1.    개요 소개

미국 연방 교통부는 National Cooperative Highway Research Program(NCHRP)라는 프로그램의 연구과제로써 마이크로소프트 엑셀 기반으로 작동하는 온실가스 예측도구를 개발하였다. GreenDOT라고 불리우는 이 도구는 각 주 교통부의 건설, 유지보수, 운영에 있어서 발생하는 이산화탄소량을 예측한다. 특히, 도로에서의 전력사용시 발생하는 배기가스, 도로의 차량 운영시 발생하는 배기가스, 공사장비에서 발생하는 배기가스, 도로건설시 도로 및 포장재료에서 발생하는 배기가스를 구분하여 예측한다.

GreenDOT는 주로1일 혹은 장기간으로 주 전체에서나  일부 지역내에 배기가스량을 산정할때 사용될수 있으며, 특정 건설사업에서 발생하는 배기가스량을 산정할수도 있다.

미국의 여러 주 교통부가 이산화탄소 발생을 감축시키기 위한 정책과 전략을 적용하지만 그 효과를 산정하고 측정하는 경우는 드물다. GreenDOT는 교통부가 도로에서의 이산화탄소 발생을 감축시키기 위한 전략과 기술을 개발하고 적용하였을때, 실질적으로 얼마만큼의 효과를 가져오는지를 예측하고 측정할수 있도록 한다.

2.    도로의 전력사용 현황

도로에서 대부분의 전력사용은 조명시설을 운영하기 위함이다. 도로의 가로등과 교통신호등, 가변교통정보표시판 등을 운영하는데 대부분의 전력이 사용되며, 배수펌프나 터널내의 통풍장치를 가동하는데 사용되기도 한다. 발전소에서 전력생산시 화석연료를 연소하기 때문에 전력사용은 간접적으로 이산화탄소를 발생시키는 원인이 된다. 미국의 교통부는 도로에서 조명시설의 전력사용으로 발생하는 이산화탄소를 감소시키기 위한 크게 세가지의 방안을 가지고 있다. 첫째, 에너지효율이 높은 조명시설을 사용하는 것이다. 보다 적은 전력을 소모하면서 같은 밝기를 낼수 있는 조명시설을 개발하고 적용한다. 둘째, 조명시설을 사용하는 시간을 줄이고, 조명시설의 간격을 넓히는 등 적정한 조도까지 낮춘다. 세째, 태양에너지나 풍력에너지 등의 자연 및 재생에너지를 전력으로 전환하여 작동하는 조명시설을 이용한다.

2.1     효율적인 조명기술

여러 주 교통부는 이미 더 효율이 높은 조명시설과 교통신호등 및 가변교통정보표지판으로 교체해 나가고 있다. 기존의 High Pressure Sodium (HPS) 조명시설이 Low Pressure Sodium (LPS) 조명시설로 교체되고 있으며, 기존의 백열전구를 사용하는 교통신호등과 가변교통정보표지판도 LED전구를 사용하는 시설로 교체되고 있다. 아리조나 교통부의 사례를 보면 19개의 400와트의 HPS 전구가 연간 25,267킬로그램의 이산화탄소를 발생시키는 반면, 30개의 180와트의 LPS 전구는 연간 21,550킬로그램의 이산화탄소를 발생시키는 것으로 조사되었다. 또한, 21개의 400와트의 메탈 할리드 전구는 연간 26,633킬로그램의 이산화탄소를 발생한다. 미네소타 주 교통부의 사례에서는 35번 고속도로 교량의 조명시설을 HPS에서 LED로 교환하였을때 13퍼센트의 전력소모를 감소한 것으로 보고하고 있다.

2.2     조명시설과 조명시간대의 감소

조명시설의 전력사용으로 발생하는 이산화탄소를 감소하기 위하여 조명시설의 불필요한 작동시간을 제거하여 조명이 필요한 시간대에만 조명시설을 운영하여햐 한다. 또한, 새로운 조명시설을 설치시에는 시설간의 간격을 적절하게 조정하여 적정 밝기를 유지하도록 한다. 이러한 적정 조명 밝기와 간격 등에 대한 연구가 이루어지고 있다.

2.3     자연 및 재생에너지를 이용한 전력

조명시설과 태양 집열판이나 풍력 터빈을 연결하여 자연 및 재생에너지를 수집하여 전기에너지로 바꾸어 충전한 후 조명시설의 운영에 사용하는 연구와 기술이 개발되고 적용되어지고 있다. 이러한 경우 조명시설의 운영으로 발생하는 이산화탄소는 거의 제로에 가깝다고 볼수 있다. 이미 여러 주에서 태양 집열판을 이용한 조명시설과 가변표지판 등을 운영하고 있다. 오레곤 주의 경우 한 곳에 태양열 집열판을 설치하여 발생한 전력을 인근 인터체인지의 조명시설에 공급하고 있다. 이 시설은 연간 111,100킬로와트의 전력소모를 대체하며 48톤의 이산화탄소 발생을 감소시킨다.

2.4     연구의 한계

도로 조명의 밝기는 안전과 직결되기 때문에 밝기를 낮추거나 제거하는 것에 대한 충분한 연구가 바탕이 되어져야 하며,  최근 급속히 개발되어지는 LED나 Plasma 조명이 도로의 조명시설에 적합한지를 평가하는 연구도 수반되어져야 한다.

3.    도로상 차량에서의 연료소모와 온실 가스

도로상 차량의 운영으로부터 발생하는 연료소모와 온실가스 발생은 세가지로 구분된다.

첫째,  주로 승용차나 소형화물차의 도로이용자(승객의 운송),

둘째, 제설이나 도로주변 조경 등의 도로 유지관리를 위하여 사용되는 장비

세째, 대형 자재나 장비를 운송하거나 견인하는 차량

이러한 도로 차량 운영상에서 발생하는 이산화탄소를 감소하기 위하여 주로 세가지의 대안이 적용되어야 한다.

첫째, 차량 통행거리를 감소시킨다. 차량통행거리를 감소하기 위해서는 다인승 전용차로나 재택근무, 대중교통의 이용 등을 장려하고 적극 제안한다.

둘째, 차량의 연료효율성을 증가시킨다. 연료효율성을 높이기 위해서 새롭게 개발되는 신차의 경우 엔진과 변속기어의 성능을 증가시켜 단위연료당 주행거리가 높은 차량을 개발한다. 바른 운전습관을 교육 홍보하고, 차량의 정비와 점검을 철저히 하며, 통행목적에 따라 단거리는 소형승용차를 선택한다. 운전자가 차량의 공회전시간을 줄이고 급가속을 피하는 습관을 가질 경우 연료소모를 더 감소하고 이산화탄소의 발생을 감소한다.

세째, 단위거리운행당 이산화탄소를 적게 발생하는 대체차량을 사용한다. 기존의 가솔린 자동차보다 연비가 좋으며, 이산화탄소 발생이 적은 연료를 사용하는 차량을 확대한다. 가솔린과 에탄올을 동시에 사용하는 차량(Flex Fuel Vehicle)이나 하이브리드 전기차 (Hybrid Electric Vehicle), 플러그인 전기차(Plug-In Hybrid Electric Vehicle), 전기자동차 (Electric Vehicle), 압축천연가스차(Compressed Natural Gas Vehicle)등이 이산화탄소를 적게 발생하거나 거의 발생하지 않는 대체 차량들이며, 이들의 개발과 보급이 되어져야 한다.

4.    도로 공사시의 연료소모와 온실가스

도로의 신설 및 재건설과 정기적인 유지관리에 사용되어지는 건설장비에서 발생하는 이산화탄소를 산정하여 도로공사시에 이산화탄소의 발생을 감소시켜야 한다. 도로공사시에 이산화탄소의 발생을 감소시키기 위해서는 다음과 같은 세가지의 노력이 필요하다.

첫째, 건설 장비의 사용을 감소한다. 예를 들어 고속도로 주변의 조경시 잔듸 혹은 식물의 제초를 위하여 사용되는 장비의 사용시간을 줄인다. 물 주는 양을 공급하여 성장을 조절한다거나 친환경적인 화학제를 사용하여 제초장비(Mower)의 사용을 감소하며, 작업시간 및 기법을 최적화함으로 건설장비의 운영시간과 공회전 시간을 단축시킨다.

둘째, 건설 장비의 연료효율성을 증가시킨다. 주 교통부와 도로건설업자가 협력하여 건설장비의 정비를 철저히 시행하고, 새로운 장비로 교체시 연료효율성이 높은 장비를 선택하도록 한다. 또한, 건설 장비를 운전하는 기사에게 연료효율을 높일수 있는 운전방법을 교육한다. 일반적인 디젤 건설 장비의 한시간 공회전시 1.2갤런의 디젤 연료가 소모되며, 그에 상당한 이산화탄소를 불필요하게 발생시킨다.

세째, 이산화탄소를 적게 발생시키는 건설장비를 개발하고 교체한다. 건설장비의 용도에 따라 디젤연료대신에 프로펜가스나 압축천연가스를 사용하는 엔진을 사용토록 한다 이처럼 대체연료를 디젤연료대신해서 사용할 경우 건설장비의 연료효율을 35퍼센트 이상 개선할 수 있다. 또한, 기존건설장비의 연료로 에탄올과 같은 바이오연료를 사용할 경우에는 기존 엔진을 교체할 필요없이 바로 사용이 가능하며, 이산화탄소의 발생을 현저히 감소시킬수 있다.                                                                

5.    건설재료에서의 온실가스

도로건설시 이산화탄소는 건설장비의 운영에 의하여 발생할 뿐만 아니라 건설재료 자체에서도 상당히 발생한다. 도로의 포장재료로써 콘크리트, 아스팔트, 시멘트, 골재 등이 주로 사용된다. 이러한 재료의 생성과 채취, 운송에 있어서 이산화탄소가 발생하며, 재료에 따라 시공후 포장면 자체에서도 이산화탄소가 발생한다.

건설재료에서 발생하는 이산화탄소를 감소하기 위하여 다음과 같은 방안들이 대책되고 있다.

첫째, 건설재료 사용량의 감소

둘째, 원재료보다 에너지 사용량이 적은 재활용 건설재료의 재사용   

세째, Warm Mix Asphalt (WMA)와 같은 에너지 사용량이 적은 신대체 재료의 사용

6.    교통관리로 인한 온실가스 감소

교통부는 교통정체를 감소함으로 이산화탄소의 발생을 감소하기 위하여 노력하고 있다. 환경부에서는 MOVES와 같은 소프트웨어를 개발하여 차량의 종류 및 주행형태에 따라 이산화탄소 발생량을 산정하는 데이타베이스를 구축하여 이산화탄소의 발생량을 관측한다. 또한,  유고관리 프로그램을 이용하여 유고발생시 즉각 대응하여 유고영향을 최소화하여 정체를 감소한다.

또한, 도로혼잡비용, 카쉐어링, 도로 용량증대, 교차로 운영개선, 가변차로, 다인승 전용차로, 지능형 교통시스템 등의 진보적인 정책과 첨단기술을 적용함으로, 교통정체를 감소하고, 불필요한 연료소모와 이산화탄소의 발생을 감소한다.

7.    연구결과 요약

미국 교통부는 이산화탄소의 발생감소를 위하여 건설, 운영, 관리 등의 분야에서 다양한 방안을 적용하고 있다. 도로의 조명 사용 감소, 효율적인 조명시스템의 적용이나 천연재생에너지를 이용한 전력생산 등을 통하여 도로의 전기 사용을 감소한다. 도로운영에서 발생하는 배기가스를 감소하기 위하여, 통행거리를 감소할수 있는 정책을 수립하고, 효율이 높은 연료와 대체 연료를 개발하고, 연비가 높은 자동차를 개발한다. 도로건설과정에서의 이산화탄소를 감소하기 위하여 건설장비가 가동율을 줄이고, 대체연료를 사용하는 장비를 개발한다. 건설재료의 사용을 줄이고, 재활용 재료를 사용하거나 신재료를 개발하여 재료의 생산이나 준비과정에서 발생하는 이산화탄소를 감소시킨다.

이산화탄소를 감소하기 위한 전략들의 적용에 있어 경제성 분석과, 연료형태, 전력소모량, 재료, 노동력의 측면에서의 심층적인 분석이 수반되어져야 한다.

미국 교통부와 환경부는 GreenDOT나 MOVES와 같은 소프트웨어를 개발하여 여러가지 대안과 전략이 적용되어진 경우 이산화탄소의 발생량을 산정하여 효과를 예측하고 있다. 또한, 이산화탄소 감소를 위한 방안들의 적용시 발생할수 있는 부적정인 환경적 역효과를 함께 고려하여야 한다.