탄소중립(넷제로)에 이르는 길: 기후 변화 안정화에 전 세계가 나서야 한다

• 탄소중립(넷제로: Net-Zero)이란 무엇인가?
• 탄소중립: 설계 및 건설 업계에 있어 건설의 역할과 역사
• 종합 탄소 경영의 의미
• 순환 경제를 위한 빌딩 설계
• 탄소중립을 목표로 한 프로젝트 예시
• 탄소중립의 미래는 무엇인가?

소방관들이 미국에 있는 타호 호(Lake Tahoe) 스키 리프트에서 발생한 화염에 맞서 싸우고, 허리케인으로 미시시피강(Mississippi River) 강물이 범람한다. 캐나다에서는 기온이 49도를 기록하고, 남극 빙상에서는 중력 감소가 감지된다. 이런 얘기들이 미래 디스토피아 재난 영화 이야기로 들리는가? 그렇지 않다. 이 장면들은 실제다. 지금 현재 발생하고 있는 일이며, 기후 변화로 그 정도가 심화되고 있다.

산업화 이래 사람들은 이산화탄소를 2,000기가 톤 이상 대기 중으로 배출해왔다. 열을 차단하는 두터운 층의 오염물질이 지구 온난화의 원인이다.

화석 연료 사용의 영향은 큰 충격을 주고 있다. 오염 물질로 인해 연간 8백만 명이 사망한다. 화석 연료 사용으로 미국에서만 5만 명 이상이 사망하였으며, 매년 4,450억 달러(약 525조 3,200억 원)의 경제적 피해가 발생한다.

지구 온난화 수준은 인간의 활동이 대기로 배출하는 이산화탄소 양과 직접적으로 비례한다. 이는 잔인할 정도로 간단한 공식이다. 기후 변화를 안정시키기 위해서는 전세계적으로 탄소중립을 달성해야만 한다.

탄소중립(넷제로: Net-Zero)이란 무엇인가?

간단히 말해, 넷제로는 대기 중으로 배출되는 온실가스 양과 대기로부터 흡수되는 온실가스 양이 같은 상태를 의미한다. 이러한 넷제로는 탄소의 감축, 상쇄, 제거를 통해 달성 가능하다.

탄소중립이 왜 중요한가?

기후 변화가 빠르고 확산되고 심각(PDF, p. 8)해지기 때문에 탄소중립이 중요하며, 따라서 전문가들은 이를 해결하기 위한 최선의 방법은 지구 온난화를 완화시키는 것이라는 데 동의한다.

2015년 파리기후협정은 지구 기온 상승을 산업화 이전 수준 대비 최대 1.5°C 로 제한하여 기후 변화의 영향을 크게 억제하도록 국제적 틀을 마련하였다. 이 목표를 달성하기 위해 대부분의 전문가들은 세계의 탄소 배출량을 2050년까지 넷제로로 만들어야 한다는 데 의견을 같이 한다. 200개에 가까운 국가가 행동에 나서기로 합의했으며, 프랑스, 뉴질랜드, 스웨덴을 포함한 일부 국가는 넷제로 법률 제정을 비준하였다.

금세기 중반 탄소중립 목표 달성은 지금 당장 적극적으로 탄소 배출을 감소시킨다는 의미다. 향후 10년 동안의 조치가 미래를 위한 기후 변화 완화에 매우 중요하다. 건축가 겸 교육자인 아키텍쳐2030(Architecture 2030)의 설립자 에드 마즈리아(Ed Mazria)는 “현재 산업화 이전 수준 대비 1°C 높은 상태이기 때문에, 어려움을 겪게 될 것이다”라고 말했다. 아키텍쳐2030은 건조 환경(built environment)을 온실가스의 주요 배출원에서 기후 위기에 대한 중심 해결책으로 전환하는 것을 목표로 한다. 이러한 움직임의 진보적인 면을 이끌고 있는 많은 리더들과 마찬가지로 마즈리아도 2050년은 너무 늦다고 주장하며, “1.5°C 미만으로 제한하기 위해서는 지금부터 2030년까지 배출량을 급격히 감소시킨 후, 2040년까지 단계적으로 배출량을 줄여 나가야 한다”라고 강조했다. 그는 (산업화 이전 수준보다 1.5°C 이상으로 제한할 수 있는) 67%의 기회를 달성하려면, 2030년까지 전 세계 탄소 배출의 50%를 감소시켜야 하며 2040년까지는 탄소중립을 이루어야 한다고 주장한다.

설계 및 건설 업계에 넷제로를 어떻게 적용할까?

모든 건축 구조물은 건축 과정과 운영 단계에서 이와 관련해 탄소 배출을 한다. 넷제로 빌딩은 탄소 배출을 최소화하기 위한 에너지 사용 감소, 풍력이나 태양광과 같은 재생 에너지 사용, 또는 탄소 상쇄를 위해 탄소배출권을 구입을 통해 기존 에너지로부터 발생하는 온실 가스 배출의 균형을 유지한다.

넷제로 빌딩의 목표는 간단히 말해 야심차다. 세계그린빌딩위원회(World Green Building Council) 어드밴싱 넷제로(Advancing Net Zero) 프로젝트 책임자인 빅토리아 버로우즈(Victoria Burrows)는 “모든 신규 건물은 탄소 배출 넷제로로 운영되어야 하며, 기존 자산의 광범위한 에너지 효율 개조를 잘 진행하여, 2030년까지 건조 환경에서 탄소 배출을 절반으로 줄여야 한다”라고 말했다. 이어 “내재 탄소 배출량(Embodied carbon)을 최소 40% 감소시켜야 하며, 주요 프로젝트의 내재된 탄소 배출량은 최소 50% 감소를 달성해야 한다. 늦어도 2050년까지는 모든 신규 및 기존 자산이 운영 중 탄소 배출량 및 내재 탄소 배출량을 포함하여 수명 주기 내내 넷제로를 유지해야 한다”라고 밝혔다.

건축 세계가 지구 탄소 배출에 미치는 영향은 아무리 강조해도 지나치지 않는다. 세계자원연구소(World Resources Institute, WRI)의 지속가능한 도시를 위한 WRI 로스 센터(WRI Ross Center for Sustainable Cities)의 빌딩 및 에너지 부문 글로벌 리더인 클레이 네슬러(Clay Nesler)는 “우리는 2060년까지 건평을 두 배로 확장하는 중에 있다”라며, “계산해 보면, 매달 뉴욕 시 면적만큼 새로 지어지고 있는 셈이다. 이 건물들은 난방, 냉방, 조명을 사용하고, 편안하고 건강한 환경을 제공하며, 기후 변화의 영향에 대해 회복력을 지녀야 할 것이다”라고 말했다.

네슬러는 또 “건물에 집중하지 않고는 도시와 국가들이 넷제로를 달성할 수 없다. 건물이 전 세계 탄소 배출의 39%를 차지하고 도시에서의 탄소 배출량은 훨씬 더 높기 때문이다”라고 전하며, “하지만 건물은 이용 가능한 기술을 사용하여 즉각적인 탄소 감소를 위한 가장 큰 기회이기도 하며, 이는 수명 주기 동안 비용 효율적이다”라고 덧붙였다.

탄소중립: 설계 및 시공 업계에 있어 건설의 역할과 역사

넷제로는 매우 짧은 시간 동안 과학적 개념에서 염원을 담은 실천, 그리고 정책으로 진화했다.

산업화 이전 건물은 현재 건물에 비해 넷제로에 가까웠다. 열과 빛은 바이오매스 연소, 신선한 공기를 제공하는 환기, 널리 설치된 기계 시스템을 통해 만들어졌다.

20세기 초반에 이르러서는, 설계자, 엔지니어 및 건설업자들이 구조물이 환경에 미치는 영향을 고려하기 시작했다. 1970년대 중동에서 발생한 분쟁으로 원유값이 폭등하면서 에너지 절약이라는 사고방식을 갖게 되었다. 정부와 업계 리더들은 화석 연료에 대한 경제적 의존을 점차 우려하게 되었다.

1998년 미국 녹색건축위원회(US Green Building Council)는 새로 건축된 건물에 대한 자재, 물, 에너지 사용 평가 시스템인 친환경 건축물 인증제도 LEED(Leadership in Energy and Environmental Design)를 만들었다.

2002년 마르지아는 기후 변화의 과정을 바꾸기 위한 목적으로 아키텍쳐 2030을 설립했다. 2006년에 아키텍쳐 2030은 2030년까지 새로운 건축물에 대해 탄소중립을 요구하는2030 챌린지(2030 Challenge)를 발표했다. 미국 건축가 협회(American Institute of Architects)는 2030 챌린지의 목표를 향해 진행 방향을 추적하는 2030 협약(2030 Commitment)으로 응답했다.

2006년 리빙 빌딩 챌린지(Living Building Challenge)는 빌딩 표준과 지속가능성 성과 기준을 높였다.

2015년 약 200개 국이 오염물질을 감소하기 위한 파리기후협정에 가입했다. 2019년 유럽위원회(EC)는 2050년까지 유럽을 기후 중립으로 이끌기 위한 주도적 계획인 유럽그린딜(European Green Deal)을 만들었다.

종합 탄소 경영(Total Carbon Management)의 의미

건축, 엔지니어링 및 건설(AEC)업의 맥락에서 종합 탄소 경영은 건물의 내재된 탄소 배출량과 운영 중 탄소 배출량의 총합을 측정하고 관리하는 과정이다. 오토데스크의 지속가능성 성공(Sustainability Success) 선임관리자인 토니 사라치노(Tony Saracino)는 “어려운 점은 넷제로라는 용어가 종종 운영 중 에너지를 표현할 때만 사용된다는 것이다”라고 말하며, “넷제로는 사실 총 탄소 배출량, 즉 내재된 탄소 배출량과 운영 중 탄소 배출량의 총합을 제로 또는 그 이상으로 측정, 관리, 감소하는 건물을 설명하는 데 사용해야 한다”라고 강조했다.

내재 탄소 배출량(Embodied Carbon)

모든 건축물은 자재 추출, 정제, 제조 및 물류에서 만들어진 탄소 배출량인 내재된 탄소 배출량으로 인해 숨겨진 기후 영향을 가지고 있다. 건물과 기반 시설에 들어가는 모든 자재의 내재 탄소 배출량은 추적하기 어렵지만, 전 세계 온실 가스 배출량의 11%를 차지한다. 에너지 효율 개선 및 재생 에너지 사용으로 시간이 지나면서 감소 가능한 건물의 운영 중 탄소 배출량과 달리, 내재 탄소 배출량은 건물이 지어짐과 동시에 그대로 갇힌다.

건설은 전 세계 원자재의 최대 소비자이다. 아키텍쳐 2030에 따르면, 내재 탄소 배출량은 2030년까지 전체 신규 건설 배출량의 절반 이상에 이르게 된다.

2060년까지 2조 5천억 제곱 피트(약 2322억 6천만 제곱 미터)의 신규 빌딩들이 건설 예정인 상황에서, 현재 내재 탄소 배출량을 제어하고 건설에서 탄소 배출 넷제로를 달성하는 것이 매우 중요하다. 오픈 소스 내재 탄소 측정기(embodied carbon calculator, EC3)와 같은 툴은 이해당사자들이 가장 탄소 영향이 적은 자재 선택에 있어 정보를 바탕으로 선택할 수 있도록 돕는다.

운영 탄소 배출량(Operational Carbon)

운영 탄소 배출량은 관리 및 유지를 포함한 건물 사용 중 구조물에서 발생하는 탄소 배출량을 의미한다. 운영 중 탄소 배출량은 전 세계 탄소 배출량의 28%를 차지하며, 이 수치는 향후 30년 동안 건축 세계의 확장에 따라 증가할 것이다.

고성능 빌딩 설계는 효율적이고 안전하며 편안한 건물을 만들어 내며, 이러한 건물은 성능과 온실 가스 감축 규정을 뛰어 넘는다. 이는 에너지 소비, 자재 사용 및 거주자의 안전과 편안함을 최적화하는 기술과 도구를 결합하고 가능한 한 재생 가능한 에너지원을 활용하여 달성된다.

BIM(빌딩 정보 모델링, Building Information Modeling)과 같은 디지털 기술을 통해, 디자이너는 에너지 사용을 시뮬레이션 할 수 있다. 그러나 기술이 설계 과정을 발전시키는 동안 설계 과정은 더욱 복잡해진다.

네슬러는 “이러한 탄소중립 건물을 설계하려면, 구조적으로 안정적으로 지을 뿐 아니라, 자연광을 더 많이 사용할 것이기 때문에 조명 수준도 분석해야 한다”라고 말했다. 또 그는 “그린 루프나 화이트 루프 등의 영향도 측정해야 한다. 우리는 최선의 건물 지향점을 찾아야 한다. 재생 에너지를 수많은 건물의 난방, 냉방, 조명과 연결시켜야 하기 때문에 매우 상세한 에너지 시뮬레이션을 시행해야 할 것이다. 또한 다양한 방식으로 건물을 통제해야 할 것이다”라고 말했다.

탄소 상쇄(Carbon Offsets)

탄소 상쇄는 기업이 탄소 소비를 회피하거나 감소시키는 프로젝트에 대한 투자를 통해 탄소 배출량에 대응함으로써 지속가능성 목표를 달성할 수 있도록 돕는다. 때로는 탄소 상쇄가 탄소배출권의 형태를 띄며, 배출권 한 개가 대기로부터 이산화탄소 1미터톤 제거 또는 해당 이산화탄소 생산 회피와 동일하다. 건설업자들은 제3자 상쇄 프로젝트에 투자하거나 나무 심기, 풍력 발전소, 지열 발전소 및 태양광 프로젝트와 같은 자체 프로그램을 시작할 수 있다.

탄소 제거(Carbon Removal)

탄소 배출 감소 전략이 넷제로를 위한 중요한 단계이지만, 충분하지 않다. 대기로부터 탄소를 적극적으로 제거하는 전략이 필요하다.

탄소 제거 방법에는 산림 복원 및 토양 관리와 같은 자연 전략, 직접 공기 포집 및 강화된 광물화와 같은 첨단 기술 전략, 해양 기반 탄소 제거와 같은 하이브리드 전략이 포함된다.

건설 세계에서 탄소 제거는 굴뚝에서 나오는 탄소 포집, 산업 배출물의 건축 자재로의 전환, 콘크리트와 같은 자재 속 탄소 저장을 포함할 수 있다.

프린스턴 대학 환경건설공학의 부교수인 클레어 화이트(Claire White) 박사는 “가장 흥미로운 개발은 콘크리트의 탄소 발자국을 크게 감소시키거나 심지어 네거티브 탄소 발자국, 즉 카본 싱크(carbon sink: 탄소 흡수원)인 콘크리트를 생산할 가능성이 있는 개발이다”라고 말했다. 이어 “포틀랜드 시멘트(portland cement)보다 이산화탄소 배출량이 최소 70% 이상 낮은 대체 시멘트가 있다. 콘크리트의 탄소 발자국을 급격히 줄이고 탄소중립 넷제로 산업으로 전환하려면 이러한 자재가 필요하다”라고 설명했다.

순환 경제를 위한 빌딩 설계

자재의 지속적 사용과 재사용에 중점을 둔 제로 웨이스트(zero waste) 사고 방식인 순환 경제(circular economy)가 건축 분야에서 인기를 얻고 있다. 이는 재활용 그 이상의 의미를 지니며, 설계와 건설의 맥락에서 업사이클링이라는 아이디어를 포괄한다. 이 선순환 고리 사이클 시행은 개별 자재의 성능에서 건물 자체의 목적에 이르기까지 모든 것을 포괄하는 하향식 접근 방식 도입을 의미한다.

순환성을 위해 어떻게 건물을 설계하고 건설하는가?

순환성을 위한 설계는 건물의 전체 수명 주기와 그 이상, 즉 “요람에서 요람까지” 접근 방식을 의미한다.

사라치노는 “간단한 책장을 생각해 보라”라며, “모양이 너무 안 좋아서 수리하기 어려울 수 있지만, 선반을 구성하는 판자는 해체하기 보다 같은 너비와 같은 길이의 나무를 다른 물건에 사용될 수 있다. 거기에서부터 스마트 설계가 순환성으로 이어질 수 있다”라고 말했다.

동일한 개념을 건물 규모에도 적용할 수 있다. 사라치노는 또 “사람들이 오래된 공장을 주택으로 개조한 공간에 가 본적이 있는지 생각해 보라”라며, “그 곳이 바로 건물에 순환성을 적용한 좋은 예다. 한 때 제조 공간이었던 건물을 이용해서 지금은 사람들이 살고 있으며, 때로는 최소한의 조정만으로 가능하다. 같은 커다란 삼나무 들보가 천장과 기둥을 통해 떠 있고, 바닥도 여전히 거기에 있다”라고 말했다.

건물 설계의 순환성이 가진 장점을 최대한 활용하려면 종단간 디지털화가 중요하다고 네슬러는 말하며, “아이패드의 크레용 스케치에서부터 BIM 모델까지 실행해 볼 수 있다. 모든 것을 시뮬레이션 해 볼 수 있다. (최적의 에너지 사용을 위한) 설계를 최적화할 수 있다. 자재에 어느 정도의 탄소가 내재되어 있는지 알아 볼 수 있다”라고 말했다.

그는 “그리고 나서 데이터를 건물의 모든 센서 및 장치와 연결하는 시스템에 다운로드하면 건물을 최적으로 제어할 수 있을 뿐 아니라, 건물을 에너지 소비자가 아닌 생산자로 만들 수 있다”라고 말을 이어갔다. 그는 “건물이 에너지를 저장하고, 관리하며, 물론 희망컨대 친환경 에너지도 조금 사용한다. 그런데 콘크리트 벽과 강철 빔에 작은 표시를 달아서, 50년 후에 건물을 해체할 때, 건물 안에 정확히 어떤 자재가 들어 있는지 알려줄 것이다”라고 말했다.

“취약계층 지역 사회는 기후 변화로 인해 잃을 것이 가장 많지만, 효율적이고 지속가능한 건물로부터는 가장 많은 것을 얻을 수 있다”—세계자원연구소 지속가능한 도시를 위한 WRI 로스 센터 클레이 네슬러 빌딩 및 에너지 부문 글로벌 리더

자재 은행으로서의 건물 설계

오늘날 건설 프로세스는 자재를 비효율적인 방식으로 다룬다. 구조는 한정된 적용을 위해 설계된다. 만약 그 대신에 건물을 중요한 자재나 부품의 임시 창고로 대하면 어떨까? 이것이 자재 은행으로서의 건물 뒤에 감춰진 생각이다.

사라치노는 “건물은 이 ‘물건’으로 구성되어 있다”라며, “바닥에는 나무가 있다. 콘크리트 슬래브가 있고 구리 배관이 있다. 그것들은 모두 건물이라는 은행에 예치된 자재들이다. 이제 건물을 조립하면 건물의 수명이 다했을 때 자재 은행 안에 무엇이 있는지 알 수 있다. 분해하기도 쉽다. 건물 해체용 철구로 내려치는 것이 아니다”라고 전했다.

디지털화는 자재 은행으로서 선물을 설계하는 데 대단히 중요한 단계다. 네슬러는 “현재 우리는 벽을 철거할 때, 그 안에 무엇이 있는지 알지 못한다”라고 말하며, “BIM 모델은 그 안의 자재에 대한 모든 것을 포함해야 하며 재사용, 재제조 등을 가능하게 한다”라고 전했다.

탄소중립을 목표로 한 프로젝트 예시

전 세계적으로 탄소중립으로 향하는 길을 이끄는 크고 작은 프로젝트에서 영감을 찾을 수 있다.

• 빌드 체인지(Build Change)는 현지에서 구할 수 있는 기후에 적응된 자재를 사용하여 지진과 폭풍우가 자주 발생하는 국가에서 주택을 건설하고 강화하고 있다.
• 미국 워싱턴 DC 바로 외곽에 위치한 유나이티드 테라퓨틱스(United Therapeutics)의 유니스피어(Unisphere)건물은 면적이 13만 4천 제곱 피트(약 12,400 제곱 미터) 이상인 세계에서 가장 큰 넷제로 건물 중 하나다.
• 조지아 공대(Georgia Institute of Technology)의 혁신적이고 지속가능한 설계를 위한 켄데다 빌딩(Kendeda Building for Innovative Sustainable Design)을 후원하는 스캔스카(Skanska) 프로젝트 팀은 해체된 영화 세트장에서 가져온 2×4인치 목재 등 회수된 자재 사용을 통해 리빙 빌딩 챌린지(Living Building Challenge)의 성능 요건을 일부 충족하고 있다.
• 뱀코어(BamCore)는 하이브리드 대나무 패널을 설계하고 제조하는 시스템을 구축하여 주거용 및 저층 상업용 건축물에 재생 가능한 자재를 제공한다.
• 빌드엑스 스튜디오(BuildX Studio)가 잠비아에 사치본두 농촌 보건 센터(Sachibondu Rural Health Centre)를 건설하였을 때, 이들은 재생 목재 및 압착토를 사용한 온도 조절 블록을 포함하여 건축 자재의 80% 이상을 현지에서 조달하거나 생산했다.

탄소중립의 미래는 무엇인가?

넷제로 달성은 가능하지만, 금세기 중반 목표를 달성하는 일은 모든 이해당사자 간의 협력적인 노력이 필요하며 정책에 의해 주도되어야 한다. 그러나, 네슬러는 민간 부문 또한 능동적으로 참여해야 한다고 말한다. 그는 “모든 정책 입안자가 실제로 건물을 짓거나 에너지를 절약한 경험을 갖고 있지 않다. 민간 부문이 토론에 신뢰와 실용성을 가져올 수 있다”라고 설명했다.

국가가 넷제로를 향해감에 따라, 탄소 배출량에 가장 적게 기여하지만 가장 큰 건강 및 경제적 영향을 받는 전 세계 취약 계층에 회복력을 구축하는 것이 중요하다. 네슬러는 “취약계층 지역 사회는 기후 변화로 인해 잃을 것이 가장 많지만, 효율적이고 지속가능한 건물로부터는 가장 많은 것을 얻을 수 있다. 탄소 배출량을 제로로 만들기 위해 우리가 건물에 개입하는 것은 건물을 더 편안하고 건강하게 만들기 때문이다”라고 말했다.

또한 그는 “고성능 건물의 초기 비용이나 대규모 보수 비용을 시간의 경과에 따라 지불할 수 있는 방법을 찾는 것이 비결이다”라며, “해당 지역사회가 문제를 해결할 수 있도록 민간 부문을 지향의 많은 창의적인 사업 모델이 있다”라고 말했다.

AEC 산업은 그 어떤 부문보다 가장 큰 변화의 주체가 될 수 있는 곳이다. 마즈리아는 “건축 업계가 기후 변화에 중요한 역할을 했다는 사실을 받아들이게 되었을 때, 자신들이 설계자로서 더 나은 세상을 만들 수 있다는 사실을 배웠기 때문에 바로 합류하였다”라며, “그것이 바로 직업적 소명이다”라고 힘주어 말했다.