지난 10월 31일부터 11월 13일까지 영국 글래스고에서는 제26차 유엔 기후변화협약 당 사국 총회(이하 COP26)가 열렸다. 이번 COP26에서는 지구의 평균 기온 상승폭을 1.5℃
이내로 제한하는 목표와 그 중간 이행경로인 2030년 온실가스 감축목표(Nationally Determined Contribution: NDC)의 상향이 핵심의제로 다루어졌다. 국제사회에서는 지구온난화가 한순간에 극적으로 변화하는 순간이 발생하는 임계점을 지구 온도 1.5℃
상승 시점이라고 보고, 그 임계점에 도달하면 기후 시스템은 회복 불가능한 상태에 이르 게 될 것으로 전망하고 있다. 이러한 전망의 배경을 과학자들은 산업혁명 이후 인구의 폭발적인 증가와 함께 인류의 인위적인 탄소배출이 기하급수적으로 늘어난 것에 기인한 다고 보고 있다.
전 세계 인류의 절반 이상이 거주하는 도시에서는 탄소를 배출하는 주요 배출원이 시 스템으로 구성되어 있다. 도시건축물에서는 냉난방을 포함한 생활을 영위하기 위해 에 너지를 사용하며, 도시에는 에너지 수요에 대응하고자 에너지 공급 시스템이 잘 구축되 어 있다. 또한 도시 안팎으로 인구의 이동과 물량수송을 위한 교통 시스템이 체계적으로 구축되어 있고, 인구가 증가하는 만큼 도시 내에서 발생하는 폐기물의 양도 증가하므로 자원을 처리하는 시스템도 마련되어 있다. 문제는 이 시스템들이 유기적으로 연결되어 도시의 성장을 가속화하고 시민들에게 편리성을 가져다주지만, 이 과정에서 탄소를 비 롯한 오염물질을 배출하게 된다는 것이다.
도시에서 탄소를 감축하기 위해서는 바로 에너지와 자원으로 연결된 시스템을 친환경 적으로 전환하여 온실가스 배출을 줄이는 것이 핵심이다. 하지만 이 시스템들은 우리가 영위해오던 삶의 방식과 밀접하게 연결되어 있다. 따라서 도시의 탄소중립 달성은 기술 적으로 매우 혁신적인 대안이 나타나지 않는다면, 관련 시스템이 전환되면서 여태껏 지 내왔던 도시 삶의 방식에 변화를 요구하게 될 것이다.
기후위기와
탄소중립도시의 과제 1)
신동원 한국환경연구원 탄소중립연구실장, 연구위원 ([email protected])
1) 이 글은 한국환경연구원에서 엮은 ‘신동원 외. 2021. 대한민국 탄소중립 2050’의 내용에 기초하여 작성되었음
기후위기와 탄소중립
special issue
도시는 탄소를 배출하여 기후 변화에 많은 영향을 주기도 하지만, 기후 변화로 인해 각종 영향과 피해를 받기도 한다. 기후 변화는 극한 홍수, 폭염, 가뭄, 태풍 등과 같이 기후재난의 횟수와 강도를 높이고, 도시에 있는 건물과 도로, 각종 인프라에 피해를 준다. 밀집하여 생활하는 특성으로 인명 피해도 크고, 시설물에 대한 직접 피해와 복 구 등으로 경제적 손실도 클 수 있다. 최근 발표된 IPCC 6차 보고서에서는 기후 변화 의 속도가 예상보다 더 빠르며, 2050년에 지구 온도가 2℃만 증가하더라도 폭염의 발 생빈도가 산업화 이전 대비 약 14배나 증가한다고 전망하였다. 따라서 탄소중립도시 는 탄소를 감축하고 흡수하는 것뿐만 아니라 기후 변화로 인한 피해를 줄이는 것도 함 께 고려되어야 한다.
유엔환경계획(UNEP 2020)에 따르면, 2019년 기준 전 세계 온실가스 배출량의 약 38%
가 건축물에서 배출되고 있다고 한다. 에너지 사용에 의한 배출이 약 28%, 그리고 건축 자재를 만들고 건물을 짓고 해체하는 건설산업을 통한 배출이 약 10% 정도 차지한다.
우리나라의 건축물 에너지 사용에 따른 연간 이산화탄소 배출량은 2017년 기준 연간 약 1억 5500만t(CO2eq)으로, 온실가스 총 배출량의 약 21% 수준을 차지한다.
국가 전체에서는 산업배출 기여도가 높지만, 도시에서는 건축물의 온실가스 배출 비중이 상대적으로 높게 나타난다. EU 전체의 온실가스 배출량 중 약 36%는 건축물 의 에너지 사용에 의한 배출로, 대도시가 많은 곳일수록 그 비중이 높다(European Commission 2021). 서울시의 경우는 2018년 기준 약 69%의 온실가스가 건물 부문에서 배출되고, 수송과 폐기물에서 각각 약 19%와 약 6% 정도 배출되고 있다(서울시 기후환 경본부 2021). 도시지역의 인구 비율이 대부분을 차지하는 우리나라의 경우에도 탄소중 립을 위해서는 건축물의 온실가스 감축이 매우 중요할 수 있음을 시사한다.
그림 1 전 세계 및 우리나라 부문별 탄소배출 기여도
자료: 신동원 외 2021, 165.
교통 22%
건물 28%
건설산업 11%
기타 9%
산업 30%
비주거(간접) 8%
비주거(직접) 3%
주거(간접) 11%
주거(직접) 6%
전 세계 부문별 이산화탄소 배출 기여도
기타 12%
교통 13%
산업 49%
시멘트 5%
주거(직접)5%
건물 21%
주거(간접)6%
비주거(직접)2%
비주거(간접) 7.5%
우리나라 부문별 이산화탄소 배출 기여도
도시에서의 온실
가스 배출 현황
그림 2 2050 탄소중립 시나리오안
자료: 신동원 외 2021, 37.
배출 부문
흡수 및 제거 부문
A안 화력발전 전면 중단
B안 화력발전 중 LNG 일부 잔존 가정 전환
수송
수소
탈루 0
0 9
0.5 1.3
51.1 51.1
6.2 6.2
15.4 15.4
4.4 4.4
20.7
2.8 9.2
산업
건물
폐기 농축 수산
A안 도로 부문 전기·수소차 등으로 전면 전환 B안 도로 부문 내연기관차의 대체연료(e-fuel 등) 사용 가정
A안 국내 생산 수소 전량 수전해 수소(그린 수소)로 공급 B안 국내 생산 수소 일부 부생·추출 수소로 공급
철강 공정에서 수소 환원 제철방식 도입 및 화석 연·원료를 재생 연·원료로 전환
건축물 에너지 효율 향상
(제로에너지 건축물, 그린 리모델링 등)
이산화탄소 포집 및 저장·활용(CCUS)
이산화탄소 포집 및 저장·활용(CCUS) 기술 상용화
산림·해양·하천 등 흡수원 조성
포집탄소는 차량용 대체연료로 활용 가정 직접공기포집
(DAC) 흡수원
폐기물 감량
화학비료 저감, 영농법 개선,
저탄소·무탄소 어선 보급 등 온실가스 발생 최소화, 가축분뇨 자원순환 등
시나리오 간 내용 상이
시나리오 간 배출량 등
동일
-55.1 -84.6
-25.3 -25.3
-7.4 0
탄소중립의 방향
탄소중립(net-zero)이란 배출하는 탄소는 줄이고 흡수하는 탄소를 늘려 순배출을 제로 (0)로 만들겠다는 전략이다. 이 전략은 지구온난화를 늦추어 생태계를 보호하고 인류의 생존을 위해서도 중요하며, 기후 변화에 따른 피해 비용을 줄이기 위해서도 중요하다.특히, 최근에는 기후위기에 적극적으로 대응하여 녹색성장과 지속가능한 성장을 통해 미래 경제성장 동력을 찾고, 국민 삶의 질을 향상시키고자 한다. 따라서 탄소중립은 환 경, 경제, 사회, 국가전략과도 복잡하게 연계되어 있다.
탄소중립을 위해서는 배출되는 온실가스를 감축하는 것이 최우선이다. 온실가스의 감 축은 화석연료의 연소에서 발생하는 온실가스 배출량이 많은 만큼 에너지 수요관리와 에너지 전환이 핵심이다. 이에 탄소중립의 방향 역시 에너지 소비를 감축하고, 에너지 생산을 친환경적으로 전환하며, 나머지 배출량은 흡수·제거하는 전략으로 구성된다.
이를 위해서는 결과적으로 규제와 가격정책과 같은 수요관리정책을 통해 산업, 건물, 수
송 부문의 수요를 강화하여 관리되어야 할 것이다. 향후 에너지 공급 혹은 에너지 전환 부문에서는 탄소배출이 없는 신재생에너지의 보급과 확산이 가장 중요한 요소가 될 것 이다. 탄소의 흡수와 제거는 크게 자연을 활용한 해법과 기술적 방법을 통한 진행이 필 요하다.
최근 탄소중립위원회에서는 두 가지 안으로 구성된 ‘2050 탄소중립 시나리오안’이 심 의·의결되었다. 탄소중립 시나리오는 2050년 탄소중립을 달성하기 위해 부문별로 온실 가스 감축수단과 기술적 가능성을 고려한 이행 시점을 검토하여 다양한 경로를 보여주는 것이다. 여러 경로 중 탄소중립위원회에서 발표한 첫 번째 A안은 화석연료 발전, 전기수 소차 비율, 흡수전략, 수소공급방식에 따라 온실가스 배출을 최소화하도록 구성되어 있 다. 두 번째 B안은 온실가스 배출량이 A안보다는 많지만, 흡수기술을 보다 적극적으로 활용하여 탄소중립을 이행하도록 구성되어 있다. 2050 탄소중립 시나리오와 함께 2030 년에 국가 온실가스 감축 목표 상향안도 함께 발표되었는데, 감축 목표가 2018년 대비 40% 수준으로 감축하는 안이 발표되었다. 전환 부문과 폐기물, 수송 부문에서 상당한 감 축을 목표로 하고 있고, 산업 부문은 국내 특성상 약 14.5% 정도로 목표를 세웠다.
과거 우리나라 국토 및 환경계획에서는 도시의 개발 후 최적화된 환경관리가 중요시되 었으며, 온실가스는 ‘탄소관리 시범도시’ 수준으로 관리되었다. 이후 생태도시의 개념이 주목을 받으면서, 도시개발과 환경보전이 대립하며 둘 간의 무게중심을 찾아가는 개념 이 등장하였다. 최근의 탄소중립도시는 개념적으로 탄소라는 오염물질의 환경 용량을 기준으로 하는 ‘도시 시스템의 전환’이라는 의미를 가진다. 탄소중립도시는 기후위기 대 응을 위한 지속가능 경로를 기존의 경로로부터 전환하여 새롭게 구축하는 것이다. 좀 더 통합적이고, 사전예방적이며, 최적화보다는 미래지향적 혁신을 추구한다는 점이 기존 도시성장경로와의 차이점이다(한국환경연구원 2021).
도시는 공간적인 온실가스 배출원의 특징으로 인해 건물, 수송, 폐기물 부문 등의 부 문별 탄소중립과 연관성이 높다. 특히, 건물과 도로는 도시를 구성하는 인프라의 핵심 으로 도시의 탄소배출과 크게 연관되어 있다. 서울시에서는 에너지 사용으로 인한 탄소 배출이 전체 배출량의 91% 수준이며, 에너지 사용으로 인한 배출량 중 건물에서 68.8%, 수송에서 19.2%를 배출하고 있는 것으로 나타났다(서울시 2021). 또한 도시 내 온실가 스 감축을 위해서는 도시 시스템을 이용하는 시민의 역할이 중요하다.
건물 부문에서의 탄소중립은 크게 두 가지 방안으로 구분된다. 새로 짓는 건축물을 제로 에너지 건물과 같은 탄소중립 건축물로 건설하거나 기존 건축물의 에너지 사용 효율을 높이는 조치를 취하는 것이다.
제로에너지 건물은 주거용 건물과 비교하여 계절 변화에 따른 에너지 사용량이 적어 온실가스 감축 잠재량이 클 것으로 예상된다. 또한 에너지 사용량의 변동 폭도 작아 혹
도시 탄소중립의 방향과 과제
에너지 수요
감축과 에너지
효율화, 전력화
한과 폭염과 같은 극한 기후에 대한 기후탄력성이 대체적으로 클 것이라 예상된다. 냉난 방 에너지 수요에 대한 변동성이 줄어든다면 도시의 안정적인 에너지 수급에도 기여할 것이고, 주거용, 상업용 등 건축물의 일정 부문에서 계절에너지 사용 시 의미 있는 수준 으로 온실가스 감축이 가능할 것으로 내다본다.
신규 건축물은 전체 건물의 일부에만 해당되어 기존 건축물의 개선이 필수적이다.
2020년 기준 국토교통부의 건축물 현황통계에 따르면, 신축 건축물은 동수 기준으로는 약 17.2%, 연면적 기준으로는 약 25.3% 수준이다. 신축 건축물의 대부분이 재건축을 통 해 이루어지고 있어 건축물 면적의 총량은 증가하고 있고, 이는 에너지 사용 총량의 증 가로 연결될 수 있다. 추가로 노후 건축물에 거주하는 취약계층에 대한 기후위기 적응 차원에서도 노후 건축물을 개선하는 것이 중요하다. 끝으로, 건물은 2021년 현재 신규
그림 3 건축물의 탄소중립
자료: 신동원 외 2021, 174.
LNG/LPG/등유 보일러 태양열
지열/공기열 난방
냉방
급탕
환기
조명
전열
취사 전기 인덕션
가스레인지
전력망 형광등 고효율 조명 건물에너지 전력생산
관리 시스템 (BEMS)
화력발전소 재생에너지
기존 건축물 탄소중립 건축물
건축물이라 하더라도 2050년에는 30년 이상 된 노후 건축물이 되기 때문에 건물의 노후 화에도 대비하는 장기적인 유지관리계획이 필요하다. EU 국가들은 에너지 효율화 지침 (Energy Efficiency Directive: EED)에 따라 기존 건물의 리모델링을 촉진하고, 지속적 인 관리를 위한 장기전략을 수립하고 이행한다. 주거용 주택 등에 대해서는 보조금을 지 원하는 방안과 함께 융자지원이나 세제감면 등 다양한 재정 인센티브를 제공하고 있어, 국내에서도 에너지 효율화를 위한 일시적 정책에서 장기적이고 지속적인 정책으로 활용 을 검토할 필요가 있다.
도시에서 화석연료를 대체할 만한 재생가능한 열에너지원을 건물에 적용하는 것은 기 술적으로나 비용적으로 쉽지 않다. 또한, 재생가능한 열에너지원은 안정적으로 난방·
온수 등의 에너지 수요에 대응이 어렵다. 반면에 전기는 유연하고 안정적으로 건물에서 사용되는 난방을 대체할 수 있는 기술들을 확보하고 있다. 즉, 도시가스를 재생가능한 새로운 바이오 연료로 대체하는 것보다는 에너지 효율이 높은 전기 인덕션으로 교체하 는 것이 비용 합리적인 선택일 수 있다. 추가로 제로에너지 건축물에서의 전력화는 기존 설비 시스템을 더 단순화하여 건축 비용을 낮추는 데도 기여할 수 있다.
건물에서의 전력화는 건물의 재생에너지 전력공급을 통해 전력 수요를 줄이는 노력이 함께 고려되어야 한다. 예를 들어 전기 히트펌프(EHP)나 인덕션을 설치하면서 태양광 을 함께 설치하는 것이다. 건축물에서의 전력 수요를 감축하는 것은 송배전망 구축비용 이나 에너지 손실비용을 최소화한다는 점에서 중요하다. 다만, 밀집된 형태의 대도시에 서는 건물 단위의 에너지 자립보다는 다양한 에너지원을 활용한 지역, 지구 단위, 도시 차원의 에너지 자립과 수요관리로의 접근이 함께 고려되어야 할 것으로 보인다.
추가로, 기술적으로 에너지 효율을 향상하도록 하는 모니터링 방안을 강구할 필요가 있다. BEMS(Building Energy Management System)와 같이 건물의 에너지 수요를 모 니터링하고 최적화하여 건물에너지 사용량을 감축하거나, 도시 차원에서는 실시간 전력 요금제, 가상 발전소, 마이크로 그리드 같은 모니터링 기반 실시간 기술들을 활용하여 지역 단위 에너지 수급을 가능하게 하고 도시 내 에너지 비효율성을 감소시킬 수 있다.
이외에도 정보통신기술(ICT), 빅데이터 등을 활용하여 환경, 교통, 상하수도, 쓰레기 등 의 관련 인프라를 최적화한다면 에너지 사용을 줄일 수 있으므로, 다양한 도시 문제를 해결하기 위한 스마트 도시 기술들이 도입될 수 있을 것으로 보인다.
탄소중립도시는 수송 부문에서도 에너지의 수요를 줄이고 전환, 전력화를 통한 감축이 필요하다. 특히, 도로를 이용하는 내연기관 차량이 공간적으로 밀집되어 있다는 점에서 도시의 도로 수송체계를 대중교통화하여 교통량을 일차적으로 줄이고, 내연기관 중심에 서 무공해차로 전환하는 것이 핵심이다. 수송 부문의 환경정책은 온실가스 배출을 줄이 는 노력뿐 아니라 미세먼지 등 대기오염물질을 동시에 관리해야 한다는 점에서 도시민 의 건강관리 측면에서도 중요하다.
수송과 교통
시스템의 전환
더불어 수송 부문에서는 기존의 교통 시스템이 미래 모빌리티 시스템으로 변화하면서 온실가스 감축이 예상된다. 내연기관차의 판매 중지에서부터 지능형 교통 시스템(ITS) 과 자율주행차의 대중화, 기존 물류체계 전환과 공유차량 등 제도적으로 시스템 변화를 이끌어 낼 것으로 기대된다. 또한 미래형 모빌리티를 통해 탄소중립형 생활권을 설계하 는 것이 필요하다. 탄소중립형 생활권에서는 보행 및 자전거 이동을 활성화하도록 도시 를 설계하고, 전기나 수소차 관련 인프라가 확대되고 미래 모빌리티와 호환이 되도록 하 는 것이 중요하다.
또 다른 도시의 탄소중립은 순환경제를 통해 자원이 순환하고 탄소가 순환하게 하는 것 이다. 우리가 사용하는 대부분의 제품은 원자재의 채굴부터 대량생산, 소비 이후 폐기되 기까지의 과정에서 다량의 온실가스를 배출한다. 소비된 제품을 폐기하는 것이 아니라 재사용, 재제조, 재활용하여 자원의 순환성을 높인다면 자원의 소비가 줄어들어 온실가 스 배출이 줄어들 것이다. 순환경제는 소비된 자원이 생산단계에서 다시 투입되도록 하 여 자원의 가치가 지속되고 폐기물 발생이 최소화되기 때문에, 도시 내에서 소비되는 제품들이 순환되도록 하는 전략이 필요하다. 특히, 도시에서는 자원의 소비와 폐기물 발생 시점에서의 관리를 통해 생산자로 하여금 재사용 및 재활용하도록 해야 하며, 이 를 위한 인프라의 확장과 함께 도시 내외로 네트워크의 구축과 운용이 주요 과제가 될 것이다.
그림 4 순환경제의 개념
자료: 신동원 외 2021, 174.
도시에 순환경제 시스템의 도입
원자재
디자인
유통 재활용
순환경제
Circular Economy
공유, 재사용, 수리 수거
상품 재제조
이미 우리보다 앞서 2025년 탄소중립도시를 목표로 하고 있는 코펜하겐시의 경우, 2005년 대비 온실가스 배출을 42%나 줄였다. 상당한 비율의 재건축과 함께 55% 수준 의 에너지를 풍력발전을 통해 공급받고 있으며, 자전거 수송 부담률은 49%에 이른다 (CNCA 홈페이지). 그만큼 시민의 참여가 상당한 영향을 미친 것으로 보여진다. 도시에 서의 탄소중립은 기술의 발전만으로 이루기는 어렵다. 앞으로 신축 제로에너지 건물이 나 리모델링은 추가적으로 큰 비용이 요구될 것이며, 에너지 효율화 기기의 설치, 태양 광 등 건물에너지 발전기술을 적용하는 데에는 시민들의 수용 여부가 관건이 될 것이다.
적극적인 수요관리에 대한 시민들의 참여가 중요한데, 이때 불편함이 따를 수 있다.
그러나 탄소중립도시를 만들기 위해서는 시민들이 현실적인 에너지 공급과 수요가 변 화하면서 관련 이해관계가 조정되어야 한다는 것과 비용적 부담, 생활 속 불편함에 대해 서 인지하고 공감해야 한다. 그래야 분야별 대책을 수립한 이후 예산과 자원을 어디에 어떻게 사용할 것인지에 대해 시민들의 합의가 가능할 것이며, 이러한 합의를 통해서만 탄소중립도시가 가능할 것으로 보인다.
참고문헌
서울시. 2021. 2050 서울시 기후행동계획. http://ebook.seoul.go.kr/Viewer/69J1T6C2D9V3 (2021년 12월 10일 검색).
서울시 기후환경본부. 2021. 2050 온실가스 감축 추진계획. https://ms.smc.seoul.kr/attach/record/SEOUL/appendix/
a10/A0052499.pdf (2021년 12월 10일 검색).
신동원, 채여라, 이창훈, 이상훈, 정은미, 조지혜, 이항구 외. 2021. 대한민국 탄소중립 2050. 한국환경연구원 엮음.
서울: 크레파스북.
한국환경연구원. 2021. KEI 환경포럼: 뉴노멀 시대 대응을 위한 중장기 환경정책 방향, 11월 3일. 서울: 포스트타워, CNCA 홈페이지. https://carbonneutralcities.org/cities/copenhagen (2021년 9월 20일 검색).
European Commission. 2021. Making our homes and buildings fit for a greener future. https://ec.europa.eu/
commission/presscorner/detail/en/FS_21_3673 (2021년 9월 20일 검색).
UNEP(United Nations Environment Programme). 2020. 2020 Global Status Report for Buildings and Construction:
Towards a Zero-emission, Efficient and Resilient Buildings and Construction Sector. Nairobi: UNEP.
