한 단순화된 방법에서는 전체의 금전적 비용이 경제 전반의 에너지 강도에 따라 증가되는데, 이것은 Storm van Leeuwen가 많은 처리과정에 사용하는 방법이다. 뿐만 아니라, 연구범위가 전체 결과를 결정짓는 또 다른 중요한 요소인데, 모든 연구들이 모든 처리과정을 다 고려하지는 않는다는 의미이다.
조사를 한 연구들 중 두 연구에서, 온실가스 배출량 그 자체는 에너지 분석의 부수적 산물로서 계산된다. Torfs와 Voorspools가 실행한 것처럼, 관련된 모든 처리과정의 각각 다른 주요 에너지 이동매체를 명확하게 구분하고, 각 단계의 온실가스 배출량을 확인하면 온실가스 배출량을 더 정확하게 평가할 수 있다. 다른 두 연구에서 수행된 것처럼, 전체 열에너지와 전기에너지 투입량을 단 하나의 평균적 온실가스 강도와 함께 곱하여 온실가스 배출량을 계산하면 결과가 백그라운드 에너지 시스템에 관한 가정에 따라 크게 달라지게 된다.
다른 인정받는 연구들에 따라 온실강도가 달라질 때, Lenzen의 결과는 57.7 g CO2/kWh (그들의 최선의 추정치)에서 32.3 g CO2/kWh (일반적인 유럽의 전기혼합과 화력발전에 천연가스를 사용한다는 가정 하에)으로 상당히 크게 감소하였다. Storm van Leeuwen 연구에 있어서, 현재 실태에 대한 그들 자신의 결과인 117 g CO2/kWh와 낮은 등급의 광물에 의존할 때의 337 g CO2/kWh(전체 원자력 전기투입을 간주할 때)와 비교할 때, Lenzen의 석탄을 집약적으로 사용하는 경제를 사용하면, 결과는 236 내지 800 g CO2/kWh가 된다. 이것은 결과가 바탕 경제의 온실가스 강도에 크게 의존한다는 것을 실지로 보여준다. |
