Whole-life carbon emissions and material demand in the Swedish building stock: an archetype-based stock dynamics assessment

우리가 살고 일하는 모든 건물은 두 가지 서로 다른 종류의 에너지에 대한 이야기입니다. 하나는 불을 밝히고 방을 따뜻하게 유지하기 위해 사용하는 에너지, 즉 매일 벽을 통해 흐르는 에너지입니다. 다른 하나는 건물이 존재하게 만들기 위해 소비된 에너지입니다. 흔히 '내재 에너지(embodied energy)'라고 불리는 이 두 번째 에너지는 원자재 채굴, 시멘트와 철강 제조, 그리고 이를 들어 올리는 중장비로부터 발생합니다. 수십 년 동안 건설 분야의 기후 행동 초점은 거의 전적으로 첫 번째 종류, 즉 건물이 서 있는 동안 연료를 덜 태우도록 건물을 더 효율적으로 만드는 데 맞춰져 왔습니다. 하지만 건물이 더 잘 단열되고 운영 방식이 더 깨끗해짐에 따라, 재료 자체에 숨겨진 에너지가 점점 더 큰 비중을 차지하게 되고 있습니다. 난방 시스템이 이미 더 깨끗해지고 있는 스웨덴과 같은 곳에서는, 벽 속에 있는 콘크리트와 철강의 탄소 발자국이 이제 주요한 배출원이 되었습니다.

이를 해결하는 방법을 이해하기 위해, 연구자들은 국가 전체의 건축물을 개별 주택의 집합체가 아니라 하나의 변화하는 시스템으로 바라볼 방법이 필요합니다. 그들은 지면에 어떤 재료가 얼마나 있는지, 현재 얼마나 사용되고 있는지, 그리고 인구 증감에 따라 이 수치들이 어떻게 변할지를 정확히 알아야 합니다. 이것이 스웨덴의 환경 연구소와 대학의 연구팀이 마주한 과제였습니다. 그들은 단독 주택부터 거대한 오피스 블록에 이르기까지 모든 것을 추적하는 정교한 디지털 모델을 구축하여, 스웨덴 건축 부문의 전체 모습을 구현하고 오늘날부터 세기 중반까지 재료 수요와 그에 따른 탄소 배출이 어떻게 진화할지 예측했습니다. 그들의 목표는 건설 산업을 녹색화하려는 현재의 계획이 국가의 기후 목표를 달uma기에 충분한지, 아니면 더 근본적인 변화가 필요한지를 확인하는 것이었습니다.

연구진은 먼저 '아키타입(archetypes, 전형)' 라이브러리를 만드는 것으로 시작했는데, 이는 스웨덴의 모든 건물 유형을 대표하는 모델입니다. 모든 집을 일일이 측정하는 대신, 건물을 연령, 크기, 위치 및 구성 재료에 따라 그룹화했습니다. 기존 건물에 대해서는 냉난방에 사용되는 에너지를 조사했습니다. 신축 건물의 경우 더 깊이 파고들어, 각 제곱미터의 바닥 면적당 콘크리트, 철강, 목재, 단열재가 정확히 얼마나 들어가는지 계산했습니다. 그 결과 콘크리트가 건설 세계의 헤비급 챔피언이라는 사실을 발견했습니다. 일반적인 아파트 건물의 경우, 사용되는 콘크리트의 양이 너무 방대하여 다른 모든 재료를 합친 것보다 더 무겁습니다. 목조 프레임이 흔한 단독 주택에서도 콘크리트는 주로 기초와 지층 슬래브를 위해 목재보다 무게 기준으로 두 배나 더 많이 사용됩니다. 사무실이나 학교 같은 비주거용 건물에서는 철강이 프레임과 기둥 부분에서 훨씬 더 큰 역할을 합니다.

현재의 상세한 그림을 바탕으로, 연구팀은 미래에 어떤 일이 일어날지 보기 위해 시뮬레이션을 실행했습니다. 그들은 여러 가지 경로를 테스트했습니다. 한 경로는 기술적 개선이 완만하게 이루어지는 '현상 유지(business as usual)' 시나리오로, 건설이 오늘날처럼 계속되는 상황을 가정했습니다. 다른 경로들은 재료가 만들어지는 방식의 변화와 재료가 사용되는 방식의 변화를 결합한 더 공격적인 경로였습니다. 일부 시나리오는 탄소 포집 기술을 사용하거나 전기 및 바이오 연료로 전환하는 등 시멘트와 철강을 생산하는 공장을 깨끗하게 만드는 데 집중했습니다. 다른 시나리오는 애초에 재료를 덜 사용하는 것에 집중하여, 콘크리트를 덜 필요로 하는 건물을 설계하거나 무거운 재료를 목재와 같은 가볍고 재생 가능한 재료로 교체하는 데 초점을 맞췄습니다.

결과는 인구 성장세가 둔화됨에 따라 전체적인 건설 활동량은 줄어들 수 있지만, 콘크리트에 대한 수요는 구체적인 조치가 취해지지 않는 한 끈질기게 높게 유지될 것임을 보여주었습니다. 가장 낙관적인 시나리오에서도 콘크리트는 여전히 가장 많이 사용되는 재료로 남았습니다. 그러나 연구는 우리가 이러한 재료를 생산하고 사용하는 방식이 기후에 엄청난 차이를 만든다는 점을 발견했습니다. 만약 산업계가 현재의 궤도를 그대로 유지한다면, 건설로 인한 배출량은 감소하긴 하겠지만 매우 느리게 감소할 것입니다. 하지만 섹터가 더 깨끗한 생산 방식과 재료를 덜 사용하는 스마트한 설계를 결합한다면, 신축 건물의 배출량을 2045년까지 90% 이상 줄일 수 있습니다.

이러한 감소 폭은 인상적이지만, 연구진은 결정적인 함정을 발견했습니다. 건설 측면의 방정식이 해결되더라도, 건축 부문 전체가 탄소 중립 상태에 도달하지는 못한다는 점입니다. 그 이유는 건물의 전체 수명 동안 건물을 가열하고 냉각하는 데 사용되는 에너지로부터 발생하는 배출량이 여전히 상당하기 때문입니다. 연구는 2045년까지 건설 배출량을 90% 줄이는 것이 가능하지만, 이것이 아직 탄소 중립으로 이어지지는 않는다는 것을 보여주었습니다. 진정한 중립에 도달하려면 산업계가 두 가지 문제를 동시에 공격해야 합니다. 즉, 재료를 더 깨끗하게 만들고 더 적게 사용하는 동시에, 건물을 가동하는 에너지가 완전히 화석 연료로부터 자유로워지도록 보장해야 합니다. 시뮬레이션에 따르면 가장 효과적인 길은 산업 생산의 전기화와 자원을 덜 사용하도록 하는 공격적인 설계의 결합입니다.

연구진은 또한 가장 큰 기회가 어디에 있는지 살펴보았습니다. 그들은 아파트 건물의 지층 슬래브와 벽이 콘크리트를 가장 많이 소비한다는 것을 발견했으며, 이는 이러한 특정 부분들을 건설하는 방식을 바꾸는 것이 가장 큰 절감 효과를 낼 수 있음을 시사합니다. 그들은 이러한 변화를 위한 기술은 존재하지만, 실제 장벽은 종종 산업이 작동하는 방식에 있다고 언급했습니다. 무엇을 어떻게 지을지에 대한 결정은 종종 칸막이식(silos)으로 내려지며, 건축가, 엔지니어, 건설업자들이 가장 효율적인 솔루션을 찾기 위해 충분히 조기에 협력하지 못합니다. 이 연구는 이러한 기후 목표를 달하는 데 있어, 건물의 첫 번째 스케치 단계부터 저탄소 선택을 우선시하도록 전체 가치 사슬이 함께 움직이는 문화적 변화가 필요함을 시사합니다.

궁극적으로, 이 논문은 필연적인 변혁의 기로에 서 있는 산업의 명확한 모습을 그려냅니다. 스웨덴 건물의 탄소 발자국을 획기적으로 줄이기 위한 도구들은 이미 갖춰져 있습니다. 시뮬레이션은 건설 배출량을 90% 줄이는 것이 기술적으로 가능하다는 것을 보여줍니다. 그러나 연구는 이러한 도구들만으로는 건축 부문의 전체 기후 퍼즐을 풀기에 충분하지 않다고 결론짓습니다. 소비 패턴의 더 깊은 변화와 우리 집을 움직이는 에너지 시스템의 동시적인 탈탄소화 없이는, 완전히 기후 중립적인 건축물을 보유하겠다는 목표는 여전히 손에 닿지 않는 곳에 머물 것입니다. 앞으로의 길은 단순히 더 나은 기술뿐만 아니라, 더 적은 재료를 사용하고, 더 스마트하게 짓고, 우리의 삶을 깨끗한 에너지로 움직이도록 하는 조율된 노력을 요구합니다.