전과정평가 기법을 활용한 생수의 환경성 평가 연구

A Study on the Environmental Assessment of Bottled Water using Life Cycle Assessment Methodology

Article information

J Korean Soc Environ Eng. 2022;44(10):345-353

Publication date (electronic) : 2022 October 31

doi : https://doi.org/10.4491/KSEE.2022.44.10.345

Jongsek Kim ¹

, Chankyu Lee ²

, Noh-Hyun Lim ³

, Yongkyu Han ¹

, Ihnsup Han ¹^,

¹Department of Environmental Engineering, The University of Seoul, Republic of Korea

²Green Management Part, LG Household and Health Care, Republic of Korea

³Institute of Global Sustainability Certificate(IGSC), Republic of Korea

김종석¹

, 이찬규²

, 임노현³

, 한용규¹

, 한인섭¹^,

¹서울시립대학교 환경공학과

²엘지생활건강 그린경영파트

³국제지속가능인증원(IGSC)

^†Corresponding author E-mail: ishan@uos.ac.kr Tel: 02-6490-2867 Fax: 02-6490-2859

Received 2022 June 8; Revised 2022 September 4; Accepted 2022 September 5.

Abstract

목적

본 연구의 목적은 국내 음료 제품군에서 유통 비중이 가장 큰 생수 제품을 대상으로 전과정 평가 기법을 통해 환경성 평가를 분석하고자 한다. 즉, 생수 제품의 전과정 동안의 온실가스 배출량 및 주요 환경지표를 정량적으로 평가하여 적용 가능한 대안 도출을 통해 제품 환경성 개선 방안에 도움이 되고자 한다.

방법

본 연구에서는 환경성적표지 작성지침 방법론에 따라 생수의 탄소발자국 및 주요 환경범주(자원발자국, 오존층영향, 산성비, 부영양화, 광화학스모그, 물발자국)에 대해 산정하였다. 생수 제품에 대한 전과정평가 단계는 제조 전단계, 제조 단계, 유통 및 폐기 단계에 대하여 고려되었으며 사용단계는 포함되지 않았다.

결과 및 토의

본 연구대상인 생수 500 ml,의 전과정평가를 통해 도출된 제조 전단계, 제조 및 폐기단계에서의 온실가스 배출량 결과를 분석한 결과, 생수 제품 500 ml의 탄소발자국은 8.28E-02 kg CO₂-eq./unit이고, 자원발자국은 2.34E-03 kg Sb-eq./unit, 오존층영향 3.25E-05 kg CFC-11-eq./unit, 산성화 3.81E-04 kg SO₂-eq/unit 부영양화 6.64E-05 kg PO₄³-eq./unit, 광화학스모그 6.85E-04 kg C₂H₄-eq./unit, 물발자국은 1.19E-03 m³ H₂O-eq./unit로 평가되었다.

결론

PET병 제조공정이 자원발자국(Resource footprint), 탄소발자국(Carbon footprint), 산성화(Acidification), 부영양화(Eutrophication) 및 광화학스모그(Photochemical smog)에서 가장 높은 환경영향을 점유하는 것으로 파악되었다. 그리고 생수 제품 수송은 오존층영향(Ozone depletion)에서 97.1%로 가장 높았는데, 차량 운전시에 냉각 용도로 사용되는 CFC-114 등의 냉매에 기인한 것으로 파악되었다. 연구결과를 토대로 생수의 친환경성 개선을 위해서는 PET병 레진(resin) 사용을 줄이면서, 대안으로 재생 PET 사용량을 확대가 필요하다. 그 외에 제품 운송을 위한 친환경 차량 도입확대가 필요하며 포장기술 개선 등이 필요함을 확인하였다.

Trans Abstract

Objectives

The purpose of this study is to analyze the environmental assessment through the LCA(Life Cycle Assessment) method targeting the bottled water products with the largest distribution proportion in the domestic beverage product in South Korea. In other words, by quantitatively evaluating greenhouse gas emissions and major environmental indicators during the entire life cycle of bottled water products, it is intended to be helpful in product environmental improvement measures by deriving applicable alternatives.

Methods

Assessment method of the greenhouse gas emissions and major environmental indicators followed “Guidelines for Environmental Product Declaration of Products” in South Korea. In this study, Carbon footprint and other major environmental indicators(Resource footprint, Ozone depletion, Acidification, Eutrophication, Photochemical smog, Water footprint) of bottled water product were calculated. The life cycle assessment for bottled water products was considered for the Pre-manufacturing, Manufacturing, Distribution and End of life, and Use stage was excluded.

Results and Discussion

As a result of analyzing Carbon footprint and other major environmental indicators, Carbon footprint of 500 ml of bottled water is 8.28E-02 kg CO₂ -eq./unit, Resource footprint(RF) is 2.34E-03 kg Sb-eq./unit, ozone depletion(OD) is 3.25E-05 kg CFC-11-eq./unit, Acidification(AF) is 3.81E-04 kg SO₂-eq/unit eutrophication(EP) is 6.64E-05 kg PO₄³-eq./unit, photochemical smog(PS) is 6.85E-04 kg C₂H₄-eq./unit, Water footprint(WF) was evaluated as 1.19E-03 m³ H₂O-eq./unit.

Conclusion

It was identified that the PET bottle manufacturing process occupies the highest environmental impact in RF, CF, AF, EP and PS. The transportation of bottled water products is the highest at 97.1% in OD, which is attributed to refrigerants such as CFC-114, which are used for cooling while driving vehicles. Based on the research results, in order to improve the eco-friendliness of bottled water, it is necessary to reduce the use of PET bottle resin and increase the use of recycled PET(r-PET) as an alternative technology. It is necessary to expand the introduction of eco-friendly vehicles for product transportation and to improve packaging technology.

Keywords: Bottled Water; LCA; Environmental Product Declaration; Packaging

Keywords: 생수; 전과정평가; 환경성적표지; 포장재

1. 서 론

산업 발전에 의한 화석연료 사용의 증가는 지구온난화의 주범인 온실가스의 대량 배출의 주요 원인이 되고, 이로 인한 기상 이변 현상의 증가로 인한 자연재해에 대한 피해는 지속되고 있다.

이러한 기후변화에 대한 전세계적인 공감대는 온실가스 감축을 위한 명확한 목표 및 강력한 실천이 필요하다는 동의를 이끌었다. 즉, 2016년 11월 4일 유엔(United Nation)은 파리 협정 발효를 통해, 전인류가 산업화 이전 대비 지구 평균온도 상승을 2℃ 보다 훨씬 아래(well below)로 유지하고 나아가 1.5℃로 억제하기 위해 노력한다는 공동의 목표를 수립하기에 이르렀다[1]. 한편, 기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change)는 2018년 10월 한국에서 개최된 제48차 IPCC 총회에서 ‘지구온난화 1.5℃ 특별보고서’를 승인하고 파리협정 채택 시 합의된 1.5℃ 목표의 과학적 근거를 마련하였다[1]. IPCC는 2100년까지 지구 평균온도 상승폭을 1.5℃ 이내로 제한하기 위해서는 전지구적으로 2030년까지 이산화탄소 배출량을 2010년 대비 최소 45% 이상 감축하여야 하고, 2050년경에는 탄소중립(Net zero)을 달성하여야 한다고 제시하였다[1]. 한국은 2022년 3월 25일 기후위기 대응을 위한 탄소중립･녹색성장 기본법(탄소 중립기본법)을 시행하였다. 이를 통해 정부는 2050년까지 탄소중립 목표 실천을 국가비전으로 설정하였으며, 온실가스 배출량을 2030년까지 2018년의 국가 온실가스 배출량 대비 35% 이상 감축하는 것을 중장기 국가 온실가스 감축 목표로 수립하였다[2].

이러한 국가 온실가스 감축 목표 및 2050 탄소중립 목표를 달성하기 위해서는 온실가스 감축을 위한 정부 및 각 주체별의 적극적인 노력이 필요하다. 즉, 정부와 기업 그리고 국민들의 온실가스 감축을 위한 인식제고 및 이에 대한 강력한 실천은 반드시 필수적이라고 할 수 있다. 이와 관련하여 저탄소기술 및 저탄소 문화 확대를 위해 정부는 환경성적표지 제도를 운영하여 기업에서 제공하는 제품 및 서비스의 환경영향 및 온실가스 배출량에 대한 정보를 공개하고 있다. 이러한 환경 성적표지 제도는 제품 및 서비스의 환경성 제고를 위해 전과정에 대한 환경영향을 평가하는 제도이며 2022년 4월말 기준으로 348개 기업의 1,630개 제품이 인증이 유효하고 있다[3].

이를 통해 환경을 고려한 제품이 시장을 주도하도록 유도하여 지속적으로 환경개선에 대한 투자와 관심이 이루어지도록 하고 있다. 이에 따라 기업들은 제품의 환경성을 개선하고 온실가스 발생량이 저감되는 친환경 제품 개발에 대한 노력을 하고 있고 이를 마케팅에 활용하여 소비자들에게 친환경 제품 선택을 유도하고 있다. 환경성적표지 제도는 전과정평가 기법을 활용하여 제품 및 서비스의 전과정에 대한 환경영향을 평가하는데, 이러한 전과정평가와 관련해서 국내에서도 다양한 분야의 연구가 진행되었다.

그중 음료제품은 대표적인 소비재 제품이다. 국내 음료시장은 생수, 과채음료, 커피 및 기타 음료로 구분되고 있다. 식품 공전 기준 음료류 생산규모를 살펴보면 2014년도 생산량은 4,756,285톤에서 2018년 5,404,607톤으로 약 12% 증가했으며, 매출액도 동일기간 6조 1,306억원에서 6조 4,779억원으로 약 5.4% 증가하였다[4]. 음료 품목별로 2018년 생산량을 세분하면 생수가 전체 음료의 35%인 186.7만톤을 생산하여 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 그 외 커피 82.0만톤/년, 과채음료류 61.7만톤/년, 차류 46.4만톤/년, 두유류 30.9만톤/년이 생산되었다[4]. 생수류의 생산량의 증가 원인은 건강에 대해 관심이 높아진 소비자 트렌드에 따라 설탕이나 열량을 줄인 제품이 출시가 증가되면서 소비자의 호응을 얻은 것으로 보이며, 최근 간편식과 배달음식이 성장하면서 함께 음용하는 제품으로 생수 소비도 함께 증가하고 있는 추세이기 때문이다[4].

이러한 국내 음료시장은 꾸준하게 성장하고 있으나 음료 제조공정 및 원부자재 사용에 따른 환경 부하를 정량적으로 산정하거나 이에 대한 환경 개선 효과를 파악한 연구는 많지 않다. 특히 국내에서 제조 유통되는 음료제품에 대한 전과정에서의 온실가스 배출에 대한 국내 연구 사례는 미흡한 수준이지만, 해외에서는 음료 및 주류제품에 대한 전과정평가를 활용한 연구가 활발하게 수행되었다. David 외(2013)는 영국에서 제조되는 음료 제품에 대한 전과정평가를 수행한 결과, 환경영향 기여도는 포장재가 59~77%로 가장 높으며 제품 사용단계인 소매점에서 음료를 냉장 판매할 경우 탄소발자국이 최대 33% 증가한다고 보고하였다[5]. J. Pasqualino 외(2011)는 스페인에서 제조되는 생수 제품 포함 음료 및 주류 제품에 대해 전과정평가를 실시하였으며 그 결과 포장재의 재질 및 크기와 무관하게 재활용하는 것이 매립 또는 소각에 비해 환경에 미치는 영향이 유리함을 보고하였다[6].

Elisa 외(2020)는 이탈리아의 생수 제품 구매자를 대상으로 지불 비용이 증가(willingness to pay)하더라도 기존 페트병 대신 바이오매스 기반 용기(Polylactic acid based bottle)의 생수 제품 구매의사를 조사하였다. 그 결과 이탈리아 생수 소비자들은 바이오메스 기반 용기 제품을 선호하는 것으로 조사되었다. 그러나 환경보호를 위해 재생 페트병(Recycled-PET)에 담긴 생수 제품을 구매의향에 대해서는 선택을 꺼리는 것으로 조사되었으며, 이에 대한 대안으로 재활용 플라스틱의 안전성과 적절성을 소비자들에게 인식시키도록 커뮤니케이션 전략을 개선할 필요가 있음을 제안하였다[7].

이와 관련하여 최근 우리나라는 재생 페트병을 식품용기로 사용가능하도록 환경부에서 ‘식품용기 재생원료 기준’을 고시하여 제도를 시행하였다. 즉, 생수 제품과 같이 투명한 PET병에 대해 별도로 수거하여 세척, 분쇄 및 용융하는 물리적인 처리 공정을 거치더라도 정부 기준을 만족하면 식품용기에 사용할 수 있다. 용도가 식품용기이기에 건강에 대한 안전성 확보를 위해 우리나라에서는 환경부와 식품의약품안전처가 2중 검증 체계를 통해 안전하게 재활용되었는지 검증하는 체계로 관리하고 있다[8].

A. Etale 외(2018)는 생수 시장은 세계에서 가장 빠르게 성장하는 음료 시장 중 하나이며 탄산음료(Carbonated soft drink)를 추월하는 가장 큰 음료 카테고리가 될 가능성이 있다고 했다[9].

Rodwan (2016)는 전 세계 생수 소비량은 2012년 729억 갤런(gallon)/년에서 2017년에 1,000억 갤런/년으로 증가하였는데 매년 약 6.4% 소비량이 증가했다고 한다. 2017년도 전 세계 1인당 생수 평균 소비량은 13.2 갤런/년이며, 가장 생수 소비량이 가장 많은 국가는 멕시코(Mexico)이며 1인당 67.2 갤런/년을 소비했다. 한국은 1인당 생수 소비량은 28.5 갤런/년으로 전 세계 평균 소비량보다 2배 이상 높은 수준이다[10].

이와 같이 본 연구도 국내 음료 제품군에서 유통 비중이 가장 큰 생수 제품을 대상으로 전과정평가 기법을 통해 생수의 환경성 평가를 하고자 한다. 즉, 생수 제품의 전과정에서의 주요 환경 영향범주를 평가하여 적용 가능한 대안을 도출하여 제품 환경성 개선에 도움이 되고자 한다.

2. 자료 및 연구방법

본 연구는 생수 제품의 환경성적 산정을 위해 환경부 환경성적표지(Environmental Product Declaration) 일반제품 공통지침 방법론을 사용하여 7개의 환경 영향범주, 즉. 탄소발자국(Carbon footprint), 물발자국(Water footprint), 오존층영향(Ozone depletion), 산성화(Acidification), 부영양화(Eutrophication), 광화학스모그(Photochemical smog), 자원발자국(Resource footprint) 대하여 전과정 평가를 실시하였다[11]. 생수 제품은 환경성적표지(Environmental Product Declaration) 공통지침에서 일반제품의 비내구재에 해당되며, 환경성적표지 인증 기준에서 비내구재는 생수 제품과 포함한 식품 등과 같이 장기사용을 목적으로 하지 않는 재화로 구분하고 있으며 그로 인해 제품 시스템 경계에서 사용단계는 제외된다[11]. 즉, 본 연구에서 시스템 경계는 제품 제조 전단계, 제품 제조 단계와 제품 폐기단 계로 설정했다. 제품 제조 전단계에서는 1차 협력업체에서 생산하는 제품을 제품 제조 사업장까지의 수송이 시스템 경계에 포함되며, 제품 제조 단계에서는 출고되는 제품의 수송이 포함된다[11]. 제품 제조 단계에 투입되는 원자재 가운데 누적 질량을 기준으로 상위 95% 이상 기여하는 물질에 대하여 전과정 평가 대상에 포함하였고 나머지 약 5%에 대해서는 전과정 평가 대상에서 제외(Cut-off) 하였다[11].

2022년 4월말 기준으로 국내에서 환경성적표지 인증이 유효한 생수제품은 Table 1과 같이 26개 제품이 확인되고 있다[3].

Table 1.

The list of bottled water products certified for environmental product declaration in South Korea.

2.1. 연구 수행 범위

2.1.1. 연구 대상 선정

본 연구에서는 국내 제조 및 시판되는 생수 제품을 연구대상으로 선정하였다. 즉, 국내 소비자 선호도가 높은 500 ml 용량의 생수 제품에 대한 전과정 평가를 위해 원료 및 포장재들의 중량 및 세부 내역을 Table 2에 기술하였다.

Table 2.

The product specifications of bottled water for life cycle assessment.

환경성적표지 인증 지침에 따라 기능(function) 및 기능단위(functional unit)는 제품 단위가 명확한 경우 제품 1개 등과 같이 제품의 판매단위를 기준으로 설정한다[11]. 따라서 본 연구에서는 국내 시판 생수 500 ml 제품의 전과정평가를 위한 기능(function) 및 기능단위(functional unit)에 대해 Table 3과 같이 기술하였다.

Table 3.

The function and functional unit of bottled water for life cycle assessment.

2.1.2. 시스템 경계 설정

본 연구에서는 생수 500 ml 제품에 대한 전과정 평가를 수행하기 위해, 제조 전단계에서는 포장재인 PET병 및 병마개 제조공정과 포장재 수송과정을 반영하였다. 그리고 제조단계에서는 생수 제품 제조사업장에서의 제품 생산 및 물류센터로의 제품 수송을 고려하였으나, 사용단계는 환경성적표지 방법론을 적용하여 고려하지 않았다. 마지막으로 폐기단계에서는 생수 포장재의 매립, 소각, 재활용을 반영하여 제품의 환경성을 평가하였다. 환경성적표지 방법론에서는 원재료 및 포장재는 지침에 따라 누적 질량기여도 95% 이상에 대해 현장데이터 수집범위에 포함된다. 따라서 이번 연구에서는 생수 제품의 원재료와 관련하여, 생수는 100% 지하수를 원료로 사용하기에 취수를 위해 사용되는 전기 사용량이 제조과정에서 전과정 평가를 위해 반영되었으며, 생수 제품 포장재인 PET병과 병마개까지 누적 질량기여도 95%에 포함되었으나, 제품 라벨의 경우 누적 질량기여도에서 제외되어 현장데이터 수집 및 반영되지 않았다.

Fig. 1은 생수 제품 제조에 따른 프로세스를 도식화하였고 Table 4에서는 해당 시스템 경계를 설명하였다. 제조공정에서는 생수 제조과정 직접적으로 관련된 사항에 대한 현장데이터를 수집하였으며, 제품 생산과 직접적인 연관이 없는 소모품, 공장 내부 수송에 의한 에너지 사용 등은 데이터 수집범위에서 제외되었다. 마지막으로 제품 폐기 단계에서는 환경성적표지 폐기 시나리오에 따라 페트 생수병 및 병마개에 대해 매립, 소각, 재활용 비율을 각각 적용하여 환경성 평가를 수행하였다[11].

Fig. 1.

Process diagram of bottled water.

Table 4.

System boundaries of bottled water.

2.2. 전과정 목록분석

생수의 전과정 평가를 위해서 투입 및 산출물질에 대한 개별 배출계수는 환경성적표지 인증 지침에 따라 현장데이터를 우선적으로 수집하였으며, 현장데이터가 없는 경우에는 해당 국가의 LCI DB를 사용하였으며, 그에 대한 세부 내용은 Table 5에 정리하였다. 전과정 평가 각 단계에서의 데이터 수집 및 가공 방법은 다음과 같이 기술하였다.

Table 5.

LCI database of bottled water for life cycle assessment.

2.2.1. 제조전단계(Pre-manufacturing stage)

생수의 제조전단계는 환경성적표지 인증 지침에 따라 원료 물질 채취 및 제조공정과 1차 협력업체 생산제품 제조공정을 포함하였다[11]. 그리고 1차 협력업체 생산제품 제조 사업장으로부터 제품 제조 사업장까지의 수송을 포함하여 산정하였다[11]. 즉, 생수 포장재인 PET병과 마개(Cap) 제조공정의 현장 데이터를 수집하였다. 그리고 1차 협력업체에서 생산된 PET병과 마개의 수송하는 과정에서 발생되는 환경영향의 산정을 위해 PET병과 마개의 중량(ton), 운송거리(km), 운송수단 정보를 수집하였다.

2.2.2. 제조단계(Manufacturing stage)

제조단계에서는 환경성적표지 인증 지침에 따라 생수 제조를 위해 직접적으로 사용되는 전력 사용량에 대한 연간 데이터를 수집하였다[11].

2.2.3. 유통단계(Distribution stage)

유통되는 생수는 환경성적표지 인증 지침에 따라 생수 제조 공장에서 국내의 권역별 물류센터로 권역별 수송거리를 반영하여 제품 유통에 대한 전과정 평가를 진행하였다[11].

2.2.4. 폐기단계(End-of-Life stage)

생수의 폐기단계는 환경성적표지 인증 지침에 따라 소비자에게 판매된 제품의 포장재가 모두 폐기되는 것으로 가정하여 폐기 시나리오를 적용하여 전과정 평가를 실시하였다[11].

즉, 환경성적표지 인증 지침을 반영하여 생수의 포장재인 PET병과 마개(Cap)의 재질을 고려하여 자원의 절약과 재활용 촉진에 관한 법률에서 규정하는 제품･포장재별 재활용의무율을 적용하여 재활용율을 산정하였고, 산정한 재활용물질은 환경부의 “전국 폐기물발생 및 처리현황”의 생활폐기물에 대한 ‘재활용가능자원 분리배출’의 재질별 매립･소각･재활용 비율을 적용하여 매립･소각･재활용량을 산정하였다[11].

2.3. 전과정 영향평가

생수의 전과정 영향평가는 환경성적표지 인증 지침에 따라 별도로 정한 평가계수를 적용하여 특성화 결과를 산출하였다. 즉, 환경성적표지 인증 지침에서 고려하는 7대 영향범주(impact category)인 탄소발자국(Carbon footprint), 물발자국(Water footprint), 오존층영향(Ozone Depletion), 산성화(Acidification), 부영양화(Eutrophication), 광화학스모그(Photochemical smog), 자원발자국(Resource footprint) 범주에 대해서 평가하였다[11].

2.4. 전과정 해석

전과정 해석은 목록분석 및 영향평가 결과를 대상으로 제품 시스템의 주요 환경영향 인자를 규명하는 단계이다[12]. 이 연구에서는 주어진 영향범주에서 각 전과정 단계의 영향 값이 전체 영향 값에 미치는 영향 정도를 백분율로 나타낸 기여도 분석(Dominance analysis)을 사용하였고, 수집된 데이터 및 사용된 가정의 신뢰성을 검증하기 위해 민감도 분석(Sensitivity analysis)을 활용하였다[13].

3. 결과 및 고찰

3.1. 기여도 분석 결과

생수 500 ml의 전과정 평가를 통해 분석된 환경영향 범주별 특성화 결과는 Table 6과 같이 자원발자국(Resource footprint)은 2.34E-03 kg Sb-eq./unit, 탄소발자국(Carbon footprint)은 8.28E-02 kg CO₂-eq./unit, 오존층영향(Ozone depletion)은 3.25E-05 kg CFC-11-eq./unit, 산성화(Acidification)는 3 3.81E-04 kg SO₂-eq.,/unit 부영양화(Eutrophication)는 6.64E-05 kg PO₄³-eq./unit, 광화학스모그(Photochemical smog)는 6.85E-04 kg C₂H₄-eq./unit, 물발자국(Water footprint)은 1.19E-03 m3 H2O-eq./unit이었다.

Table 6.

Characterization results for the entire life cycle of bottled water.

Fig. 2에서는 생수 500 ml의 영향범주별 전과정 단계가 각각 해당 영향범주에 미치는 기여도 분석 결과 분석하였다. 영향 범주별로 기여도 분석결과 포장재를 제조하는 제조전단계(Pre-manufacturing stage)가 오존층영향(Ozone depletion)을 제외한 모든 환경영향범주에서 최소 60.5%(Carbon footprint)에서 최대 94.0%(Acidification)로 상대적으로 가장 큰 영향을 차지하였다. 제조전단계는 PET병 제조공정과 마개 제조공정 그리고 PET병과 마개를 제조 사업장에 운송하는 공정으로 구성되는데 이중 PET병 제조공정의 환경 영향이 가장 높다.

Fig. 2.

Characterized environmental impact of the life cycle stages of bottled water.

오존층영향(Ozone depletion)은 운송단계(Distribution)에서 97.1%로 가장 큰 영향을 차지하는 것으로 분석되었다.

자원발자국(Resource footprint) 영향범주를 세부 분석하면 제품 전과정에서 제조전단계가 91.5% 기여하고, 운송단계 5.0%, 제도단계 3.0%, 폐기단계 0.3% 순으로 조사되었다. 탄소발자국(Carbon footprint)은 제조전단계가 60.5%, 운송단계 22.5%, 제조단계 13.3%, 폐기단계 3.7% 순으로 조사되었다. 오존층영향(Ozone depletion)은 운송단계 97.1% 기여하고, 제조전단계 2.9%으로 조사되었다. 산성화(Acidification)는 제조전단계가 94.0%, 제조단계 4.9%, 폐기단계 1.3%순으로 조사되었다. 부영양화(Eutrophication)는 제조전단계가 80.3%, 운송단계 7.7%, 폐기단계 6.6%, 제조단계 5.4% 순으로 조사되었다. 광화학스모그(Photochemical smog)는 제조전단계가 93.9%, 운송단계 5.9%, 폐기단계 0.1%순으로 조사되었다. 물발자국(Water footprint)은 제조전단계가 71.3%, 제조단계 21.1%, 운송단계 7.7%, 폐기단계 0.1%순으로 조사되었다.

Table 7에서는 생수 500 ml의 각 영향 범주별 전과정 목록 분석의 결과물인 영향 범주별 목록항목을 대상으로 누적 환경 영향 기여도 90% 이상인 목록에 대해 분석하였다.

Table 7.

Key inventory parameters of contribution for the entire life cycle of bottled water.

자원발자국(Resource footprint), 탄소발자국(Carbon footprint), 산성화(Acidification), 부영양화(Eutrophication) 및 광화학스모그(Photochemical smog)에서 가장 많은 환경영향을 차지하는 항목은 제조전단계(Pre-manufacturing stage)에서 PET병 제조인 것으로 조사되었다. 오존층영향(Ozone depletion)에서는 제품 및 포장재 공로수송이 97.1%로 가장 많은 환경영향을 차지하는 것으로 조사되었다. 트럭 운전시 사용되는 CFC-114 등의 냉매 물질에 기인한 것으로 파악되었다. 물발자국(Water footprint)에서는 포장재인 종이가 50.6%로 가장 많은 환경영향을 차지하는 것으로 조사되었다. 종이는 2차 포장재로 사용하는 플라스틱 필름(HDPE)으로 생수 제품들을 포장시 제품 하단에 간지 형태로 배치하여 하중을 지지하여 이동시 필름의 손상을 줄이는 용도로 사용한다.

3.2. 민감도 분석 결과

생수 전과정 평가를 위해 수집한 현장데이터 및 가정 사항에 대한 불확실성에 대해 평가하고 분석결과의 신뢰도 제고를 위해 민감도 분석을 실시하였다. 민감도 분석에서는 수집한데이터를 일정 범위(10%) 변화시켰을 때 영향범주별로 특성화된 환경 영향 값의 변화율을 확인하고 결과 값의 변화량이 큰 데이터나 가정 사항에 대해서는 데이터를 재수집하여 신뢰성을 높이기 위한 것이다. 이 연구에서는 결과 값인 특성화된 환경 영향 값의 변화가 10% 이상 차이 나는 경우 민감한 입력 데이터로 판단하였다[14].

본 연구에서 민감도 분석 대상은 수집된 데이터 중 제조 전단계에서 영향 범주별로 기여도가 높았던 PET병 제조공정을 선정하였으며 100% 신재(virgin) PET를 사용한 것과 10%의 재생 PET(r-PET)를 혼합한 경우의 환경 영향 범주 결과를 비교하였다. Table 8에서와 같이 PET병 제조공정에서 수집한 4개의 현장 데이터에 대한 민감도 분석결과 자원발자국(Resource footprint)은 9.7%, 탄소발자국(Carbon footprint)은 5.7%, 오존층영향(Ozone depletion)은 7.5%, 산성화(Acidification)는 9.2%, 부영양화(Eutrophication)는 8.9%, 광화학스모그(Photochemical smog)는 10.0%, 그리고 물발자국(Water footprint)은 0.4%의 변화를 유발하여 결과적으로 영향범주별 변화량은 모든 10% 이하로 조사되었다. 따라서 본 연구에서 수집한 현장데이터 및 가정 사항이 연구결과에 미치는 영향은 크지 않으므로 연구 결과는 신뢰성이 있다고 판단할 수 있다.

Table 8.

Sensitivity analysis result of bottled water.

4. 결 론

본 연구에서는 전과정평가 기법을 적용하여 생수의 전과정 환경영향을 정량화하였다. 그 결과 생수의 탄소 발자국(Carbon footprint)은 8.28E-02 kg CO₂-eq./unit, 자원발자국(Resource footprint)은 2.34E-03 kg Sb-eq./unit, 오존층영향(Ozone depletion)은 3.25E-05 kg CFC-11-eq./unit, 산성화(Acidification)는 3.81E-04 kg SO₂-eq/unit 부영양화(Eutrophication)는 6.64E-05 kg PO4³-eq./unit, 광화학스모그(Photochemical smog)는 6.85E -04 kg C₂H₄-eq./unit, 물발자국(Water footprint)은 1.19E-03 m3 H2O-eq./unit로 평가되었다.

생수의 환경 영향 범주별 주요 특징에서 제조전단계 특히 PET병 제조공정이 자원발자국(Resource footprint), 탄소발자국(Carbon footprint), 산성화(Acidification), 부영양화(Eutrophication) 및 광화학스모그(Photochemical smog)에서 가장 높은 환경영향을 점유하는 것으로 파악되었다. 그리고 생수 제품 수송은 오존층영향(Ozone depletion)에서 97.1%로 가장 높았는데, 차량 운전시에 냉각 용도로 사용되는 CFC-114 등의 냉매에 기인한 것으로 파악되었다. 생수에 대한 해외 연구 사례로 Elisa 외(2020)는 이탈리아 소비자를 대상으로 환경보호를 위해 재생 PET병(Recycled-PET)에 담긴 생수 구매의향에 대해서는 선택을 꺼리는 것으로 조사했으며 이에 대한 대안으로 재생 PET의 안전성을 인식하도록 커뮤니케이션을 개선할 필요가 있음을 보고하였다[7].

이 연구결과를 토대로 생수의 친환경성 개선을 위해서는 PET병 레진(resin) 사용을 줄이면서, 대안으로 재생 PET 사용량을 확대가 필요하다. 그 외에 제품 운송을 위한 친환경 차량 도입확대가 필요하며 2차 박스 포장기술 개선 등이 필요함을 확인하였다. 그와 더불어 향후 확대될 재생플라스틱 확대가 소비자들에게 불안감을 주지 않고 제품 안전성을 신뢰하며또한 친환경 개선에 도움이 됨을 이해하도록 정부와 기업의 커뮤니케이션 노력이 필요할 것이다.

Notes

Declaration of Competing Interest

The authors declare that they have no known competing financial interests or personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper.

References

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6. Pasqualino J, Meneses M, Castells F. The carbon footprint and energy consumption of beverage packaging selection and disposal. Journal of Food Engineering 103(4):357–365. 2011;

7. Marchi E. D, Pigliafreddo S, Banterle A, Parolini M, Cavaliere A. Plastic packaging goes sustainable: An analysis of consumer preferences for plastic water bottles. Environmental Science and Policy 114:305–311. 2020;

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9. Etale A, Jobin M, Siegrist M. affect and image on consumer choice. Appetite 121:138–146. 2018;

10. BOTTLED WATER Home Page https://www. bottledwater.org, (2018).

11. Korea Environmental Industry & Technology Institute Home Page, https://www.keiti.re.kr/, Environment Product Declaration Certification Criteria, (2021).

12. ISO 14040 : 2006 Environmental management-life cycle assessment-principles and framework, 2nd ed., (2006).

13. ISO 14044 : 2006 Environmental management–life cycle assessment-requirements and guidelines, 1st ed., Geneva, Switzerland, (2006).

14. KATS, KS I ISO 14044 : 2011 Environmental management-life cycle assessment-requirements and guidelines(2011).

No.	Product name	Total CO₂ Emissions	Unit	Pre-manufacturing	Manufacturing	End of life
1	Cheju Samdasu 500 mL	1.19.E-01	kgCO₂e/ea	7.46.E-02	3.72.E-02	7.03.E-03
2	Cheju Samdasu 1.5 L	2.47.E-01	kgCO₂e/ea	1.90.E-01	3.86.E-02	1.90.E-02
3	Cheju Samdasu 2.0 L	3.42.E-01	kgCO₂e/ea	1.93.E-01	1.29.E-01	1.96.E-02
4	Dongwon bottled water 0.5 L	8.95.E+01	kgCO₂e/ea	7.26.E+01	1.11.E+01	5.68.E+00
5	Dongwon bottled water 2 L	2.43.E+02	kgCO₂e/ea	1.74.E+02	5.35.E+01	1.50.E+01
6	Dongwon bottled water 0.3 L	7.44.E+01	kgCO₂e/ea	6.38.E+01	5.17.E+00	5.44.E+00
7	EVERYDAY Sansu[0.33 L]	7.31.E-02	kgCO₂e/ea	6.21.E-02	5.60.E-03	5.40.E-03
8	Gangwon Pyungchangsu[2 L]	2.34.E-01	kgCO₂e/ea	1.29.E-01	9.09.E-02	1.42.E-02
9	EVERYDAY Sansu[0.5 L]	7.64.E-02	kgCO₂e/ea	6.34.E-02	7.37.E-03	5.64.E-03
10	EVERYDAY Sansu[1.0 L]	1.23.E-01	kgCO₂e/ea	1.01.E-01	1.30.E-02	8.92.E-03
11	EVERYDAY Sansu[2.0 L]	1.76.E-01	kgCO₂e/ea	1.41.E-01	2.09.E-02	1.41.E-02
12	Sansu[18.9 L]	5.29.E-01	kgCO₂e/ea	2.07.E-01	3.20.E-01	1.01.E-03
13	Sparkle bottled water 330 mL	7.58.E-02	kgCO₂e/ea	5.18.E-02	1.85.E-02	5.39.E-03
14	I’m eco Sansu[0.5 L]	1.04.E-01	kgCO₂e/ea	8.20.E-02	1.45.E-02	7.51.E-03
15	I’m eco Sansu[0.33 L]	7.58.E-02	kgCO₂e/ea	5.74.E-02	1.27.E-02	5.61.E-03
16	Gangwon Pyungchangsu 0.5 L	8.34.E-02	kgCO₂e/ea	5.36.E-02	2.43.E-02	5.46.E-03
17	I’m eco Sansu[1.0 L]	1.14.E-01	kgCO₂e/ea	8.66.E-02	1.88.E-02	8.90.E-03
18	I’m eco Sansu[2.0 L]	1.90.E-01	kgCO₂e/ea	1.43.E-01	3.23.E-02	1.51.E-02
19	Cheju Samdasu[330 mL]	8.64.E-02	kgCO₂e/ea	6.30.E-02	1.60.E-02	7.44.E-03
20	Sparkle bottled water [2.0 L]	1.98.E-01	kgCO₂e/ea	1.28.E-01	5.07.E-02	1.88.E-02
21	Sparkle bottled water [500 ml]	7.50.E-02	kgCO₂e/ea	5.41.E-02	1.40.E-02	6.84.E-03
22	Sparkle bottled water [15.4 L]	8.18.E-01	kgCO₂e/ea	1.17.E-01	5.09.E-01	1.91.E-01
23	Sparkle bottled water [18.9 L]	8.08.E-01	kgCO₂e/ea	2.19.E-01	3.85.E-01	2.05.E-01
24	Cheju Samdasu Green[330 mL]	8.64.E-02	kgCO₂e/ea	6.30.E-02	1.60.E-02	7.44.E-03
25	Cheju Samdasu Green[500 mL]	1.19E-01	kgCO₂e/ea	7.46E-02	3.72E-02	7.03E-03
26	Cheju Samdasu Green[2.0 L]	3.42E-01	kgCO₂e/ea	1.93E-01	1.29E-01	1.96E-02

Category		Target product of LCA study
Product(model)		bottled water(500 ml)
Weight (g/unit)	Product	504
	PET bottle	14
	Cap	2
	Label, Glue	1
	Secondary Package (Paper)	1
	Secondary Package (Plastic film)	1
	Total	523

Category	Description
Function	bottled water
Functional Unit	a bottled water PET 500 ml, 1 unit

Phase	Material Name	LCI Database
Phase	Material Name	Source	Emission Factor	Unit
Pre-manufacturing	Electricity	National LCI DB	4.95E-01	kgCO₂e/kWh
	Waste ion-exchange resin		1.21E-02	kgCO₂e/kg
	Wastewater		1.28E-03	kgCO₂e/kg
	PET resin		2.37E+00	kgCO₂e/kg
	Waste plastic (recycle)		1.86E-02	kgCO₂e/kg
	HDPE		2.03E+00	kgCO₂e/kg
	Industrial water		1.02E-04	kgCO₂e/kg
	Flat Board		8.72E-01	kgCO₂e/kg
	LDPE		1.86E+00	kgCO₂e/kg
Manufacturing	Electricity		4.95E-01	kgCO₂e/kWh
	Wastewater		1.28E-03	kgCO₂e/kg
	Waste paper (recycle)		1.20E-01	kgCO₂e/kg
	Waste plastic (recycle)		1.86E-02	kgCO₂e/kg
	Waste plastic (incineration)		2.35E+00	kgCO₂e/kg
	Waste activated carbon (recycle)		1.36E-02	kgCO₂e/kg
Distribution	Road transport (Metrepolitan)		2.49E-01	kgCO₂e/ton·km
Distribution	Ship transport (Mokpo-Jeju)		8.37E-03	kgCO₂e/ton·km
End of life	Waste plastic (recycle)		1.86E-02	kgCO₂e/kg
	Waste plastic (incineration)		2.35E+00	kgCO₂e/kg
	Waste plastic (landfill)		7.98E-02	kgCO₂e/kg
	Waste paper (recycle)		1.20E-01	kgCO₂e/kg
	Waste paper (incineration)		2.40E-02	kgCO₂e/kg
	Waste paper (landfill)		8.96E-01	kgCO₂e/kg

Impact categories	Life Cycle Inventory	Characterization	Contribution
Resource footprint	PET resin, bottle	2.0E-03	83.6%
	Electricity	1.3E-04	5.6%
	Road transport (Metropolitan)	1.2E-04	5.2%
Carbon footprint	PET resin, bottle	3.3E-02	39.7%
	Electricity	2.1E-02	24.9%
	Road transport (Metropolitan)	1.9E-02	23.1%
	HDPE, cap	3.57E-03	4.3%
Ozone depletion	Road transport (Metropolitan)	3.2E-05	97.1%
Acidification	PET resin, bottle	3.3E-04	86.8%
Acidification	Electricity	3.5E-05	9.1%
Eutrophication	PET resin, bottle	4.82E-05	72.6%
	Electricity	6.5E-06	9.8%
	Road transport (Metropolitan)	5.3E-06	7.9%
Photochemical smog	PET resin, bottle	6.2E-04	91.0%
Water footprint	Paper, package	6.03E-04	50.6%
	Electricity	2.57E-04	21.5%
	Water	1.7E-04	14.1%
	PET resin, bottle	1.0E-04	8.4%