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철골 구조의 재활용성 및 크래들-투-크래들 수명 주기
성능 저하 없이 거의 무한정 재활용 가능
강철 건물은 무수히 많은 번 반복 재활용된 후에도 강도를 유지합니다. 이는 다른 건축 자재 중 극소수만이 자랑할 수 있는 특성입니다. 이러한 가능성을 실현하는 이유는 무엇일까요? 강철을 용해시키면 그 분자 구조가 원래의 배열 상태로 거의 완전히 복원되기 때문입니다. 따라서 하중 지지 능력, 유연성, 부식 저항성 등 중요한 물리적 특성이 거의 동일하게 유지됩니다. 그래서 철거된 공장이나 다리에서 회수한 오래된 강재 보(beam)도 새로운 건설 프로젝트에 안전하게 재사용될 수 있습니다. 세계철강협회(World Steel Association)에 따르면, 전 세계에서 생산되는 강철의 약 85%가 매년 재활용되고 있으며, 이는 건설 분야에서 가장 흔히 재사용되는 자재임을 의미합니다. 강철 재활용은 철광석으로부터 새 강철을 처음부터 제조하는 것보다 약 75% 적은 에너지를 소비하므로, 탄소 배출량을 크게 줄이고 자연 자원을 절약할 수 있습니다. 또한 강철은 자성을 띠기 때문에 철거 현장에서 다른 폐기물과 비교적 쉽게 분리할 수 있어 매립 폐기물을 감소시키고, 자재가 매립지로 가지 않고 계속해서 재사용되는 ‘폐쇄형 순환 시스템(closed loop system)’ 구축을 돕습니다.
폐쇄 루프 재활용을 통해 진정한 크래들-투-크래들(Cradle-to-Cradle) 자재 흐름 실현
강철은 실제 폐쇄 루프 시스템에서 작동하며, 사용이 끝난 보(beam), 기둥(column), 골조(frame)를 용해시켜 재활용하여 새로운 구조 부재로 바로 재생산할 수 있다. 이때 강철의 등급을 낮출 필요가 없다. 이러한 자재의 지속적인 순환은 폐기물을 매립지로 보내는 것을 막아주며, 현재 많은 산업 분야에서 논의되고 있는 ‘태생에서 태생까지(cradle to cradle)’의 지속 가능성 개념과도 잘 부합한다. 지속가능강철협의회(Sustainable Steel Council)의 자료에 따르면, 2023년 기준으로 구조용 강철 전체의 약 98퍼센트가 최초 사용 수명 종료 후 다른 곳에서 재사용되고 있다. 또한 ‘디지털 자재 여권(digital material passport)’이라는 개념이 있는데, 이는 각 강철 부재에 사용된 정확한 성분과 정보를 그 전 생애 주기 내내 추적·관리함으로써, 향후 재활용 시 다양한 강철 종류를 보다 쉽게 분류할 수 있도록 지원한다. 이러한 추적 시스템을 표준 연결 방식 및 공사 현장에서의 폐기물 발생을 줄이는 정밀한 공장 가공 기술과 결합하면, 전체 공정은 신규 원자재에 대한 의존도를 계속해서 낮추는 방향으로 나아간다. 재활용 강철 1톤을 생산할 때마다, 철광석 약 1.5톤을 절약하고, 신규 강철을 처음부터 제조할 때보다 약 40퍼센트의 물 사용량을 감소시킬 수 있다.
강구조 및 감소된 내재 탄소량
전기용선로(EAF) 도입을 통한 1차 생산 배출량 감축
전기 아크 용선로(EAF)는 철광석을 정제하는 대신 재활용된 폐철을 용해시켜 구조용 강재에 최종적으로 배출되는 탄소량을 변화시키고 있다. 이러한 용선로는 전통적인 고로에 비해 상당한 에너지 절약 효과를 보인다. 2023년 글로벌 효율성 보고서에 따르면, 에너지 절감률은 약 56%에서 61% 사이이다. 또한, 일반적인 강철 제조 공정에서 발생하는 전체 이산화탄소(CO₂)의 약 70%를 차지하던 석탄 연소에 의한 직접 배출이 전혀 발생하지 않는다. 만약 이러한 전기 용선로가 친환경 전력원으로 운영된다면, 생산되는 강재 1톤당 배출되는 CO₂는 0.3톤 미만으로 줄어들어, 현재 산업 전반에서 관측되는 수치보다 훨씬 우수하다. 현대식 EAF는 또한 매우 정밀한 온도 제어 기능을 갖추고 있어 추가적인 에너지 절약을 실현하며, 건설 프로젝트용 저탄소 발자국 건축 자재로서 강재를 최적의 선택 중 하나로 만든다.
녹색 수소 시험 및 재활용 강철 생산에서 75% 에너지 절감
태양광을 이용한 전해수소 생산을 통해 친환경 수소를 제조하는 방식은 거의 배출이 없는 철강 재활용 분야에서 게임체인저로 떠오르고 있다. 재가열 및 환원 공정에서 천연가스를 이 깨끗한 대체 에너지로 전환할 경우, 지난해 『지속가능한 야금학(Sustainable Metallurgy)』에 발표된 연구에 따르면 공장의 에너지 비용이 73~77% 절감된다. 또한, 이제는 연료 연소로 인한 유해 배출물이 전혀 발생하지 않는다. 실증 테스트 결과, 적절한 분위기 조건 하에서 철강 제조 공정을 정확히 관리할 경우 수소는 소재의 중요한 물성 특성을 유지하는 데 매우 효과적이다. 예를 들어, 폐철금속으로 제조한 구조용 형강을 살펴보면, 기존 용광로는 철강 1톤 생산 시 약 35GJ의 에너지를 소비했으나, 새로운 수소 기반 시스템은 단지 8.9GJ만 필요로 한다. 이러한 획기적인 개선을 바탕으로, 재활용 철강은 단순히 환경 친화적인 소재를 넘어 장기적으로 대기 중 이산화탄소를 제거하는 구조물 건설을 위한 핵심 자재로 자리매김할 수도 있다.
프리패브릭레이션을 통한 철골 구조 폐기물 감소
기존 콘크리트 공사 대비 현장 폐기물 최대 90% 감소
건축연구소(BRE)의 2024년 자료에 따르면, 철강 프리패브 구조물은 일반 콘크리트 건물에 비해 공사 현장에서 약 90% 적은 폐기물을 발생시킨다. 이는 현재 업계 대부분이 달성하는 수준보다 훨씬 뛰어난 성과인데, 같은 해 발행된 『건설 폐기물 관리 보고서』에 따르면 여전히 약 30%의 건축 자재가 매립지로 유입되고 있다. 현장이 아닌 공장에서 제작할 경우, 비로 인한 자재 손상이나 작업자의 치수 오차 등에 대한 우려가 사라진다. 현장 절단도 불필요해지므로, 전통적인 시공 방식에서 흔히 발생하는 다양한 폐기물 문제를 크게 줄일 수 있다. 모든 부재는 공장 출하 전에 정확한 크기로 절단되고, 정확한 위치에 천공되며, 품질 검사를 완료한다. 따라서 조립 시 부재들이 설계대로 정확히 맞물리게 되어, 후속 조정이나 오류 수정이 훨씬 덜 필요하게 된다.
정밀 프리패브 제작 및 디지털 자재 추적성 확보를 통한 과다 주문 최소화
컴퓨터 지원 설계(CAD)가 RFID 태그와 결합되면 빔과 패널에 대한 실시간 추적 시스템을 구축할 수 있어, 제작 단계에서 현장 인도까지 전 과정을 관리할 수 있게 된다. 이는 기업이 특정 시점에 보유한 자재를 정확히 파악할 수 있음을 의미한다. 그 결과는? 조달이 각 프로젝트의 실제 필요량에 정확히 부합하므로 자금 낭비가 줄어든다. 또한 재고 관리 시스템 역시 실시간으로 작동하므로, 프로젝트 중간에 설계 변경이 발생하면 주문 내역이 자동으로 조정된다. 지난해 발행된 『건설 혁신 보고서(Construction Innovation Report)』에 따르면, 이러한 접근 방식은 불필요한 철강 구매를 약 17% 감소시킨다. 또 다른 장점은? 생산 후 남는 작은 규모의 폐기 금속 조각들이 매립지로 직행하지 않는다는 점이다. 대신 대부분의 공장에서는 이러한 폐자재를 자체 운영에 재활용하는 방안을 개발했으며, 이는 ‘순환 경제(circular economy)’ 개념을 반영한 것으로, 공장 외부로 폐기되는 자원이 거의 없도록 하는 것이다.
강구조물의 내구성 및 지속 가능한 자원 활용
강재 건물은 매우 오랜 기간 동안 사용할 수 있으며, 적절히 관리된다면 보통 50년 이상을 유지할 수 있으므로 자주 철거 후 재건축할 필요가 없습니다. 반면 콘크리트는 탄산화나 알칼리-실리카 반응과 같은 원인으로 시간이 지남에 따라 점차 열화됩니다. 강재는 이러한 환경적 요인과 마모에도 견디며, 필요 시 수리도 용이합니다. 강재의 또 다른 장점은 폐기 단계에서 나타납니다. 폐기된 강재 부품은 품질 저하 없이 새 건축물로 재활용됩니다. 이 재료는 사용 기간 동안만 유용한 것이 아니라, 퇴역 후에도 완전히 새로운 방식으로 계속해서 활용될 수 있습니다. 이러한 뛰어난 내구성과 완전한 재활용 가능성의 조합은 강재를 수십 년간 안정적으로 성능을 발휘해야 하는 구조물 건설을 위한 최고의 선택지 중 하나로 자리매김하게 합니다.