건물에서 탄소 포집이 가능할까? 탄소 저장형 건축 기술 탐구

 건축물도 이산화탄소를 흡수하는 시대

키워드: 탄소 포집, 탄소 저장형 건축, 기후 위기 대응 기후 위기에 대한 대응이 시급해지는 가운데, 탄소중립을 넘어서 탄소 네거티브(CO₂를 순흡수하는 상태)를 지향하는 기술들이 주목받고 있다. 특히 산업 전반에서 탄소 포집 및 저장 기술(CCUS: Carbon Capture, Utilization and Storage)이 빠르게 발전하고 있으며, 이제는 건축물도 이러한 기술의 중요한 무대로 부상하고 있다. 과거에는 건축이 탄소를 다량 배출하는 대상이었다면, 이제는 스스로 탄소를 포집하거나 저장하는 수단으로 전환되고 있는 것이다. 본 글에서는 건축분야에서의 탄소 포집 가능성과 기술적 접근, 저장형 자재의 활용, 사례, 그리고 향후 확산 과제까지 심층적으로 탐구해본다.

탄소 포집형 건축의 개념과 원리

키워드: 탄소 네거티브, 탄소 순흡수, 건축 환경 시스템 탄소 포집형 건축(Carbon Capture Building)이란, 건축물 자체가 대기 중의 CO₂를 흡수하거나, 건축 자재 내에 탄소를 안정적으로 저장하는 기능을 갖춘 건축물을 의미한다. 이러한 건물은 단순히 에너지 절감 수준을 넘어, 주변 환경의 탄소 농도를 줄이는 적극적인 기후 대응 수단으로 작용한다.

기술적 접근은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 하나는 활성 흡수형 시스템으로, 공기 중의 이산화탄소를 포집해 특정 처리 장치에서 고체화하거나 액화 저장하는 방식이다. 이는 대기 중 CO₂ 농도가 높은 도심지에서 효과적이다. 다른 하나는 수동 저장형 자재 시스템으로, 건축 자재 자체가 생애주기 동안 탄소를 흡수하거나 저장하는 형태다. 대표적인 예로 바이오차, 대나무, 목재 구조체, 탄산화 콘크리트 등이 있다. 이들 자재는 자연 상태에서도 탄소를 포집하며, 장기간 건축물 내에 탄소를 고정시키는 데 효과적이다.

탄소 포집·저장을 위한 건축 자재 기술

키워드: 바이오차 콘크리트, 탄산화 반응, 흡수형 패널 탄소를 저장할 수 있는 건축 자재는 기존 건설 산업의 패러다임을 바꾸고 있다. 이 자재들은 단순히 구조적인 역할을 넘어 환경에 긍정적인 영향을 미치며, 탄소 중립 건축물 구현에 중요한 역할을 한다.

가장 주목받는 저장형 자재 중 하나는 **바이오차(Biochar)**이다. 바이오차는 농업 부산물(예: 볏짚, 옥수수 대, 목재 폐기물 등)을 무산소 상태에서 고온으로 가열하여 만든 탄소 기반 물질이다. 건축에서는 주로 단열재, 경량 블록, 보강재 등에 혼합하여 사용되며, 그 자체가 80~90%에 달하는 탄소 함량을 보유하고 있어 수백 년간 이산화탄소를 고정할 수 있다. 특히 폐기물 재활용 측면에서도 장점이 많아, 지속 가능한 순환 건축 자재로 각광받고 있다.

**탄산화 콘크리트(Carbonated Concrete)**는 콘크리트가 양생되면서 외부 공기 중 CO₂를 흡수하여 내부에 탄산칼슘 형태로 고정시키는 기술이다. 일반 포틀랜드 시멘트는 생산 시 막대한 탄소를 배출하지만, 탄산화 콘크리트는 그 과정에서 일부를 상쇄할 수 있다. 미국의 카본큐어(CarbonCure) 시스템은 주입된 CO₂가 시멘트 속 수산화칼슘과 반응하여 안정적인 탄산칼슘을 생성하게 함으로써, 강도를 높이는 동시에 탄소를 고정시킨다. 최근에는 이 기술이 주거용 건축뿐 아니라 교량, 도로, 인프라 분야에도 적용되고 있다.

또한 **마그네슘 시멘트(MgO Cement)**는 전통적인 석회 기반 시멘트보다 낮은 온도에서 제조되며, 자체적으로 CO₂를 흡수하는 특성이 있어 탄소 중립 콘크리트의 대안으로 떠오르고 있다. 마그네슘 시멘트는 해조류, 바닷물 등 다양한 원료에서 추출 가능하며, 응결 반응 시 마그네슘 카보네이트(MgCO₃)를 생성해 이산화탄소를 구조적으로 고정할 수 있다. 특히 실내 바닥재나 벽 마감재에서 뛰어난 방습성과 내화성도 겸비하고 있어 실용성이 높다.

**지오폴리머 시멘트(Geopolymer Cement)**는 플라이 애시(fly ash), 고爐슬래그(slag) 등 산업 부산물을 이용하여 제조되며, 제조 과정에서 포틀랜드 시멘트 대비 최대 80% 이상 탄소 배출을 줄일 수 있다. 지오폴리머는 고강도, 내열성, 내화학성이 우수하여 고층 건물이나 공장 건물 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 있다. 또한, 무기성 결합 구조는 장기간 내구성과 함께 오염물질도 효과적으로 차단할 수 있어 환경친화적이다.

마지막으로, 최근에는 이산화탄소 흡착 기능을 가진 나노소재 기반 패널도 개발되고 있다. 실리카 에어로젤이나 그래핀 기반의 나노 복합소재는 높은 표면적과 반응성을 통해 실내 공기 중 CO₂를 효과적으로 흡수할 수 있으며, 이는 벽면 마감재나 천장 패널 형태로 실내 디자인과 결합해 활용된다. 일부 제품은 흡착 후 재생을 통해 흡수력을 복원하는 기능도 갖춰, 장기적인 사용성과 유지관리 측면에서도 진화를 거듭하고 있다.

이와 같이 다양한 탄소 저장 자재들은 건물의 구조체, 마감재, 보조 자재까지 폭넓게 적용될 수 있으며, 향후 기술 발전과 더불어 건축물의 '수동적 탄소 흡수 기능'을 점진적으로 확대하는 데 중요한 기반이 될 것으로 보인다.

포집형 건축 설비 기술의 진화

키워드: 통합 환기 시스템, CO₂ 센서, 모듈형 포집기술 기계적 포집 기술 중 가장 발전된 형태는 소형 DAC(Direct Air Capture) 장치다. DAC는 대기 중에서 매우 낮은 농도로 존재하는 CO₂를 포집하는 기술로, 매우 정밀한 공기 처리 시스템이 필요하다. 일반적으로 화학적 흡착제를 사용하여 공기 중 이산화탄소를 선택적으로 흡착하고, 이 흡착제를 고온이나 저압 등의 물리적 자극을 통해 재활용하며 CO₂를 분리해낸다. 스위스 Climeworks사의 DAC 장비는 대표적이며, 이 장치는 건물 옥상에 설치되어 외부 공기를 흡입하고, 필터 내에서 아민 기반 고체 흡착제를 통해 CO₂를 분리·저장한다. 이산화탄소는 압축 후 지하 저장소나 탄산음료용 산업 CO₂, 연료 합성 공정에 활용될 수 있다.

또한 건물 내부의 HVAC(난방·환기·공조) 시스템과 연계된 통합형 탄소 포집 모듈이 각광받고 있다. 이러한 시스템은 실내에서 사용된 공기를 재순환하는 과정에서 이산화탄소 농도를 지속적으로 측정하고, 일정 수치 이상일 경우 자동으로 흡착 필터를 작동시켜 CO₂를 포집한다. 최근에는 이러한 모듈에 AI 기반 제어 알고리즘이 도입되어, 사용자 행동 패턴과 외부 환경 조건까지 고려해 최적의 포집 스케줄을 자동으로 조정할 수 있다.

또 다른 기술로는 광촉매 기반 포집 방식이 있다. 이는 자외선이나 인공광을 통해 반응성 산화제를 형성해 CO₂를 반응시켜 고체 상태로 고정하는 방식이다. 이 기술은 주로 외벽 마감재나 통로 천장 등 넓은 표면적에 활용되며, 건물 외부 공기 정화와 탄소 고정 효과를 동시에 노릴 수 있다.

향후에는 벽지, 커튼, 카펫 등 실내용 인테리어 마감재에도 흡착형 나노 코팅 기술이 도입되어, 공간 전체가 하나의 탄소 정화장치처럼 작동하게 될 가능성이 크다. 이 마감재들은 주로 셀룰로오스나 섬유 소재 위에 이산화탄소와 반응하는 활성층을 입히는 방식으로 제작되며, 인테리어와 기능성의 결합이라는 새로운 시장을 창출하고 있다.

 탄소 저장형 건축의 실제 적용 사례

키워드: 카본큐어 콘크리트, 바이오차 활용, 캠퍼스 실험

• 미국 텍사스: 사무 빌딩에서 카본큐어 기술을 활용해 콘크리트 구조물에 연간 30톤의 CO₂ 저장
• 노르웨이 오슬로: 파워하우스 브래커넨은 바이오차가 포함된 마감재를 사용하고, 건물 자체가 연간 에너지 생산량 > 소비량
• 영국 케임브리지대: 탄산화 콘크리트 외에도 지붕형 소형 CO₂ 포집 장치 설치

각 사례는 해당 기술이 현실 적용이 가능하며, 기후대와 용도에 따라 다양한 설계로 변형될 수 있음을 시사한다.

제도와 확산 전략: 가능성을 현실로

키워드: 녹색건축인증, 탄소중립 건축기준, 글로벌 정책 한국의 G-SEED(녹색건축인증)는 현재 에너지 절감과 자원순환 중심이지만, 앞으로는 ‘탄소 저장지수’ 같은 항목 도입이 필요하다. 정부는 2024년부터 제로에너지 건축물 인증을 점차 확대하고 있지만, 포집형 자재에 대한 평가 항목은 부재하다.

반면 미국 캘리포니아주는 탄소 저장 콘크리트 사용 시 세금 감면 혜택을 제공하고 있으며, 공공 프로젝트에 '저탄소 시멘트 사용'을 의무화하고 있다. EU는 ‘레벨즈 프레임워크(Level(s))’에서 자재의 생애주기 동안 탄소 배출/흡수까지 분석하고, 일정 기준 이상일 경우 환경 인증 가산점을 제공하고 있다.

국내도 다음과 같은 제도 개선이 필요하다:

• 탄소 포집 자재 및 설비에 대한 별도 인증제 도입
• CO₂ 저장량 기준에 따른 건축 인센티브(용적률, 취득세 감면 등) 제공
• 탄소 흡수량 측정 기술의 표준화 및 공공조달 확대 적용

궁극적으로는 국내 배출권 거래제와 연계해 건물의 흡수량이 시장에서 거래될 수 있도록 제도 설계가 필요하다.

 건물은 이제 탄소 정화 장치다

탄소 포집형 건축 기술은 아직 초기 단계지만, 기후 변화 대응을 위한 건축의 역할이 수동적에서 능동적으로 전환되고 있음을 보여준다. 기술과 자재가 지속적으로 발전함에 따라, 가까운 미래에는 우리가 거주하고 근무하는 공간이 단순한 에너지 소비처가 아닌, ‘탄소 정화 장치’로 기능하게 될 것이다.