본 연구는 개별 flight 단위의 실제 운항 data를 활용한 Tier2b 방법론을 사용하여 항공화물운송 시 기종 차이에 따라 발생하는 ton-km당 탄소배출량에 대해 분석하며, 이를 통해 Mass data와 비운항 data를 이용했던 선행연구들의 한계를 뛰어넘고 실제 현황에 보다 부합한 결과를 도출하고자 한다. 연구 분석은 운항노선, 방향, 화물탑재량, 연료소모량 등 탄소배출량 산출을 위한 실제 data가 모두 포함된 자료를 이용하여 수행되었다. 연구 분석은 1) 동일 기종-동일노선의
화물기 / 여객기 탑재 화물의 탄소배출량 차이 비교 2) 기종 차이 (화물기) 3) 거리 차이 (화물기) 4) 운항 방향 차이 (화물기) 5) 여객기의 여객 Load Factor 와 거리 차이 6) 방법론 (Tier1 vs Tier2) 차이의 6가지로 다양하게 진행되었고, 화물기에서 탄소배출량이 급증하는 critical point를 제시하였다. 분석 결과는 첫쨰 B777 동일 기종/동일 노선의 여객기- 화물기에 탑재된 화물 단위 당 탄소배출량은 여객기 탑재 시 더 많은 배출량이 발생하였다. ICN/LAX 노선 왕복 구간 합산한 탄소배출량은 B777 여객기가 팬더믹 이후 기간 ton-km당 0.597 CO2-kg, 팬더믹 기간 중에 0.673 CO2-kg을 배출하였고, 화물기는 0.552 CO2-kg을 배출하여 여객기의 ton-km당 탄소배출량이 각각 9.2%, 21.9% 더 발생하는 것으로 나타났다. 둘째, 동일 노선 (ICN-ANC,LAX 왕복)에 다른 화물기종 (B747-800 Frighter와 B777-Freighter)의 ton-km당 탄소배출량은 Load Factor와 탑재량/연료 비율이 유사한 수준일 때는 연료효율성이 좋은 B777 Freighter의 배출량이 작게 나오지만, 두 가지 변수의 차이에 따라 B777 Freighter의 배출량이 더 크게 나오기도 한다. 인천-미주 행 구간에서 B777 Freighter는 ton-km당 0.348 CO2-kg, B747-800 화물기는 0.353 CO2-kg의 배출량을 보여 B777 기종이 연료효율
성이 좋아 탄소배출량이 적을 것이라는 예측과 같았으나, 미주-인천 구간은 B777 Freighter 0.891 CO2--kg, B747-800 Freighter 0.836 CO2-kg의 결과를 보여 B747-800 기종의 탄소배출량이 적게 나왔다. 이러한 결과의 원인은 해당 구간
에서 B777 Freighter의 탑재율이 747-800 Freighter에 비해 8%~12% 낮고 탑재 량/연료비율도 낮아 탑재화물 1.0 단위당 소모된 연료의 양이 많았기 때문이다. 셋째, 화물기의 탄소배출량이 급격히 많아지는 critical point를 도출하였다. Load Factor가 높지 않고 탑재량/연료비울이 상대적으로 낮은 미주 –인천노선에서 동 point가 발견되었는데, 탑재량 기준으로는 B777 Freighter는 ANC발 25~35톤, LAX 발 15~25톤 구간이며, B747-800 Freighter는 ANC발 45~55톤, LAX발 45~60톤이 critical point 구간으로 분석되었다. 동 point에서는 평균 탄소배출량 대비 32%~ 38%의 높은 ton-km당 탄소배출량이 발생했다. 보다 명확한 critical point 설정을 위해 Payload+연료량으로 추가 분석하였다. 결과는 B777 Freighter는 ANC발 80~90톤, LAX발 95~105톤, B747-800 Freighter는 ANC발 120~130톤, LAX발 160~165톤으로 그 범위가 중량으로는 5톤~10톤의 범위를 나타내고 있고, 최대허용 Payload+연료량 대비 각각 40~45%, 47~52%, 47~51%, 63~65%의 합산중량 수준이 critical point로 나타났다. 즉, 2~5% 차이의 범위에서 critical point가 나타난다. 이는 탑재량만으로 critical point를 구했을 때 그 범위가 5~20톤에 달하는 것에 비해 보다 좁은 범위에서 critical point를 구하고 관리할 수 있다. 또한 탑재량/연료비율 (최소값 0, 최대값은 1.0) 로 구한 critical point
의 범위는 0.10~0.15로 10~15%의 비교적 넓은 범위에 걸쳐 형성되고 있다. 이러한 점들을 고려하면 payload+연료량으로 critical point를 구하는 것이 보다 좁은 범위에서 탄소배출량을 관리할 수 있는 효과적인 방법이라 할 수 있다. 그리고 B747 화물기가 장.단.중거리를 운항할 때 탄소 배출량을 비교하였는데, 거리가 길수록 ton-km 당 탄소 배출량 작아졌다. 그리고 탄소배출량은 Load Factor 및 탑재량/연료 비율과도 강한 음의 상관관계를 갖는다. 탑재량과 탑재량/연료비율을 높이는 것이 탄소배출량을 감소시키는 운영 방안이 될 수 있다. 다음으로 B777-300ER 동일 기종이 장거리인 ICN-LAX (9,626km)구간과 중거리인 ICN-SIN (4,623km)의 거리 차이가 있는 두 노선 운항할 때 배출량을 비교한 결과, 화물기와 마찬가지로 장거리 노선인 LAX의 ton-km당 탄소배출량이 0.597 CO2-kg으로 중거리인 SIN 노선의 0.634 CO2-kg 보다 적게 배출되었다. 그리고 여객 탑승률이 일정하게 높은 수준을 보인 ICN/LAX 구간에서 해당 여객기에 탑재된 화물 ton-km당 탄소배출량은 화물탑재량과 약한 음의 상관관계를 보인다. 이는 여객 탑승률을 높은 수준으로 유지하게 되면 화물의 ton-km당 탄소배출량의 변동이 작아지므로 화물 운송에 따른 탄소배출량 관리가 안정적으로 할 수 있게 된다. 마지막으로 Tier 1 과 Tier 2 방식을 비교하였다. B777 화물기의 경우 인천-미주 전 노선의 왕복 data 분석 결과는 Tier1 방식일 때 0.423 CO2-kg/ton-km의 배출량을 보인 반면 Tier2 방식에서는 0.606 CO2-kg/ton-km의 결과를 보여 Tier1 방식이 30.3%나 배출량을 작게 산출하였다. B747-800 화물기 경우도 B777 화물기와 마찬가지로 Tier1 방식이 Tier2 방식에 비해 낮은 배출량을 보여주었고, ICN-미주 왕복 전체적으로는 28.9% 적은 탄소배출량을 보였다. ICN-미주행은 B777 화물기와 마찬가지로 탑재율이 100%에 가까운 구간이었고 동 구간에서는 0.4%~1.4%의 아주 작은 차이를 보였지만 여전히 Tier1 방식의 배출량이 작았다. 하지만 미주-인천행 구간은 3.4% ~ 37.4%나 작은 배출량을 Tier1 방식에서는 산출되었다.

The objective of this study is to analyze the carbon emissions per cargo tonkm on aviation transportation, using actual operating data from single flights.
The methodology used to calculate carbon emissions on aviation transportation is in line with the recommendations of the Intergovernmental Panel on Climate Change and utilizes Tier2b as a more precise method. The results of the analysis show that for cargo loaded on a B777 airplane on the same route (Incheon-L.A. v.v), the B777 passenger airplane emitted 0.673 CO2 kg per ton-km during Covid-19 Pandemic period and 0.597 CO2 kg per ton-km after Pandemic, while the cargo airplane emitted 0.552 CO2 kg per ton-km, resulting in a 21.9% and 9.2% increase in carbon emissions per ton-km for the passenger airplane respectively. When comparing different cargo airplanes on the same routes (Incheon-L.A. & Anchorage v.v) with the B747-800 freighter and B777 freighter, the B777 freighter''s carbon emissions were found to be less than the B747-800 freighter''s for eastbound from Incheon, where the load factor is high. This result is in line with the common understanding of the B777''s better fuel efficiency than the B747-800 freighter. However, for westbound from the U.S. region, the results show a different trend, where the B777''s emissions are higher than the B747-800''s. This is caused by the B777''s longer operating distance and higher fuel consumption, as well as the low load factor in this direction. B777-300ER passenger airplane''s operating on two routes with a distance difference, one is the long-haul on Incheon-L.A and the other is the medium-haul on Incheon-Singapore, the carbon emission of long-haul was 0.597 CO2-kg, less than 0.634 kg of the medium haul. A critical points which carbon emission per cargo ton-km is up rapidly are analyzed as well. B777 freighter and B747-800 freighter were derived in which the amount of carbon emissions increased rapidly. Based on the payload, critical point of the B747-800 freighter was analyzed to be 45-55 tons from Anchorage to Incheon, 45-60 tons from L.A to Incheon, and B777 freighter was 25-35 tons from Anchorage to Incheon and 15-25 tons from L.A to Incheon. At this critical point, carbon emissions per ton-km are 32% to 38% higher than the average carbon emissions. Based on the sum of payload and fuel, B777 freighter shows 80-90 tons from Anchorage to Incheon, 95~105 tons from L.A, B747-800 freighter shows 120~130 tons from Anchorage, 16
0~165 tons from L.A to Incheon, and the scope of critical point is 5~10 tons. It is less than calculating with payload only. The ratio of actual payload + fuel against structural allowed weight of payload and fuel shows 40~45%, 47~52%, 47~51%, 63~65% on critical point respectively. By comparing two different anal
ysis, sum of payload and fuel is the better method to obtain critical point. Carbon emissions according to the operating direction of the B777 freighter were analyzed. The results showed that the East Bound of Incheon/USA emitted 0.348 CO2-kg and the West Bound of USA/Incheon emitted 0.675 CO2-kg, resulting in about 50% less carbon emissions per ton-km. This is caused by larger fuel consumption of the Westbound by less payload and jet airflow. In terms of payload, Eastbound averaged is 83 tons, 38% higher than east bound''s 60 tons, and Load factor was 93%: 67.5%, 25.5%p higher. The mounting amount/fuel ratio was also 1.354 : 0.764, which is almost twice as high as the East bound. These findings implies that route operating and administrating load factor are also important factors in reducing carbon emissions per cargo ton-km. Finally this study executed comparative analysis of Tier1 and Tier2b method with same data. The result is Tier2 method shows higher carbon emission. The less payload and load factor, the higher gap between Tier 1 and Tier 2 method analysis. On same route of USA to Incheon, Tier 1 method shows 3.4% to 37.4% less emission than Tier 2. To reflect actual circumstance, Tier 2 is the better method and effective way to manage carbon emission.