고구마와 풋옥수수 재배과정의 전과정평가는 국제표준화기구(ISO, International Organization for Standardization)에서 제정한 14040과 14044 규격에 의거하여 제품의 환경성을 정량적으로 평가하는 방법론을 사용해 수행하였다(ISO 14040, 2006; ISO 14044, 2006).

전과정평가는 목적 및 범위 설정, 전과정 목록분석, 전과정 영향평가, 해석으로 4가지 단계로 구성되어 있다. 목적 및 범위 설정은 전과정평가를 수행하는 이유와 해당 대상, 제품시스템의 경계, 기능단위(Functional Unit) 등을 설정하는 단계이다. 전과정 목록분석은 제품시스템 경계가 설정되면 각 단위공정별 투입물과 산출물의 데이터를 수집한 후 단위 질량으로 표준화하여 제품의 전과정에서 발생하는 환경부하를 정량화하는 단계를 말한다(ISO 14040, 2006). 전과정 영향평가는 전과정 목록분석의 결과를 바탕으로 환경부하를 해당 영향범주에 상응인자를 곱하여 제품에 의해서 발생하는 환경영향을 평가하는 단계이다(Son et al., 2019).

목적은 과거의 저탄소 인증기준을 최신 데이터베이스(DB, Data Base)와 국가 통계를 활용하여 갱신하고 적용하는 것으로 설정하였다. 국내 통계법 시행령 제9조에 의한 일반통계에 의거하여, 농산물 재배면적을 고려하고 농산물별 목표 오차를 정하여 전국표본 수를 결정하였다. 농산물별로 도별 재배면적과 소득의 표준편차를 고려하여 전국자료의 표본오차를 최소화할 수 있게 도별 표본을 선정하였다. 선정된 표본을 기준으로 국가 승인 통계자료인 농촌진흥청 농산물소득자료집의 2014년부터 2018년도 자료를 활용하였다(Nongsaro, 2014 ∼ 2018). 일부 전국적 생산 데이터가 미비한 경우 지역 단위의 데이터를 수집하였으며, 복수의 지역 데이터 활용 시에는 지역 데이터 간 가중치 부여를 위해 지역별 재배면적 비율에 따른 가중평균값을 활용하였다.

JRC technical report는 최소 3년의 평가 기간을 사용하여 기후, 병해충 등 수년간의 재배 조건 변동과 관련된 농작물 수확량 차이를 평준화해야 한다고 제시하고 있다(Fazio et al., 2020). 그러나 본 연구에서는 평균 대비 이상치를 보정하고, 고품질 결과값을 확보하기 위해 5년간(2014 ∼ 2018)의 자료를 활용하였다. 전과정평가 대상 작물인 고구마와 풋옥수수의 기능은 식품 원료의 농산물 생산이며 기능단위는 농산물 생산량 1 kg으로 설정하였다. 그러나 농촌진흥청 농산물소득자료집의 1000 m²(10a) 당 투입량을 고려하여 기준흐름을 10a로 판단하였다. 이러한 판단의 이유는 실제 농업 현장에서는 농산물 생산(kg) 단위가 아닌, 면적(10a) 단위 기준으로 영농활동 및 생산이 이뤄지고 있기 때문이다. 따라서 기능단위는 기준흐름에 따라 ‘생산량(kg)/재배면적(10a)’을 곱하여 적용하였다. 또한 전과정평가 결과값의 신뢰도를 얻기 위해 데이터 품질 요건을 Table 1에 제시하였다(Nongsaro, 2014 ∼ 2018).

고구마와 풋옥수수의 원료물질로 투입되는 비료, 작물보호제, 기타자재의 생산공정, 투입되는 에너지의 생산공정 및 제조 단계에 포함되는 기타자재의 폐기공정과 두 작물의 재배공정을 시스템경계에 포함하였다. 고구마와 풋옥수수에 대한 시스템경계를 Fig. 1에 나타내었다. 정확한 결과 도출을 위해 국가 LCI DB (Life Cycle Inventory DataBase) 개발 기준(95%) 및 국제 표준(80%)보다 높은 누적질량 97% 이상의 제외기준(Fazio et al., 2020)에 따라 제품의 생산과정에서 사용되는 원부자재(비료, 작물보호제, 기타자재) 전체 값에 대해 정의된 질량기준으로 누적에 기여하는 모든 투입물 데이터를 포함하는 것을 원칙으로 하였다. 단, 작물보호제 경우 환경적 기여도를 고려하여 데이터 산정에 포함하였다.

Fig. 1. 
ISO 14040 Phases of Life Cycle Assessment

‘저탄소 농축산물 인증제’에서 사용되고 있는 「농산물 온실가스 배출량 산정을 위한 개별지침」에 기재된 전과정 단계를 근거로 데이터 수집의 용이성, 공정 특성, 부산물의 발생 여부 등을 고려하여 단위공정 결정을 위해 Fig. 2와 같이 공정흐름도를 작성하였다.

Fig. 2. 
Process flow diagram for sweet potato and corn production systems

전과정 목록분석을 위한 데이터 수집 및 계산은 농촌진흥청의 연간 전국 농산물소득자료집 통계데이터(2014 ∼ 2018년)를 활용하였다. 데이터 수집이 어려울 경우 논리적인 계산 및 추정을 통하여 데이터를 수집/보완하였다. 국가 평균 데이터베이스의 사용은 원료물질, 보조물질, 에너지 등의 상위흐름 및 하위흐름 연결을 위한 데이터베이스를 활용하였고 환경부와 산업통상자원부, 농촌진흥청에서 개발한 LCI DB를 활용하였다.

전과정 목록분석의 결과를 가지고 환경부하를 정량적으로 분석하기 위해 환경부에서 시행하는 환경성적표지(EPD, Environmental Product Declaration)의 총 7가지 영향범주에서 물발자국(Water Footprint)을 제외한 지구온난화(Global Warming), 오존층파괴(Ozone Depletion), 산성화(Acidification), 부영양화(Eutrophication), 광화학적 산화물생성(Photochemical Ozone Creation), 자원소모(Abiotic Resource Depletion)를 평가하였다(Son et al., 2019). 물 발자국(Water Footprint)은 한국농촌경제연구원의 연구 자료인 세계농업 제205호를 참고하여 생산량, 재배방법, 품종 등의 한계점에 따라 대상 영향범주에서 제외하였다(Choi et al., 2017).

전과정 목록분석과 영향평가의 산정은 한국환경산업기술원에서 개발한 TOTAL(ver. 6.6.2) software를 사용하였다.

고구마와 풋옥수수에 관련된 설비생산 및 농지구축의 환경부하는 고려하지 않았다. 농가별 현장데이터는 대표성 있는 자료를 산출하기 위해 실제 농가별 현장데이터가 아닌 국가 통계자료를 수집하여 산정하였다. 경유 등 에너지원 및 기타자재의 중량 환산은 ‘저탄소 농축산물 인증제도’ 내「농산물 온실가스 배출량 산정을 위한 작성지침」의 ‘붙임4. 에너지 및 기타자재 단위환산계수’에 기재되어있는 값을 활용하여 계산하였다(KOAT, 2013). 비료로 활용되는 가축분퇴비 및 생짚은 시스템 경계 이전에 발생한 폐기물 재활용에 해당하므로 간접배출량 산정에서 제외하였다. 각 수집데이터가 연구 단위로 구성된 사실과 기존 산정방법론에 의거하여 농산물의 재배에 활용되는 기타자재는 1년으로 가정하였다. 농산물의 재배에 활용되는 원부자재(비료, 작물보호제 등)의 농산물 재배지까지의 수송거리는 원부자재를 생산하는 사업장(이하 원부자재 제조사)으로부터 농산물을 생산하는 재배지(이하 농업경영체)까지의 수송거리를 의미하며, 대표성을 확보할 만한 데이터의 수집이 불가하여 산정에서 제외하였다.

고구마 및 풋옥수수에 대한 기존 전과정 목록분석 결과와의 비교를 위해 본 연구와 동일한 기준으로 단위를 전환하였다. 국내 인증제도 기준은 면적(10a당)에 해당되는 결과이나, 본 연구에서 활용한 단위 변환 환산값을 동일하게 적용하여 생산량 당 탄소배출량 값으로 환산하였다. 그 결과 국내 인증제도 기준은 고구마와 풋옥수수 각각 0.172 kg CO₂-eq./kg sweet potato, 0.203 kg CO₂-eq./kg corn이었다(Smart Green Food, 2019). 국내 인증기준 대비 고구마는 0.098 kg CO₂-eq./kg 높게 산정되었고, 풋옥수수는 0.005 kg CO₂-eq./kg 낮게 나타냈다. 풋옥수수의 과거 특성화값이 높은 이유는 인구 증가에 따른 식량 증산을 위해 화학비료를 작물 요구량보다 과다 사용했기 때문이다(Chung and Lee, 2008). 반면 고구마의 특성화값은 과거 기준보다 높게 산정되었는데, 이는 에너지 사용량이 과거보다 증가했기 때문이다. 2010년에 수행된 연구논문에 따르면 고구마 생산과정에서 전기 사용량의 기여도는 이번 연구결과에 비해 차이는 없었으나, 화석연료 사용량의 기여도는 약 2배였다(So et al., 2010). 따라서 고구마 생산과정에 투입되는 화석연료 사용량의 변화가 지구온난화 특성화값에 영향을 주었음을 확인할 수 있었다.

국외 사례와의 비교를 위해 고구마에 대한 해외 LCI DB를 비교해보고자 하였으나, 해외 데이터베이스의 부재로 수행하지 못하였다. 그러나 풋옥수수는 우리나라를 제외한 나머지 국가를 대상으로 Ecoinvent 3.8의 데이터베이스와 비교하였다. 해외 데이터베이스의 투입-배출 목록의 확인이 어렵기 때문에 단순 영향평가 값만으로 비교해보았다. 해외 옥수수 데이터베이스는 0.311 kg CO₂-eq./kg로 우리나라 기존 구축 데이터베이스인 0.852 kg CO₂-eq./kg보다 낮게 나타났다(RDA, 2012). 물론 시스템경계 설정을 해외 기준으로 맞추어 동일한 조건에서 비교해야겠지만, 이번 연구 결과인 0.198 kg CO₂-eq./kg으로 수치만을 고려했을 때 우리나라 농업 여건에서 재배한 풋옥수수가 온실가스 배출 측면에서 다른 국가보다 경쟁력이 있을 것이라 판단된다.

본 연구에서는 고구마와 풋옥수수의 저탄소 농축산물 인증제에 사용되는 LCI DB 기준을 전과정평가를 통해 재산정 및 재구축하였다. LCI DB는 최신 통계에 민감하기 때문에 본 연구 결과를 저탄소 농축산물 인증제도에 적용하면, 신뢰도 및 정확도가 향상될 것으로 기대된다. 뿐만 아니라 환경성 산정 시 과거에는 국가 LCI DB의 부재로 해외 농축산물 LCI DB를 적용했지만, 구축된 국가 LCI DB를 활용한다면 국내 현황에 맞는 정확한 환경성을 평가할 수 있을 것이다.