2050년 건물부문 탄소중립이 가능할까. 회의론도 있으며 대부분의 전문가는 어렵다는데 의견을 같이한다. 그러나 반드시 추진해야 하며 불가능하지 않다는 공감대도 폭넓게 형성돼 있다.
이미 국제사회는 2000년대부터 글로벌 핵심의제로 기후변화를 꼽았으며 이에 대응하지 않으면 인류가 돌이킬 수 없는 재앙을 맞이한다고 경고해 왔다. 약 20년이 지난 지금 기후변화 대응수준에 대한 초기논의에 비해 더욱 강력한 조치가 필요하다는 국제사회의 요구는 그간 인류가 기후변화에 충분한 노력을 기울이지 않았다는 의미다.
이제 국제사회는 전 지구적 기후변화에 따라 2050년까지 지구 평균기온 상승을 1.5℃ 이내로 억제하기 위해 탄소중립을 최우선 의제로 설정했다. 교토의정서 이후 파리기후변화협약으로 이어진 국제적 합의에 따라 각국의 대응도 빨라지고 있다.
유럽은 그린딜을 통해 이미 상당부분 탄소중립을 이행하고 있으며 파리기후변화협약을 탈퇴했던 미국도 조 바이든 대통령 당선 첫날 재가입을 선언해 탄소중립 조치를 가속화하고 있다. 특히 글로벌 탄소국경세 도입이 초읽기에 돌입했다. EU는 올해 2분기로 예정된 탄소국경조정제를 1분기로 앞당겨 수입상품에 부과하는 탄소국경세(탄소관세), 자국기업에 부과하는 탄소세, 탄소배출권거래제 확대 시행 등이 논의되고 있다.
우리나라 역시 2018년 폭염, 2019년 태풍, 2020년 장마 등으로 기후위기를 체감한 뒤 코로나19 팬데믹에 따른 경제적 돌파구 마련, 선진국 무역장벽 대응 등을 위해 한국판뉴딜을 발표했다.
한국판 그린뉴딜이 포함된 정책발표 이후 정부는 한 걸음 더 나아가 2050 탄소중립을 선언했으며 국회·지자체도 입법·조례·성명 등을 통해 이에 호응하고 있다. 산업계·학계 등 역시 발빠르게 대응하면서 민·관·산·학·연 전방위적으로 탄소중립에 대한 관심이 빠르게 증가하고 있다.
건물부문은 2030년 민간까지 제로에너지빌딩(ZEB) 의무화를 확산한다는 로드맵을 설정했지만 2050년 탄소중립까지 20년의 공백기간 동안 구체적인 실천계획이 필요한 상황이다. 이번 기획에서는 현재까지 건물부문의 온실가스 감축현황과 장기적 목표로 제시된 2050년 탄소중립을 건물부문에서 달성하기 위한 방안을 모색한다.
탄소중립 본격화, IPCC 1.5℃ ‘계기’
탄소중립의 출발점은 ‘기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)’가 2018년 10월 발표한 ‘지구온난화 1.5℃ 특별보고서’다. 보고서는 지구 평균온도가 1850~1900년대비 2017년 기준 약 1℃ 상승했으며 10년당 0.2℃의 온도상승 추세를 보인다고 발표했다. 이 추세대로라면 2030~2052년 사이에 파리협정 목표치인 1.5℃에 도달할 가능성이 높다고 밝혔다.
여기에서 1.5℃ 목표를 달성하기 위한 CO₂ 배출량에 대한 시나리오는 2030년까지 2010년대비 최소 45% 감축하고 2050년 넷제로(Net Zero)를 달성하는 것이다.
건물부문에 해당하는 ‘도시 및 기반시설’의 실천방안으로는 2050년 재생에너지가 소비전력의 70~85%를 차지해야 하며 건물부문의 에너지수요에서 전력의 비중이 55~75%로 높아져야 한다. 재생에너지가 아닌 나머지 발전량에 대해서는 탄소포집 및 저장설비가 설치돼야 한다.
이은석 건축공간연구원(AURI) 녹색건축센터장은 “탄소중립을 위해서는 기존 화석연료 기반의 인프라들이 모두 혁신적으로 전환돼야 하므로 완전한 체질개선이 필요하다”라며 “이는 육식에서 초식으로 종변화를 앞으로 10년 내에 해야 하는 것과 같은 어려운 문제”라고 비유했다.
탄소중립 성적표 ‘미흡’
문재인 대통령은 지난해 10월 국회 시정연설을 통해 2050년 탄소중립을 전격 선언하면서 2021년 그린뉴딜에 8조원 규모의 투자를 추진하겠다고 밝혔다. 또한 11월 ‘2050 탄소중립 범부처 전략회의’ 모두발언을 통해 2030년 국가 온실가스 감축목표를 2025년 이전에 상향하겠다고 발표했다.
우리나라 탄소중립 관련 주요정책은 △재생에너지 3020 이행계획 △한국판 그린뉴딜 △제9차 전력수급기본계획 △2050 장기저탄소발전전략(LEDS) △국가온실가스감축목표(NDC) 등이 있다.
‘2050 탄소중립 로드맵’은 환경부에서 수립 중이며 건물부문은 국토교통부 주무부서인 미래전략일자리담당관실에서 담당한다. 국토부는 별도의 전문가 자문그룹인 ‘국토교통 2050 탄소중립 민·관합동 전담조직(TF)’를 구성하고 연말까지 구체적인 추진전략을 수립하기 위한 절차에 착수했다.
현재까지 우리나라의 건물부문 온실가스 감축실적은 좋지 않지만 최근 가능성이 엿보인다. 국가 및 부문별 온실가스 감축 이행실적에 따르면 2018~2019년 평균 국가 온실가스 총배출량은 7억1,520만톤으로 2018~2020년 평균목표치인 6억9,090만톤대비 3.5%(2,440만톤) 초과했다. 건물부문도 730만톤이 목표치를 초과했다. 다만 2019년 건물부문 배출량은 1억4,770만톤으로 2018년 배출량 1억5,830만톤보다 1,060만톤 줄었다.
그러나 여전히 목표치는 멀다. 현재 평균 배출량을 2030년 로드맵인 1억3,270만톤으로 낮추기 위해서는 2019~2030까지 11년간 배출량이 연평균 1.3% 감소해야 한다. 2008~2019년까지 연평균 1.2% 증가해 온 점을 감안하면 목표달성을 위해 특단의 대책이 필요한 시점이다.
주거용, 에너지소비비율 최고
국토교통부의 △전국 건축물 현황통계 △건물에너지사용량통계 최근자료에 따르면 2019년 기준 국내 건축물은 약 724만동이며 주거용이 47.1%, 상업용 21.8%, 공업용 14.1% 등이다.
전체 건물에너지사용량은 3,315만5,000TOE로 공동주택(41.7%), 단독주택(16.6%) 등 주거용 건물이 전체의 약 60%를 차지했으며 비주거용은 근린생활시설(15.2%), 업무시설(5.9%), 교육연구시설(5.1%) 순이다.
에너지원별로 주거용 건물 에너지원의 경우 도시가스가 전체의 절반 이상(53%)을 차지하고 그밖에 전기(37%), 지역난방(10%) 순으로 많은 것으로 나타났다. 비주거용은 전기 비중(72%)이 가장 크고 도시가스(25%), 지역난방(2%) 순이다.
단위면적당으로 살펴보면 설비 및 기기 사용량이 많은 의료시설의 단위면적당 사용량(중간값)이 239kWh/㎡로 가장 높고 학기제로 운영되는 교육기관(초·중·고·대학교)이 포함된 교육연구시설이 85kWh/㎡로 가장 낮았다.
지난해 발표된 LEDS에 따르면 건물부문은 2017년 기준 우리나라 온실가스 총배출량의 7%를 차지하며 간접배출량(전력·열사용)을 포함하면 24%로 높아진다. 배출량 추이는 상업·공공용 건물의 배출비중이 점차 증가하는 반면 가정용 건물 배출비중은 감소하는 추세다.
특히 건물부문은 간접배출량이 크게 증가했다. 직접배출량(건설기계 등)은 1990년보다 25% 감소했지만 간접배출량은 8.8배나 증가했다.
2019년 온실가스 감축 이행지표를 살펴보면 건물부문은 △친환경주택공급(달성률 106%) △ZEB인증건수(117%) △그린리모델링사업 실적(100%) △탄소포인트제 참여가구(100%) △AMI(Advanced Metering Infrastructure) 보급(50%) 등 정량지표 실적을 달성했다.
이밖에 정성지표로는 △ZEB(민간) 확대 △에너지성능 향상 도시재생 및 그린리모델링 활성화 중장기방안 수립(그린뉴딜사업에 포함) △건물용도별 운영효율지표 개발(2024년 상업용건물 적용목표) △탑러너 이니셔티브(고효율기기 보급확대) △고효율조명기기 확산(2027년 형광등 퇴출 목표) 등이 있다.
2050년 건물부문 탄소중립을 위한 정부의 비전은 이러한 최근 목표와 유사하다. △신축건물 ZEB단계적 의무화 규제 △기존건물 그린리모델링 활성화 인센티브 △지열·수열·미활용 저탄소 에너지원 공급 △고효율가전·LED조명기기 보급 △BEMS·AMI 등 스마트 에너지관리시스템 보급 등이다. 이를 위해 △녹색건축물 확산 재정지원 △건물에너지 빅데이터 구축 △스마트시티 조성 등 전략으로 방향을 세웠다.
전전화 트렌드 ‘공감대’
전문가들은 탄소중립을 추진하는 과정에서 건물분야의 핵심 트렌드로 전전화(全電化)를 꼽았다.
박덕준 KCL 건물에너지신사업TF팀장은 “목표가 언제인가, 몇 년부터 시행될 것인가의 문제로 모든 건축물의 완전한 전전화는 아니지만 건물은 전전화 이슈에 직면할 것”이라며 “기존에는 열 위주의 HVAC시스템에 대한 시도가 있었지만 히트펌프 등 전력설비가 빠른 속도로 확산할 것”이라고 밝혔다.
이은석 AURI 센터장도 “대부분 냉방열원으로 전력을 사용하듯 건물의 에너지수요가 전력중심으로 재편될 것”이라며 “결과적으로 이러한 전력을 생산하는 에너지발전원에 대한 저탄소화가 지속적으로 진행되는 것이 관건”이라고 밝혔다.
유원대 장한기술 부사장은 “건물부문의 탄소중립 실현을 위해서는 단열·기밀을 강화해 냉난방부하를 절감하는 패시브기술, 화석연료를 연소하는 보일러나 흡수식 냉온수기를 효율이 높은 히트펌프가 대체하는 전기화(Electrification), BEMS·IoT·AI를 이용한 운영효율화(Intelligent Efficiency) 등 기술이 확보돼야 한다”고 강조했다.
전방위적 융복합화 추세
융복합화도 주요 트렌드다. 탄소중립을 위한 새로운 건설산업은 지금까지 패시브·액티브 각 요소의 성능을 높이는 데 초점이 맞춰졌다면 앞으로는 이들이 융복합화함으로써 시너지를 내 기존의 성능·효율향상의 한계, 공간의 제약, 수용성 저하 등 이슈를 극복할 수 있을 전망이다.
이러한 융복합화는 자재·설비·신재생에너지 등이 다양한 조합으로 이뤄질 전망이다. 이와 관련된 연구가 동시다발적으로 진행되고 있다.
자재와 신재생에너지가 융복합한 사례로 이미 벽체·창호와 태양광패널이 융합한 BIPV는 다수 적용현장을 확보하고 있으며 여기에 태양열을 더한 BIPVT나 미관향상을 통해 수용성을 향상시킬 수 있는 컬러 BIPV 등이 중소·중견기업들에 의해 개발되고 있다.
다양한 자재, 설비, 신재생에너지를 상황에 맞게 조립할 수 있는 외장재시스템도 개발되고 있다. 한국건설기술연구원(KICT)은 ‘스마트외장재·설비 융복합 기술개발’을 통해 △능동형 차양 및 커튼월 패키지화 △진동저감·창·필름·결로방지·조명부하·단열 등 성능의 외장재·설비 융합 스마트신소재 △지능형 열공급 및 PCM 융합열교환시스템 △BIPV 통기구조 △화재안전·배연·환기용 수직 창기술 △열생산·PC 중단열 기술 △히트펌프 하이브리드 설비기술 △에너지 하베스팅 외장재시스템 등을 개발하고 있다.
최경석 KICT 건축정보기술연구센터장은 “탄소중립을 위해 패시브·액티브 각각의 요소기술향상에서 나아가 이를 융복합한 기술을 개발할 것”이라며 “이에 대한 사업화를 통해 더 현실성 있는 기술을 보급해 저탄소 유망산업 생태계를 조성하는 데 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
고려대 플러스에너지빌딩(PEB) 혁신기술 연구센터 역시 패시브·액티브·신재생에너지 융복합을 연구하고 있다. 패시브디자인 기술을 적용해 에너지를 저감하며 태양광·열, LNG그리드기반 연료전지, 이온성 액체를 통한 흡수축열, 냉난방겸용 혼합축열 등을 활용한다.
강용태 고려대 교수는 “신재생에너지 생산·변환, 고밀도 에너지저장 및 활용, 액티브 최적화·패시브 원천저감 등 핵심요소기술을 개발하고 이들을 융복합해 소비하는 양보다 20% 더 많은 에너지를 생산하는 PEB를 목표로 연구를 진행하고 있다”고 밝혔다.
‘스마트화’, 건축물 부하절감·소비최적화
스마트화는 융복합의 연장선상에서 더 정밀한 제어를 통해 설비·기기·자재를 더 유기적으로 연결하고 효율화하는 개념이다. 센서가 정밀·저렴해지고 성능이 높아지면서 이를 위한 기반이 마련되고 있다.
기존 건축물 시스템구축이 설치위주의 고비용구조 체계였다면 앞으로는 정밀하게 계측·진단함으로써 과설계를 방지하며 정밀한 제어를 통해 에너지를 효율화한다.
이러한 방향성을 반영해 올해 한국에너지기술평가원 ‘2021년 에너지기술개발사업 에너지수요관리 핵심기술개발’은 BEMS분야에서 다수 신규과제를 공고했다. 특히 최적제어의 핵심인 데이터인프라를 조성하기 위해 공공플랫폼을 통해 민간에게 에너지관련 빅데이터를 공개함으로써 다양한 사업모델이 등장할 수 있는 기반이 될 전망이다.
충분한 빅데이터가 쌓일 경우 딥러닝 AI를 활용할 수 있게 된다. 현재 건축물 제어·관리는 시스템에 의한 데이터를 전문가가 판단하고 직관에 의해 수행하고 있으나 더 정교한 제어가 가능하기 위해서는 AI의 가치가 크다. 아직 낮은 단계이나 SKT, 메타넷대우 등 대기업은 물론 EMS 중소기업들도 AI를 솔루션에 적용하기 위한 연구가 활발하다.
이와 같은 흐름은 향후 냉난방·급탕·조명·환기 등 5대부하에 더해 플러그부하 등을 부하계산에 편입하는 방안이 추진될 경우 분모를 낮출 수 있어 충격을 완화하는 역할에도 기여할 수 있을 전망이다.
탄소중립 전제 ‘수용성’
이와 같이 고도화된 기술을 받아들이는 것은 결국 사용자다. 사용자가 받아들이지 않으면 아무리 좋은 기술도 확산되지 못하고 탄소중립을 달성할 수 없게 된다. 이에 따라 전문가들은 규제위주 정책은 성공하기 어렵고 국민 개개인의 자발적인 참여를 이끌어야 한다고 강조한다.
박덕준 팀장은 “국민이 규제의 수용자에 머문다면 탄소중립까지 갈 수 없을 것”이라며 “국민들이 건강·쾌적·이익에 대해 공감해야하므로 수용성을 확보해야 한다”고 밝혔다.
사실상 그린리모델링의 경우 건축물의 에너지성능 개선, 기후변화 대응을 위한 차원보다 쾌적성, 건강 등을 위한 경우가 많음을 감안하면 기술발전은 국민들의 기술수용속도와 보조를 맞출 필요성이 있다. 이를 위해 기술의 효과를 검증하고 직관적으로 가치를 인지할 수 있게 하는 체계·제도마련이 중요하다.
이은석 센터장은 “현재 건축물에너지효율등급은 건축물대장에 반영돼 민간에 공개되지만 일반인들은 해당 등급이 의미하는 에너지성능수준에 대한 구체적 가치판단이 어렵다”라며 “자동차 연비제도와 같이 단위면적당 얼마의 에너지를 소비하는지 알 수 있는 형태로 직관적, 일상적인 형태의 인증제도 마련이 필요하다”고 제안했다.
또한 다양한 기술이 융복합되는 상황을 감안해 서로다른 에너지원, 기능을 갖춘 시스템을 정량적으로 평가해 성능을 사용자들에게 담보해줄 수 있는 시험검사체계도 마련될 필요가 있다. 이에 따라 KCL은 ‘가변설치구조를 갖는 공간단위 에너지·환경성능 평가시험장치’ 개발을 추진한다. 다양한 형태의 자재·설비시스템을 탈부착해 향별로 시험하고 표준화된 기준으로 평가할 수 있는 체계를 마련할 계획이다.
건물부문, 도시단위 ‘넷제로’ 고려해야
이러한 기술요소들의 적용여건은 개별 건축물의 상황에 따라 달라질 수 있다. 이를 감안해 도시차원의 탄소중립 대책도 고려돼야 할 전망이다. 고층건물에 의한 그늘짐 현상 등으로 태양광패널의 효율이 저하된다. 고층빌딩과 같이 에너지부하에 비해 신재생에너지 적용면적이 부족한 건축물은 부지 외(Off-site) 건물·공간을 확보하거나 가상발전소(VPP) 개념을 적용해 잉여에너지를 거래할 수 있는 시스템을 구축해야 한다.
강용태 교수는 “PEB로 확장이 필요한 이유는 단일건물이 아니라 도시 전체의 에너지부하를 획기적으로 저감하기 위함”이라며 “도심 전체 모든 건물이 에너지자립률 100%를 달성할 수는 없으므로 PEB에서 생산된 잉여 신재생에너지를 그리드로 보내 다른 건물과 거래할 수 있다”고 밝혔다.
이와 함께 탄소배출 넷제로를 달성하기 위해서는 그간 고려되지 않았던 도심 속 흡수원을 감안해야 한다는 지적도 나온다. 우리나라는 그간 발생원을 제어하기 위한 정책·사업에 주력해왔다. ZEB 등 발생원 자체를 고효율화하거나 최적화하기 위한 제도적 장치는 체계를 갖추고 있다.
그러나 도심 속 흡수원에 관한 정보는 전무하다. 건물부문 탄소중립을 위해 도시범주로 접근해야하는 이유는 공원녹지, 옥상정원, 산림원 등 흡수원에 해당하는 것을 반영해 탄소배출량을 상쇄할 수 있기 때문이다.
이은석 센터장은 “지금까지 조경을 흡수원으로서의 가치와 연결하지 못했지만 다행히 우리나라는 오래전부터 공원녹지법을 시행하고 있으며 옥상정원에 대한 제도를 운영하고 있어 도심 속 녹지가 양호하다”라며 “흡수원 개념을 추가하기 위해 국내 산림, 도시, 공원 등 그린인프라가 얼마나 탄소를 흡수할 수 있는지 연구할 필요가 있다”고 밝혔다.
실패할 수 없는 목표 ‘탄소중립’
2050년 탄소중립에 대한 필요성을 두고 실현가능성에 대한 우려가 크다. 그러나 전문가들은 탄소중립은 지구평균기온 상승에 따른 사회·경제·환경 등 전방위적 피해가 경고되는 만큼 실패해서는 안되는 과제라고 입을 모은다.
30년 후 중장기적 계획이지만 목표의 난이도를 감안하면 시급성이 크다. IPCC는 당장 2030년까지 2010년대비 45%를 감축해야 1.5℃ 목표를 만족할 수 있다는 시나리오를 낸 바 있다. 이에 비해 우리나라 감축목표는 2030년까지 2017년대비 24.4% 감축에 그친다. 향후 국가적·국민적 대응을 통해 2050년 탄소중립을 실현할 수 있을지 귀추가 주목된다.
