순환경제 기반 탄소중립 건축센터(C·CNB)는 과학기술정보통신부 기초연구사업인 선도연구센터(ERC-공학분야) 프로그램에 선정돼 설립됐다. 총 7년간 135억여원을 지원받아 1단계(1~4차년), 2단계(5~7차년)으로 2030년까지 진행된다. 센터는 건축물의 전생애주기(생산-사용‧유지관리-해체‧폐기-재사용)에 순환경제개념을 적용해 건축분야 탄소중립 실현을 목표로 한다. 문진우 C·CNB 센터장(중앙대학교 교수)을 만나 C·CNB 목표·비전과 향후 계획에 대해 들었다.

연구단은 5개 정부기관, 14개 국내·외 대학 및 연구소, 7개 협·학회, 23개 기업이 참여하는 협력체로 구성되며 세 개의 전문 연구그룹으로 나뉜다. 각 연구그룹은 건축분야에서 탄소중립 실현을 위한 포괄적이고 혁신적인 접근을 제시한다.

먼저 1그룹은 건물생산, 사용 및 유지관리 단계에서 탄소중립을 달성하기 위해 건물 계획, 환경모델링, 프로슈머 설비시스템 및 제어기술, 그린리모델링(GR)기술 등을 개발한다. 2그룹은 건물 내재적 탄소배출을 저감하기 위해 무기계 건설폐기물 재자원화, 산업부산물 기반 무시멘트 바인더 합성 및 재자원화 기술, 순환형 건축구조기술, 건설시공 탄소배출 자동화관리기술 등을 개발하며 3그룹은 개발된 기술의 효율적 적용을 위한 운영기술과 탄소중립 평가를 위한 인증제도, 보상 및 관리체계, 통합운영플랫폼 개발을 통한 사업화를 진행한다.

해외 주요국들의 ‘2050 저탄소 발전전략(LEDs)’ 수립과 EU의 ‘탄소국경세 도입’ 등 지속가능한 발전에 대한 요구가 나날이 커지고 있다. 최근 언론이나 미디어에서는 탄소중립, 녹색경제, RE100 등과 같은 용어들이 많이 언급되고 있다.

우리나라도 대통령직속 2050 탄소중립 녹색성장 위원회에서 탄소중립 달성을 위한 3대 정책방향, 4개 전략, 12대 과제, 100대 핵심기술을 선정했으며 국정비전으로 ‘탄소중립 실현으로 지속가능한 미래‘를 언급하는 등 깊은 관심을 보이고 있다.

이러한 상황에서 C·CNB가 공학연구센터 프로그램에 선정됐다는 것은 우리나라도 글로벌 기조에 발맞춰 탄소중립 및 녹색성장 실현을 위한 발판을 마련하겠다는 의미로 해석된다. 연구단은 특별하고 소중한 연구기회를 통해 향후 7년간 심도 있는 연구를 진행하며 건축분야에서 학술적, 산업적, 그리고 경제적인 측면에 긍정적인 영향을 미칠 수 있도록 노력할 것이다.

건축물 생산-사용‧유지관리-해체‧폐기-재사용 전 단계에서의 순환적 탄소중립은 매우 이상적이고 중요한 목표다. 그러나 현재까지는 이를 실현하기에는 정책의 부재, 인식의 차이, 기술적 한계 등 많은 장애물들이 존재한다.

C·CNB는 이러한 장애물 해결을 위해 개발된 기술들을 실제 건축물 생산‧시공‧운영‧폐기 과정에 적용해 상용화 및 사업화를 위한 협력을 강화하며 교육 및 교육자들의 지식과 능력을 향상시키는 산·학·연 협력 네트워킹 구축을 진행할 것이다.

또한 연구지원 종료 후 개발된 기술들을 중심으로 구상된 사업화모델을 통해 수익창출이 가능한 센터자립화를 도모할 것이다.

실제로 산업현장에 적용될 수 있는 탄소중립 평가체계 및 인증제도 보급과 인력양성을 위한 교육이 예정돼 있으며 탄소저감량에 따른 인센티브 제공과 거래권과 같은 보상체계와 탄소중립건물 구현에 대해 솔루션이 가능한 통합운영플랫폼 구축이 당장 예정돼 있다.

이를 통해 C·CNB가 가지는 환경적 가치와 경제적 이점은 공기업, 기업, 개인들이 접근성을 높이며 적극적인 참여를 독려할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

C·CNB의 연구 및 사업화 계획은 ESG경영과 깊게 연계돼 지속가능한 경영을 추구하기 위한 다양한 노력을 포함하고 있다. ’건물 전생애주기에 걸쳐 발생하는 탄소배출을 최소화해 탄소중립을 실현‘이라는 센터 최종목표 아래 개발되는 기술들과 성과들은 기업이 사회적가치 창출과 환경보호를 중요시하는 ESG경영 측면 방침을 유지하고 추구하는 데 큰 도움을 줄 것이다.

특히 2023년 6월 국제회계기준(IFRS; International Financial Reporting Standards) 산하 국제지속가능성기준위원회(ISSB; International Sustainability Standards Board)에서 탄소배출량 스코프(Scope) 1~3을 모두 공시할 것을 확정했다.

이는 우리 C·CNB가 개발할 기술들과 제안할 탄소중립의 방향에도 매우 중요한 의미가 있다. 개발되는 기술은 건물환경 예측 및 설비 최적제어기술을 통한 건물에너지효율 향상과 GR 의사결정 도구를 통한 기존건물 성능개선, 산업폐기물 재자원화 및 자재관리 가이드라인 제공, 실시간 저탄소 시공자동화 관리, 블록체인 기반 보상시스템, 탄소배출권 거래시스템 등 통해 건물 전생애주기에 걸친 직‧간접적 탄소배출 저감이 가능하다.

즉 개발되는 기술들은 스코프1~3를 전반적으로 만족시킬 수 있을 것이다. 또한 추후에는 C·CNB 협력기업·기관들의 스코프 공시에 우리 기술들이 기여할 수 있도록 논의를 이어나갈 것이다.

다른 측면으로는 환경‧사회‧거버넌스에서도 ESG경영과의 연관성 및 연계계획을 찾아볼 수 있다. 환경 관점에서는 건물 생애주기의 탄소배출 최소화는 기업이 환경적 책임을 다하는 것으로 해석될 수 있으며 지속가능한 환경을 유지하는데 기여할 수 있다.

또한 사회적으로는 탄소배출량에 따른 블록체인 기반 인센티브 제공 등 보상체계 구축을 통해 사회적 가치창출과 기업의 적극적 참여를 유도할 수 있다.

이와 함께 거버넌스 관점에서는 통합운영플랫폼 개발과 기준정보 제공을 통해 기업내부 투명성과 책임성을 강화하고 보다 효과적인 경영 및 의사결정을 가능케 한다는 측면에서 연계된다.

그간 실내환경 및 재실자 활동 등 다양한 변수에 따른 지능형 HVAC 제어모델을 개발했으며 이를 토대로 에너지사용을 최적화하는 연구를 주로 수행해왔다. 이러한 기술적 배경과 경험은 연구단을 구성하게 된 주요계기 중 하나다.

전 세계적으로 탈탄소에 대한 요구가 증가하는 가운데 센터장으로서 가진 전문지식과 경험들은 연구단 공동목표인 ’건물부문 탄소중립 실현‘에 확실히 기여할 것이다. 우선 다양한 건물시스템에 적용할 수 있는 지능형 최적제어기술 개발과 에너지 및 재실자 쾌적함을 동시에 만족할 수 있는 솔루션 제공이 가능하다. 이는 건물운영 효율성을 높이며 에너지소비를 최적화해 탄소중립을 실현하는 데 도움이 될 것이다.

또한 기존에 수행해오던 연구를 통해 확보된 AI모델을 다양한 건물유형과 환경에 맞게 개선해 보다 폭넓은 적용범위와 빠른 효과를 달성할 수 있다. 1그룹에서 도출되는 결과물은 건축산업 지속가능성을 증진시키며 탄소중립을 향한 글로벌 노력에 기여할 것이다.

건물부문은 전 세계 탄소배출의 상당한 부분을 차지하고 있으며 이를 줄이는 것은 기후변화 대응 및 탄소중립을 위한 중요한 과제다. 1그룹은 이러한 글로벌 이슈를 해결하기 위해 총 5개의 건물탄소중립 계획 및 환경기술을 개발해 건물 전생애주기를 아우르는 탄소중립을 실현하고자 한다.

전주기 탄소중립 건축환경계획 기술은 탄소중립 달성을 위해 온실가스 직접배출, 에너지사용에 따른 간접배출, 그리고 기타 간접배출을 포함하는 종합적 온실가스 배출평가가 요구되는 상황에서 반드시 필요한 기술이다.

전주기 관점에서의 탄소중립을 달성할 수 있도록 건물계획단계에서부터 전주기적 성능평가를 실시해야 한다. 전주기 중 탄소배출에 대한 영향력이 높은 운용단계에서 재실자에 의한 에너지소비와 건물노후화에 따른 에너지성능 저하 등을 고려한 탄소중립 에너지성능 기준, 운영 가이드라인 등 건축분야의 탄소중립 계획 모델을 제안할 것이다.

또한 블록규모 에너지 및 환경모델링 기술도 개발한다. 탄소중립 확장을 위해서는 블록규모에 대한 건물에너지 분석과 효율향상기술 개발이 필요하다. 이를 위해 도시 미기후, 열섬현상 및 블록규모 건물에너지분석을 통한 도시 내·외부 공간의 종합적 에너지저감대책 마련돼야 하므로 전이학습 알고리즘과 블록규모 건물에너지 모델에 기반한 도시열섬효과 예측모델, 중규모 기상연동 미기후모델을 개발한다.

이와 함께 에너지 프로슈머기술도 중요한 과제다. 신재생에너지의 적극적 활용 및 핵심기술들과의 연계를 위해서는 네트워크 구성과 활용방안 도출이 필수적이다. 분산형에너지 생산설비시스템은 수요처에 근접해 에너지효율이 높다는 장점이 있으며 이를 신재생에너지와 유기적으로 결합하기 위해 분산형 네트워크 운영플랫폼 적용이 필요하다.

이를 위해 냉난방용 에너지공급 최적분담 및 운영과 탄소중립 실현을 위해 에너지 프로슈머 설비기술을 제안하고자 한다. 또한 냉난방설비 에너지소비량 및 신재생에너지시스템 생산량 예측모델 개발과 에너지프로슈머 개념을 탑재한 분산형 네트워크기술을 개발해 에너지 및 비용절감데이터를 구축할 것이다.

지능형 건물환경 예측 및 설비 최적제어 기술도 연구내용에 포함된다. 탄소중립 실현을 위해서는 건물 최적운영이 필수적이다. 이에 따라 기존건물 설비의 개별적 운영이 아닌 쾌적한 실내환경 제공과 최적 에너지운용을 동시에 실현하는 재실자 중심의 통합제어 적용이 필요한 실정이다.

이를 위해 건물유지·관리 단계에서의 에너지절감 및 탄소중립 실현이 가능한 지능형건물 환경예측 및 최적제어기술을 제안하고자 한다. AI 기반 지능형 실시간 재실자·실내환경·에너지 예측모델 및 제어알고리즘을 개발하며 CPS(가상물리시스템) 플랫폼으로의 적용을 통해 최적의시스템 운영 및 실내환경을 제공한다.

또한 GR기술을 개발할 계획이다. 기존 GR은 단열재, 설비교체 등에 집중돼왔다. 이에 따라 순환경제 개념을 GR에 적용하기 위해서는 건물 구성요소별로 업사이클이 가능한 적용기술을 도출하며 설계단계부터 이를 쉽게 적용할 수 있도록 하는 의사결정 도구 및 가이드라인 개발이 필요하다. 탄소중립 실현을 위해 기존 건물에너지 및 실내환경 성능개선 시 적용가능한 GR 핵심기술과 효과를 사전에 검토할 수 있는 의사결정 모델을 제안하며 GR 전 과정 운영 및 유지관리 가이드라인을 제공할 것이다.

1그룹은 7년간 전주기 탄소중립 건축환경계획기술, 블록규모 건물에너지환경 모델링기술, 에너지 프로슈머 기반 분산형 네트워킹플랫폼, 재실자 중심 지능형건물환경 최적제어전략, GR 기술개발 등이 최종목표다. 이를 위해 연구는 크게 두 단계로 구성돼 개발이 진행된다.

먼저 1단계인 1~4차년은 핵심기술을 개발하며 성능을 확인하는 단계로 재실자에 의한 에너지소비행태 분석을 통한 전 주기 탄소중립모델, 도시열섬 교화예측모델, 중규모 기상연동 미기후모델, 냉난방설비 에너지소비 및 신재생생산량 예측모델, 에너지프로슈머 기반 분산형네트워크 설계‧운영기법, 열‧공기환경 예측모델, 통합 최적제어 알고리즘, GR 의사결정 도구 등이 개발된다.

2단계인 5~7차년은 개발된 기술들을 통합 후 실증‧운영을 통해 고도화하는 단계다. 결과물로는 탄소중립 건물계획 및 운영가이드라인, 블록단위 건물에너지모델, 도시 미기후연계 건물에너지모델, 에너지 및 비용절감효과 분석기술, CPS 통합 환경제어 플랫폼, GR운영 및 유지관리 방안 등이 개발·도출된다.

1그룹이 진행하는 연구내용은 건물 전생애주기 중 생산, 사용, 유지관리, 재사용에 걸쳐 탄소배출을 최소화하는 것을 목표로 하고 있다. 이는 전체 사업단의 지속가능한 건축환경 조성과 탄소중립 목표달성에 있어 핵심적인 역할을 수행한다. 연구는 건물사용 중 발생하는 탄소배출을 줄이는 구체적인 기술과 방안을 개발함으로써 사업단의 광범위한 지속가능성 목표에 직접적으로 기여하게 된다.

특히 개발되는 기술들은 특정한 건물유형과 환경설정에 구애받지 않고 적용될 수 있으며 이는 건축분야뿐만 아니라 사회전반에 긍정적인 영향을 미칠 수 있는 기술로 발전할 잠재력을 지닌다. 이에 더해 사업단 내에서 수행되는 다른 연구결과를 통합하며 이를 실제환경에 적용할 수 있는 실질적 방안을 모색하는 데 중요한 기여를 할 것으로 기대한다.

결론적으로 이는 사업단의 목표를 달성하며 지속가능한 미래를 향한 우리의 공통된 비전을 실현하는 데 중요한 발걸음이 될 것이다.