연구성과
연구보고서
보고서명
시멘트 산업의 대기오염 관리 및 탄소중립 전략에 대한 통합적 개선방안 연구
보고서명(영문)Integrated Improvement Strategies for Air Pollution Control and Carbon Neutrality in the Cement Industry
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국문초록
- 1. 서론
1.1. 연구 배경 및 필요성
시멘트 산업은 국가 인프라와 국민의 주거 환경 조성을 뒷받침하는 핵심 산업이지만, 원료 지향적, 자본 집약적 및 에너지 집약적 특성으로 인해 철강, 발전, 정유·석유화학과 함께 대표적인 대기오염물질·온실가스 다배출 산업으로 손꼽힌다. 이뿐만 아니라 시멘트 생산 시 부원료로 사용되는 폐기물의 양이 증가함에 따라 시멘트에 포함된 중금속의 유해성, 공장 주변의 분진 및 대기오염, 지역주민 건강 영향 등의 우려가 지속되고 있다.
기후에너지환경부는 시멘트 산업의 환경오염 관리를 위해 2023년 7월부터 환경오염시설허가제도(이하, 통합허가제도) 적용 배출시설에 시멘트 제조 및 관련 시설을 포함하고, 강화된 허가 배출기준을 적용할 예정이나 국외 기준이나 유사 업종과 비교하여 여전히 완화된 미흡한 조치라는 의견이 지속적으로 제기되어 검토가 필요한 상황이다. 또한 시멘트 업계는 2050년 탄소중립 달성을 위한 주요 온실가스 감축 수단으로 폐자원(순환자원)의 연·원료 사용 확대를 추진하고 있어 소성로에 반입되는 폐기물의 양이 점차 증가하고 있는데, 이에 따라 폐자원의 시멘트 업계 쏠림 현상이 발생하고 있다. 그로 인해 시멘트, 폐기물 소각, 석유화학 등의 업계 간에 폐기물 확보를 둘러싼 첨예한 갈등이 벌어지고 있어 다양한 분야와 이슈에 대한 다각적인 검토를 통한 해법 마련이 필요하다.
1.2. 연구 목적
본 연구에서는 대기오염물질 및 온실가스 다배출 주요 업종 중 하나인 시멘트 제조업의 배출 현황 파악 및 관리 실태 조사를 통해 현행 관리 제도 개선방안을 제시하고자 한다. 대기오염물질·온실가스 배출량, 폐기물 사용량 및 인근 지역 관측 농도 분석을 통해 배출 현황을 파악하고, 대기환경 영향을 조사하였으며, 통합허가제도, 배출허용기준, 대기 배출허용총량제 등 관련 제도와 기술에 관한 실태 조사를 통해 국내 시멘트 산업 관리 개선점을 도출하였다. 최종적으로 연구를 통해 도출된 문제점 해결 및 해외 우수사례 적용방안 모색을 통해 시멘트 산업 배출 대기오염물질 관리 제도 개선방안을 도출하고자 하였다.
2. 시멘트 사업장 대기오염물질·온실가스 배출 현황 및 대기환경 영향조사
2.1. 시멘트 제조시설의 대기오염물질·온실가스 배출 실태 분석
원료 채광·조쇄부터 소성 및 운반에 이르기까지 시멘트 제조 전 과정에 걸쳐 입자상 물질(PM), 질소산화물(NOx), 이산화탄소(CO2) 등 다양한 물질을 배출하며, 특히 석회석을 고온(900~1,450℃)에서 소성하는 예열·소성 공정에서 대부분의 대기오염물질 및 온실가스가 발생한다. 최근 대기정책지원시스템(CAPSS: Clean Air Policy Support System) 통계자료에 따르면 시멘트 제조업에서의 NOx 배출량은 감소 추세를 보이나 여전히 제조업 전체 배출량의 35% 이상의 높은 비율을 차지하며, 황산화물(SOx) 또한 높은 수준으로 배출하고 있다. 한편, 굴뚝자동측정기기(TMS) 자료 분석 결과, 대부분의 시멘트사에서 감소 추세를 보이는 NOx와 달리 염화수소(HCl) 배출량의 경우 일부 증가 추세를 보였으며, 플라스틱 등 염소계 폐기물의 연료 대체 사용이 원인으로 추정된다. 특히 일부 사업장의 경우 대기오염물질의 배출허용기준 초과 횟수가 높게 나타나 관리 강화가 필요하다.
온실가스 배출량의 경우, 장기적으로는 감소 추세를 보이고 있지만 코로나19 이후 제조업 경기 위축의 영향으로 해석되며, 최근에는 다시 증가하거나 혹은 정체되는 양상을 보인다. 시멘트 업계에서는 탄소중립 전략의 일환으로 폐기물의 연료·원료 대체 방식을 확대하고 있는데, 이에 따라 2005년 5% 수준이던 폐기물 투입 비율이 2024년 3월 기준 19.4%로 약 4배 증가하였다. 그러나 시멘트 제조 과정에서의 폐기물 사용 확대에 따른 제품의 유해성 논란 등이 지속되고 있어 폐기물 자원화 확대와 환경안전성 확보 간의 균형이 주요 과제로 부각하고 있다.
2.2. 시멘트 사업장 배출 대기오염물질의 대기환경 및 건강 영향 분석
국내 시멘트 제조 사업장 중 소성로가 있는 11개만 허가 대상으로 관리되고 있는 실정이다. 사업장의 NOx 배출 저감을 위해 정부가 다양한 지원을 통해 SCR 설비 설치를 장려했으나, 유일하게 아세아시멘트 제천 공장에만 설치 완료되어 2025년 10월 최초 가동된 바 있다. 기존 SNCR의 저감률(20~40%) 대비 SCR은 저감률 90% 정도로 큰 감축이 기대된다. 대기환경 측면에서 살펴보기 위해 일부 시멘트 공장 인근 유해대기측정망 자료를 분석한 결과, VOCs(벤젠·톨루엔·에틸벤젠), PAHs(벤조피렌 등) 농도가 2021~2023년 증가한 바 있으나, 인근 지역에 항만·산단 등의 추가 배출 요인이 있어 공장 단독 영향으로 단정하긴 어려우므로 추가 분석이 필요하다.
국립환경과학원에서 수행한 시멘트 공장 인근 지역주민 건강 영향 조사 결과, 삼척 지역에서 진폐증 표준화 사망비가 유의하게 높았으며 공장에서 멀어질수록 체내 중금속·PAH 대사체가 감소하는 경향이 나타났다. 2020년 기준, 전국에 분포한 29개 시멘트공장 및 11개 소성로 현황을 파악한 결과를 보면, 인천 동구, 경북 포항 남구 등 일부 지역은 시멘트 공장 인근에 어린이집과 의료기관 등 민감계층 이용시설이 다수 분포하고 있고, 영향권 내 인구 비율도 상당히 높은 것으로 파악되었다. 또한 시멘트 공장에서 배출되는 전체 배출량이 감소하고 있음에도 불구하고 시멘트 공장 1km 이격거리 내 초미세먼지 농도는 시멘트 공장이 소재한 광역 지자체 내 다른 지역보다 높은 것으로 나타났다. 결론적으로, 대기오염물질 배출 저감을 위한 관리가 지속적으로 이루어지고 배출 총량 일부 또한 감소했더라도 인근 지역주민의 호흡기 건강 위험은 여전히 유의하게 나타나므로, 효과적인 저감 설비의 확산, 공장별·지역별 정밀 원인 분석 및 민감계층 보호대책을 시급히 마련할 필요가 있다.
3. 국내외 시멘트 사업장 관리실태 파악 및 국내외 사례 비교 분석
3.1. 관련 법령 및 기준 검토
시멘트 산업의 대기오염물질·온실가스 배출 관리 관련 법령 및 기준을 검토하였다. ｢대기환경보전법｣은 시멘트 소성시설의 물질별 배출허용기준을 규정한다. 또한 시멘트 업종은 2023년 7월 1일부로 ｢환경오염시설의 통합관리에 관한 법률｣(이하, 환경오염시설법) 통합관리 대상에 포함(유예 4년)되어 2027년 6월 30일까지 통합허가를 취득해야 하며, 최적가용기법(BAT) 적용을 전제로 한 최대 배출기준을 준수하여야 한다. 통합관리사업장에는 ｢환경오염시설법｣이 ｢대기환경보전법｣에 우선하여 적용되므로 허가 배출기준을 최대 배출기준 이하로 설정하도록 규제하고 있다.
국외 배출기준과의 비교에서는 표준산소농도 적용 차이가 핵심으로, EU·중국은 10%, 미국은 7%(희석 방지에 유리)로 엄격한 기준을 적용하는 한편, 한국은 13%로 상대적으로 관대한 기준을 적용하고 있다. 이뿐만 아니라 EU는 중금속(Cr, Pb, Cd 등)을 포괄적으로 관리하고, 총탄화수소(THC) 등은 연속(일일 30분) 측정을 의무화하는 등 모니터링 강도가 높은 편이다. 통합관리 도입으로 우리나라에서도 정량적인 기준 자체는 강화되는 추세이지만, 국외 사례와 비교해서 표준산소농도, 측정주기, 관리항목 범위 확대 등에서 여전히 보완해야 할 여지가 있다.
3.2. 국외 시멘트 산업 탄소중립 전략 및 환경관리 현황 검토
본 절에서는 주요국의 시멘트 산업 탄소중립 전략 및 환경관리 제도 비교를 통해 시사점을 도출하였다. 유럽(CEMBUREAU)은 전 주기를 관통하는 5C(Clinker–Cement–Concrete–Construction–Carbonation) 접근법을 통한 감축 로드맵을 제시하였으며, 핵심 수단으로 CCUS 대규모 확대를 추진 중이다. EU-BREF를 통해 폐기물 연·원료 활용을 공정 단계별로 세분화하여 품질·투입지점·운전조건·유해폐기물 안전과 관련된 사항을 구체적으로 규정하고, 배출원 특성에 따라 물질별 최대 허용치와 BAT-AEL을 차등적으로 제시하는 등 투입–공정–배출 전 과정을 엄격히 관리한다. EU 국가 중 하나인 독일 또한 2045 탄소중립을 법제화하고, 대체 연·원료→수요관리→CCUS 세 가지 축의 전략과 강한 규제·모니터링(연속측정, 허가·공청 절차, 투입물 한계치)을 수행하고 있다. 이뿐만 아니라 대부분의 시멘트 사업장 소성로에 SCR을 광범위하게 보급하여 많은 양의 질소산화물 배출을 관리하고 있다.
미국은 막대한 비용 투자 지원과 함께 PCA 로드맵에 따라 저클링커 전환(PLC), 대체연료, 효율, CCUS를 단계적으로 추진하고 있으며, 일본은 LCA 관점의 로드맵을 통해 에너지절약 → 원료·연료 전환 → CCUS 순으로 추진 중에 있다. 중국은 2060 정합 로드맵에서 대체연료·CCUS의 본격 도입을 예고하고 다수의 실증 프로젝트를 진행 중이다.
전 세계적으로 CCUS가 급성장하고 있으며, CO2 포집 역량이 2010년 150Mt에서 2024년 400Mt으로 확대되었을 뿐만 아니라, 50개 시설 가동·44개 시설 건설 및 파이프라인 628개 프로젝트가 진행 중이다. 북미·유럽 지역이 선도하고, 아태지역은 점차 확대되는 국면이다. 이처럼 해외 주요국에서는 전 주기에 걸친 감축 설계 및 대규모 CCUS 투자를 추진하는 반면, 우리나라의 경우 폐기물 연·원료 대체 등 단편적인 전략에 머무르고 있어 탄소중립 전략의 다변화 및 신기술 개발을 위한 지속적인 투자가 필요하다.
3.3. 국내 시멘트 산업 탄소중립 전략 및 환경관리 현황 검토
우리나라 시멘트 산업은 2018년 대비 2030년 12%, 2050년 53% 감축을 목표로, 핵심 수단으로 연·원료 전환, 고로슬래그 등 혼화재 확대, 에너지효율·폐열회수발전, CCUS 등을 제시하였다. 다만, 기술적으로 비용 대비 효과가 큰 혼합시멘트 개발 위주로 치우쳐 있어, CCUS·저탄소 열원·유해대기오염물질 저감으로의 R&D 저변 확대가 요구된다.
제도 측면에서 살펴보면 현행 CCUS법이 CCS 중심으로 설계되어 있어, 국내에서도 실증이 진행 중인 CCU(활용·광물화·양생 주입 등)의 인증 및 배출 인정체계가 부재해 상용화 유인이 미약하다는 문제점이 있다. 폐기물 관리 측면에서는 2025년 3월 21일부로 폐기물 성분·사용량 공개 의무(시멘트 등급제)가 시행되어 투명성이 개선됐지만, 시멘트 사업장에의 최초 반입 전 성상검사만 의무이고 반복 반입 시 공식적인 재검증 절차가 강제되어 있지 않다는 제도적 한계가 있다. 분기별로 공개하는 자료 또한 별도의 외부 검증 절차가 부재하다는 한계점이 있다. 결론적으로 국내 감축 로드맵의 방향은 타당하나 허가범위 확대·연속측정 강화·SCR 등 고효율 저감 설비의 비용분담 설계, CCU 제도 편입 등의 개선이 병행되어야 할 필요가 있다.
4. 결론 및 정책 제언
4.1. 시멘트 산업의 대기오염 관리 및 탄소중립 전략과 관련한 분야별 쟁점 및 시사점
시멘트 산업에서의 대기오염 및 온실가스 관리 문제는 다양한 분야와 매체, 업종 등이 복잡하게 얽힌 문제로서, 본 절에서는 분야별로 조사·분석된 내용을 정리하여 제도 개선방안을 제시하고자 하였다.
대기오염물질 배출 현황 분석 결과, 일부 사업장에서 염화수소 배출량이 증가하는 추세를 보였으며, 최근 3년 TMS 자료 분석 결과 대기오염물질 배출허용기준 초과 사례가 다수 발생하여 관리 강화가 필요할 것으로 판단된다. 폐기물 활용으로 인한 유해대기오염물질의 배출 증가 우려가 지속되고 있는 만큼 시멘트 사업장에서 배출되는 유해대기오염물질 현황 파악과 그 원인으로 추정되는 폐기물 활용 관리 제도 마련이 필요하다. 이를 위해 독일 등의 선진 사례 적용을 통한 다양한 유해대기오염물질 및 중금속 등에 대한 실시간 또는 주기적 측정이 이루어져야 한다. 건강 영향 분석 결과, 시멘트 공장의 영향권(~1km, 2km, 4km) 내 다수의 민감계층 이용시설이 있고 민감군 노출 위험인구 비율이 높아 우려되는 상황으로, 시멘트 사업장의 배출 물질로 인한 인근 지역주민 건강 영향을 분석하기 위한 조사를 지속적으로 수행할 필요가 있으며, 조사 결과에 따른 관리방안 마련이 시급할 것으로 판단된다. 국내외 대기오염물질 배출기준 비교 분석 결과, 절대적인 비교는 어려우나 상대적으로 시멘트 제조시설의 배출기준이 완화된 기준으로 판단되며, 일산화탄소, 이황화메틸 등 일부 물질의 경우 배출기준이 아예 없는 상황이다. 따라서 NOx 등 주요 대기오염물질에 대한 기준 강화 및 배출기준 설정 오염물질의 확대 필요성 등을 검토하고, 강화되는 기준을 준수하기 위한 업계의 부담을 고려하여 SCR 등의 저감 설비 지원을 동시에 추진할 필요가 있다.
국내 지침의 경우 폐기물 활용에 대해 공정 구분 없이 제시된 반면, 유럽, 독일, 오스트리아 등에서는 시멘트 산업의 제조공정별 폐기물 연·원료 사용 및 처리에 대한 상세 지침(폐기물 활용 시 고려해야 할 환경 조건, 최적가용기법 사항, 폐기물의 활용 유형과 예시 등)을 제시하고 있다. 이뿐만 아니라 폐기물 활용 시 촘촘한 공식 허가 절차를 거치도록 하는 반면, 국내의 경우 상대적으로 절차가 간소하다. 모니터링을 위한 측정 항목 및 주기도 느슨한 편으로, 국외 사례와 비교했을 때 우리나라도 구체화된 폐기물 활용 기준을 적용하고, 폐기물 반입 관련 의견 수렴 및 독립기관 검증 등 촘촘한 절차를 통해 관리를 강화해야 한다. 또한 건강과 직결된 만큼 중금속, 유해대기오염물질, 잔류성 오염물질 등에 대한 모니터링도 강화할 필요가 있다.
유럽, 미국 등 해외 주요 국가에서는 5C 접근법을 통해 생산부터 소비까지 시멘트 산업 가치 사슬 전반에 걸쳐 단계별로 감축 목표, 주요 감축 전략 및 기술, 실행 시기 등을 세부적으로 제시한다. 반면 국내 시멘트 산업의 경우 시멘트-콘크리트 제조과정에서의 감축 전략과 목표만 있으며, 감축 전략 또한 연·원료 전환에만 초점을 맞추고 있어 상대적으로 매우 단순하고 구체성이 부족한 실정으로, 국내에서도 시멘트 산업의 가치 사슬 전 단계를 고려한 탄소중립 전략의 다변화 및 구체화가 필요한 시점이다. 또한 국내 시멘트 산업에서는 CCUS 기술 개발 사례가 전무하며, 감축 계획에 CCUS 관련 구체적인 내용이 포함되어 있지 않은 반면, 해외 주요 국가의 경우 감축 전략의 핵심기술로서 2050년 감축 기여가 가장 클 것으로 예상되는 CCUS를 제시하고, 이를 위한 기술 개발 및 실증 프로젝트를 활발히 진행 중이다. 전 세계적인 흐름에 맞추어 우리나라 또한 CCUS 등 혁신 기술 개발을 위한 투자가 지속적으로 필요하며, 개발된 기술의 활용 촉진을 위한 관련 법령의 개선도 시급하다.
4.2. 시멘트 산업의 대기오염 저감 및 탄소중립 실현을 위한 통합적 개선방안
시멘트 산업의 대기오염 저감 및 탄소중립 실현을 위한 통합적 관리를 위해서는 단순한 기술적 접근이 아닌, 서로 다른 매체 간의 통합–유관 정책 간의 조화–이해당사자 간 상생이라는 세 가지 축이 함께 작동해야 한다. 대기오염물질 배출 저감, 폐기물 자원화, 탄소중립 달성을 각각의 개별 과제가 아닌 상호 보완적 목표로 설정하고, 규제와 지원, 중앙정부와 지역사회, 산업계와 주민이 함께 참여하는 협력적 구조를 구축해야 한다. 이를 통해 시멘트 산업은 오염원에서 지속가능한 순환·저탄소 산업의 핵심축으로 전환될 수 있을 것이다. 나아가 이러한 통합적 접근은 시멘트 산업뿐 아니라, 철강, 석유화학 등 유사한 다배출 산업의 환경정책 설계에도 중요한 시사점을 제공할 것이다.