생산
[나무신문 | (주)일림 노윤석 이사] 일반적으로 생산과정에서 사용되는 에너지나 온실가스의 배출은 다른 과정에서 보다 가장 많은 것으로 알려져 있다. 이 부분 역시 목재가 콘크리트나 철재에 비해 우수한 점 중 하나다.
재제소의 제재공정은 상대적으로 간단하다. 수피가 제거되고, 제재되고, 규격에 맞게 절단되어, 표면을 매끄럽게 한 다음 수평적으로 맞추어 지고, 건조시켜 대패를 한다, 마지막으로 선별을 하여 포장을 하면 끝이 난다.
철강재나 콘크리트와 경쟁하기 위해 구조적으로 특별히 개선된 목제품을 만들기 위해서는 약간의 추가 과정이 필요하다. Gluelaminated timber 같은 경우는 내구성이 있고, 습기에 강한 접착제를 사용하여야 하며, Cross-laminated timber의 경우는 여러층의 건조된 목재를 다른 방향으로 접착해, 여러 가지 형태로 제조하게 된다.
목재산업에서 폐기물이란 개념은 거의 사라져 가고 있다. 매일매일 제재소로 들어오는 원목은 모두 제품이나 부산물로 생산되어 판매 된다. 입고되는 원목 중 판재나 각재 등 목재제품으로 사용될 수 있는 것은 선별되어 규격에 맞게 재단되어지며, 목재생산에 적합하지 않은 부분은 칩이나 섬유질로 분리되어 OSB같은 공학목재나 종이의 원료인 펄프용으로 사용된다.
콘크리트의 경우 채굴되어 가공된 시멘트를 원료로 만들어지며, 현재는 Ready-mixed concrete(레미콘)의 형태로 현장에 알맞게 가공되어 배달된다. 철재의 경우 철광석을 용광로에서 녹여 만들며, 각각의 현장에 맞게 탄소량, 실리카, 인산 및 황의 농도를 조절해 제품을 만든다. 철재를 가공하는 방법은 크게 높은 순도의 산소를 주입하여 철광석을 녹이는 방법과 전기로를 이용해 철재를 생산하는 방법 등이 있다.
이상과 같은 제조과정에서의 차이 때문에 목재를 사용하는 것은 다른 자재를 사용하는 것 보다 탄소배출량을 크게 절감할 수 있다. 또한 목재산업의 경우 그들이 사용하는 에너지의 50~60%를 생산과정에서 나오는 부산물을 이용하여 얻고 있다.
건설
건설현장에서의 LCA는 개별 제품, 구성품 및 조립품 들이 하나의 구성품처럼 평가된다. 이 과정에서는 운송과정에서의 영향이 상당히 중요한 부분을 차지하지만, 가까운 지역에서 생산되었다는 사실만으로 보다 높은 환경적 가치에 대해 보증을 하는 것은 아니다. 일반적으로 환경적인 영향을 평가할 때 근처 지역의 몇 군데에서 생산되는 것이, 먼 지역의 한군데에서 생산되는 것보다 환경적으로 우수하며, 생산과정에서의 온실가능 배출량과 화석연료의 사용량이 훨씬 크다.
LCA에서는 모든 측면에서의 에너지 사용에 대해서 모두 고려를 한다. 또한 운송과정에서도 단순히 거리만이 아닌 운송 전과정에 대한 평가도 같이 실시한다. 비록 먼 곳에서 생산된 제품이라도 매우 효율적인 운송방식을 통해 운송 된다면, 가까운 거리에서 생산된 제품이라도 비효율적인 운송 방식을 택한 것보다 나쁜 평가를 받게 된다.
운영상의 효과
일반적으로 건축자재들이 추출과 조재 및 생산과정에서 많이 환경에 영향을 미치지만, 이러한 영향은 운영단계에서도 발생한다.
에너지 효율
목재제품이 다른 건축자재에 비해 탄소를 고정하고, 생산과정에서 필요한 에너지가 적다는 것은 널리 알려져 있는 사실이지만, 목재의 운영상의 에너지효율에 대해서는 너무 과장되게 인식되어 있는 경우가 있다.
열적인 측면에서 목구조 건물은 철제나 콘크리트의 건물보다 태생적으로 더 효율적이다. 이는 목구조를 이루는 기둥이나 보 및 바닥재의 단열성능이 우수하기 때문이고, 목구조에는 단열재를 쉽게 삽입할 수 있기 때문이다. 또한 목구조에는 다른 구조에서는 불가능한 여러가지 선택사항이 있다. 예를들어 조명기구나 기계장치를 설치함에 있어 목구조는 단열재 사용에 있어 유연함을 줄 수 있다.
일례로 워싱턴주의 한 지역에서는 2004년에서 2011년 사이에 7.6 MW의 전기사용량을 줄여, 4백3십만불의 비용을 절감했다. 이는 이 지역의 15개 초등학교의 연간 전기사용량에 해당하는 양이다. 이 지역에는 전체적으로 81%의 Energy Star등급을 획득하였으며, 지역내 초중등학교는 95~98%의 인증을 획득했다. 이런 건축물들의 크기나 구성 및 건축연도는 다 다르지만 하나의 공통점은 목구조였다는 점이다.
거주자의 건강 및 복지
LCA의 평가항목에 들어가 있지는 않지만, 건물의 보이는 부분에 목재로 처리하는 것은 거주자의 건강 생산성 및 복지에 긍정적인 효과를 보인다는 여러 연구결과가 있다.
사람은 기본적으로 자연에 대한 자연스런 호감이 있다. 자연적인 환경에서 사람들은 더 편안한 느낌을 가질수 있는 것이다. “Biophilia”란 단어는 이런 현상을 나타내는 말이다. 우리가 태생적으로 느낄수 있지만 자연의 스트레스를 치유하는 효과는 과학적으로도 증명되었다. 자연속에서는 혈압이 낮아지고, 심장박동이 안정화되고, 분노가 완화되었다. 또한 자연에서는 집중력이 향상되고, 창조적인 업무에 집중도도 높아진다.
이에 대한 사례로 중대한 큰 수술을 받은 환자를 상대로 창밖으로 자연이 보이는 환경과 일반 건물이 보이는 환경에 있는 환자를 비교해 본 결과, 수술 후의 입원 일수 및 수술후 경과면에서도 전자가 좋은 효과를 보였다. 다른 연구에서는 표면에 나무가 보이는 환경에서는 사람이 생리학적 스트레스 반응인 SNS(sympathetic nervous system) 가 적게 나타났다. 건축물 내에서 자연적 요소에 대한 세번째 연구에서 목재가 인체의 건강에 더욱 유익한 환경을 만들어 준다는 것을 보여주고 있다.
탄력성 + 내구성
건축물의 내구연한은 지속 가능한 디자인에서 중요한 요소이다. LCA에 있어 이 개념은 유지관리, 건축구성물의 교체 및 리노베이션의 필요성과 관련된 사후영향으로 평가되는 요소이다. 하지만 새 건축물을 건축하는 환경적인 비용을 감안하여, 건축물의 내구연한을 증가시키는 대안을 마련하는 것은 기본적인 일이다.
일반적으로 건축물의 내구년수는 그 구조재의 원재료가 콘크리트인지 철재 인지 혹은 나무인지의 종류보다 적절한 설계, 규격, 품질관리 및 유지관리에 더 영향을 받는다. 지진이나 화재 같은 비상상황에서의 성능은 이것과는 다른 이야기 이다. 예를 들어, 건축법규에서는 목조건축에서는 다른 모든 건축물과 같은 수준의 화재 및 안전 성능을 요구하며, 지진과 강풍에 대한 목재의 대응성능에 대해서 이해할 것을 요구한다.
또한 실제 내구연한에 의한 건축물의 환경적 영향에 대해서도 고려를 해야 한다. 예를들어콘크리트 건축물의 경우 내구연한을 100년으로 가정된다. 하지만 여러 연구결과에 의하면 건축물의 구조용 재료의 내구성과 실제 건축물의 내구연한과는 직접적인 연관관계는 없는 것으로 알려져 있다. 이런 연구결과에 따르면 건축물의 철거는 주로 토지가치의 변화, 거주자의 취향 및 필요의 변화와 비구조적인 부분에 대한 유지관리의 부족 등에 기인한다고 한다.
이런 조사결과에 의하면,
* 구조적인 결함에 의해 철거된 건축물은 8채(3.5%)에 불과하다.
* 연구과정에서 가장 오래된 건축물은 목조건축물로서, 주로 75년 이상 된 건축물들이었다.
* 콘크리트 건물들은 평균 26년에서 50년의 기간동안 철거되었으며, 이는 세번째로 긴 내구연한이었다.
* 철재 건축물의 80%정도가 50년이내에서 철거되었으며, 이중 절반은 25년 이내에 철거 되었다.
연구결과를 전체적으로 살펴보았을 때, 목조건축물이 가장 긴 내구연한을 가지고 있었으며, 이는 목재 구조시스템 건축물의 기대 내구연한을 충분히 충족시킬 수 있다는 점을 알려준다. 더욱이 철거된 건물에 결합된 에너지와 건축폐기물에 대해서도 고려해 볼 때, 목재가 리노베이션과 해체 그리고 재사용 면에서도 현격한 장점을 가진다는 것도 꼭 기억해야 될 사실이다.
건축물의 철거
건축물의 철거가 건축물 내구연한에서 마지막 단계라고 볼 수 있지만, 건축자재의 측면에서는 폐기, 재사용, 재활용 등의 가능성이 있어 마지막이라고 볼 수 없다. 누구나 예측할 수 있지만, 재사용과 재활용은 친환경 건축 시스템에서 아주 주요한 평가지표이다. 하지만 재활용과 재사용에 있어서 문제는 효율적인 재료의 원상회복과 밀접한 관계가 있다.
현재까지 철재가 가장 재활용이 잘되는 재료로 알려져 있지만, 연구결과에 의하면 이러한 것도 상당한 오해가 있을 수 있다. 예를 들어, 철강재활용협회에 의하면 약 88%의 철재가 재활용되고 있다고 하지만, 실제 연구자들에 의하면 실제 재활용 비율은 60%에 밖에 안된다고 한다. 연구결과에 의하면 현재의 철재의 실제 재사용율과 재이용율이 상당히 모호하게 규정되어 있으며, 재활용 과정에서 상당히 많은 부분의 유실이 일어나는데, 이를 반영하지 않는 것은 상당히 많은 오류를 일으킨다고 한다. 이러한 연구결과는 철강재의 재사용의 중요성을 깍아 내리자는 것은 아니고, 오히려 철강재의 재사용율을 높이기 위한 투자가 꼭 필요하다는 것을 강조하는 것이다.
콘크리트에 관련해서는 재사용은 매립지에 매립되는 건축폐기물로 사용되는 것이 일반적인 것이었다. 시멘트 지속가능 위원회(Cement Sustainability Initiative(CSI)에 따르면, 재활용되는 시멘트는 도로건설에 있어 기반재로 사용되는 것이 가장 많으나, 건축의 구조재로서 사용되는 방법도 현재 개발 중에 있다. 현재 CSI의 조사 데이터에 따르면 미국에서 약 50~60%의 폐콘크리트가 재사용되고 있으며, 현재 약 20억톤의 콘크리트가 사용되는데 이중 재활용품의 비율은 5% 정도라고 한다.
목재의 경우, 개선의 여지는 더 크다. 하지만 버려진 목재가 보나, 트러스, 목공용, 마루재 그리고 가구재 등으로 사용될 수 있는 가능성이 커짐에도 불구하고, 미국의 지방의 경우 32%의 목재가 버려지고 있으며, 건축 및 철거 분야에 있어서도 48%의 목재가 재사용되지 않고 있다.
이런 문제를 해결하기 위해 미국과 캐나다의 목재협회는 최근 건축자재 재사용 협회를 공동 설립하고, 북미지역에서 발생하는 목재의 재사용을 촉진하기 위한 운동을 펼쳐나가고 있다. (www.reusewood.org). 여기서는 지역별로 목재 및 목재제품에 대한 재사용의 기회를 제공할 수 있는 여러 기업에 대한 리스트를 제공하고 있다. 또한 콘리리트나 철강재와는 달리 목재의 재사용은 그 내구연한 동안 탄소를 저장하고, 온실 가스 배출 감축에도 기여할 수 있는 추가적인 인센티브도 있다.
지속 가능한 미래를 향하여
목재분야에서 탄소발자국 및 환경적 영향을 줄이기 위해 대규모의 목구조 건축물을 고려하기 위한 차세대목재 및 대량목재시스템의 이용 및 기술적 혁신이 핵심이다.
대규모의 고층 건축물은 제한된 공간을 효율적으로 이용하기 위한 도시지역에서의 필수 불가결한 선택이다. 이런 면에서 지속가능한 도시의 밀도를 증진시킨다. 대부분의 작은 도시들은 도보 같은 지속가능한 운송방법을 권장한다.
이런 대규모 목구조 건축물의 예는 호주에 지어진 10층짜리 CLT구조 아파트, 영국 WIDC 회관으로 지어진 8,9층 CLT 아파트먼트, 캐나다 BC주에 지어진 6층짜리 대규모 목구조 건축물 등이 있다.
WIDC에 대한 최근 LCA평가에서는 비슷한 조건을 가진 콘크리트 건축물에 비해 6, 7개 항목에서 10%이상 적게 나왔다. 이는 대규모 목구조물과 LVL 커튼월로 지어진 다층구조 건축물이 강화콘크리트와 알루미늄 커튼월로 지어진 건물보다 전반적인 환경적 영향이 작다는 것을 의미한다.
철강 및 콘크리트 산업에서도 이런 현실을 알고 생산 및 건축과정에서 효울성을 높이고, 그들 제품의 환경적 구조적 성질을 증진시키기 위한 노력이 계속되고 있다. 세계 철강협회에 따르면 지난 40년간 철강생산에 소요되는 에너지 소비를 50%가량 줄였다고 한다. 하지만 아직도 에너지 소비문제는 철강산업의 가장 큰 도전과제이며, 바로 환경에의 영향과 직접 관련되어 있다.
콘크리트에 대해서는 새로운 기술개발로 직접적인 이산화탄소배출량을 줄이고, 전기사용으로 인한 간접적인 배출도 줄여가고 있다. 이런 노력의 가장 큰 성과는 세계적으로 1990년에서 2006년 사이 53%의 생산량 증가에도 불구하고 배출량의 증가는 35%에 그쳤다는 점에 있다. 하지만 관련 학계에 따르면 이러한 현상은 지속될 수 없으며 오직 획기적인 기술개발로만 개선될 수 있을 것으로 내다보고 있다.
결론
건축물, 건축 및 엔지니어링의 환경적 영향을 감소시키기 위해, 많은 건축가와 설계자들은구조재의 역할의 운영능력에 대해 주의깊게보고있다. 따라서 해당 프로젝트의 지속가능성을 증대시키기 위해서 목재를 이용하는 것은 매우 바람직한 일이다. 목재는 천연적으로 자라나며, 재생가능하고, 탄소흡수면에서도 뛰어나다. 또한 목재는 내구성이 뛰어나며, 여러 곳에 적용가능하고, 건물의 거주자들에게도 좋은 영향을 준다. 또한 최근에 와서 주목을 받고 있는 전과정평가에 의하여 평가를 하였을 때도, 목재는 비슷한 성능을 가진 다른 건축자재들에 비해 훨씬 환경적으로 우수하다는 것이 증명되었다.
어떤 건축자재가 모든 면에서 가장 우수할 수는 없으며, 현장상황에 맞는 건축자재의 선택은 필수적인 일이다. 하지만 이러한 건축자재의 선택에 있어 편견이 없이 정확한 판단기준을 가지고 적절한 건축자재를 선택하는 것이 매우 중요한 일이다.
