철골 구조 건축물의 수명 주기 평가

철골 구조 건물의 원료 공급 단계부터 제조 완료 단계까지의 내재 탄소량

구조용 강재 생산의 탄소 강도: 전 세계 평균 및 지역별 변동성(유럽연합 대 중국)

전 세계적으로 구조용 강재를 생산할 때 매 톤당 약 1.8톤의 이산화탄소 상당량(CO2e)이 발생하지만, 탄소 배출 감축 측면에서는 지역 간 차이가 크다. 유럽의 제강소는 일반적으로 청정 전력 공급원과 엄격한 환경 규제 덕분에 톤당 약 1.4톤 CO2e 수준을 달성하며, 전 세계 평균 대비 약 22%의 배출량 감소 효과를 보인다. 반면 중국은 석탄 의존도가 높아 배출량이 2.0톤 CO2e를 넘어서는 것으로 나타난다. 이는 중국의 제강 시설들이 고로를 집중적으로 가동하면서 운영 과정에 재생에너지가 거의 포함되지 않기 때문이다. 이러한 지역별 차이는 강재 구조물을 전 생애주기 동안 사용하는 건축물에 실질적인 영향을 미친다. 단순히 자재 조달 지역을 선택하는 것만으로도 건설 프로젝트 전체의 온실가스 배출량에서 30% 이상의 차이를 낼 수 있다.

전기아크용광로(EAF) 방식 대 고로-산소제강(BF-BOF) 방식 및 폐철 함량: 철골 구조물의 내재 탄소 배출량 감축을 위한 핵심 요인

재활용 폐철을 원료로 사용하는 전기 아크 용선로(EAF) 기술은 구조용 강재 제조 시 탄소 배출량을 줄이는 가장 효과적인 방법 중 하나이다. 이러한 용선로는 폐철 함량이 90% 이상일 경우 톤당 약 0.4톤의 이산화탄소(CO₂) 상당 배출량을 발생시키며, 이는 기존의 기본 산소 용선로(BF-BOF) 공정에서 발생하는 배출량보다 약 4분의 3 수준으로 낮다. 폐철 사용 비율을 정확히 파악할 수 있는 전기 아크 용선로(EAF)에서 생산된 강재를 선택함으로써, 기업은 강재 1톤당 최대 1.2톤의 CO₂ 상당 배출량을 제조 시작부터 완료까지 전 과정에서 실질적으로 감축할 수 있다. 노후 건물 및 기타 폐쇄된 구조물에서 자재를 확보하는 것은 순환 경제 모델을 촉진하는 데 기여한다. 그러나 이 분야 종사자들은 폐철 종류별 분류, 품질 일관성 확보, 그리고 항상 최적 상태가 아닌 운송 인프라와 관련된 지역적 문제에 주의해야 한다.

강구조 건물에 대한 LCA 데이터의 신뢰성 및 표준화

BS EN 15804 및 BS EN 15978 기준에 부합하는 EPD: 강구조 건물 평가를 위한 강점과 한계

BS EN 15804 및 BS EN 15978에 따라 작성된 환경제품선언서(EPD)는 강재 구조물의 탄소 배출량을 ‘출생에서 출하까지(cradle-to-gate)’의 범위 내에서 표준 형식으로 보고할 수 있는 방법을 제공한다. 해당 표준은 어떤 항목을 포함할 것인지, 자원을 어떻게 배분할 것인지, 그리고 어떤 환경 영향이 가장 중요한지에 대한 명확한 경계를 제시함으로써, 공급망 전반에 걸쳐 다양한 제품 및 자재를 비교할 수 있도록 한다. 그러나 여전히 몇 가지 문제가 존재한다. 유럽산 EPD는 지역 에너지 조건을 가정하기 때문에 전 세계적으로 관측되는 탄소 발자국보다 20~30% 낮게 나타나는 경향이 있으며, 이는 다른 지역의 현실과 부합하지 않는다. 전 세계 강철 생산의 상당 부분을 차지하는 중국 제조업체들은 일반적으로 전력 공급원이나 공장 운영에 사용되는 연료에 대한 구체적인 정보를 누락시키는 경우가 많다. 2023년 개정된 PCR(제품범주규칙)이 재활용 자재에 대한 계상 방식을 개선하였음에도 불구하고, 운송 과정에서 발생하는 배출량을 제대로 추적하는 주체는 아직 없는 실정이다. 이러한 선언서를 활용하는 모든 관계자는, 이들이 완전한 그림이 아니라 단지 출발점일 뿐임을 명심해야 한다. 실제 현장 적용을 위해서는 현재 시스템이 간과하는 여러 사각지대—즉, 지역 전력망에 대한 검증된 데이터와 실제 운송 거리—를 보완하기 위해 추가적인 정보를 반영해야 한다.

데이터 출처의 일관성: BRE, RICS, ICE 및 제조사 EPD — 실무자들을 위한 투명성 문제

BRE 벤치마크, RICS 지침, ICE 데이터베이스 및 제조사 EPD 간 잠재 탄소량(embodied carbon) 데이터의 조화화는 강구조 건물 평가의 신뢰성을 확보하는 데 있어 지속적인 장애 요인으로 남아 있습니다. 주요 불일치 사항은 다음과 같습니다:

• 시스템 경계 : ICE는 원료 채굴에서 제조 완료까지(cradle-to-gate)만 보고하지만, RICS는 A1~C4 전 생애주기 탄소량 전체 보고를 의무화합니다
• 탄소 계수 : 동일한 강재 단면에 대해 BRE 데이터셋은 제조사 EPD보다 일관되게 15% 높은 잠재 탄소량 값을 산출합니다
• 투명성 격차 : 공개된 EPD 중 40% 미만만 폐철의 기원 또는 가공 이력을 공개하고 있어, 실제 재활용 성능을 가리고 있습니다

데이터의 누락은 전문가들이 각 프로젝트마다 일반적으로 5개에서 7개에 이르는 서로 다른 출처를 수작업으로 조정하는 자체적인 조정 프로세스를 구축하도록 강요합니다. 건설 자재 데이터베이스(Construction Product Database)와 같은 시도는 이러한 선언 자료를 일정 정도 체계화하려고 하지만, 입력되는 기초 데이터에 대한 검증을 실제로 강제할 방법은 없습니다. 규제가 일치하지 않고 제3자 검증이 의무화되지 않은 상황에서는, 철골 건물의 실제 지속가능성을 비교하려는 노력이 결국 혼란스러워지며, 이는 모든 이해관계자가 서로 다른 방법을 사용하기 때문입니다. 따라서 전반적으로 표준화된 접근 방식 없이는 의미 있는 비교를 수행하기 거의 불가능합니다.

철골 구조 건물의 폐기 단계 성능 및 크래들-투-크래들(Cradle-to-Cradle) 현실

재활용률에 대한 오해: 전 세계적으로 90% 이상인 철강 재활용률이 철골 구조 건물의 전체 생애주기평가(LCA)에서 순 이점을 의미하는가?

일반적으로 언급되는 강철의 90% 이상에 달하는 전 세계 재활용률은 강철 구조물의 수명 주기 평가(LCA) 측면에서 상당히 복잡한 현실을 은폐하고 있다. 사람들이 자주 간과하는 점은, 이 수치가 포장재 및 자동차 부품과 같은 다양한 강철 흐름과 실제 구조용 등급 강철의 회수율을 혼합하여 산출된 것이라는 사실이다. 실제 현장 데이터를 살펴보면 지역 간 격차가 상당히 크다. 선진국은 일반적으로 구조용 강철의 95% 이상을 회수하지만, 글로벌 스틸 리사이클링 협의회(GSRC)가 작년에 발표한 자료에 따르면 많은 개발도상국은 60% 미만의 낮은 회수율을 기록하고 있다. 그리고 또 하나 거의 논의되지 않는 사실이 있다: 강철 재활용은 결코 탄소 중립적이지 않다는 점이다. 두꺼운 코팅, 아연 도금 또는 특수 합금이 적용된 단면을 용해하려면, 원료 철광석으로부터 새롭게 강철을 제조할 때 필요한 에너지의 약 60%가 여전히 소요된다. 또한 건물이 철거된 후 발생하는 손실도 무시할 수 없다. 철거 과정에서 최대 15%의 중량 손실이 발생하기도 하며, 장거리 운송을 위한 재활용 소재 이동에도 상당한 배출량이 수반된다. 일부 환경 영향 연구는 이러한 요인들을 완전히 무시하고, 에너지 비용이 전혀 들지 않는 ‘완벽한 재활용’을 전제로 한다. 이러한 단순화된 모델은 실제 탄소 감축 효과를 20~40%나 과대평가하는 경향이 있다.

2차 철강 사용에서의 다운사이클링, 에너지 반발 효과, 시스템 경계 간 상호 희생 관계

크래들 투 크래들(Cradle-to-Cradle) 원칙을 따르는 경우, 철강 구조물의 실제 환경 성능은 주로 자재가 시간이 지남에 따라 열화되고, 생애주기 평가(LCA)가 포괄해야 할 모든 요소를 다루지 못하기 때문에 제한된다. 회수된 철강의 약 66%는 재생 과정을 거쳐 재료 특성이 낮아진 제품(예: 철근)으로 전환된다. 그 이유는 철강을 매번 용해할 때마다 불순물이 축적되고 금속 자체의 미세구조가 피로를 겪기 때문이다. 이러한 현상이 발생하면 제조사들은 강도가 높은 구조용 부재에 대한 시장 수요를 충족하기 위해 새로운 원료 철강(virgin steel)을 생산해야 하며, 이는 기존에 달성된 에너지 절약 효과를 상쇄시킨다. 일반적인 환경 영향 산정 방식은 철거 작업 중 발생하는 중요한 영향 요소(예: 가스 토치를 이용한 절단 시 배출되는 오염물질, 유해 코팅재 처리 등)나 건물 해체 후 필요한 후속 조치(예: 표면 샌드블라스팅, 신규 코팅 도포 등)를 종종 간과한다. 이러한 누락은 재활용의 실제 성능보다 더 긍정적으로 보이게 만든다. 따라서 진정한 지속가능한 철강 건설을 실현하려면 단순히 재활용되는 철강의 양에만 초점을 맞추는 것은 충분하지 않다. 오히려 설계 초기 단계부터 고려되어야 할 핵심은, 해체가 용이한 설계 방법, 모듈식 연결 시스템, 그리고 최초 설치 시점부터 바로 재사용이 가능한 자재를 명시하는 것과 같은 ‘지혜로운 설계 선택’이다.

비교 기반의 내재 탄소 성능: 철골 구조 건물 대 대체 시스템

영국 사무실 사례 연구: BS EN 15978 기준 하의 철골 구조 대 콘크리트 및 대형 목재 구조

BS EN 15978 표준에 따라 평가된 영국의 최근 사무실 건물 프로젝트를 살펴보면, 구조 시스템 선택이 탄소 배출량에 얼마나 큰 영향을 미치는지 알 수 있다. 철골 구조의 경우 약 20~30 kgCO₂/㎡ 수준이었다. 철강 생산에는 다량의 에너지가 필요하지만, 이러한 구조는 높은 재활용성과 정밀한 공장 가공이 가능하다는 장점을 갖는다. ₂철근 콘크리트 시스템은 25~35 kgCO₂/㎡ 수준이었다. 이 수치는 사용된 시멘트 종류와 특수 보조 재료의 추가 여부에 따라 상당히 달라진다. ₂그러나 실제 최고 성능을 보인 것은 CLT 패널을 활용한 대형 목재 구조였다. 이 방식은 초기 배출량을 약 10~15 kgCO₂/㎡ 수준으로 낮추는 데 성공하였다. ₂나무가 성장 과정에서 자연스럽게 탄소를 저장하는 방식 덕분에 제곱미터당 e 단위로 계산됩니다. 그러나 여기에도 한 가지 주의할 점이 있습니다—이 이점은 목재가 적절히 인증된 지속 가능한 산림에서 공급되며, 운반 과정에서 추가적인 환경 피해를 유발하지 않을 경우에만 유효합니다.

강철은 고속 건설, 시공 과정에서의 폐기물 감소, 그리고 수명 종료 후 재활용 가능성 측면에서 분명히 상당한 장점을 지니고 있습니다. 이러한 이점은 전기로(EAF)에서 생산된 원자재를 사용하고, 향후 재사용을 용이하게 하는 설계 접근 방식을 도입할 경우 더욱 강화됩니다. 반면 목재 역시 탄소 측면에서 이점을 제공하지만, 이는 산림이 책임 있게 관리되고, 목재가 인근 지역에서 조달되는 경우에만 해당합니다. 결론적으로, 탄소 영향을 줄이기 위한 최적의 단일 자재는 존재하지 않습니다. 진정으로 중요한 것은 자재의 출처, 건물의 수명, 구성 부품이 수명 주기 후반에 분해되어 재사용될 수 있는지 여부 등 다양한 맥락을 고려하여 각 자재가 특정 상황에 어떻게 부합하는가입니다.

자주 묻는 질문

강구조 건물의 함유 탄소량(embodied carbon)은 얼마인가요?

내재 탄소는 강재 구조물 등 건설 자재의 생산, 운송, 폐기 단계에서 발생하는 총 온실가스 배출량을 의미합니다.

왜 유럽과 중국에서 강철 생산 시 배출량이 다를까요?

유럽의 제철소는 청정 에너지 공급원을 활용하고 엄격한 환경 규제를 준수함으로써 배출량을 낮추는 반면, 중국의 시설은 석탄에 크게 의존하여 탄소 발자국을 증가시킵니다.

강철 생산에서 EAF와 BF-BOF의 차이는 무엇인가요?

EAF는 재활용된 폐철을 사용하며, 전통적인 BF-BOF 공정에 비해 훨씬 깨끗하고 탄소 배출량이 적습니다.

왜 강재 구조물 평가 시 EPD가 중요한가요?

환경 제품 선언서(EPD)는 내재 탄소에 대한 표준화된 정보를 제공하여 다양한 자재의 탄소 발자국을 비교하는 데 도움을 줍니다.