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RESEARCH

연구의 목표
본 연구의 목표는 콘크리트 생산부터 해체/폐기까지 전과정 동안 배출된 환경부하를 평가하고, 이를 저감할 수 있는 방법론 및 프로그램(CLAS: Concrete Life cycle Assessment System)의 개발이다. 또한, 앞으로 건설산업에서 사용될 콘크리트의 물량을 미리 파악하여 콘크리트 산업에서 발생될 환경부하를 예측할 수 있는 기법 및 시스템(Pre-CAST: Pre-Concrete Assessment System Team) 개발을 수행한다. 이를 통해 친환경 콘크리트의 개발 및 보급을 확산하여 향후 친환경 콘크리트 및 건설산업 실현에 기여하는 것을 최종목적으로 한다.
연구의 필요성
건설산업의 주요 건축자재 중 콘크리트는 생산부터 시공, 유지관리, 해체/폐기에 이르기까지 다량의 환경부하 물질을 배출하기에 전과정 관점의 환경부하 평가 및 저감, 예측기술 개발이 필요하다. 특히, 콘크리트의 구성재료인 시멘트를 생산시와 석회석과 점토의 채취 및 클링커 제조 시 다량의 에너지가 사용되며, 천연골재 채취로 인한 토양침식이나 생태계 파괴가 일어난다. 또한, 제조설비(batch plant)에서 사용된 유류 에너지로 인해 배출된 온실가스와 폐슬러지, 폐수는 대기 및 수계 생태계에 영향을 준다. 따라서 이러한 환경부하가 생태계에 미치는 영향을 정량적으로 평가하고 저감할 수 있는 기술의 개발이 요구된다.
콘크리트 LCA란?
콘크리트의 전과정 평가(Life Cycle Assessment)는 원자재 생산 및 원자재 운송, 콘크리트 제조, 콘크리트 시공, 콘크리트 유지관리, 콘크리트 해체/폐기단계와 같이 크게 6단계로 구분할 수 있으며, 각 단계별로 투입되는 물질 및 에너지사용량에 따른 환경부하 배출량을 정량적으로 평가하는 것을 의미한다.
연구영역
콘크리트 LCA 기술의 주요 연구내용은 콘크리트의 전과정(Cradle to Grave) 동안 배출된 환경부하를 평가하는 기술과 이를 저감할 수 있는 기술 개발이다. 또한, 개발된 환경부하 평가 및 저감기술을 이용하여 향후 콘크리트 산업의 환경부하 배출량을 예측할 수 있는 기술 개발을 수행한다.
콘크리트 전과정(LCA)환경부하 평가기술
콘크리트의 전과정(LCA) 환경부하 평가는 콘크리트 생산부터 해체/폐기 시 투입된 원료 물질 및 에너지 사용량에 의한 환경부하 배출량을 평가한다. 이를 위해 국제 ISO 14040series 기준을 준용하여 국내 실정에 맞는 콘크리트 LCA의 목적 및 범위정의(기능단위/시스템경계 설정), 목록분석, 영향평가에 관한 방법론을 제안하였으며, 이를 토대로 전과정 평가지침(PCR: Product Category Rules)을 개발하였다. 이와 같은 콘크리트 전과정 환경부하 평가 방법론 및 지침을 적용하여 콘크리트에 특화된 전과정 평가 시스템인 ‘CLAS 프로그램’을 개발하였다. 또한, 개발된 프로그램을 이용하면 콘크리트 전생애 주기동안 배출된 환경부하 물질이 생태계의 지구온난화 및 산성화, 부영양화 등의 범주에 미치는 영향정도를 평가할 수 있다.
콘크리트 전과정(LCA)환경부하 저감기술
콘크리트의 전과정(LCA) 환경부하 저감기술은 콘크리트의 전과정(LCA) 환경부하 저감을 위한 최적기법을 이용하여 탄소배출량이 저감된 콘크리트 배합설계를 도출하는 것이다. 최적기법 중에 하나인 유전자알고리즘(EA)를 이용하여 최소의 환경부하가 배출되도록 콘크리트 배합설계 시 최대의 혼화재가 혼입된다. 이를 통해 콘크리트를 배합하기 위한 W/B, 슬럼프, 공기량, 밀도 등과 같은 세부정보가 없이도 목표강도와 혼화재 종류, 혼화재 혼입율(%)의 입력만으로 최적 배합설계가 도출된다. 최적조달 알고리즘은 콘크리트 원재료를 레미콘 생산업체로 운송 시 환경부하 및 최소 COST로 만족하는 최적해를 효율적이고 정확하게 도출하는 것을 목적으로 한다. 각 원재료 생산업체의 자재생산 시 환경부하 배출량 원단위와 생산단가, 콘크리트 생산업체로의 운송거리를 삼각함수 기법을 적용하여 평가조건에 만족하는 최적조달업체를 도출한다. 각 업체간의 운송거리측정 프로세스는 하기 그림과 같이 두 개 지점의 위·경도 좌표로 사이 각(°)을 구한 후 구면의 반지름을 곱하여 도출할 수 있다.
콘크리트 전과정(LCA)환경부하 예측기술
콘크리트의 전과정(LCA) 환경부하 예측은 향후 건설현장에 사용될 콘크리트의 물량을 도출하고 이에 따른 환경부하 배출량을 예측하기 위한 연구이다. 이를 위해 특정지역의 건축물 주소 및 준공연도, 위경도좌표, 용도 등의 데이터베이스를 구축한다. 이후, 예측기법 중 시계열 기법을 적용하여 설정된 건축물의 수명에 따른 건축물 해체 및 시공 시 투입되는 콘크리트의 물량을 예측하여 전과정 환경부하 배출량을 평가한다.
콘크리트 전과정 환경부하 평가기술
최적 콘크리트 배합설계 알고리즘
콘크리트 최적조달 알고리즘
콘크리트 전과정(LCA)환경부하 예측기술
콘크리트 LCA 관련 프로그램
CLAS 1.0
CLAS 2.0
CLAS 3.0 / 국토교통부 정책과제 연구성과
연구 성과
논문
TaeHyoung Kim, SungHo Tae, SeungJun Roh : Assessment of the CO2 Emission and Cost Reduction Performance of a Low-Carbon-Emission Concrete Mix Design Using an Optimal Mix Design System, Renewable & Sustainable Energy Reviews 2013, Vol. 25, pp. 729-741
JungHoon Park, SungHo Tae , TaeHyong Kim : Life Cycle CO2 Assessment of Concrete by Compressive Strength on Construction Site in Korea, Renewable & Sustainable Energy Reviews 2012,
Vol. 16, Issue5, pp.2940-2946
김태형, 태성호, 노승준, 김낙현 : 고로슬래그 미분말의 콘크리트 혼입시 탄소배출영향도 분석을 위한 LCA , 대한건축학회 논문집 2013, 제29권, 제10호, pp. 75-82
김태형, 박정훈, 태성호 : 콘크리트 전과정 CO2 배출량 및 경제성 평가 시스템(SUSB-CLAS) 개발, 대한건축학회 논문집 2011, 제27권, 제12호, pp.131-38
김태형, 태성호 : 콘크리트 생산에 의한 CO2 배출량 평가 시스템 개발에 관한 연구, 한국콘크리트학회 논문집 2010, 제22권, 제6호, pp.787-796
지적재산권
콘크리트 전과정 환경부하 및 경제성 평가방법 (특허등록, 제10-1130612호)
콘크리트 배합설계 정보 제공 장치 및 방법 (특허등록, 제10-1416293호)
콘크리트의 전과정 탄소배출량 평가 프로그램 (CLAS) (프로그램 등록, 제C-2014-026657)