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건설업 탄소 감축 ‘목표’ ··· 다기능·경량 하이퍼 나노 콘크리트 개발 박차

탐방 - KCL 건설기술연구센터

오성덕 기자 | 기사입력 2023/05/30 [14:04]
오성덕 기자 기사입력  2023/05/30 [14:04]
건설업 탄소 감축 ‘목표’ ··· 다기능·경량 하이퍼 나노 콘크리트 개발 박차
탐방 - KCL 건설기술연구센터
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건설기술연구센터에서는 전 생애주기 관점에서 ‘건설산업의 탄소 감축’을 목표로 전과정평가 목록 DB의 제·개정부터, 다기능·경량 하이퍼 나노 콘크리트 기술 개발에 이르기까지 다양한 업무를 수행하며, 국내 탄소중립 실현에 앞장서고 있어 이목을 집중시키고 있다.

 

탄소 전과정평가 목록 데이터 ‘최신화’ 제품별 방법산정 업무 중점
‘저비용 건설용 나노소재’ ‘나노 임베디드 경량골재’ 등 성과물 선봬

 

건설분야의 탄소중립 요구는 자재 공급망 단계는 물론 건물 사용 에너지를 포함한 전생애주기로 확대될 것으로 예상되고 있다.

 

실제로 향후 건설산업 탄소중립의 요구는 직접배출(Scope1)과 간접배출(Scope2)은 물론 건설 관련 자재생산, 물류 등 모든 공급망을 포함하는 전생애주기 범위의 관리로 확대될 것으로 전망되고 있다.

 

이에 KCL 건설기술연구센터에서는 ‘탄소국경조정 대응을 위한 LCI DB 제·개정’을 비롯해 ‘환경성적표지 제도를 위한 제품 평가 지원’, ‘산업 발생 이산화탄소 활용 기술의 배출량 저감 효과 확인 연구’ 등을 추진하며, 건설분야의 탄소중립 실현을 위한 중추적인 역할을 담당하고 있다.

  

 

탄소배출량 평가
‘탄소국경조정 대응을 위한 LCI DB(Life Cycle Inventory Database, 전과정평가 목록) 개편’ 분야에서는 LCI 데이터 최신화를 비롯해 활용 기반 마련, 제품별 방법산정을 위한 업무를 수행하고 있다.

 

LCI DB는 물질의 환경성적 산정을 위해 필요한 기본 데이터로, 원료 채취부터 수송, 생산 또는 폐기에 이르는 전과정에서 환경에 미치는 영향을 목록화한 것이다.

 

최근 EU 탄소국경조정제도 도입을 앞두고 탄소세 부과를 위한 탄소량 산정방법으로 EU 제품환경발자국(PEF) 활용이 유력시 되고 있다.

 

따라서 PEF 제도 도입에 앞서 국내 환경성적표지 제도로 대응할 수 있는 방안 마련과 국제요건에 부합한 데이터 최신화와 국제화 등이 필요한 시점이다.

 

현재 국내에서는 312개의 관련 DB를 보유하고 있지만, PEF 도입 시 최소 3년 이내의 데이터 활용과 국제플랫폼 등록이 필요한 만큼 센터에서는 노후 데이터 제·개정을 추진하고 있다.

 

이 같은 LCI DB 개편을 통해 향후 국가 인증제도를 활용할 경우 EU와 미국에 제품을 수출하는 국내 기업의 수출경쟁력 확보는 물론 수출에 대한 선제적 대응으로 시간과 비용 절감이 가능할 것으로 예상된다.

 

‘환경성적표지 제도를 위한 제품 평가’ 분야에서는 ‘레미콘&콘크리트 2차 제품 분야 환경성적표지 컨설팅’ 업무를 수행하고 있다.

 

이 사업은 환경부에서 사회적기업이나 정부가 추진하는 공공목적의 정책에 부합하는 제품이나 서비스를 제공하는 기업과 최근 2년간 지원사업 혜택을 받은 이력이 있는 기업을 대상으로 인증신청서 작성을 위해 지출한 컨설팅 비용을 지원하는 사업이다.

 

지난해 KCL에서는 환경성적표지 인증신청서 작성에서 인증 획득 종료까지 컨설팅을 지원한 바 있다.

 

이와 함께 센터에서는 산업발생 이산화탄소 활용 기술의 배출량 저감 효과를 확인하기 위한 연구도 수행하고 있다.

 

산업통상자원부와 한국에너지기술평가원의 지원 아래 진행 중인 이 과제는 ‘시멘트 산업에서 발생하는 이산화탄소를 활용한 In-situ 탄산화기술 개발 과제’로, 시멘트 산업에서 배출되는 이산화탄소를 활용한 레미콘 및 콘크리트 2차 제품의 산업현장 맞춤형 In-situ 탄산화 효율 향상 기술 개발을 목표로 진행되고 있다.

 

센터에서는 현재 KCL에서 수행 중인 ‘콘크리트 in-situ 탄산화 제품의 이산화탄소 배출량 평가 모델’ 연구와 관련, 연구 목표와 내용에 대한 방향성과 추진방법을 검토, 자문을 진행하고 있다.

 

하이퍼 나노 콘크리트 기술
이 과제는 국토교통부와 국토교통과학기술진흥원 지원 아래 지난 2020년부터 KCL을 중심을 진행 중인 ‘나노기술을 활용한 다기능·경량 하이퍼 나노 콘크리트 기술개발’ 과제다.

 

이 연구단 과제는 콘크리트 재료의 획기적 성능 개선을 통한 건설재료 산업의 지속가능성 확보를 위한 나노기술을 활용한 단위중량 1.6t/㎥, 압축강도 80MPa, 내구연수 200년 이상의 경량·고강도·고내구 콘크리트 개발을 목표로 진행되고 있다.

 

올해 연구를 마무리하는 현재 다양한 성과물들을 선보이고 있어 눈길을 끈다.

 

연구를 통해 선보인 ‘저비용 건설용 나노소재’는 기존 고가의 나노소재 활용성과 경제성을 확보할 수 있다. 나노소재는 토목 구조용 콘크리트는 물론 건축, 지반분야 등 다양한 분야에서도 활용 가능하다.

 

‘나노 임베디드 경량골재’는 기존 경량골재의 단점인 강도를 극복한 기술인만큼 경량골재 고유의 장점을 더욱 부각시킬 수 있고, ‘마이크로-나노 솔리드 버블 합성 기술’은 콘크리트의 경량화를 위한 대체기술로 향후 경량골재와 함께 2차 제품으로 활용될 전망이다.

 

특히, 이 기술들은 내열, 내화재 구성재료로 충분한 기능을 발휘할 수 있어 화재분야에도 활발히 적용될 것으로 예상된다.

 

‘나노소재 활용 시멘트 복합체’와 ‘경량·고강도·고내구 나노 콘크리트’는 터널, 수리구조물, 원전구조물 등 유지보수가 힘든 콘크리트 구조물에서 활용도가 매우 높을 것으로 기대를 모으고 있다.

 

특히, 염해, 균열, 동결융해 등의 복합적 열화로 인한 손상이 지속적으로 발생하고 있는 콘크리트 포장에 적용할 경우 지속가능하고 고내구성 확보에 크게 기여할 수 있다.

 

 

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탄소 배출 ‘평가’ 저탄소 제품 최적모델 개발 집중

  

조영근 센터장

KCL 조영근 센터장은 “건설분야의 전 생애주기 관점에서 발생되는 이산화탄소 배출량의 정량적 평가를 위해서는 건설상품의 LCI DB 구축이 가장 우선시 되는 과제”라며, “하지만, 현재 국내 건설자재에 대한 LCA(Life Cycle Assessment) DB가 부족해 국내 현실에 맞는 LCA 평가에 한계점이 있다”고 말했다.

 

이에 센터에서는 건설분야의 LCA 평가 신뢰성 확보와 평가 기반 마련을 위해 건설 전주기에 사용되는 재료·자재·공법에 대한 LCI DB 개발 연구를 수행하고 있다.

 

이어 “현재 연구를 통해 개발된 공정과 제품에 대한 LCA 분석을 통해 탄소배출량 평가 업무도 중점적으로 수행하고 있다”며, “LCA 기법을 활용해 탄소 배출의 hot-spot을 평가해 공정개선 방향을 제시하거나 저탄소 제품의 최적모델 개발에 집중하고 있다”고 소개했다.

 

최근 들어 건설산업 전생애주기 관점에서의 배출량 평가는 건설산업의 궁극적 탄소중립을 위해 어느 단계에 중점적으로 투자해야 할지 알려주는 이정표로 자리매김하고 있다.

 

실제로 생애주기 단계별 배출량을 정확히 파악하지 못할 경우 효과적인 탄소감축 전략 수립에 한계가 있는 것으로 알려져 있다.

 

이어 “건설산업의 각 단계별, 공정별 이산화탄소 배출량 평가 모델 확립은 향후 건설기업들이 탄소배출량 저감을 위한 다양한 방안 모색과 대응전략 수립에 도움을 줄 것으로 기대된다”고 말했다.

 

하지만, 아직 국내에서는 건설산업 밸류체인에 대한 전략이 마련돼 있지 않은 실정이다.

 

조 센터장은 “국내 건설산업의 탄소중립 달성을 위해서는 건설자재의 탄소 배출량 DB화를 통한 탄소배출량 감축목표 이행이 필요하다”며, “이를 위해 센터에서는 저탄소 건설자재 기술개발과 함께 건설 전생애주기 이산화탄소 배출 평가모델 구축에 관한 연구를 계획하고 있다”고 밝혔다.

 

이어 “또한, 건설자재 생산기업과 협력관계를 강화해 저탄소 건설자재 개발을 추진하고, 다양한 건설자재의 LCI DB 구축과 함께 이를 활용한 전 생애주기 탄소배출량 시뮬레이션 평가 모델에 대한 연구를 통해 단계별로 발생할 수 있는 잠재적인 환경영향 평가 기반 마련에 나설 예정”이라고 말했다.

 

시멘트 복합체용 나노소재 매뉴얼 6종 개발 ‘안전성 평가’ 끝내

 

한편, 나노 콘크리트 연구와 관련해 조 센터장은 “이 연구는 나노기술과 재료를 활용해 콘크리트 경량화와 고강도를 실현하는 세계 최고 수준의 콘크리트 제조 기술 확보 연구”라고 소개했다.

 

이어 “현재 건설용 나노소재 DB 구축과 함께 시멘트 복합체용 나노소재 평가 매뉴얼 6종을 개발하고, 개발된 나노콘크리트의 안전성 평가를 마무리했다”고 말했다.

 

그는 또, “또한, 나노소재-시멘트의 최적배합을 도출하고, 건설용 나노소재 생산을 위한 공정 방법 정립과 설계안을 제시했다”며, “경량골재의 흡수율 저감과 강성을 확보하고, 콘크리트 경량화를 위한 소재로 중공마이크로스피어를 활용해 적용성 평가도 완료했다”고 설명했다.

 

끝으로 조 센터장은 “현재 콘크리트용 CNT와 반응성 나노소재 결합재 실용화를 위한 생산 단가 절감에 집중하고 있다”고 밝혔다.

 

이어 “또한, 이 기술들은 경량·고강도가 필요한 콘크리트 프리캐스트 2차 제품분야와 모듈러 건축 분야에 활용할 수 있을 것으로 판단되는 만큼 남은 연구기간 동안 이를 위한 기반 기술 확보에도 나설 계획”이라고 덧붙였다.

 

 

 

 

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