철강 건물의 지속 가능성과 재활용 가능성: 친환경적인 선택

스틸의 재활용성과 순환 경제

건설 분야에서 스틸이 크래들 투 크래들 자재 순환을 지원하는 방식

친환경 건축 분야에서 철강이 특별한 이유는 무엇일까요? 바로 재활용을 반복하더라도 강도가 전혀 떨어지지 않는 그 능력 때문입니다. 콘크리트나 목재를 예로 들어보면, 이들은 재활용할 때마다 시간이 지남에 따라 품질이 저하되지만, 철강은 재활용 과정을 몇 번 거치든 상관없이 여전히 동일한 강도를 유지합니다. 세계 철강 협회(World Steel Association)의 자료에 따르면, 사용 수명이 다한 철강 제품 중 약 10개 중 8개는 재활용됩니다. 여기서 말하는 것은 실제 건물들, 오래된 오피스 빌딩이 철거된 후 그 안의 철골 구조물이 다른 곳에서 완전히 새로운 건물의 일부로 다시 태어나는 것을 의미합니다. 환경적 이점 또한 매우 큽니다. 재활용된 철강 1톤당 새로 채굴해야 하는 철광석의 양이 거의 62퍼센트 정도 줄어들기 때문에, 서식지 파괴와 수질 오염 같은 광산 개발로 인한 다양한 문제들을 감소시킬 수 있습니다.

신화 해체하기: 철강의 100% 재활용 가능성은 정말로 달성 가능한가?

어떤 재료도 100% 회수에 근접하지 못하지만, 강철은 분명히 이 부문에서 우위를 점하고 있습니다. 실제 상황에서 구조용 강철의 약 93~98%가 실제로 재활용됩니다. 금속 코팅이나 서로 다른 합금이 혼합되는 과정에서 일부 손실이 발생하지만, 현대의 정렬 기술은 매우 정교해져서 폐건물 해체 현장에서 발견되는 강철의 거의 전부(약 99.9%)를 회수할 수 있게 되었습니다. 더욱 흥미로운 점은 이러한 특성이 시간이 지나도 그대로 유지된다는 것입니다. 1960년대에 지어진 고층 건물의 강재 빔이라 하더라도 오늘날 용광로에서 막 생산된 새 강철만큼이나 효과적으로 재사용할 수 있습니다. 이러한 시대를 초월하는 특성 덕분에 강철은 다른 재료들에 비해 큰 이점을 갖습니다.

강철은 무한히 재활용할 수 있을까? 환경적 함의와 한계

강철 원자의 배열 방식 덕분에 품질 저하 없이 무한히 재사용할 수 있지만, 재활용이 환경 친화적인지 여부는 전력 공급원에 크게 좌우됩니다. 전기 아크 용해로를 재생 가능 에너지로 가동할 경우, 재활용하는 매 1톤당 단지 0.4톤의 CO₂만을 배출하며 오래된 철강 스크랩을 처리할 수 있습니다. 이는 기존의 고로 방식과 비교했을 때 약 4분의 3 정도 배출량이 적은 수준입니다. 그러나 여전히 세계 대부분 지역은 이러한 수준에 도달하지 못했습니다. 작년 Worldsteel 자료에 따르면, 이러한 친환경 전기 용해로는 전 세계 강철 생산량의 약 29%만을 차지하고 있습니다. 따라서 전기가 더 친환경적인 원천에서 공급되기 전까지는 강철 재활용의 완전한 환경적 잠재력은 여전히 활용되지 못하고 있는 실정입니다.

건축 분야 순환 경제 내에서 강철의 역할

MIT의 순환경제 전문가들이 최근 2023년에 발표한 연구에 따르면, 표준화된 설계 접근 방식은 상업용 철강 구조물에서 약 90%의 재료 재사용률을 실제로 달성할 수 있다. 비결은 구조 부품들 사이의 모듈식 연결 방식에 있는데, 이 방식을 통해 엔지니어들은 빔을 완전히 녹여버리는 대신 분해할 수 있게 되어, 원래 제조 과정에서 투입된 막대한 내재 에너지를 절약할 수 있다. 이러한 접근 방식에 '자재 여권(Material passports)'이라는 개념을 더하면, 어디에 어떤 종류의 철강이 사용되었는지를 정확히 추적할 수 있게 되고, 2040년 이전까지 매년 거의 5억 톤에 달하는 건설 폐기물을 줄일 수 있는 잠재력을 지닌다. 폐기물 더미가 아니라 재사용 가능한 부품들을 채취할 수 있는 보물 창고로 낡은 창고들을 해체하는 것을 상상해보라. 철강 건물들은 이제 단순히 자재를 소모하는 것이 아니라, 자재가 반복적으로 재사용되는 시스템을 만드는 방향으로 우리의 건축 관행이 어떻게 변화해야 하는지를 현실 세계에서 보여주는 사례가 되고 있다.

구조용 철강 재활용의 환경적 이점

재활용된 구조용 철강을 사용하면 현재 건설 산업이 직면한 주요 지속 가능성 문제를 해결할 수 있는 실질적인 환경적 이점을 제공한다. 여기서 철강의 순환적 특성이 두드러진다. 세계 철강 협회(World Steel Association)에 따르면, 건물의 수명이 다하면 약 85%의 구조용 철강이 재활용된다. 이를 통해 수많은 폐기물을 매립지로 가지 않도록 막을 수 있으며 에너지 소비도 줄일 수 있다. 폐철강을 재처리하는 데 드는 에너지는 원광석에서 처음부터 새로운 철강을 생산할 때보다 약 72% 적게 든다. 최근 제조업체들은 특정 유형의 보와 기둥에 최대 93%까지 재활용된 철강을 사용하고 있다. 이러한 방식이 가져오는 차이는 상당하다. 이러한 현대적 방법으로 생산되는 철강 1톤당 이전 생산 방식과 비교해 약 2톤의 CO₂ 배출량을 줄일 수 있다. 품질 저하 없이 운영 과정을 친환경적으로 전환하려는 기업들에게 이러한 감축 수치는 매우 중요한 의미를 갖는다.

시간이 지남에 따라 다양한 자재가 환경에 미치는 영향을 살펴보면, 재활용 소재로 제작된 철강 건물은 수명 주기 동안 일반 콘크리트 건물보다 약 40~50% 적은 배출량을 발생시킵니다. 그 이유는 무엇일까요? 철강은 강도나 품질을 잃지 않고 무한히 재활용할 수 있기 때문이며, 목재나 콘크리트는 이러한 특성을 가질 수 없습니다. 목재는 자연적인 한계가 있으며, 콘크리트는 시멘트 생산에 의존하는데 이 과정에서 막대한 양의 이산화탄소가 배출됩니다. 2023년의 최근 연구에 따르면, 철골 구조로 지어진 창고는 콘크리트로 지은 유사한 건물보다 운영상의 탄소 중립(net-zero carbon) 달성 시점이 약 17년 더 빠릅니다. 이렇게 생각해보면 매우 합리적인 결과입니다.

철강 건축 자재의 생애 주기 평가

철강 건설의 내재 탄소와 LCA: 지속 가능성 측정

수명 주기 평가(LCA)는 철강 구조물이 전체 수명 동안 환경에 미치는 피해가 얼마나 되는지를 추적하는 방법입니다. 이는 원자재 채굴부터 건물의 사용 수명이 끝난 후 재활용 여부와 관계없이 최종 처리 단계까지 모든 과정을 포함합니다. 핵심은 건물의 수명 주기 각 단계에서 배출되는 온실가스 전반을 의미하는 '내포 탄소(embodied carbon)'를 파악하는 것입니다. 최근 연구에 따르면, 2014년 Cabeza 등의 연구에서 밝힌 바와 같이, 전기 아크 용광로와 많은 양의 재활용 스크랩을 사용해 철강을 생산하면 기존 방식 대비 내포 탄소를 약 60~70%까지 줄일 수 있습니다. 더 최근에는 Engineering Structures에 게재된 한 연구에서 흥미로운 결과가 발표되었습니다. 바로 새로운 자재를 계속 사용하는 대신 철강 부품을 재사용하는 데 중점을 둘 경우, 수명 주기 배출량을 최대 52%까지 감축할 수 있다는 점입니다. 이는 환경뿐 아니라 경제성 측면에서도 효과적인 설계를 위해 LCA가 매우 중요하다는 것을 보여줍니다.

강철과 대체 재료 비교: 수명 주기 환경 성능

자원 고갈, 산성화, 부영양화, 지구 온난화, 오존층 파괴의 다섯 가지 환경 범주 전반에 걸쳐 평가할 때, 강철은 장기 내구성과 재활용 가능성 측면에서 콘크리트와 목재보다 우수하다. 예를 들어:

목재는 초기 배출량이 낮지만, 강철의 강도 대 중량 비율은 중층 건물에서 자재 사용량을 40% 감소시켜(Burchart-Korol, 2013) 반복적인 수명 주기 동안 탄소 발자국을 상쇄한다.

철거에서 재사용까지: 철골 건물의 수명 종료 후 재활용

철강은 폐기물이 되었을 때 약 98%가 회수되는 폐쇄 순환 시스템(closed loop system)을 통해 반복적으로 재활용될 수 있습니다. 이 과정에서 회수된 철강은 새로 제조된 철강과 동일한 수준의 구조적 성능을 제공합니다. 최근 개선된 분류 기술 덕분에 빔이나 기둥과 같은 대형 구조 부재는 항상 용해 과정을 거칠 필요가 없습니다. 작년에 부자투(Buzatu)와 동료들이 발표한 연구에 따르면, 이러한 방식으로 절약되는 매톤당 철강은 약 1.5톤의 탄소 배출량을 줄이는 효과를 가져옵니다. 지속 가능한 건축 방식을 추구하는 사람들에게는 도시 및 건설 회사들이 현재 목표로 삼고 있는 순환경제 달성 측면에서 철강 구조물이 매우 중요한 자산으로 부각되고 있습니다.

지속 가능한 건축 설계에서 재활용 철강의 통합

현대 건설은 점점 더 자재의 순환성을 중시하고 있으며, 구조용 철강은 반복적인 재사용이 가능한 고유한 특성으로 인해 이러한 변화를 주도하고 있습니다. 업계 선도 기업들은 이제 ASTM 성능 기준을 유지하면서도 자재 재사용에 대한 엄격한 LEED v4.1 기준을 충족하는, 90% 이상의 재활용 함량을 지닌 구조용 철강을 명시하고 있습니다.

구조용 철강의 재활용 함량: 산업 표준 및 평가 기준

철강 구조 산업에서는 크래들 투 크래들(Cradle to Cradle) 인증 프로그램과 우리가 자주 듣는 환경성적표지(EPD) 등의 덕분에 현재 재활용 소재를 얼마나 포함해야 하는지에 대한 표준 수준이 정해져 있습니다. 이러한 인증 시스템이 기본적으로 하는 일은 철강을 재활용할 때 여러 번 재사용된 후에도 여전히 구조적인 강도를 유지하는지를 보장하는 것입니다. 전 세계의 데이터를 살펴보면 요즘 대부분의 철골 보와 기둥은 실제로 85% 이상의 재활용 재료를 포함하고 있습니다. 흥미로운 점 하나 더: 새로 채굴한 원료 대신 재활용 철강 1톤을 사용하면 약 1.5톤의 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있다는 연구 결과가 있습니다. 건물에 사용되는 막대한 양의 철강을 고려할 때 이는 매우 큰 차이를 만듭니다.

상업용 프로젝트에서 고재활용 철강 사용을 극대화하기 위한 설계 전략

선진적인 건축가들은 재활용 철강 사용을 최적화하기 위해 세 가지 핵심 전략을 활용합니다.

• 모듈식 디자인 부품의 분리 가능성을 높여 향후 재사용을 가능하게 함
• 하이브리드 재료 사양 고재활용 강철과 저탄소 콘크리트 대체재의 결합
• 디지털 재료 여권 건축물 수명 주기 전반에 걸친 강철 성분 추적

이러한 접근 방식을 통합함으로써 세계 철강 협회는 상업용 프로젝트가 기존 방법과 비용 경쟁력을 유지하면서도 구현된 탄소량을 40~60% 감축할 수 있다고 보고하고 있다. 환경적·경제적 실현 가능성을 동시에 고려하는 이러한 접근은 재활용 강철을 차세대 지속 가능한 인프라의 핵심 요소로 자리매김하게 한다.

철강 산업의 탄소중립: 넷제로 미래를 향한 실행 방안

철강 산업의 넷제로 약속: 현재 진행 상황 및 목표

전 세계에서 생산되는 원료 철의 절반 이상이 현재 기업들의 순제로(net zero) 약속에 의해 관리되고 있으며, 전 세계 각국은 산업 부문에서 중기까지 탄소중립 상태를 달성하기 위해 노력하고 있다. 다양한 지역들이 이 과제에 대해 서로 다른 접근 방식을 취하고 있다. 유럽에서는 많은 철강업체들이 보다 깨끗한 생산 공정을 위해 수소 기술에 크게 주목하고 있다. 반면 미국 기업들은 주로 전기 아크 용해로(EAF)에 더 많이 의존하고 있으며, 작년 클린 에어 태스크 포스(Clean Air Task Force)가 발표한 연구에 따르면 기존의 고로보다 온실가스 배출을 58%에서 70% 사이 감축할 수 있다. 일부 선도적인 업계 그룹들은 용융 산화물 전해법(molten oxide electrolysis)과 같은 극단적으로 새로운 기술들을 시험하고 있다. 성공할 경우 이러한 혁신 기술은 1차 철강 제조 과정에서 거의 모든 이산화탄소 배출을 제거할 수 있지만, 현재의 기술적 한계와 비용 장벽으로 인해 널리 보급되기까지는 불확실성이 남아 있다.

철강 생산에서 온실가스 감축을 촉진하는 혁신과 정책

탈탄소화 노력은 세 가지 기술적 경로를 중심으로 진행되고 있다:

1. 수소 직접 환원 철광석(H2-DRI) – 철광석 처리 과정에서 코크스 석탄 대신 그린 수소 사용
2. 탄소 포집, 활용 및 저장 (CCUS) – 기존 공장의 배출량의 85~95%를 포집
3. 스크랩 기반 전기 아크 용광로(EAF) 최적화 – 철강 건물 및 인프라에서 재활용 성분의 비율 극대화

2023년 '지속 가능한 소재 및 기술(Sustainable Materials and Technologies)'에 발표된 연구에 따르면, 이러한 새로운 접근 방식은 2030년대 중반까지 철강 산업 전반의 배출량을 약 56퍼센트 감축할 수 있다. 이 과정을 가속화하기 위해 전 세계 정부들은 탄소 국경세를 도입하고 있으며, 청정 철강 이니셔티브에 약 750억 달러를 투자하고 있다. 예를 들어 유럽연합의 탄소국경조정제도(CBAM)는 이미 철강 수입국의 약 4분의 1이 제품 생산 방식을 더욱 친환경적으로 전환하는 방향으로 움직이게 만들었다. 흥미로운 점은 이러한 정책 변화들이 철강 구조물 자체에 대한 우리의 인식을 어떻게 바꾸고 있는가 하는 것이다. 단순히 건물을 지으는 데 그치지 않고, 철강 구조물은 일종의 탄소 저장 시설로 변모하고 있으며, 자재는 향후 건설 프로젝트에서 반복적으로 보존되고 재사용될 수 있게 되고 있다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

강철이 강도를 잃지 않고 재활용이 가능한 이유는 무엇인가?

강철은 고유의 원자 배열 덕분에 강도를 잃지 않고 무한히 재활용할 수 있어 여러 번의 재활용 과정에서도 구조적 완전성을 유지할 수 있습니다.

강철의 100%를 재활용할 수 있다는 것이 사실인가요?

어떤 물질이든 100% 회수는 현실적으로 어려우나, 강철은 실제 상황에서 약 93%에서 98%까지 재활용이 가능하여 대부분의 다른 소재보다 훨씬 높은 재활용률을 보입니다.

강철 재활용 공정은 이산화탄소 배출에 어떤 영향을 미칩니까?

재생 에너지로 가동되는 전기 아크 용광로에서 강철을 재활용하면 기존의 고로 방식과 비교해 약 4분의 3 정도의 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있어 CO2 배출을 크게 감축합니다.

강철 재활용이 환경에 미치는 영향은 무엇입니까?

강철을 재활용하면 철광석 채굴 필요성이 줄어들고, 에너지 소비를 72% 감소시키며 매립 폐기물을 줄여 환경 보존 노력에 크게 기여합니다.

재활용 강철의 사용을 극대화하는 건축 설계 전략은 무엇입니까?

전략에는 분해 및 향후 재사용을 위한 모듈식 설계, 하이브리드 재료 사양, 그리고 수명 주기 동안 강철 성분을 추적하기 위한 디지털 재료 여권이 포함된다.