한국과 유럽연합의 시멘트 제조업에 대한 최적가용기법 기준서 비교·분석

Comparative Analysis of Best Available Techniques Reference Documents on the Manufacture of Cement in Korea and European Union

Article information

J Korean Soc Environ Eng. 2025;47(8):521-532

Publication date (electronic) : 2025 August 31

doi : https://doi.org/10.4491/KSEE.2025.47.8.521

Yein Lee ¹^,²

, Soyeon Park ¹^,²

, Jiyoung Jung ¹^,²

, Minkyung Kim ¹^,²

, Hye Won Lee ¹^,²

, Jung Hyun Choi ¹^,²^,

¹Department of Environmental Sciences & Engineering, Ewha Womans University, Republic of Korea

²Graduate School specialized in Integrated Pollution Prevention and Control, Ewha Womans University, Republic of Korea

이예인¹^,²

, 박소연¹^,²

, 정지영¹^,²

, 김민경¹^,²

, 이혜원¹^,²

, 최정현¹^,²^,

¹이화여자대학교 환경공학과

²이화여자대학교 통합환경관리 특성화대학원

^† Corresponding author E-mail: jchoi@ewha.ac.kr Tel: 02-3277-6686

Received 2025 June 19; Revised 2025 July 31; Accepted 2025 August 1.

Abstract

통합환경관리제도는 기존의 단일 매체 중심에서 벗어나, 매체 통합적 접근 방식을 통해 보다 높은 수준의 환경 보호를 실현할 수 있는 제도이다. 우리나라도 2017년부터 통합환경관리제도를 도입하여 시행하고 있으며, 2024년 기준 총 19개의 업종에 대해 통합허가가 완료되었다. 2023년에는 시멘트 제조업이 통합환경관리제도 대상 업종으로 추가 편입되었다. 시멘트 산업은 대기오염물질과 미세먼지 배출이 많은 기반산업으로, 국민 건강과 지속가능성을 고려한 체계적인 환경 관리가 요구되고 있다. 이에 본 연구는 한국과 유럽연합(EU)의 시멘트 제조업에 대한 최적가용기법 기준서(BREF)를 비교･분석하여, 국내 시멘트 산업의 환경관리 개선 방안을 모색하는 것을 목표로 하였다. 분석 결과, K-BREF는 국내 산업 현장 중심의 실무 지침서 성격이 강한 반면, EU-BREF는 탄소중립 전략과 자원순환 정책을 반영한 통합적 환경관리 접근이 특징적이었다. 특히 폐기물 연료 관리 측면에서 EU-BREF는 폐기물 취급 및 준비 과정, 폐기물 연료의 적합성 평가, 최대 허용 물질 값 목록, 실제 적용 사례 등을 구체적으로 제시하고 있었으며 최적가용기법 연계배출수준(BAT-AEL)과 모니터링 주기 또한 세분화되어 있었다. 반면, K-BREF는 통합환경관리제도 도입 초기 단계로 폐기물 연료 관련 기술 사례가 부족하며, BAT-AEL 기준 또한 오염물질별 단일 기준에 그치고 있다. 한국 시멘트 산업은 2030년까지 온실가스 12%, 2050년까지 53% 감축 목표를 달성하기 위해 폐기물 연료 사용 확대가 불가피하며, 이에 따라 다매체 통합 제어 기준, 폐기물 연료 활용을 통한 온실가스 감축 방안이 구체적으로 제시될 필요가 있다. 향후 배출 기준 강화에 대응하고 지속 가능한 환경 관리를 위해 규제 개선뿐만 아니라 기술개발과 정책 지원 등 다각적인 접근이 필요할 것이다.

Trans Abstract

The Integrated Environmental Management System is a system that moves away from the traditional single-medium approach and adopts a medium-integrated approach to achieve a higher level of environmental protection. Korea has been implementing the Integrated Environmental Management System since 2017, and as of 2024, total of 19 industries have received integrated permits. In 2023, the cement manufacturing industry was added to the list of industries subject to the Integrated Environmental Management System. As a critical industry with significant emission of air pollutants and particulate matter, it requires systematic environmental management that prioritizes public health and sustainability. This study aims to compare and analyze the Best Available Technique Reference Documents (BREFs) for the cement manufacturing industry in Korea and the European Union (EU) to explore environmental management improvement strategies for Korea’s cement industry. The analysis revealed that the K-BREF provides strong practical guidelines and is more focused on industrial sites, while the EU-BREF is characterized by an integrated environmental management approach reflecting carbon neutrality strategies and resource circulation policies. Particularly in terms of waste fuel management, the EU-BREF provided specific details on waste handling and preparation processes, suitability assessment of waste fuels, lists of maximum allowable substance values, and actual application cases. Additionally, the BAT-AEL (Best Available Techniques Associate Emission Level) and monitoring intervals were also further specified. In contrast, the K-BREF reflects the early stage of implementing an integrated environmental management system, resulting in a lack of technical examples related to waste fuels and BAT-AEL standards being limited to a single criterion per pollutant. The Korean cement industry must expand its use of waste fuels to meet greenhouse gas reduction targets of 12% by 2030 and 53% by 2050. Accordingly, specific multi-media integrated control standards should be established. To effectively respond to increasingly stringent emission regulations and ensure sustainable environmental management, a multi-faceted approach including regulatory improvements, technological development, and policy support is essential.

Keywords: Integrated Environmental Management; Best Available Techniques (BAT); BAT Reference document (BREF); Cement Industry

Keywords: 통합환경관리; 최적가용기법; 최적가용기법 기준서; 시멘트 산업

1. 서 론

최근 국민 건강과 환경 안전에 관한 관심이 증대함에 따라 오염물질 관리 기준이 강화되고 있다. 전 세계적으로 환경 관리는 기존의 단일매체 중심에서 벗어나, 보다 높은 수준의 환경 보호를 위한 통합적 접근 방식으로 전환되고 있다[1-3]. 이에 우리나라는 2017년 1월 “환경오염시설의 통합관리에 관한 법률”(이하 환경오염시설법)을 시행하며 통합환경관리제도를 도입하였다. 통합환경관리제도는 연간 대기오염물질 20톤 이상, 수질오염물질을 700톤 이상 배출하는 약 1,400개 사업장을 대상으로 7개 환경 법률의 10개의 인허가를 통합 운영하는 제도이다[4].

우리나라는 유럽연합(EU) 회원국의 통합환경관리제도(Integrated Pollution Prevention and Control, IPPC; Industrial Emissions Directive, IED)를 벤치마킹하여 운영하고 있으며 EU는 최적가용기법(Best Available Techniques, BAT) 기반의 유기한 허가제를 적용해 오염 저감과 기술 발전을 도모하고 있다[3,5]. 국내에서는 2024년 12월 기준 총 19개의 업종, 1,306개 사업장의 통합허가가 완료되었으며[6], 2025년부터는 통합환경관리제도 2.0이 시행되어 배출 기준 조정 등 사후관리가 강화될 예정이다[7]. 이와 함께 시멘트 제조업이 통합환경관리제도 대상 업종으로 추가되어 대상 업종이 19개에서 20개로 확대되었다[8].

시멘트 제조업(산업분류코드 23311)은 2019년 기준 산업부문 전체 질소산화물(NO_x) 배출량의 약 26%를 차지하고 있으며[8,9], 연간 탄소 배출량 3,600만 톤[10], 황산화물(SO_x), 먼지 등을 배출하는 고배출 업종이다. 특히, 시멘트 제조공정은 소성로를 1,450oC 이상의 고온으로 가열하는 과정이 가장 중요한데, 이때 고농도의 질소산화물이 생성되며 초미세먼지와 오존의 원인이 되어 호흡기 질환 등 심각한 건강 문제를 유발한다[8]. 이에 따라 국회와 감사원을 중심으로 시멘트 소성로에서 배출되는 질소산화물의 적절한 관리 필요성이 지속해서 제기되어왔다. 정부는 이를 고려하여 소성로가 설치된 9개 기업 11개 사업장을 통합허가 대상 업종으로 포함하였다[8]. 그러나 대상 업종으로 지정되었음에도, 일각에서는 여러 환경 규제 강화의 필요성을 추가로 제기하고 있다. 예를 들어, 질소산화물 배출허용기준의 강화, 자원순환을 목적으로 사용하는 폐기물 원료･연료의 관리 강화, 그리고 일산화탄소(CO) 배출 기준 재도입 등이다. 따라서, 한국 시멘트 산업의 배출물질 특성과 저감 기술을 고려하면서도 업계와 시민들이 수긍할 수 있는 환경 관리에 관한 정책적 연구는 꾸준히 지속되어야 한다.

최적가용기법 기준서(BAT Reference, BREF)는 업종별 공정 및 오염물질, 배출시설과 방지시설의 설계, 설치, 운영, 관리에 대한 환경관리기법 등이 종합적으로 기술되어 있는 문서로, 통합허가계획서 작성 시 활용되는 핵심적인 참고문헌이다[11]. 허가권자와 신청자는 BREF를 통해 산업의 BAT 종류와 달성할 수 있는 환경 성능, 기술적, 경제적 특성을 파악할 수 있으며 현장 운영 정보와 신기술을 참고해 적용 가능한 BAT와 예상 배출 수준을 검토할 수 있다[5]. EU에서는 시멘트 산업을 포함한 다양한 산업에서 통합허가에 필요한 기술적 지원을 위해 BREF를 발간하고 있으며[5], 국내에서도 소각, 발전/증기 업종을 시작으로 반도체, 시멘트 업종에 이르기까지 총 20권의 최적가용기법 기준서를 발간하였다(Table 1).

Table 1.

List of K-BREFs by year of publication (based on Volume 1 only).

EU 시멘트 산업의 경우 “Best Available Techniques (BAT) Reference Document for the Production of Cement, Lime and Magnesium Oxide[12]”가 발간되어 있다. 국내에서도 이를 참고하고 국내 시멘트 산업의 특성을 반영하여, 2023년 “시멘트 제조업의 환경오염방지 및 통합환경관리를 위한 최적가용기법 기준서[13]”을 발간하였다. 더욱이 EU는 1990년대부터 통합환경관리제도를 도입해[5] 유럽연합 회원국별 산업과 환경 조건에 맞춰 오염 관리를 시행하며 다양한 사례와 기술을 축적해 왔다. 따라서 EU의 BREF를 종합적으로 검토하는 과정은 우리나라에 적합한 환경 관리 방안 모색을 위해 EU의 축적된 경험을 활용할 수 있는 좋은 기회가 될 수 있다.

본 연구는 오염물질 고배출 업종이자, 통합환경관리 제도에 신규 편입된 시멘트 제조업에 대해서 우리나라와 EU의 BREF를 비교하고, 두 기준서 간 공통점과 차이점을 분석하여 기준서의 이해를 높이는데 목적이 있다. 또한 이를 바탕으로 시멘트 제조업의 최적가용기법 기준서의 개선 방안을 제시하고자 한다.

2. 연구 방법

본 연구는 EU에서 발간한 “Best Available Techniques (BAT) Reference Document for the Production of Cement, Lime and Magnesium Oxide”(이하 EU-BREF)와 한국의 “시멘트 제조업의 환경오염방지 및 통합환경관리를 위한 최적가용기법 기준서”(이하 K-BREF)를 종합적으로 비교･분석하였다.

먼저 본 연구에서는 한국과 EU의 시멘트 산업에 대한 현황을 검토하여 유사점과 차이점을 구별하고, 각각의 기준서의 구성을 비교하였다. 다음으로, 두 기준서에서 나타내고 있는 시멘트 제조공정과 공정별로 발생하는 배출오염물질에 대해서 검토하였고, 각각의 BREF에 제시된 최적가용기법(BAT)의 항목과 특징을 분석하였으며, 마지막으로 최적가용기법 연계배출수준(BAT-AEL) 설정 항목 및 수준을 조사하였다.

이 과정을 통해, 한국과 EU의 통합환경관리 기준서의 내용을 명확하게 분석하고, EU-BREF와 이를 벤치마킹한 한국 K-BREF와의 공통점과 차이점을 도출함으로써, 향후 기준서 개정 시 반영 가능한 개선 방안을 제시하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1. 시멘트 산업 현황 및 기준서의 구성

K-BREF와 EU-BREF의 제1장에는 공통으로 시멘트 산업에 대한 현황이 기술되어 있다. K-BREF의 경우, 한국 시멘트 제조업의 범위와 배출 특성에 초점을 맞추고 있으며, EU-BREF는 그보다 거시적 관점의 EU 국가별 생산량과 시장 동향 등 산업 현황 전반을 다루고 있다.

시멘트 공정은 석회석을 고온에서 소성하여 다양한 시멘트 제품을 제조하는 단일 공정의 산업활동으로 정의하고 있다[12-13]. 시멘트 제품은 사용 용도에 따라 원재료 종류가 다양한데, 기본적으로 포틀랜드 시멘트를 소성한 후 클링커를 냉각, 분쇄하는 과정에서 혼합재의 종류와 배합 비율에 따라 원재료 종류가 세분된다. 이에 두 BREF 모두 가장 기본적인 포틀랜드 시멘트 생산 공정을 기준으로 기준서가 작성되었다[13]. 시멘트 공정은 채광, 원료 준비, 소성, 분쇄, 출하 과정을 거치며 석회석을 약 1,450oC의 고온에서 처리하는 소성 공정이 핵심 과정이다. 소성 공정은 주요 대기오염물질인 질소산화물, 황산화물, 먼지 등을 배출하며 가장 에너지를 많이 소비한다.

통합환경관리제도 대상 업종에 해당하는 시멘트 산업의 범위는 한국표준산업분류에 따라 시멘트 제조업(코드 23311)에 해당하는 사업장 중 소성로가 설치된 사업장이다. 통합환경 허가 대상이 되는 시멘트 업종에 대한 자세한 설명은 Table 2에 수록된 것과 같다. 2020년 기준 시멘트, 석회 및 플라스터 제조업(코드 2331)으로 등록된 사업장은 총 95개소이며 이 중 시멘트 제조업(코드 23311)에 해당하는 사업장은 56개소, 그리고 통합환경허가 대상인 「환경오염시설법」의 적용 받는 수질 또는 대기 2종 이상(수질오염물질 배출량 700톤/일, 대기오염물질 발생량 20톤/년 이상)의 사업장 중 소성로가 설치되어 있는 사업장은 11개소이다. 이 사업장들은 시멘트 제조업 질소산화물 배출량의 99.7%를 차지한다[8].

Table 2.

Integrated environmental management target industry classification according to the 10^th Korea Standard Industrial Classification [14].

전 세계 시멘트 콘크리트 시장에서 EU는 2022년 기준 16.8%의 점유율로 2위를 차지하고 있다[15]. 또한 EU-BREF에 기술된 바에 따르면 EU 25개국 중 스페인, 이탈리아, 독일은 시멘트 소비량･생산량 상위 국가이다. 2008년 기준으로 EU의 시멘트 제조시설은 268개소, 가마는 총 377대가 운영되고 있으며, 일반적으로 하루 300톤 이상의 생산 능력을 갖추고 있다. 유럽 연합국 전체 시멘트 산업에서 배출되는 탄소는 전 세계 탄소 배출량의 5.1%이며, 따라서 이를 관리하는 것이 가장 중요한 과업임을 명시하고 있다.

EU의 시멘트 제조 방식은 사용할 수 있는 원료의 특성에 따라 결정된다. 2007년 기준으로 전체 생산량의 약 90%가 건식공정, 7.5%가 반건식･반습식 공정, 2.5%가 습식공정으로 이루어져 있다. 또한, 시멘트 공정은 운영비의 40%가 에너지 비용인 만큼 에너지 소비가 높은 산업이며, 이에 따라 1980년대부터 고체 화석연료를 대체하는 폐기물 연료 및 바이오매스 연료를 적극적으로 활용해 왔다. 더욱이 EU 정상회의의 “유럽 그린딜(European Green Deal)”에 따라 2021년 7월 “탄소국 경조정제도(Carbon Border Adjustment Mechanism; CBAM)”를 도입하였으며, 이에 따라 시멘트 산업도 탄소배출권 거래제의 적용 대상에 포함되었다. 따라서 EU의 시멘트 산업 환경 규제는 더욱 강화되고 있으며, 폐기물 연료･원료 활용이 중요한 정책 방향으로 설정되었다.

BREF의 구성적 차이는 Table 3과 같다. EU-BREF는 시멘트 제조업뿐만 아니라 석회 산업 및 산화마그네슘 산업의 내용을 포함하고 있지만, K-BREF는 시멘트 제조업에 국한하여 최적가용기법 기준서가 발간되어 있다. K-BREF는 시멘트 제조공정과 제조공정별 배출 오염물질을 함께 설명하고 있으며, EU-BREF에서는 제조공정과 기술을 함께 설명하고 배출 오염물질은 1.3장(Chapter)에 매체별로 나눠서 설명하고 있다. 또한, BAT와 최적가용기법 연계 배출 수준(BAT-Associated Emission Levels, BAT-AEL)의 기술 방식에서도 차이가 나타난다. K-BREF에서는 BAT와 BAT-AEL이 독립된 장(chapter)으로 구분되어 서술되어 BAT-AEL 설정 시 고려사항, 설정 방법 및 절차 등에 대해서 자세히 파악할 수 있게 하였다. EU-BREF에서는 시멘트 산업 외 석회, 산화마그네슘 산업에 대한 내용이 서술된 후 BAT 결정문(BAT Conclusion)을 별도로 두어 최종 BAT의 결정 사항과 연계 배출 수준을 파악할 수 있게 하였다.

Table 3.

Comparison of K-BREF and EU-BREF’s configurations for cement manufacture (listed in chapter order).

3.2. 시멘트 제조공정 및 배출오염물질

한국과 EU의 BREF에 따르면, 시멘트 제조공정은 원료의 수분 함량에 따라 건식, 반건식, 습식, 반습식 공정으로 분류된다. 과거의 습식공정에 비해 현대의 건식공정은 연료 사용을 최소화할 수 있고 그에 따른 비용과 오염물질 배출량을 줄일 수 있다는 장점이 있다[13]. 이에 유럽의 경우 과거에는 주로 습식공정을 운영하였으나 현재는 90% 이상이 건식공장으로 전환되었으며, 반건식 형태의 설비 또한 점차 건식으로 전환되는 추세이다[12]. 국내도 마찬가지로 대부분 건식 또는 반건식 공정으로 공장을 운영하고 있다.

시멘트 제조공정은 원료를 채굴하고 파쇄하는 채광공정, 원료분쇄공정, 시멘트 예열･소성 공정, 제품 및 출하 공정으로 이루어진다(Fig. 1, Fig. 2)[12,13,16]. 이 중에서도 배출원 관리 측면에서 중요한 공정은 소성과 분쇄에 해당하는 공정인데, 세부적으로는 하소(Calcination), 클링커링(Clinkering), 분쇄(Grinding)로 이루어져 있다. 하소공정에서는 석회질, 점토질, 규산질, 산화철 원료를 혼합･분쇄한 조합원료를 만들고 약 900oC에서 탄산칼슘(CaCO₃)이 산화칼슘(CaO)과 이산화탄소(CO₂)로 분해하는 과정이 진행된다. 여기서 하소된 산화칼슘은 1,400oC~1,500oC의 높은 온도에서 실리카(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃), 산화철(Fe₂O₃)등과 반응하여 규산염(Calcium Silicates), 알루민산염(Aluminate), 칼슘 페라이트(Cacium Ferrites)가 되고 이를 통해 시멘트의 반제품인 클링커가 생성된다[13]. 마지막 분쇄 공정에서는 소량의 석고(Gypsum)가 응결 지연제로 클링커에 첨가되며 때에 따라 다양한 혼합재를 함께 분쇄하여 최종 시멘트 제품을 생산하게 된다.

Fig. 1.

Cement manufacturing process reconstruction as presented in K-BREF [13].

Fig. 2.

Cement manufacturing process presented in EU-BREF [12].

시멘트 제조공정에서 배출되는 주요 대기오염물질은 질소산화물(NO_X), 황산화물(SO_X), 먼지, 염화수소(HCl), 암모니아(NH₃) 등이 있으며, 가장 많이 배출되고 관리의 필요성이 제기되는 오염물질은 질소산화물(NO_X)이다. 원료를 고온으로 가열하는 소성과정에서 연소공기에 포함된 질소가 고농도의 질소산화물로 전환되며[13], 이 중 약 70% 정도가 고온에서 생성되는 Thermal NO_X이다[13]. 또다른 주요 오염물질은 비산먼지인데, 시멘트 제조업은 채광, 유연탄 취급, 원료 분쇄, 클링커 냉각 등 공정 배출원과 원료의 저장, 운송 등의 과정이 포함되어 있는 비공정 배출원 모두에서 비산먼지가 발생하는 특성을 보인다. 질소산화물은 선택적 비촉매 환원(Selectve Non-Catalytic Reduction, SNCR) 또는 일부 설비에서 저NO_X 버너(Low NO_X Burner, LNB)를 통해 저감하고 있으며 황산화물 및 먼지는 주로 여과집진장치(Bag Filter, B/F)와 전기집진기(Electrostatic Precipitator, ESP)를 통해 제어된다[13].

한국과 EU의 BREF에 기술되어 있는 제조공정을 비교했을 때 가장 두드러졌던 차이점은 연료와 원료로 사용되는 폐기물에 대한 접근 방식이다. EU-BREF는 폐기물을 원료로 사용하고 준비하는 일련의 과정이 제조공정의 별도 절로 분리되어 비중 있게 다뤄지지만, 한국의 BREF에서는 원료 설명과 예열･소성 공정에서 일부 내용으로 언급된다. 언급되는 내용으로는 보조 연료로 사용할 수 있는 폐기물을 형태, 폐기물을 보조 연료로 사용하기 위해 지켜야하는 사항, 유럽 산업의 활용 예시 등 일반적인 설명이 포함된다. EU의 경우 기존에 사용하는 화석연료와 폐기물 연료의 저장과 준비 과정에 대해서 명확히 구분하여 설명하고 있으며 폐기물 연료의 에너지 효율, 사용에 따른 영향, 원재료 또는 첨가제로 사용하는 경우에 대한 기술적 사항이 상세하게 설명되어 있다. 그 뿐만 아니라 폐기물 연료의 품질 요구사항, 사용 시 고려해야 할 환경 조건, 배출관리 방법, 폐기물 연료의 공급 시점 등에 대해서도 구체적으로 기술하고 있다.

이와 함께, EU에서는 폐기물 연료의 적합성을 평가하고 통제하기 위해 개별 시스템과 사양을 개발했는데, 이 중 클링커 연소 공정에 투입되는 폐기물의 최대 허용 물질 값 목록이 EU-BREF에 소개되어 있다. 또한 EU 시멘트 공장에서 적용 가능한 폐기물의 금속 농도의 범위와 투입 기준 사례와 특히 폐기물 연료 사용이 80% 이상 달하는 독일과 네덜란드의 사례를 소개해 구체적인 사항을 참고할 수 있게 하였다. 반면, K-BREF에서는 보조연료의 형태, 폐기물을 연료로 사용할 경우 지켜야 하는 주의사항 등을 기술하고 있으나 구체적인 적용 사례나 관리 방안은 상대적으로 부족한 것으로 보인다.

오염물질 배출 기준의 경우, 두 기준서 모두 정량적으로 제시하고 있으나 접근 방식에서 차이를 보인다. EU-BREF의 경우 국가별 배출량을 수치로 비교하고 있으며 저감 기술의 효과도 함께 제공하고 있다. 비촉매 환원(SNCR) 기술을 적용하여 질소산화물 배출량이 200mg/Nm³ 수준을 달성하고 있는 스웨덴과 같이 실제 수치 기반의 사례를 통해 EU-BREF는 저감 기술의 효과성을 입증하고 있다. K-BREF의 경우 특정 사례별 배출 기준을 명확하게 비교하고 있지 않으나, 개별 사업장에서의 적용 가능성 위주의 서술이 이루어져 있으며, 제조공정별 배출원의 주요 오염물질을 국내 현황을 반영하는 원격배출모니터링시스템(Tele-Monitoring System, TMS), 대기배출원관리시스템(SEMS, Stack Emission Management System)등의 자료를 활용하여 설명하고 있다. 또한 EU-BREF는 폐기물 연료 사용이 질소산화물, 황산화물 및 중금속 배출에 미치는 영향을 수치로 분석하고 폐기물 유형에 따른 배출 변화도 평가하고 있다. 그러나 K-BREF는 폐기물 연료 사용의 가능성에 대해 언급하지만, 적용 시 배출농도에 대한 구체적인 수치는 포함하고 있지 않다.

마지막으로 제조공정 기술 측면에서도 두 기준서는 차이를 나타내고 있다. EU-BREF는 에너지 효율성과 관련된 기술을 적극적으로 논의하고 있으며, 시멘트 제조공정에서 발생하는 폐열을 활용한 열병합 발전(Cogeneration)을 주요 내용으로 포함하고 있다. 예를 들어, 독일 시멘트 소성로에서 적용한 열병합발전을 위한 유기 랭킨 사이클(Organic Rankine Cycle; ORC) 기술을 활용한 사례, 적용 가능성, 효과에 대해서 정량적으로 설명한다. 반면, K-BREF에서는 폐열 회수 및 활용 기술이 언급되기는 하나, 구체적인 적용 사례나 에너지 절감 효과에 대한 상세한 정보가 부족하다.

3.3. 최적가용기법(BAT; Best Available Techniques)

K-BREF와 EU-BREF 모두 시멘트 산업의 환경영향을 최소화하고, 사업장에서 적용 가능한 기술들을 중심으로 BAT를 제시하고 있다. 두 기준서 모두 29개의 BAT가 선정되었다는 점은 동일하나 구성 방식과 세부 내용에 있어서는 차이를 보였다(Table 4).

Table 4.

Best Available Techniques for cement manufacturing processes in Korea and the EU.

K-BREF는 일반 기술 18개, 공정 관련 BAT 11개로 구분하고 있으며, EU-BREF는 석회 및 산화마그네슘 제조공정에도 공통으로 적용되는 일반 BAT 5개, 시멘트 산업 전용 BAT 24개로 구분하여 기술하고 있다. 공통적으로, 대기오염물질 저감 기술에 있어서는 질소산화물 저감을 위한 선택적 촉매환원(SCR), 선택적 비촉매환원(SNCR), 저 NO_X 버너, 다단 연소 기술 등을 포함하고 있으며, 황산화물, 일산화탄소(CO), 휘발성 유기화합물(VOCs), 다이옥신류, 유해 중금속 등에 대한 저감 기술 역시 유사한 방식으로 제시되고 있다. 그러나 폐기물 연료 및 원료 활용과 관련해서는 EU-BREF가 더 세부적인 품질 관리 및 안전관리 기술을 제시하고 있으며 폐기물의 성분 분석과 저장, 취급, 공급 방안을 체계적으로 규정하고 있다.

EU-BREF의 BAT 결정문 중 BAT 11~13번은 폐기물 품질 관리, 시멘트 가마 소성 시 폐기물의 관리, 유해 폐기물 사용에 대한 안전관리에 관한 내용을 담고 있다. 폐기물의 출처와 유형에 따른 저장, 취급, 공급에 대한 안전관리 권고사항, 가마 투입 전 폐기물의 성분 분석 및 파라미터 제어, 품질 보증 시스템 활용 및 폐기물 특성 관리 등 구체적인 방안들이 제시되고 있다. 반면 K-BREF의 경우 폐기물 관련해서는 BAT 22번에서 대체 연료 및 보조 연료 사용을 위한 재활용, 재활용 시설관리 정도로 비교적 간단히 언급되고 있다. EU-BREF의 경우 시멘트 가마에서 폐기물의 염소, 불소 함량을 제한하는 BAT를 포함하고 있지만, K-BREF에서는 별도로 다루지 않고 있다. 이러한 차이를 살펴보면, EU가 폐기물의 재활용과 연료 대체에 대해 더욱 적극적으로 추진하고 있고 이에 대한 체계적인 규제와 구체적인 관리 시스템을 오랫동안 누적해오고 있음을 알 수 있다.

에너지 절감과 효율성 증대 측면에서 EU-BREF는 열에너지 절감(BAT 7), 클링커 함량 감소(BAT 8), 열병합발전(BAT 9), 전기 에너지 절감(BAT 10) 등을 제시하고 있으며, 특히 BAT 7번은 한국보다 조금 더 다양한 기술을 포함하는 포괄적 기술로 구성되어 있어 세부적 정보를 제공하고 있다. K-BREF는 열에너지 사용량 절감(BAT 23), 효율 향상(BAT 24), 클링커 함량 절감(BAT 27) 등 총 10개에 달하는 에너지 절감 BAT를 제시하여 에너지 소비 절감과 에너지 효율의 중요성을 나타내고 있었다.

이 외에도 K-BREF는 수질오염물질 처리(BAT 11), 악취 배출 저감(BAT 14), 토양 오염 방지(BAT 18) 등을 포함하고 있으나, EU-BREF에서는 시멘트 공정에서의 수질 오염 가능성이 작다는 점을 근거로 수질 관련 BAT는 제시하지 않는다. 또한 비산먼지 저감과 관련하여 K-BREF는 포괄적인 BAT를 제시하였지만, EU는 비산먼지, 대량 저장공간, 가마 소성, 냉각 및 제분 공정 등의 배출 공정별로 세분화하여 체계적인 관리가 가능하게 하고 있다.

3.4. 최적가용기법 연계배출수준(BAT-AEL)

최적가용기법 연계배출수준(BAT-AEL, BAT Associated Emission Levels)은 공정 운영 시 단일 또는 복수의 BAT를 적용하여 발생하는 오염물질의 배출 수준을 의미하며[5,17,18], 산업시설의 환경영향을 규제하기 위해 하한값과 상한값을 설정한다[19]. EU-BREF에서는 BAT-AEL을 배출한계값(Emission Limit Values)으로 명시하고[18], 신규･기존 시설을 구분하여 적용하고, 모니터링 주기 기준 또한 세분화하고 있다.

K-BREF는 BAT-AEL을 단일 기준으로 제시하지만, EU- BREF는 공정별 특성을 반영하여 같은 오염물질이라도 배출원에 따라 BAT-AEL을 차등 적용한다. 예를 들어, EU-BREF는 먼지의 경우 “분진배출”, “가마 소성 과정에서 발생하는 먼지”, “냉각 및 분쇄 공정의 가스에서 발생하는 먼지”에 대한 BAT-AEL을 나눠서 제시하고 있으며, 질소산화물 역시 SNCR 저감 기술 적용 시 발생하는 암모니아 슬립에 대한 BAT-AEL을 별도로 제시한다(Table 5).

Table 5.

Comparison of BAT-AELs in K-BREF and EU-BREF.

BAT-AEL 설정 항목에서도 차이를 보인다. K-BREF의 경우 먼지, 질소산화물, 염화수소, 납화합물, 벤젠, 탄화수소, 페놀화합물, 포름알데히드 총 8개의 항목에 대해 BAT-AEL을 설정하고 있다. 반면, EU-BREF의 경우 먼지, 질소산화물, 황산화물, 염화수소, 불화수소, 다이옥신, 중금속 총 7개 항목이 설정되었다(Table 5).

주요 배출 오염물질의 BAT-AEL을 살펴보면, 질소산화물의 경우 K-BREF에서는 배출 기준이 98~240 ppm(일부 소성 시설의 경우 상한값 189 ppm)으로 제시되는 반면, EU-BREF에서는 소성로의 유형에 따라 구체적인 BAT-AEL을 제시하고 있다. 예열기의 경우 200~450 mg/Nm³ 미만, 반건식과 장형 회전 소성로의 경우 400~800 mg/Nm³ 미만으로 설정하고 있다. 또한, 배연 탈질 SNCR 기술을 적용할 때 배연가스 중 암모니아 슬립에 대한 SNCR 관련 배출 수준을 30~50mg/Nm³ 미만 수준으로 제안하고 있어(Table 5) 주요 오염물질 뿐만이 아니라 관련 공정에서 발생할 수 있는 부수적인 물질에 대해서도 보다 체계적인 접근을 취하고 있음을 알 수 있다.

황산화물의 경우 K-BREF에서는 황산화물 관련 BAT-AEL은 제시하고 있지 않다. 반면, EU-BREF에서는 가마 소성 및 예열 공정에서 발생하는 황산화물 배출량 SO₂의 배출 한계를 50~400 mg/Nm³ 미만으로 규정하고 있다. 또한 염화수소의 경우 국내에서는 1~6 ppm의 기준으로 제시되고 있으며 불화수소의 BAT-AEL은 포함하지 않고 있다. 반면 EU-BREF에서는 염화수소의 BAT-AEL을 10mg/Nm³ 미만, 불화수소의 BAT-AEL을 1mg/Nm³ 미만으로 설정하여 보다 세분된 연계 배출수준을 제시하고 있다(Table 5).

기타 오염물질에 대해서도 기준의 차이가 나타난다. K-BREF에서는 다이옥신(PCDD/F) 배출 한계가 별도로 제시되지 않았으나, EU-BREF에서는 다이옥신 배출 한계를 <0.05-0.1ng PCDD/F I-TEQ/Nm³로 설정하고 있다. 또한, 중금속 배출 기준도 EU-BREF가 보다 엄격하게 관리되고 있으며, Hg(수은) 배출 기준은 <0.05 mg/Nm³, Cd/Tl(카드뮴/탈륨) 배출 기준은 <0.05 mg/Nm³, 기타 중금속(As, Sb, Pb, Cr, Co, Cu 등)의 배출 기준은 <0.5 mg/Nm³로 제시되고 있다(Table 5). 반면, K-BREF는 중금속 가운데 납화합물 중심의 BAT-AEL만 제시하고 있다.

3.5. 고찰

대기오염물질 고배출 산업의 통합환경관리 필요성이 대두되며 시멘트 제조업이 통합환경관리 대상 업종으로 새롭게 지정되었다. 이에 국내 최적가용기법 기준서에 대한 검토 및 보완의 필요성이 제기되고 있다. 본 연구는 한국에서 발간된 최적가용기법 기준서(K-BREF)와 유럽연합의 최적가용기법 기준서(EU-BREF)를 비교, 분석하여 두 기준서 간의 구조 및 내용의 차이를 파악하고, 이를 통해 국내 기준서의 개선점을 모색하였다.

시멘트 제조업의 K-BREF와 EU-BREF의 전반적인 내용을 비교 분석한 결과, K-BREF는 국내 시멘트 제조업에 통합환경관리 제도를 적용할 수 있는 실질적인 가이드라인의 특징을 가지고 있으며, EU-BREF는 연합 회원국이 많은 만큼 EU 전체 시멘트 산업 구조를 다루고 유럽의 탄소중립 전략을 반영한 통합적 접근을 보였다. 두 기준서 모두 시멘트 산업의 대기오염물질의 심각성 및 관리의 필요성에 대해 깊이 공감하는 등 환경영향 저감을 위한 환경관리 목적은 공유하고 있으나, 범위와 깊이 측면에서는 차이점을 보였다. 특히 폐기물 원료 및 연료관리 방식과 오염 배출물질 관리, 최적가용기법 연계배출수준(BAT-AEL)의 항목과 적용 기준에서 가장 큰 차이가 나타났다.

폐기물과 관련하여 EU의 경우 폐기물의 취급 및 준비 과정, 폐기물 연료의 적합성 평가, 클링커 연소 공정에 투입되는 폐기물의 최대 허용 물질 값 목록 등 폐기물 원료에 대한 상세한 내용을 기술하고 있다. 최적가용기법(BAT) 측면에서도 EU 회원국의 폐기물 연료 활용 차이를 반영하여 세부 기준과 사례를 제시하고, 연료의 80% 이상을 폐기물로 대체한 독일과 네덜란드 사례를 통해 구체적인 폐기물 관리 기술에 대한 방안을 제시하고 있다. 다만 국내의 경우 폐기물 원료 및 연료에 대한 일반적인 내용은 담고 있으나 구체적인 사례나 기술에 대한 설명은 부족하다.

EU의 구체적인 폐기물 관리 방안은, 2019년부터 시행 중인 “유럽그린딜(Europe Green Deal)”을 기반으로, 시멘트 산업의 온실가스 감축과 자원의 지속 가능한 활용을 강화하려는 정책[20]의 흐름과 맞닿아 있다. 폐기물 연료 활용은 화석연료에 기인한 온실가스 감축과 자원순환이라는 환경적 이점을 가지지만, 동시에 품질 관리, 대기오염물질 배출, 중금속 및 분진 등의 새로운 환경 문제를 유발할 수 있다. 또한 배출되는 오염물질의 특성이 복잡해질 경우, 전통적인 매체 법 기준을 충족하기 위해 개발된 단일매체 중심의 관리 방식에 어려움이 발생할 수 있다. 이러한 이유로, 폐기물의 친환경적 자원화는 시멘트 산업이 탄소중립을 실현하는 데 있어 핵심적인 과제로 부각되고 있다.

우리나라 역시 시멘트 부문은 국가 온실가스 감축 시나리오에 따라, 2018년 대비 2030년까지 12%, 2050년까지 53%의 온실가스 배출량을 감축해야 한다[10]. 이러한 정책 기조를 따라 폐기물 연료 비중을 점차 늘리는 추세다. 예를 들어, 폐합성수지 사용량은 2016년 약 60만 톤에서 2022년 229만 톤으로 약 3.8배 증가하였다[21]. 이에 따라 업계는 폐합성수지 및 바이오매스를 활용해 연료 기인 배출량을 줄이고, 폐합성수지 대체율을 2030년 36%, 2050년 60%까지 확대하는 것을 목표로 하는 상황이다[10]. 따라서 향후 K-BREF 개정 시에는 EU-BREF처럼 폐기물 대체 연료의 관리 방안, 품질 관리, 반입 기준 등에 대한 기준과 관리 방법 등이 구체적으로 제시될 필요가 있으며, 폐기물 연료 활용을 통한 온실가스 감축 방안, 이를 시행하기 위한 기술적 접근 및 배출 기준이 명시적으로 포함될 필요가 있다. 또한 장기적으로는 매체 간(대기, 수질, 토양 등) 통합적 접근이 가능한 환경오염 제어 기술의 개발이 필요하며, 이러한 기술은 국내 시멘트 산업의 지속가능성을 확보하고 국제적인 환경 규제에 대응하기 위한 핵심 수단이 될 수 있을 것으로 판단된다. 기술이 실현되고 기업에서 실제로 적용할 수 있는 방안이 마련될 수 있도록 기술에 대한 R&D 투자와 정책적 지원이 함께 진행되어야 할 것이다.

또한 오염물질 배출과 최적가용기법 연계배출수준(BAT- AEL)에 있어서도 국내와 EU 간에는 차이가 나타났다. EU의 경우 오염물질 배출의 수치를 국가별 배출량 수치로 비교하고 있으며 BAT-AEL을 설정함에 있어서도 공정별 특성을 반영하여 같은 오염물질이라도 배출원에 따라 BAT-AEL을 차등 적용하고, 모니터링 주기 기준 또한 세분화하고 있다. 국내의 경우 공정별 배출되는 주요 오염물질에 대해서 국내 사업장의 현황을 반영하는 원격배출모니터링시스템(Tele-Monitoring System, TMS), 대기배출원관리시스템(SEMS, Stack Emission Management System)등의 자료를 활용해 오염물질 배출농도를 제시하고 있다. BAT-AEL의 경우 주요 오염물질별 기준만 제시되어 있으며, 배출원별로 차등 적용되지는 않고 있다.

한국의 경우 2023년부터 시멘트 산업이 통합환경관리 대상 업종으로 포함되면서, 기업의 실질적인 운영 여건과 활용 가능성을 고려하여 기준서를 제정하였다. 관련 제도가 아직 초기 단계에 있는 만큼, 상대적으로 완화된 기준이 적용된 것으로 보인다. 그러나 향후 통합환경관리제도 2.0이 본격 시행된다면, 배출 오염물질의 항목과 온실가스 감축 목표를 위한 기술 대응 부분, 폐기물과 같은 자원순환에 대한 기준이 확대･강화되어야 할 것이다. 대표적 물질로 질소산화물 기준을 살펴보면, 환경부는 2025년 135 ppm에서 2029년까지 110 ppm으로 강화할 예정이며[22], 이는 2050년 탄소중립을 위한 로드맵을 적극적으로 이행하고 있는 국제적 흐름과 맞물려 있다[23]. 그러나 수치상의 기준 강화뿐만 아니라 EU처럼 공정별 세분화된 배출 오염물질의 기준을 마련하고, 모니터링 주기를 다양화하는 방식의 정밀한 접근도 필요하다고 판단된다. 장기적으로 국내 시멘트 산업이 지속 가능한 환경 관리 체계를 구축하고 국제 환경 규제에 효과적으로 대응하려면, 규제 개선뿐만 아니라 기술개발을 위한 R&D 지원, 시멘트 업계의 친환경 전환 정책 지원 등의 다각적인 접근이 필요하리라 예상된다.

4. 결론

1) 시멘트 제조업의 K-BREF와 EU-BREF의 전반적인 내용을 비교 분석한 결과, K-BREF는 국내 시멘트 설계 실무 지침 위주의 설계, EU-BREF는 유럽의 탄소중립 전략을 반영한 통합적 접근의 성격을 보였다.

2) EU-BREF의 경우 폐기물 취급 및 준비 과정, 폐기물 연료의 적합성 평가, 클링커 연소 공정에 투입되는 폐기물의 최대 허용 물질 값 목록, 실제 적용 사례 등을 구체적으로 제시하지만, K-BREF는 폐기물 연료 관리에 대한 구체적 기술과 사례가 부족한 것으로 나타났다.

3) 한국 시멘트 산업은 2030년까지 12%, 2050년까지 53% 온실가스 감축 목표 달성을 위해 폐기물 연료 비중을 높일 예정이며 이에 K-BREF는 EU 수준의 폐기물 연료 관리, 다매체 통합 제어 기준과 더불어 온실가스 감축 목표 및 이에 대한 기술적 대응 방안이 보다 구체적으로 제시될 필요가 있다.

4) EU-BREF는 공정별･배출원별로 차등화 된 BAT-AEL과 세분화된 모니터링 주기를 제시하는 반면, K-BREF는 오염물질별 단일 기준만을 명시하여 정밀 관리 측면에서 한계를 보였다.

5) 한국은 통합환경관리제도 도입 초기 단계로 완화된 기준을 적용하고 있으나, 2025년부터 2029년까지 질소산화물 배출 기준이 단계적으로 강화될 예정이므로 EU 수준의 세분화·정밀 관리 체계 도입이 필요하다.

6) 장기적으로 국내 시멘트 산업이 지속 가능한 환경 관리 체계를 구축하고 국제 환경 규제에 효과적으로 대응하려면, 규제 개선뿐만 아니라 기술개발을 위한 R&D 지원, 시멘트 업계의 친환경 전환 정책 지원 등의 다각적인 접근이 필요하다.

Notes

Acknowledgement

본 논문은 환경부의 통합환경관리 특성화 대학원 사업과 한국연구재단의 4단계 두뇌한국21사업 이화여자대학교 환경공학과 「신종 유해물질 대응 다매체 통합접근론 교육연구팀」 의 지원을 받아 수행된 연구입니다.

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.

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Cement Industry	K-BREF	EU-BREF
	General information	General information
	Major process and pollutant emission	Process and techniques
	General management techniques	Current consumption and emission level
	Process management techniques	Techniques to consider in the determination of BAT
	Best Available Techniques (BAT)	Emerging Techniques
	BAT-AEL	BAT Conclusion (BAT, BAT-AEL) ^*
	Emerging Techniques

K-BREF		EU-BREF
Type	BAT	Type	BAT
General BAT	BAT 1. Environmental management systems (EMS)	General BAT	*The BATs commonly applied to cement, lime, and magnesium oxide.
	BAT 2. Environmental Performance Indicator (EPI)		BAT 1. Environmental management systems (EMS)
	BAT 3. Monitoring		BAT 2. Noise
			BAT 3. Reduce kiln emissions and optimize energy use
			BAT 4. Careful selection and control of kiln inputs to reduce emissions
			BAT 5. Monitoring
	BAT 4. Reduction of particulate emissions	Gaseous compo-und (s)	BAT 19. Techniques to reduce NOx emissions from kiln and preheating/precalcining processes
	BAT 5. Reduction of NOx emissions		BAT 20. Efficient NOx reduction with SNCR while minimizing ammonia slip
	BAT 6. Reduction of SOx and chlorine emissions		BAT 21. Techniques to reduce or minimize SOx emissions from kiln and preheating/precalcining processes
	BAT 7. Reduction of CO emissions		BAT 22. Techniques to reduce SO2 emissions from the kiln; optimising raw milling processes
	BAT 8. Reduction of VOCs emissions		BAT 23. Techniques to minimize CO trips and limit duration with ESPs or hybrid filters
			BAT 24. Minimizing TOC emissions by avoiding high-VOC raw materials in kiln feeding
			BAT 25. Techniques to prevent or reduce HCl emissions from kiln flue-gases
			BAT 26. Primary techniques to prevent or reduce HF emissions from kiln flue-gases
	BAT 9. Reduction of PCDD/F emissions	PCDD/F	BAT 27. Techniques to prevent or minimize PCDD/F emissions from kiln flue-gases
	BAT 10. Reduction of hazardous metal emissions	Metal emissions	BAT 28. Techniques to minimize metal emissions from kiln flue-gases
	BAT 11. Techniques for reducing water pollution	-	-
	BAT 12. Waste storage ·management	Process losses/waste	BAT 29. Techniques to reduce solid waste and save raw materials in cement manufacturing
	BAT 13. Reduction of waste emissions
	BAT 14. Techniques for reducing odour
	BAT 15. Techniques for reducing dust emissions	Dust emissions	BAT 14. Techniques to minimize or prevent diffuse dust emissions from dusty operations
			BAT 15. Techniques to minimize/prevent diffuse dust emissions from bulk storage areas
			BAT 16. Techniques to reduce channelled dust emissions through maintenance and filtration
			BAT 17. Techniques to reduce dust emissions from kiln flue-gases using dry filtration
			BAT 18. Techniques to reduce dust emissions from cooling and milling flue-gases using dry filtration
	BAT 16. Prevention of noise and vibration	-	-
	BAT 17. Reduction of noise and vibration	-	-
	BAT 18. Techniques for soil management	-	-
Process BAT	BAT 19. Reduction of dust, noise, and vibration during mining processes	Energy consum-ption and process selection	BAT 6. Using a dry process kiln with multistage preheating and precalcination to reduce energy consumption
	BAT 20. Selection of optimal processes		BAT 7. Techniques to reduce or minimize thermal energy consumption
	BAT 21. Improving clinker quality and extending equipment lifespan		BAT 8. Reducing primary energy consumption by lowering clinker content in cement
	BAT 23. Reduction of thermal energy consumption		BAT 9. Reducing primary energy consumption through cogeneration and combined heat and power plants
	BAT 24. Improvement of thermal energy efficiency		BAT 10. Techniques to reduce or minimize electrical energy consumption
	BAT 25. Techniques for improving specific thermal energy efficiency in kilns
	BAT 26. Minimizing coating formation to maintain thermal energy efficiency
	BAT 27. Addition of supplementary materials in the grinding stage to reduce energy consumption and emissions (clinker content reduction)
	BAT 28. Electrical energy management
	BAT 29. Energy recovery
	BAT 22. Techniques for using waste as alternative fuel and supplementary raw materials	Use of waste	BAT 11. Techniques to ensure waste quality for fuel and raw materials while reducing emissions
			BAT 12. Techniques for appropriate treatment of waste used as fuel and raw materials in kilns
			BAT 13. Safety management for storage, handling, and feeding of hazardous waste

Pollutant	K-BREF	EU-BREF
Dust	2-10 mg/Sm³	From dusty operations	<10 mg/Nm³
		From kiln flue-gases	<10-20 mg/Nm³
		cooling&millng flue-gases	<10-20 mg/Nm³
Oxide of nitrogen (NOX)	98-240¹⁾ ppm	Preheater kilns	<200-450 mg/Nm³ ²⁾
		Lepol&long rotary kilns	400-800 mg/Nm³ ³⁾
		NH3slip (SNCR applied)	<30-50 mg/Nm³ ⁴⁾
Sulphur dioxide (SOx)	-	SOX expressed as SO2	<50-400 mg/Nm³
Hydrogen chloride (HCl)	1-6 ppm	From kiln flue-gases	<10 mg/Nm³
Hydrogen fluoride (HF)	-	From kiln flue-gases	<1 mg/Nm³
Lead (Pb) and its compounds	~0.14 mg/Sm³	-	-
Metal	-	Hg	<0.05 mg/Nm³
		∑(Cd, Tl)	<0.05 mg/Nm³
		∑(As Sb Pb Cr Co Cu Mn Ni V)	<0.5 mg/Nm³
Benzene	1-5 ppm	-	-
Total hydrocarbon (THC)	16-60 ppm	-	-
Phenolic compounds	1-3 ppm	-	-
Formaldehyde	1-6 ppm	-	-
PCDD/F	-	From kiln flue-gases	<0.05-0.1 ng PCDD/F I-TEQ/Nm³