01콘크리트의 전과정 평가(LCA) 기술 동향

Current Status of Life Cycle Assessment (LCA) for Concrete

SPEC

IAL A

RTIC

LES

1. 서언

콘크리트는우리나라에서국민1인당매년2.5m3를사용한다고생각할수있을만

큼건설구조물을건설하기위해사용되는가장경제적이고실용적인건설재료중하

나이다.반면에콘크리트는건설구조물을구성하는건설재료중생산단계의CO2배

출량이가장높은건설재료이기도하다.일반적으로1m3의콘크리트를생산할때발

생되는CO2상당량(이하CO2eq,CarbonDioxideEquivalent)은346kg-CO2eq(한국

환경산업기술원탄소배출계수기준)이며,이를국내콘크리트의연간생산량에단순

히대입하더라도매년국가의총온실가스배출량의약7%를차지하는4,547만톤의

CO2eq가콘크리트의생산단계에서직·간접적으로발생된다고추산될수있다.이에

콘크리트산업에서는콘크리트의생산단계에서발생되는CO2배출량을절감하기위

해콘크리트의제조과정에서투입되는시멘트를대신하여에코시멘트를사용하거나,

시멘트의배합량중상당부분을산업부산물로치환하는탄소저감형콘크리트를개발

및실용화하고있다.

한편,최근연구결과에의하면콘크리트는건설구조물을구성하는건설재료중CO2

배출량에기인한지구온난화뿐만아니라자원사용,오존층영향,산성화,부영양화,광

화학적산화물생성등다양한지구환경변화를야기하는건설재료라고평가되고있

다.따라서앞으로지속가능한건설구조물의건설과더나아가지속가능한건설산업

을실현하기위해서는CO2배출량을포함하여다양한환경영향을저감하는환경부하

저감형콘크리트의개발이요구되며,이들의종합적인환경성능을정량적으로평가하

고,그평가결과에기초하여콘크리트의환경성능을효율적으로개선하는연구도반

드시병행되어야한다.

본고에서는콘크리트의생산단계에서발생가능한잠재적인CO2배출량과다양

한환경영향을정량적으로평가하기위한방법인전과정평가(이하LCA,LifeCycle

Assessment)기법과함께콘크리트의LCA에관한연구동향을소개하고자한다.

노승준 Seung-Jun Roh한양대학교건설구조물내구성혁신연구센터박사후연구원

E-mail : sjroh@outlook.com

태성호 Sung-Ho Tae한양대학교ERICA캠퍼스건축학부부교수

E-mail : jnb55@hanyang.ac.kr

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제11권 제4호 2016. 12 27

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2. 전과정 평가(Life Cycle Assessment) 기법

LCA는<그림1>과같이제품서비스의원료취득,제

조,수송및분배,재활용및폐기물처리등제품서비스

의전과정단계동안에투입되는자원및에너지와배출

되는오염물질을정량적으로목록화하고,이들이지구환

경에미치는잠재적인환경영향(지구온난화,자원사용,

오존층영향,산성화,부영양화,광화학적산화물생성등)

을평가하는기법이다.

LCA기법은1969년코카콜라사의음료용기에대

한전과정환경분석에서처음적용되었고,1991년국제

환경독성화학회(SETAC)의“ATechnicalFramework

forLifeCycleAssessment”와1992년Heijungs의

“EnvironmentalLifeCycleAssessmentofProducts:

GuideandBackground”를통해그개념이체계적으로

정의되었다.그후,LCA기법은ISO/TC207/SC5에서

주관하는국제표준인ISO14040시리즈를통해그평가

방법과세부적인내용이구체화되었고,국제적으로다양

한산업분야에서LCA기법을연구하고있다.

LCA기법의수행절차는목적및범위정의,전과정목록

분석(이하LCI,LifeCycleInventoryAnalysis),전과정

영향평가(이하LCIA,LifeCycleImpactAssessment),

전과정해석의4가지단계로구성되며,각단계는서로유

기적인상호보완관계를갖는다.즉,목적및범위정의

단계에서는연구의목적과대상시스템의범위를정의한

다.특히,LCA의수행이유,의도된이용분야,연구대상

제품시스템의기능,시스템경계,기능단위,할당절차,

데이터요구사항,가정및제한등을명확하게나타내야

한다.LCI단계에서는목적및범위정의단계에서설정된

제품시스템에대한자료수집과계산절차를통해제품

시스템에서발생하는환경영향물질의종류를도출하고

투입물과산출물의양을정량화한다.본단계에서는공정

흐름도작성,데이터수집,데이터계산의과정이수행된

다.LCIA단계에서는LCI단계에서수집한환경영향물질

을중심으로제품시스템에대한잠재적인환경영향을평

가한다.이는환경영향물질이야기하는환경영향범주로

취합하는분류화,분류된항목들이환경영향범주에미치

는영향을정량화하고이를기준물질로환산하는특성화,

환경영향범주간상대적인우위를결정하는가중화의3단

계로구성된다.전과정해석단계에서는LCI단계와LCIA

단계로부터도출된평가결과를분석하며,LCA에대한최

종결론과환경영향을저감하기위한개선방안을도출한

다.또한,환경영향에대한주요인자의규명과연구결과

에대한신뢰성평가등이진행될수있다.

3. 콘크리트 LCA 연구동향

국제적으로콘크리트의LCA와관련된연구는대부분

그림 1. LCA 개념

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2000년대중반을기점으로시작되었다.콘크리트의LCA

연구초기에는주로원재료생산단계의CO2배출량만을

단순하게평가하였지만,최근에는콘크리트의요구강도

와환경영향저감을고려한배합설계최적화기술개발,

순환골재및산업부산물을이용한콘크리트의LCA,콘크

리트의탄산화에따른CO2저감성능분석,탄소저감형

콘크리트를적용한콘크리트구조물의CO2배출량평가

등다양한연구가수행되고있다.

이중콘크리트의LCA기법에집중된연구도현재까

지그평가대상과평가범위를확장하고,콘크리트전용의

LCA기술을개발하는방향으로연구가수행되고있다.

그림2는콘크리트LCA연구동향을나타낸다.

3.1 평가대상 확대

최근일부연구자를중심으로LCA기법을이용하여콘

크리트의생산단계에서발생되는CO2배출량뿐만아니

라다양한환경영향을정량적으로평가하고,이들의환경

성능을개선하고자하는연구가시작되고있다.<그림3>

과같이콘크리트는건설구조물을구성하는건설재료중

CO2배출량에기인한지구온난화뿐만아니라자원사용,

오존층영향,산성화,부영양화,광화학적산화물생성등

다양한지구환경변화를야기하는주요건설재료로평가

되기때문이다.여기서오존층영향은1989년발효된몬

트리올의정서에의해염화불화탄소(CFCs)의생산과사

용이규제되고있는주요환경영향이며,산성화도인체

건강에악영향을미치는대기환경관리대상물질(SO2,

NOx등)에의한주요환경영향이다.이외부영양화는

녹조현상,광화학적산화물생성은스모그현상등을야기

하는주된환경영향으로언급되고있다.

한편,LCA기법을이용하여콘크리트의다양한환경영

향을평가하기위해서는콘크리트의생산단계에서투입

되는개별원재료와세부공정별활동에따라환경영향을

목록화한전과정목록데이터(이하LCIDB,LifeCycle

InventoryDatabase)가반드시필요하다.이러한이유

로인해최근에는콘크리트의혼화재로투입되는고로슬

래그미분말,플라이애시,실리카퓸과같은산업부산물과

순환골재,인공경량골재,고성능AE감수제등콘크리트

를구성하는원재료를중심으로한LCIDB구축연구가

수행되고있다.

3.2 평가범위 확대

콘크리트의LCA에관한연구초기단계에서는주로원

재료생산단계만을평가범위로고려하고,콘크리트의배

합설계정보와CO2배출원단위(CO2EmissionFactor)만

을이용하는단순한방식의LCA가수행되었다.하지만,

최근에는콘크리트도타제품의LCA연구등과같이원

재료생산단계뿐만아니라원재료운송단계와제조단계까

지를평가범위로포함하는CradletoGate방식의LCA로

평가범위가확대되고있다<그림4참고>.

그림 3. 공동주택에 투입되는 건설재료에 따른 환경영향범주별 기여도

콘크리트철근단열재콘크리트벽돌유리석고보드기타

환경부하비

율(%)

지구온난화 자원사용 오존층영향 산성화 부영양화 광화학적산화물

100%

80%

60%

40%

20%

0%

78.10% 68.80% 95.57% 58.44% 57.51% 90.35%

그림 2. 콘크리트 LCA 연구동향

z-축 : 평가기술

전용프로그램

x-축 : 평가대상 y-축 : 평가범위

다양한환경영향 콘크리트생산단계

원재료생산단계CO2배출량

일반프로그램

기존 연구영역

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이렇게콘크리트의LCA범위가확대됨에따라그간

의전통LCA학문에서매우중요하게다뤄졌으나,비교

적복잡한내용들로인해과거콘크리트LCA연구에서는

대부분고려하지않거나단순한방법으로가정하였던제

외기준(Cut-offCriteria)과할당(Allocation)등에대한

세부적인체계를정립하는연구가수행중이다.또한,콘

크리트를구성하는원재료를레미콘사업장까지운송하

는방법과거리를추정하는시나리오구축과레미콘사업

장에서콘크리트를제조하기위해투입되는에너지원과

제조과정에서발생되는폐기물등을LCA관점에서분석

하는연구도함께수행되고있다.

3.3 평가기술 개발

콘크리트의LCA는다양한데이터의수집과복잡한계

산과정이수반되는비교적까다로운작업이다.따라서콘

크리트의LCA를보다효율적으로수행하기위해서는콘

크리트전용의LCA를지원하는평가기술이요구된다.

즉,과거콘크리트의LCA연구에서는타분야의LCA연

구와같이모든제품및서비스를대상으로한LCA프로

그램인환경부의TOTAL및COOL,산업통상자원부의

PASS,독일의GaBi,네덜란드의SimaPro등을사용하

였다.하지만이들은단위공정별로물질의흐름에기반한

공정도를작성해야하고세부적인할당조건등을직접

설정해야하는LCA전문가중심의프로그램일뿐만아니

라콘크리트의LCA를수행하기위한세부적인LCIDB

가부족하여그활용도가제한적이었다.

이에2010년부터콘크리트전용의LCA프로그램을

개발하는연구가수행되고있다.이러한콘크리트전용

의LCA프로그램은콘크리트의배합비를입력하는단순

한형태의Excel기반의프로그램에서,현재는배쳐플랜

트의연간콘크리트생산량과설비의특성등을반영할

수있는Web기반의프로그램개발연구로발전하고있

다.실예로최근국내에서연구된STEP-C(Sustainable

TotalEvaluationProgramforConcrete)는콘크리트

(a)프로젝트관리화면

(b)평가결과(일부)

그림 5. STEP-C

그림 4. 콘크리트 LCA 범위

원재료생산단계 시멘트

전기

등유

경유

용수

LNG

잔골재 혼화재 혼화제

대기배출물

수계배출물

폐기물

혼합수 굵은골재

육로수송철도수송원재료

운송단계

지구온난화 산성화 부영양화 오존층영향 자원소모 광화학적

산화물생성

제조단계

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전용의Web기반LCA프로그램으로서,콘크리트의배

합정보를이용하는간이평가와배쳐플랜트의총원재료

및에너지소비량을이용하는상세평가로구성되며,콘크

리트의원재료생산및운송,제조과정에서배출되는오

염물질이야기하는6가지의잠재적인환경영향과이로

인한환경오염을다시복구하기위한환경비용을정량적

으로평가하고있다<그림5참고>.

4. 결언

이상으로콘크리트의LCA에관한연구동향에대해살

펴보았다.지난10여년간콘크리트의LCA연구는원재

료생산단계만을고려한단순CO2배출량평가에서콘크

리트의생산단계전반에대한다양한환경영향평가연구

로발전하였고,콘크리트전용의LCA기술이개발되는

등매우진취적인성과를이끌었다.하지만앞으로콘크

리트의LCA연구분야가더욱전문적인학문분야로발전

하고사회에기여하기위해서는콘크리트LCA방법의표

준화연구,혼화제및시멘트슬러지등에대한LCIDB

구축연구,콘크리트LCA상용화기술개발연구,콘크

리트LCA인증제도연구등이추가적으로필요할것으로

판단되며,무엇보다콘크리트관련연구자들의지속적인

관심과연구가이뤄져야할것으로사료된다.

담당 편집위원 :이건철(한국교통대학교)

참고문헌

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