건축/환경에너지

Nikkei Architecture_2023.5.25 (p30-33)

콘크리트 GX
탈탄소 시대의 복권을 위해 개발 경쟁 가속

이산화탄소(CO₂)의 배출량을 줄이기 위해 급속하게 가속되고 있는 콘크리트 GX(Green Transformation). 탄소중립 실현을 위해 CO₂ 흡수형 콘크리트 등이 잇따라 등장, 건축물에 활용하는 사례도 나오기 시작했다.

제조 시의 배출량을 줄일 뿐만 아니라 실질적으로 제로 이하로 만드는 탄소 마이너스를 실현하는 것까지. 정부의 규제개혁추진회의 워킹그룹도 주목하고 있는 기대 영역이다. ‘콘크리트 GX’로 무엇이 바뀔까? 보급을 위한 과제는? 선진기업의 대응을 보고하면서 동시에 전문가의 전망을 들어보자.

Part 1. 가속되는 콘크리트 혁명
세계 첫 ‘카본 콘크리트’ 건축, 독일 드레스덴공과대학에서 탄생

일본보다 탄소중립이 앞서고 있는 유럽. 독일에서 건축분야 혁명이 일어났다. 철근을 탄소섬유로 대체한 ‘카본 콘크리트’ 건축이 세계 최초로 실현. 탈탄소 시대에 탄생한 새로운 건축 실력을 파헤쳐보자.

일본에서 대략 9000km. 독일 동부에 위치한 드레스덴공과대학 내에 2층 건물 'CUBE'가 탄생했다. 콘크리트 배근을 탄소섬유로 대체한, 세계 최초의 ‘카본 콘크리트’ 건축이다.

높이 7m, 총 길이 24.1m, 연면적은 243㎡이다. 실험실과 사무실, 회의실 등으로 사용하고 있다. 독일을 거점으로 하는 건축설계사무소 HENN이 설계를 맡았다.

이 시설은 독일 교육연구부가 자금을 지원하는 연구 프로젝트 ‘C3(Carbon Concrete Composite)’의 성과를 대외적으로 보여주는 것이다. C3가 연구를 거듭해온 카본 콘크리트 건축의 가능성을 실물로 보여줬다.

건물은 크게 두 가지 요소로 구성된다. 하나는 천장과 벽을 겸하는 비틀린 콘크리트 쉘(shell). 남북으로 뻗은 2장의 쉘을 점대칭으로 배치해 공간을 덮었다. 쉘은 현장에서 짠 형틀 위에 숏크리트(Shotcrete)로 시공. 탄소섬유로 보강하였다.

다른 하나는 건물 내부에 배치한 콘크리트 상자. 2층 구조물로 벽 두께는 27cm. 공장 제작한 두께 4cm의 카본 콘크리트 패널을 안쪽과 바깥쪽에 1장씩 배치하고 사이에 단열재 등을 끼웠다.

HENN은 디자인의 의도를 이렇게 설명한다. “천장과 벽을 매끄럽게 융합함으로써 탄소섬유가 가진 유동적이고 직물 같은 성질을 표현했다. 천장과 벽은 더 이상 별개의 요소가 아니다. 건축의 구성 요소를 근본적으로 재검토해 미래의 건축 형태를 생각했다”.

-- CO₂ 배출량을 반감시킬 수 있다 --
디자인성은 카본 콘크리트 건축이 갖는 특징 중 하나다. 하지만 최대의 강점은 탄소섬유의 높은 강도로 인해 CO₂의 배출량을 삭감할 수 있는 것이다.

HENN은 “카본 콘크리트 건축은 철근 콘크리트 건축에 비해 최대 중량을 4분의 1로 줄이고, 강도를 4배로 할 수 있다”라고 말한다. C3에 따르면 철근 콘크리트 건축을 카본 콘크리트 건축으로 대체함으로써 사용 재료는 최대 80%, CO₂ 배출량은 50% 줄일 수 있다.

콘크리트의 중성화가 약점이 되지 않는 것도 카본 콘크리트 건축의 장점이다. 특히 빠르게 기술개발이 진행되는 탈탄소 콘크리트는 CO₂를 흡수/고정하는 기술이기 때문에 콘크리트가 알칼리성을 잃는 점을 과제로 보는 목소리가 많다. 철근을 녹슬지 않는 탄소섬유로 대체하는 이 구조 형식은 탈탄소 콘크리트의 약점에 대한 하나의 답이 된다.

C3는 탄소섬유의 원료인 카본 제조 방법을 재검토하는 연구를 진행하고 있다. 현재 카본은 석유정제나 금속 정련의 부산물로 얻을 수 있는 오일이나 가스를 고온가스 속에서 불완전 연소시켜 만드는 것이 일반적이다. 일본 환경성에 따르면 세계 탄소 생산량의 약 95%가 이 방법으로 제조되고 있다.

C3는 앞으로 수목의 주요 성분인 ‘리그닌(Lignin)’으로 만드는 카본을 활용하기로 했다. 리그닌은 종이의 원료인 펄프를 제조하는 과정에서 생기는 재료다. ‘탈화석 연료’로 새로운 그린화를 목표로 한다.

● 해설
재료 개발/계획의 ‘총력전’, 콘크리트의 ‘탈탄소’ 여정

제조법 상 고공 행진하는 콘크리트의 CO₂ 배출량. 정부 목표인 ‘2050년 탄소중립’은 재료 개발만으로는 달성할 수 없다. 재료 효율이 높은 설계, 장기 이용을 전망한 계획 등이 필수가 된다.

Part 2. 선진 업체들의 재료 개발
그 이름은 ‘CO2-SUICOM’, 브랜딩에 나서는 가시마

세계적인 수요를 위해 콘크리트 탈탄소화의 기술개발 레이스는 이미 시작되었다. 건설기업 가시마는 자체 개발한 ‘카본 네거티브 콘크리트’를 중심으로, 차세대 수요를 개척하기 위해 지명도를 높이려 하고 있다.

● 기술 동향
콘크리트에 탄소를 흡수, 저탄소형을 구현하다

콘크리트의 주요 재료인 시멘트는 제조 과정에서 원료에서 CO₂를 배출한다. 거기에 다시 탄소를 되돌리는 것이 저탄소 콘크리트다. 제조 때 발생하는 탄소보다 많은 탄소를 흡수하면 탈탄소 소재로 전환한다.

● 기술 동향
신 콘크리트 속속 등장, 지오폴리머 구현, 혼화재의 다양화도 진전

목재를 탄화시킨 ‘바이오탄(Biochar)’을 혼화하여 콘크리트 내부에 탄소를 고정한다. 시미즈건설이 2022년에 발표한 기술이다.

Part 3. 시작된 구조/시공 혁신
화제의 3D프린터 무근 건축, 오바야시구미 '3dpod' 드디어 완성

복잡한 조형도 자유자재로 할 수 있고, 각종 공정은 물론 재료 사용량도 줄일 수 있는 건설 3D 프린터. 오바야시구미가 자사 부지에 짓고 있던 건물이 드디어 완공되었다. 옥상에 사람도 올라갈 수 있는 '무근 구조'의 '3dpod'다.

● 기술 동향
콘크리트 GX 경쟁, 3D 프린터가 주전장으로

3D 프린터를 사용해 CO₂ 배출량을 줄이려는 것은 오바야시구미만이 아니다.

Part 4. 남는 콘크리트 제로 대작전
오사카 간사이 엑스포가 타깃, 앱으로 레미콘 낭비를 줄여라

건설현장에서 레미콘이 남으면 그 자체로 CO₂의 배출량은 늘어난다. 남는 콘크리트나 반품되는 콘크리트의 삭감을 목표로, 타설 수량의 산출 효율을 높이는 앱 개발이 가속화되고 있다. 타깃은 2025년에 열리는 오사카 간사이 엑스포다.

● 인터뷰(1) 노구치 타카후미 씨(도쿄대학 교수)
‘콘크리트의 개념은 바뀐다’, 탈탄소 평가 JASS5 재개정

가속화되고 있는 콘크리트의 기술 개발. 이 분야의 일인자인 도쿄대학 대학원의 노구치(野口) 교수는 개정된 지 얼마 안 된 JASS5(건축공사 표준사양서의 철근 콘크리트 공사)가 벌써 재개정될 가능성이 있다고 말한다.

Part 5. ‘역전’ 콘크리트
자가 치유 콘크리트로 큰 공간 건설, 후쿠시마현 나미에마치에 첨단 개발 시설

후쿠시마현 나미에마치에 차세대 콘크리트의 첨단 개발 시설이 탄생한다. ‘콘크리트 벤처’인 아이자와 고압 콘크리트(홋카이도)가 건설하고 있는 ‘나미에 RDM 센터’다. 자가 치유 콘크리트로 큰 공간을 만들었다.

● 인터뷰 (2) 아이자와 요시히로 씨(아이자와 고압 콘크리트 사장)
“디지털과의 곱셈이 관건이다”, 콘크리트를 ‘NFT화’하는 이유

아이자와 고압 콘크리트는 6월 말부터 암호자산에 사용되는 디지털 기술을 사용한 제조증명서를 발행하기 시작한다. 콘크리트와는 거리가 먼 것처럼 보이는 이 대응의 진의를 아이자와(會澤) 사장에게 물었다.

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