본 연구에서는 사용단계와 재활용단계에서 다양한 노출조건을 갖는 전단벽시스템의 아파트와 라멘시스템의 사무소 건축물에서 콘크리트 탄산화에 의한 $CO_2$ 포집량 평가에 대한 사례연구를 수행하였다. 콘크리트 탄산화에 의한 $CO_2$ 포집평가는 Yang 등에 의해 제시된 절차를 따랐다. 사례연구에서 필요한 입력정보들(기후환경, $CO_2$ 농도, 생애주기 원단위 데이터베이스, 구조물 기대수명 및 재활용 시나리오)은 2012년 한국의 실제 측정값을 이용하였다. 콘크리트 생산단계에서 배출되는 $CO_2$양과의 비교로부터 구조물의 내구년한 동안 $CO_2$ 포집량은 배출양의 5.5~5.7%로, 재활용기간 동안 $CO_2$ 포집량은 배출양의 10.5~12%로 평가되었다. 결국, 콘크리트 탄산화에 의한 $CO_2$ 포집량은 콘크리트 생산에 의한 $CO_2$ 배출양의 15.5~17%수준으로서, 이는 재료단계의 시멘트로부터 배출되는 $CO_2$ 배출양의 약 18~21%수준이다.
본 연구에서는 사용단계와 재활용단계에서 다양한 노출조건을 갖는 전단벽시스템의 아파트와 라멘시스템의 사무소 건축물에서 콘크리트 탄산화에 의한 $CO_2$ 포집량 평가에 대한 사례연구를 수행하였다. 콘크리트 탄산화에 의한 $CO_2$ 포집평가는 Yang 등에 의해 제시된 절차를 따랐다. 사례연구에서 필요한 입력정보들(기후환경, $CO_2$ 농도, 생애주기 원단위 데이터베이스, 구조물 기대수명 및 재활용 시나리오)은 2012년 한국의 실제 측정값을 이용하였다. 콘크리트 생산단계에서 배출되는 $CO_2$양과의 비교로부터 구조물의 내구년한 동안 $CO_2$ 포집량은 배출양의 5.5~5.7%로, 재활용기간 동안 $CO_2$ 포집량은 배출양의 10.5~12%로 평가되었다. 결국, 콘크리트 탄산화에 의한 $CO_2$ 포집량은 콘크리트 생산에 의한 $CO_2$ 배출양의 15.5~17%수준으로서, 이는 재료단계의 시멘트로부터 배출되는 $CO_2$ 배출양의 약 18~21%수준이다.
The present study assessed the amount of $CO_2$ uptake owing to concrete carbonation through a case study for an apartment building with a principal wall system and an office building with Rahmen system under different exposed environments during use phase and recycling application. The <...
The present study assessed the amount of $CO_2$ uptake owing to concrete carbonation through a case study for an apartment building with a principal wall system and an office building with Rahmen system under different exposed environments during use phase and recycling application. The $CO_2$ uptake assessment owing to concrete carbonation followed the procedure established by Yang et al. As input data necessary for the case study, actual surveys conducted in 2012 in Korea, which included data about the climate environments, $CO_2$ concentration, lifecycle inventory database, life expectancy of structures, and recycling activity scenario, were used. From the comparisons with the $CO_2$ emissions from concrete production, the $CO_2$ uptake during the lifetime of structures was estimated to be 5.5~5.7% and that during recycling activity after demolition was 10~12%; as a result, the amount of $CO_2$ uptake owing to concrete carbonation can be estimated to be 15.5~17% of the $CO_2$ emissions from concrete production, which roughly corresponds to 18-21% of the $CO_2$emissions from cement production as well.
The present study assessed the amount of $CO_2$ uptake owing to concrete carbonation through a case study for an apartment building with a principal wall system and an office building with Rahmen system under different exposed environments during use phase and recycling application. The $CO_2$ uptake assessment owing to concrete carbonation followed the procedure established by Yang et al. As input data necessary for the case study, actual surveys conducted in 2012 in Korea, which included data about the climate environments, $CO_2$ concentration, lifecycle inventory database, life expectancy of structures, and recycling activity scenario, were used. From the comparisons with the $CO_2$ emissions from concrete production, the $CO_2$ uptake during the lifetime of structures was estimated to be 5.5~5.7% and that during recycling activity after demolition was 10~12%; as a result, the amount of $CO_2$ uptake owing to concrete carbonation can be estimated to be 15.5~17% of the $CO_2$ emissions from concrete production, which roughly corresponds to 18-21% of the $CO_2$emissions from cement production as well.
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문제 정의
본 연구에서는 콘크리트 구조물인 아파트 및 사무소 건축물에서 내구년한(40년) 및 재활용 기간(60년) 동안 탄산화에 의한 CO2 포집량을 평가하였다. 기후와 CO2포함한 환경조건, 생애주기 원단위 및 콘크리트의 재활용 상세는 2012년도 한국의 데이터를 기준으로 하였다.
가설 설정
콘크리트 생산단계에서 CO2 배출에 대한 시스템 경계는 요람에서부터 시공 전단계로서 다음 요소들을 포함한다; 1) 요람에서부터 출구까지 주어진 콘크리트를 구성하는 각 재료들의 구입; 2) 각 구성재료들의 레미콘 공장까지의 운송; 3) 레미콘 공장에서의 배합; 4) 생산된 콘크리트의 현장까지의 운송. CO2 농도는 실외의 대기에서는 380 ppm을, 실내환경에서는 2,000ppm을 가정하였다. 콘크리트구조물의 기대수명은 40년을, 그리고 재활용 기간은 60년을 가정하였다.
7m와 828m2이다; 3) 콘크리트 압축강도는 지하부재에서는 27MPa이며, 지상부재에서는 24MPa이다; 4) 외부마감은 알루미늄 커튼월 시스템으로서 모든 부재의 면은 실내 환경하에서 페인트 마감되었다. 아파트 및 사무소 건축물의 욕실 또는 화장실은 타일마감으로 가정하였다.
2012년 한국에서 철거된 콘크리트의 재활용 상세를 Table 3에 나타내었다. 콘크리트 구조물의 철거 후 순환골재로 재활용되는 경우 탄산화 기간은 2개월로 가정하였다.
CO2 농도는 실외의 대기에서는 380 ppm을, 실내환경에서는 2,000ppm을 가정하였다. 콘크리트구조물의 기대수명은 40년을, 그리고 재활용 기간은 60년을 가정하였다.
제안 방법
이 제시한 탄산화 및 그에 따른 CO2 포집량에 대한 평가모델에 기반하여 전단벽 시스템의 공동주택과 라멘 시스템의 사무실 건축물을 대상으로 CO2 포집량의 평가에 대한 사례를 분석하였다.
한국에서 건설된 아파트와 사무소건축물을 대상으로 콘크리트 생산단계에서의 CO2 배출량 및 콘크리트 탄산화에 의한 CO2 포집량을 비교･평가하였다. 환경조건(평균기온 15℃, 평균 상대습도 66%, CO2농도), 생애주기 원단위 및 콘크리트의 재활용 상세(Table 3)는 2012년도 한국의 데이터를 기준으로 하였다.
대상 데이터
포집량을 평가하였다. 기후와 CO2포함한 환경조건, 생애주기 원단위 및 콘크리트의 재활용 상세는 2012년도 한국의 데이터를 기준으로 하였다. CO2포집에 대한 사례연구로부터 다음과 같은 결론을 얻었다.
이 제시한 탄산화 및 그에 따른 CO2 포집량에 대한 평가모델에 기반하여 전단벽 시스템의 공동주택과 라멘 시스템의 사무실 건축물을 대상으로 CO2 포집량의 평가에 대한 사례를 분석하였다. 사례연구에서 이용된 기본 데이터(기후환경, CO2농도, 생애주기 원단위, 구조물 기대수명 및 재활용 사나리오 등)는 2012년 한국에서의 측정값을 적용하였다.
포집량을 비교･평가하였다. 환경조건(평균기온 15℃, 평균 상대습도 66%, CO2농도), 생애주기 원단위 및 콘크리트의 재활용 상세(Table 3)는 2012년도 한국의 데이터를 기준으로 하였다. 콘크리트 생산단계에서 CO2 배출에 대한 시스템 경계는 요람에서부터 시공 전단계로서 다음 요소들을 포함한다; 1) 요람에서부터 출구까지 주어진 콘크리트를 구성하는 각 재료들의 구입; 2) 각 구성재료들의 레미콘 공장까지의 운송; 3) 레미콘 공장에서의 배합; 4) 생산된 콘크리트의 현장까지의 운송.
성능/효과
1. 콘크리트 구조물의 사용 중 CO2 포집량은 주로 CO2 확산계수와 시멘트 페이스트의 CO2 흡수용량에 의해 결정되었다. 반면 콘크리트 구조물의 철거 후 재활용 단계에서 CO2 포집량은 각 재활용분야에서 콘크리트 덩어리 또는 순환골재의 표면적에 의해 가장 큰 영향을 받았다.
2. 건축물의 내구년한 동안 콘크리트 탄산화에 의한 CO2 포집량은 콘크리트 생산단계에서 배출한 CO2 양의 약 5.5~6.0% 수준으로 평가될 수 있었다.
3. 순환골재로부터 포집되는 CO2양은 짧은 탄산화 기간 및 부착된 페이스트의 얇은 두께로 인해 무시할만큼 작았다. 재활용 시나리오들 중에서 CO2 포집량에 대한 기여도는 보조기층 활용과 성토순이었다.
사무소 건축물의 상세는 다음과 같다; 1) 기둥-보 구조인 라멘 시스템으로서 기초, 지하2층과 지상 10층으로 구성되었다; 2) 기준층의 높이와 바닥면적은 각각 3.7m와 828m2이다; 3) 콘크리트 압축강도는 지하부재에서는 27MPa이며, 지상부재에서는 24MPa이다; 4) 외부마감은 알루미늄 커튼월 시스템으로서 모든 부재의 면은 실내 환경하에서 페인트 마감되었다. 아파트 및 사무소 건축물의 욕실 또는 화장실은 타일마감으로 가정하였다.
4. 아파트와 사무소 건축물의 철거후 재활용 단계 동안 포집된 CO2 양은 콘크리트 생산단계에서 배출된 CO2 양 대비 각각 10.2%와 11.5%수준이었다.
5. 콘크리트 건축물의 사용 및 재활용 단계에서 탄산화에 의한 CO2 포집량은 콘크리트 생산단계에서 배출한 CO2양의 15.5~17% 수준이며, 이는 대략 시멘트로부터 배출되는 CO2양의 약 18~21% 수준이다.
따라서 본 사례연구로부터 콘크리트 건축물의 사용 및 재활용 단계에서 탄산화에 의한 CO2 포집량은 콘크리트 생산단계에서 배출한 CO2 양의 15.5~17% 수준이며, 이는 대략 시멘트로부터 배출되는 CO2양의 약 18~21% 수준으로 있음을 알 수 있다.
압축강도가 24MPa와 27MPa인 콘크리트의 1m3 생산에서 배출된 CO2양은 각각 326kg과 372kg이었으며, 이들 값에 대한 시멘트의 기여분은 각각 86.5%와 83.4%이었다.
Yang et al.은 파쇄된 콘크리트 덩어리들을 무더기로 쌓은 후 탄산화 촉진실험을 하였고, 그 결과 무더기 속의 중심부 콘크리트와 외부 콘크리트의 탄산화 속도는 거의 비슷하게 진행됨을 보였다. 따라서 콘크리트 부재의 파쇄 후 재활용 단계에서 탄산화 가능 표면적(Asf-re)은 다음 식에 의해 산정될 수 있다.
한편, 땅속에서의 CO2 농도는 유기물질들의 부패로 인해 지표면으로부터 그 깊이가 증가할수록 증가한다. 한국에서 측정된 땅속의 CO2 농도는 그 깊이가 50mm, 100mm, 200mm에서 지표면 대비 각각 9%, 18%, 27% 증가하였다. 따라서 구조물의 사용 중 흙과 접하는 부재의 표면 및 땅속으로 재활용되는 콘크리트 덩어리들의 표면에서 탄산화 깊이의 산정을 위해서는 감소된 CO2 확산계수와 증가된 CO2 농도를 고려해야만 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
콘크리트의 전과정 CO2 평가는 어떻게 이루어지는가?
최근 환경영향 평가관점에서 콘크리트의 전과정(lifecycle) CO2 평가에 대한 요구가 증가하고 있다(ISO 14040 2006). 콘크리트의 전과정 CO2 평가는 일반적으로 구성 재료를 포함한 생산단계, 운송단계, 구조물 사용단계, 해체단계 및 재활용 단계를 포함한다. 콘크리트의 생산단계에서 CO2 발생량의 약 85%가 보통 포틀랜드시멘트(ordinary portland cement, OPC)에 기인함이 지적됨(Yang et al.
콘크리트의 재활용이 합리적인 CO2 포집량을 평가하는 데 있어 중요한 이유는 무엇인가?
콘크리트 구조물의 사용 중 CO2 포집량은 주로 CO2 확산계수와 시멘트 페이스트의 CO2 흡수용량에 의해 결정된다. 콘크리트 구조물의 철거 후 재활용 단계에서 CO2 포집량은 각 재활용분야에서 콘크리트 덩어리 또는 순환골재의 표면적에 의해 가장 큰 영향을 받는다. 따라서 콘크리트의 재활용에 대한 상세한 정보는 합리적인 CO2 포집량을 평가하기 위해 매우 중요하다.
콘크리트에서 CO2 확산속도는 무엇의 영향을 받는가?
콘크리트에서 CO2 확산속도는 재료특성(물-시멘트비, 시멘트 수화도, 공극크기 분포와 포화도) 뿐만 아니라 콘크리트의 노출조건(상대습도, 온도, 콘크리트 표면 마감상태)에 의해서도 영향을 받는다. 이를 고려하여 Yang et al.
참고문헌 (10)
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ISO 14040. (2006). Environmental management-lifecycle assessment-principles and framework. International Organization for Standardization, 2nd Ed., Switzerland.
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Yang, K.H., Seo, E.A., and Tae, S.H. (2013 a). Evaluation of $CO_2$ uptake of concrete owing to carbonation, Cement and Concrete Research, Under Review for Publication.
Yang, K.H., Song, J.K., and Song, K.I. (2013 b). Assessment of $CO_2$ reduction of alkali-activated concrete. Journal of Cleaner Production, 39(1), 265-272.
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