지속 가능한 고속도로 체계 구축을 위한 한국도로공사의 노력

1. 서론

이전 두 편의 기고문에서 제품 생산부분이 아닌 사회 기반 시설(예: 도로 및 철도)에서 환경영향 평가(예: ESG 경영 실천, 전과정평가:LCA 관련 DB구축 및 평가기법 개발 등)의 필요성에 대해 언급하였다. 또한 LCA 관련 기본 개념 및 이론(Scope의 정의 및 범주, LCA 평가 및 계산 기법 등)에 대해서도 설명 하였다. 독자들의 이해도 제고를 위해서 아래와 같이 전 두 편의 기고문 주요 내용에 대한 간략한 요약을 하도록 하겠다.

1.1. (1부) 순환 경제의 건설분야에 미치는 영향력 및 관련 국제동향

순환 경제와 LCA 개념의 도입은 단순 환경 대응 기술이 아닌, 향후 도로, 건설 산업의 경쟁력과 새로운 업(業)을 결정하는 핵심기반

1. 기후 변화 및 탄소중립(Net Zero 2050) 대응에 따라 고속도로 등 건설 인프라의 환경적 지속가능성 확보
   필요성 증대
2. 기존 직접배출 중심에서 자재 생산·시공·유지관리 등 전 생애주기의 탄소배출 평가로 범위 확대
3. 세계 경제 패러다임이 성장·효율에서 녹색전환 및 순환경제(Circular Economy) 중심으로 변화
4. 순환 경제는 단순 Recycling을 넘어 자원 가치, 환경 영향을 함께 고려하는 산업·경제 체계로 발전
5. EU 중심으로 환경 관련 제도·규범 강화(CPR, Eco-design, Green Public Procurement 등)
6. 건설자재의 내재탄소·환경영향·순환성 정보 관리기반 Digital Product Passport(DPP) 체계 확대
7. 건설자재의 객관적 환경성 정보 제공을 위해 LCA기반 데이터 구축 및 표준화 중요성 증가
8. 건설 환경영향은 설계·입찰 단계에서 대부분 결정(Eco-design, Green Procurement의 연계 필요)
9. 국제 환경규범 강화는 향후 건설자재·공법(설계·입찰·시공) 및 경쟁력을 좌우하는 핵심 요소
10. 국내 도로·포장 분야도 LCA 평가 관련 기술 및 업무영역 확보 필요

1.2. (2부) LCA의 기본 이론 및 고속도로 적용 필요성

도로·포장 LCA는 단순 탄소배출량 계산을 넘어 재료·시공·사용·유지관리·폐기까지 전과정을 정량화하여 지속 가능한 고속도로의 경쟁력을 판단하는 핵심 평가체계이다.

1. LCA는 제품·서비스의 생산부터 사용·폐기까지 全생애주기 환경영향을 정량적으로 평가하는 기법
2. LCA는 ISO 14040/14044에 따라 다음과 같은 평가 범위를 적용:
   1) 목표·범위 정의 → 2) 인벤토리 분석(LCI) → 3) 영향평가 → 4) 결과 해석 단계로 구성
3. 주요 선진국은 LCA를 탄소발자국 관리, 환경영향 평가 정량화, 친환경 정책 및 산업 경쟁력 확보를 위한 핵심
   수단으로 활용 中
4. 일반적으로 온실가스 배출범위는 Scope 1(직접배출), Scope 2(구매에너지 간접배출), Scope 3
   (가치사슬 간접배출)으로 구분
5. 도로·포장 분야에서는 재료와 공법 특성에 따라 Scope별 탄소배출 기여도와 주요 환경영향 단계가 상이하며,
   이에 대한 세부 설명은 아래와 같음. 아스팔트 포장은 혼합물 생산, 연료 연소 등 Scope 1 분야가,
   콘크리트 포장은 시멘트 생산 등 Scope 3 관리가 상대적으로 중요
6. LCA 적용을 통해 포장 공법간 환경성을 정량적으로 비교하고, 철도·항만·항공 등 他기반시설과의 환경적 비교
   우위 지표 제시 및 이를 통한 고속도로 지속가능성 타당성 확보가 가능
7. 선진국 도로포장 LCA는 기존 재료, 시공 중심의 A1~A5를 넘어 유지관리, 사용, 폐기, 재활용을 포함한 A1~D
   전과정으로 그 평가 영역을 확대
8. 한국도로공사는 포장 LCA를 내재(Embodied), 작동(Operation), 사용(Use) 영역으로 체계화하여
   A1~D 단계의 통합 산정·분석 논리 및 플랫폼을 개발
9. 향후 국내 도로, 포장산업의 국제 경쟁력과 지속 가능성 확보를 위해 한국형 LCA 산정·평가체계개발 및 현장
   적용 확대가 필수적

한국도로공사 도로교통연구원(이하 도교원)은 위와 같은 기후, 환경학적 국제적 기술, 정책 흐름의 기류에 맞추어 총 3년간 연구과제(고속도로 포장 및 교량의 LCA 기초 플랫폼 구축 연구, ‘23~’25) 및 관련 성과를 창출 하였으며 이번 장에서는 도교원 수행 과제 개요, 성과 등을 간략히 언급 하고자 한다.

2. 연구과제 개요(문헌 분석내용 포함)

다시 한번 LCA(Life Cycle Assessment)의 용어에 대한 정의를 명확히 하고 시작할 필요가 있다.

• LCA(Life Cycle Assessment) 정의 : 평가대상(제품, 시스템)의 재료 채취, 생산, 사용 및 유지보수, 폐기 및 재활용 등의 전 생애(Life Cycle)에서발생하는 잠재적인 환경 영향(Potential environmental impact)을 정량화하여 평가하는 방법

또한 본 연구에서 최종적으로 제시한 1)고속도로 시설물의 평가체계 및 2)LCA의 분석 범위는 [그림 1,2]에 설명되어 있다.

본 연구과제 수행 관련 배경 및 필요성은 아래와 같다.

• 세계적으로 고속도로 핵심 2 공종(포장, 교량)에 사용하는 재료, 공법에 대한 LCA 평가가 필요한 추세로 이동中 이며,
• 해당 LCA 평가 기법은 국제표준규격(ISO)에 부합하며, 국내 여건을 반영하여 기반 기술 구축에 기여 하도록 추진 예정이다.
• 이에 맞추어 각종 포장, 교량공종 재료, 공법의 지속가능성에 대한 객관적, 정량적 평가체계가 필요하나 현재 국내에서는 해당 공종의 전 생애를 고려한 지속가능성 평가에 대한 시스템은 부재한 상황이다.
• 따라서 환경부 LCI(Life Cycle Inventory) DB 등을 활용한 효율적 연계방안 및 제도 기반 구축이 필요 하다 판단 하여 본 연구를 수행 하였다.

이를 위해 수행한 과제의 주요 연구 내용은 다음과 같다.

• 국내외 도로 포장/교량의 LCA 분석 범위, 방법과 DB에 대한 비교 분석
  • 유럽, 미국 등의 도로 포장/교량 LCA 분석 도구의 원리 및 민감도 비교 분석
• 고속도로 포장/교량의 배출량 산정 프로그램 및 LCA 플랫폼 기반 구축
  • 국내 여건에 부합하고 다른 시스템 연계 가능 DB 구축과 국제규격간 호환성 확보
  • 고속도로 포장/교량의 전생애탄소배출량 분석 기준 수립 및 산정 프로그램 개발
  • 국내 여건을 반영한 고속도로 포장/교량 전과정분석 도구 개발
• 실증 평가를 통한 고속도로 포장/교량의 전주기LCA 분석
  • 실증 평가 및 온실가스 저감을 위한 신재료, 신공법평가 지침(안) 마련
• 고속도로 포장/교량 공사의 LCA 활용을 위한 제도적 기반 구축
  • 온실가스를 고려한 도로포장/교량 설계, 발주, 시공, 유지관리 제도 개선방안 수립

본 과제에서 제시한 최종 연구성과는 아래와 같으며,

• 고속도로 포장/교량의 한국형 LCA 분석 플랫폼(DB, 분석도구), 평가체계 구축
• 고속도로 포장/교량 재료 및 공법의 LCA 평가 지침(안) 도출

상기 두 성과에 대해서는 향후(4~5부)에서 독자들에게 자세히 설명할 예정이다.

3. 연구과제 성과 달성을 위한 노력

일반적으로 LCA 분석기법 그 자체는 복잡하지 않다(단순 연산 수준의 산정 방법이 적용된다). 다만 LCA 분석 기법이 쉽지 않은 이유는 ①어떠한 분석 범주 기준을 수립, ②분석 모델(기법)에 대한 정의,③분석 대상에 대한 규정 및 ④국내외 DB의 효율적 조합, 운영 방법 등을 제시 하여야 하기 때문이다. 이에 대한 설명을 순차적으로 이어 가고자 한다.

3.1. LCA 범주 기준, 분석 및 영향 도구 모델 정립 및 인용 DB 수립

현재 LCA 관련 연구는 유럽 및 북미에서 선도적으로 활발하게 진행중이다. 이에 도교원은 아래의 자료 분석을 통해 범주 기준을 수립하고자 하였다.

• International EPD(스웨덴), IBU EPD(독일)
• EPD Norge(노르웨이), ACLCA/UL(미국)

위의 자료를 바탕으로 최종적으로 국내 실정에 맞는 자체 범주기준을 수립하였다([그림 1,2] 참조).

다음으로 중요한 점은 선진국의 어떠한 LCA 분석 도구 및 모델(안)을 금번 연구에 참고자료로 활용할 것인가 하는 점이다. 이를 위해 Sphera LCA(독일), Ecoinvent(스위스), DuboCalc(네덜란드),Pavement LCA(캐나다), LCA Pave(미국)의 플랫폼을 다각도로 검토 하였다. 결론적으로 관련 DB에 보다 손쉬운 접근이 가능하며 포장분야에 있어 GUI(Graphic User Interface) 친화적인 Pavement LCA(캐나다) 플랫폼을 기초로 한 LCA DB를 온라인 서버에 저장하여 사용하는 웹기반 소프트웨어의 개발로 그 방향성을 잡았다.

또한 LCA 영향 모델의 정립도 매우 중요하다. 우리가 일반적으로 인지하는 탄소발생량 항목 외에 어떤 평가 항목을 규정하는 것 또한 다양한 도로포장, 교량 공법의 시장진출 활성화를 위해 필요하기 때문이다. CML(네덜란드), EF3.1(유럽), Recipe(네덜란드), EDIP(덴마크), TRACI(미국), EN 15804(유럽)의 기준을 검토하였고 최종적으로 국내 실정에 가장 맞는 미국(TRACI) 및 유럽(EN 15804)기준을 조합하여 적용하기로 결정 하였다.

마지막으로 가장 중요한 점은 사용 DB를 정립하는 일이다. 국내외 다양한 DB(LCI DB(한국), Ecoinvent(스위스), Gabi(미국), Pavement LCA(캐나다), LCA Pave(미국))를 검토, 적용하여 최종 개발 플랫폼에서는 사용자가 DB selection option을 통해 선택할 수 있도록 하였다.

3.2. LCA 단계별 산정기준 수립

3.1.절의 분석 범주 선정이후 중요한 점은 각각의 단계별 산정 기준을 수립하는 일이라 할 수 있다. 이유는 단계별 산정의 명확한 정의가 있어야 고속도로 포장 및 교량 공종에서 각각의 고유의 재료(혹은 공법)가 어느 단계에서 LCA 측면에서 경쟁력이 있는지 아니면 상대적 약점이 있는지를 파악할 수 있기 때문이다. 예를 들어 특정 아스팔트 재료(혹은 공법은) 시공, 운송단계(A4~A5)에서는 탄소 배출량이 많을 수 있으나, 향후 유지관리 및 해체·철거 단계(B1~C4)에서는 기존 아스팔트 공법대비 낮은 탄소 배출량을 기대할 수 있다면, 해당 아스팔트 공법의 환경 비즈니스적 타겟팅(Environmental business target marketing activity)을 위한 특확된 사업 전략을 유지관리, 해체·철거의 강점 상품으로 제시 할 수 있다는 점이라 할 수 있다. 도교원에서는 3.1절의 연구 활동을 통해 A1~C4 단계에 대한 세부 산정계획을 수립 하였다([표 1] 참조).

3.3. LCA DB Tower 생성

현재 국내 LCA 다양한 DB 확보가 선진국 대비 다소 부족한 실정이다. 따라서 국외 DB와 LCA 분석에 있어서 혼합된 정보를 사용하는 하이브리드 방식을 금번 연구에서 선택하였다. 사용한 DB Source 총 세 개이며(GLAD, Ecoinvent, Gabi)이며, 주요 공종별 사용 현황은 [표 2]와 같다. 본 연구 성과물로 개발한 플랫폼에 사용된 DB의 개수는 794개이며, 이는 [표 2] 현황을 통해 참고할 수 있다.

Stage	Activity	Contents
Product (A1~A3)	건설자재	· 제품 및 부산물 제조 ① 기초공사: 파쇄석, 콘크리트 말뚝, 강판 말뚝, 배수관, 우수관 등 ② 터널: 숏크리트, 폭발물, 배수 매트, 보강 볼트 등 ③ 교량: 콘크리트, 철근, 강철 빔 등 ④ 포장: 아스팔트, 콘크리트 등 ⑤ 도로장비: 난간, 방음벽, 울타리, 교통 신호기, 조명, 도로 정보 장치 등
Construction process (A4~A5)	시공 운송	· 토공 작업, 암석 굴착, 암석 및 토양 채우기, 배수 작업, 지반 공학적 보강, 콘크리트 그라우팅, 숏크리트작업, 설치 작업 및 기타 건설 공정 및 부품/제품 현장 운송 · 건설 중 발생 하는 폐기물의 운송 및 처리
Use (B1~B7)	사용 유지관리	· (B1) 사용: 포장 도로의 마모로 인한 물질 방출 등과 같은 도로 사용 중의 모든 배출 · (B2) 정기적 유지보수: 겨울 유지 관리, 잔디 깎기, 도랑 청소 등 · (B3) 예정된 수리: 안전 장벽용 예비 부품의 운송 및 교체, 인력 운송 등 수리를 위한 제품 및 부산물 제조 포함 · (B4) 예정된 교체: 교체를 위한 제품 및 부산물의 제조 및 운송과 인력 수송 등 포함 · (B5) 개조: 굴착 작업, 지반 보강 등 · (B6) 에너지사용: 도로변 조명, 우수 및 지하수 펌핑, 터널 환기 등 · (B7) 용수 사용: 교량 및 기타 인프라 부품 청소 등
End of life (C1~C4)	해체 폐기	· 해체, 철거 · 폐기물 처리장으로 운송 · 폐기물 재사용, 복구 및/또는 재활용 처리 · 매립

구분	항목	DB(EA) Total	GLAD (KEITI) DB(EA)	Ecoinvent (스위스) DB(EA)	Gabi (미국) DB(EA)
Cement	Cement	46	1	17	28
	Fly ash	4	0	4	0
	Concrete	48	0	29	19
	Slag	1	1	1	0
Sub total ① (EA)		100	2	51	47
Asphalt	Asphalt	77	1	23	43
Aggregate	Aggregate	84	5	50	29
Sub total ② (EA)		161	6	73	82
Metal	Steel	162	16	79	67
	Aluminum	87	32	40	15
	Copper	13	2	5	6
Others	Lime	19	0	10	9
	Mortar	7	0	4	3
	Silicone	8	0	1	7
	Rubber	3	0	2	1
Sub total ③ (EA)		299	50	141	108
Electricity	Electricity	55	32	21	2
Water	Water	54	30	14	10
Fuel	Diesel	11	2	8	1
	Gasoline	4	1	0	3
	LPG	4	2	1	1
	LNG	39	1	38	0
	Other	23	11	12	0
Transport	Transport	44	16	23	5
Sub total ④ (EA)		234	95	117	22
Total (EA)		794	153	382	259

※ KEITI : 한국환경산업 기술원

3.1~3.3절의 내용을 바탕으로 고속도로 포장 및 교량 공종에 대한 환경학적 분석 플랫폼 두 개를 도교원에서 최종 개발 하였다. 이는 다음장에서 간략히 소개할 것이며 추가로 4, 5 부에서 각각 항목별로 자세히 설명할 예정이다.

4. 연구과제 주요 성과물

4.1. 온실가스 발생 총량 산정 프로그램(KEC-CO2)

현재 LCA 분석 분야에서 가장 많은 환경학적 영향 지표로 사용되는 것이 온실가스 발생총량(탄소 발생량, Carbon: CO2 estimator)이다. 따라서 도교원은 현장 및 실무자가 가장 많이 사용하는 탄소 발생량 지표를 복잡한 플랫폼 없이 간편하게 계산할 수 있도록 MS Excel 기반 온실가스 발생 총량 산정 프로그램(KEC-CO2)를 개발 하였다.

해당 프로그램은 설계 자료를 바탕으로 한 자재, 시공, 유지관리, 수명 종료의 온실가스 총 발생량을 간편하게 산정 할 수 있으며, 향후 최종적으로 개발되는 LCA 평가 분석 도구의 원시 프로그램이라 할 수 있다. KEC-CO2의 플랫폼 운영 과정에 대한 개략적 정보는 [그림 3]을 참조하면 된다.

KEC-CO2 플랫폼은 현장에서 업무에 사용하는 설계예산서, 수량산출서 기반의 고속도로 포장, 교량공종 탄소 발생량 산정 플랫폼이다. 이를 통해 사용자는 본인이 담당하는 도로의 포장, 교량공종의 환경학적 영향인자를 단계별(A1~C4)로 산정할 수 있고 향후 대응(전략)안을 제안할 수 있다. KEC-CO2 플랫폼에 대한 세부적인 설명은 4부에서 별도로 언급 하고자 한다. KEC-CO2 플랫폼의 성과는 유럽환경협회에서 그 분석력 및 효용성의 가치를 인증 받은 상황이다([그림 5]).

4.2. 고속도로 포장, 교량 전생애 환경영향 정량 평가 프로그램(KEC-LCA)

본 연구과제의 최종 성과는 KEC-LCA 플랫폼이라 할 수 있다. KEC-CO2가 온실가스(탄소) 발생량 산정에 집중되어 있다면, KEC-LCA 플랫폼은 JAVA, Web 기반의 시각화가 완성되었으며, 고속도로 포장, 교량공종 전생애 환경영향 정량 평가가 가능하다. KEC-LCA의 플랫폼 운영 과정에 대한 개략적 정보는 [그림 4]를 참조하면 된다.

KEC-LCA는 온실가스 영향과 함께 다양한 환경인자가 고속도로 포장, 교량의 세부공종의 설계, 시공, 유지관리 단계에서 미치는 영향을 정량적으로 분석하는 기능을 가지고 있다. 이를 통해 사업 타당성, 재료(공법) 시장성, 미래 해외사업 개척 가능성 및 타기반시설(철도, 항만, 항공)과의 비교 우위 검토등 다양한 분야의 실무, 연구업무에 적용이 가능하다고 판단된다. KEC-LCA 플랫폼의 성과 역시 유렵환경협회에서 그 분석력 및 효용성의 가치를 인증 받은 상황이다([그림 5]). 또한 KEC-CO2 플랫폼에 대한 세부적인 설명에 이어 KEC-LCA 플랫폼에 대한 자세한 설명은 5부에서 별도로 언급 하고자 한다.

5. 맺음말 (3부를 마치며)

전의 1~2에서 기반 시설분야(도로, 철도 등)의 입찰, 설계, 시공, 유지관리 등의 분야에서 선진국을 중심으로 세계적으로 변하는 추세에 대해서 언급을 했다. 우리가 새로운 재료, 공법 등의 미시적 관점에서의 비용절감 및 효율성이 중심이 되는도로 포장의 미래를 생각하고 있었다면, 선진국은 환경학적 관점에서 기본 운영 및 선정과정 자체를 바꿀 수 있는 그들만의 룰(Rule) 및 체계라는 거시적 관점의 변화를 추구하고 있었다면 보면 된다. 이에 도교원에서도 고속도로의 많은 공종 종 우선시 되는 포장 및 교량 공종 부분에서 환경학적 평가를 수행할 수 있는 기초를 구축 했다는 점에서 그 의의가 있다고 할 수 있다. 이번 3부에서는 기본적으로 어떤 방향으로 연구를 진행하고 플랫폼을 개발했는지에 대한 그 경과를 독자들과 공유 했다고 할 수 있으며, 최종 성과물인 KEC-CO2, KEC-LCA에 대한 자세한 설명은 분량 상 다음회(4~5부)에서 언급 하도록 한다. 도교원의 이 작은 연구 성과가 향후 우리 도로인들이 조만간 미래에 다가올 환경학적 영향 평가 전략 수립 및 他기반시설과의 타당성 비교 검토에서 보다 경쟁 우위를 점할 수 있는 도움이 될 수 있기를 바라며, 이번 3부 기고문을 마치도록 한다.

참고문헌

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