[나무신문 | (주)일림 노윤석 이사] 건축분야에도 최근 지속 가능한 설계에 관한 많은 관심이 생겨, 이와 관련된 많은 연구가 이루어 지고 있으며, 이에 따라 전과정평가(Life Cycle Assessment)에 대한 많은 관심이 생기고 있다. 전과정평가란 제품 또는 시스템의 모든 과정인 원료채취 단계, 가공, 조립, 수송, 사용, 폐기의 모든 과정에 걸쳐 에너지와 광물자원의 사용과 이로 인한 대기 및 수계, 토양으로의 환경 부하량을 정량화하고 이들이 환경이 미치는 잠재적 악영향을 규명하고, 환경부하가 환경에 미치는 영향을 평가하여, 이를 저감, 개선하고자 하는 기법을 말한다.
환경적인 측면에서 건축자재의 중요성은 날로 커지고 있다. 미국의 경우에도 건축물은 에너지 생산량의 절반, 전기사용량의 3/4, 그리고 탄소배출량의 거의 반을 차지하고 있다. 이러한 이유 때문에 정부정책이나 규제를 통해 보다 친환경적인 건축물을 건설하기 위해 건축구조의 향후 방향 등에 대해 많은 연구가 있어왔다. 특히 이중에서도 건축물의 에너지 효율을 증진하기 위해 많은 건축가들은 구조체로 사용되는 건축자재의 영향에 대해 많은 관심을 기울이게 되었다.
하지만 이에 관련된 많은 자료와 환경적 영향에 따른 논쟁들이 오히려 특정 건축자재가 실제로 환경에 어떠한 영향을 미치는가에 대해 정확한 이해를 방해하기도 한다. 예를 들어 목재로 건축하는 것이 실제로 의미있는 정도로 탄소발자국을 감소시킬 수 있을 것인가? 재활용 철재와 지속 가능하게 관리된 산림에서 수확된 목재 중에서 어는 것이 더 좋을까? 구조 재료들이 운영과정에서의 성능에도 영향을 미칠 것인가? 탄성은 주로 재료나 적절한 설계 및 유지관리에 영향을 받는가? 와 같은 질문에 대한 대답은 아직까지는 모호하다.
여기에서 우리는 위와 같은 질문에 대한 대답을 찾아보기로 한다. 재료의 원료채취에서부터 생산까지의 전과정에 대해 평가를 하며, 주로 목재에 대해 철강재나 콘크리트에 비해 탄소 및 기타 편익에 관해서 어떠한 이로운 점이 있는지에 대해 국제적인 연구결과로부터 해답을 찾기 위해 노력한다.
하지만 어떤 재료도 모든 상황에서 최적일수는 없다. 각각의 재료들은 상호 동시에 사용되기도 하며, 특정상황에서 어떤 제품이 더 적합할 수는 있다는 것을 명심해야 한다.
전과정 평가의 중요성
재료의 전과정을 통한 영향을 평가하는 것은 설계자에게 다른 대안을 조사하고, 자기가 사용하는 재료에 대해 보다 더 잘 이해할수 있게 해준다.
전과정평가(Life Cycle Assessment, 이하 LCA라 칭함)는 어떤 재료, 조리품 또는 건축물이 원재료의 추출이나 수확에서부터 생산, 운송, 설치, 사용, 유지관리 및 폐기까지의 전과정을 통해 환경에 미치는 영향에 대해서 측정하는 국제적으로 승인된 방법론이다.
LCA는 때때로 아주 복잡하고, 까다로운 절차로 여겨진다. 하지만 제품의 생산 및 사용에 관련하여 에너지, 배출 과 수자원을 포함한 원재료의 사용을 계정화 하는 것이라고 말할 수 있다. 건축물을 제품이라고 했을 때, 모든 구조체들, 판넬, 결합제, 마감재 및 도장재의 조합물을 위한 투입물과 산출물 모두에 대해 계산을 하는 것이다. 이러한 LCA평가가 평가자나 국가에 따라 달라지는 것을 방지하기 위해, 개별평가자들은 국제표준화기구(ISO, International Organization for Standardization)에 의해 규정된 가이드라인을 준수하여 평가해야 한다.
현재 북미지역에서 여러가지 사용자 편의성을 높이 평가도구의 개발로 인해 LCA의 이용이 크게 증가하고 있다. LCA는 또한 주요한 건축물 평가시스템에 자재부분의 “관행적인접근법”부분의 대안으로 포함되어 있다. 이러한 접근법은 제품의 생산과정 및 폐기과정에도 불구하고 재활용품을 사용하는 것이 환경적으로 좋다는 실행과정을 보다 확인하게 해준다. 이는 개별 제품의 다른 제품 사이클 단계에서 상태적으로 정보가 많지 않았을 때 즉 초기 그린건축물의 도입 초기에 이정표가 되어왔다.
LCA를 통한 연구결과 목재가 환경적으로 가지는 이점은 계속적으로 증명되었다. 일례로 미국과 유럽 및 호주 전역에 걸쳐 목재제품의 국제규격인 ISO 14040-42에 의해 전 과정에 걸쳐 평가를 한 경우, 목재는 다른 재료에 비해 다음과 같은 환경적 우위를 보였다.
* 화석연료의 사용, 온실효과에 대한 잠재적인 공헌, 경쟁제품에 비해 고형폐기물량의 저감
* 적절한 방식으로 설치되고 사용된 목재제품은 동일한 기능을 가진 다른 재료로 만든 제품보다 환경적으로 더 친화적이다.
아래의 표는 목재, 철강재 및 콘크리트로 만든 20,000 평방피트의 간단한 건축구조물을 LCA에 의해 비교한 것이다. 분석을 간단하게 하기 위해 본 건물은 창호나 내부벽이 없는 간단한 구조를 기준으로 분석하였다. 종합적인 평가를 위해, 1차 혹은 2차 생산과정에서 원재료의 추출 및 모든 생산 및 작업 및 건축물의 건축과정에서의 운송을 모두 감안하여 평가를 수행했다.
이런 평가를 통해 위의 표에서 볼수 있듯이 목재는 다른 재료에 비해 모든 지표에서 좋은 결과를 나타냈다.
탄소발자국 : 온실가스의 감축
지속 가능하게 관리된 산림에서부터 사용된 목재가 건축물의 탄소발자국을 줄여주는 것에 대한 일반적인 인식은 확산되고 있지만, 이것은 LCA 평가에 의해 알려진 여러가지 목재의 편익의 일부에 불과하다.
위에서도 언급했듯이 목재의 이용은 화석연료의 이용 및 온실가스 감축에서 공헌가능성 부분에서도 다른 재료에 비해 매우 뛰어나다. 이것은 목재제품의 생산이 다른 제품에 비해서 적은 에너지를 사용하며, 또한 사용하는 에너지도 재생가능한 에너지가 대부분이라는 점 때문이다.
목재의 탄소발자국의 다른 측면은 나무가 자람에 따라 이산화탄소를 흡수하고, 산소를 배출해 탄소를 잎이나 줄기 뿌리 및 주변 토양에 축적한다는 점이다. 자람이 빠른 어린 나무의 경우 이런 탄소흡수능이 매우 크지만, 나무가 성숙해 감에 따라 이런 흡수기능은 점점 더 떨어지게 된다. (수종이나 환경에 따라 다른 지만 60년에서 100년 사이) 그 시점 이후에는 나무는 다음과 같은 현상 중 하나가 일어나게 된다.
* 나무가 나이가 들어감에 따라, 부패가 시작되며, 저장된 탄소가 천천히 배출되게 된다.
* 산불이나 병해충에 노출된 산림은 탄소를 급격하게 배출한다.
* 목재는 수확되어 제품으로 만들어진다. (목재의 건조중량의 약 50%가 탄소이다) 목재건축물의 경우 그 내구연한 동안 목재속의 탄소를 저장하고 있다. 또한 그 내구년수가 다 한 후에도 재사용되거나 다른 목재제품으로 재생산 된다.
산지는 다른 용도로 전용이 되지 않는한, 순환이 계속되어 새로운 나무가 자라고 이 나무들이 이산화탄소를 흡수하게 된다.
초기 형태 효과 : 수확에서 건축까지
원재료의 생산을 통한 추출 및 수확, 운송 및 건축의 효과를 초기형태효과(INITIAL EMBODIED IMPACTS) 라고 불린다. 이 효과는 건축물의 운영에 관련된 운영효과와 건축구조물과 구성품 및 시스템의 어떻게 잘 유지되고, 내구연한이 얼마나 되는 지에 대한 내구성과 관련된 사후효과 등과 구분된다 건축자재의 경우 생산을 통한 획득과정에서 가장 큰 영향을 받는 것이 일반적이며, LCA평가에서는 이점에서 목재가 매우 우수한 평가점을 받고 있다.
원자재
건축물의 생애는 목재나 철강석, 화강암 및 그 복합체 등의 원자재의 획득에서부터 시작된다. 데이터의 수집은 이러한 재료들의 에너지 사용 및 공기, 물 및 토지로의 배출 등의 수집에서부터 시작된다.
목재의 영향은 이 시점부터 채굴과정에서부터 높은 온도에서 가공해야 하는 철강재에 비해 매우 낮다.
콘크리트의 경우 사용용도에 따라 달라지기는 하지만 주로 10~15%의 시멘트와 60~75%의 골재 그리고 15~20%의 물을 섞어 제조한다. 대부분의 콘크리트 구성물들이 생산품이거나 채취된 원료지만, 시멘트의 경우 그 제조에 많은 에너지가 소비되는 물질이다. 시멘트산업은 전 산업중에서도 가장 에너지 집약적인 산업중 하나이다. 또한 시멘트는 생산에 있어 석탄과 석유화합물에 많이 의존한다.
시멘트의 주요 원료는 전세계에 풍부하게 존재하는 석회석이다. 대부분의 경우 석회석은 표층광산에서 큰 블록으로 채굴되어 잘게 부순다음 고온에서 열을 가해 만들어진다. 이렇게 제조되어진 혼합물은 곱게 빻아 가루로 만들어지고, 트럭이나 기차 혹은 선박을 통해 수요처로 이동되어 진다. 석탄을 태움으로서 발생되는 회분의 경우 시멘트 첨가제의 대체품으로 시멘트 생산에 투입되는 탄소발자국을 감소시키는 역할을 할 수 있다.
철강재는 중량기준으로 0.2에서 2.1퍼센트의 탄소를 함유하는 철로 이루어져 있다. 철강재 역시 철광석을 높은 온도로 가열하여 가공해 얻을 수 있다. 채굴된 철광석은 공장으로 이동하여 철광
석과 석회석을 함께 고열로 가공해, 녹인 다음 철괴를 생산하고 이 철괴가 철재제품의 원료가 된다.
콘크리트나 철강재 모두 채굴에서부터 화석연료를 사용한 제조과정까지 많은 환경적 영향을 미칠 수 밖에 없다. 하지만 두 산업 모두에서 탄소발자국을 줄이기 위한 많은 노력이 계속해서 행해지고 있다.
