지속 가능한 건축, 콘크리트 재활용, 3D 프린팅

지속 가능한 건축

(Sustainable Architecture)

2020년 기준, 세계 건설 폐기물은 연간 13억 톤이라고 한다. 건축물을 건설하면 콘크리트, 철근은 꼭 쓰인다. 건축 과정에서 발생하는 건설폐기물이 있고, 건축물이 노후화되면 철거를 하고 새로운 건물을 다시 만든다. 그때 발생하는 건설폐기물이 있다. 이러한 건설폐기물들은 최근 지속 가능한 건축, 환경, 지구에 대한 관심이 높아지면서 콘크리트를 어떻게 재활용할 수 있을지, 많은 과학자들과 건축가들이 고민하고 있다. 또한 건설폐기물과 노동을 최소화하는 3D 프린팅 기술을 이용한 건축 등 건축업계는 계속해서 새로운 방법을 탐구하고 있다. 최근 ESG경영이 대두되면서, 많은 건축업계 기업들은 '친환경'을 키워드로 건축에 도입하려고 노력하는데, 드라마틱한 성과보다는 차근차근 견본주택부터 환경친화적으로 진행, 견본 주택을 VR로 진행하는 등, 나름의 노력을 보여주고 있다. 

 

 

[콘크리트 재활용]

폐콘크리트를 이용한 순환골재, 비용 절감과 탄소 절감 효과를 보여준다. 건축물 철거 과정에서 폐기물을 잘 분류하고, 이를 가공하여 재활용하는 것은 탄소절감에 매우 중요하다.

 

분쇄한 폐콘크리트 등 다양한 건축폐기물을 가공하여 대체 골재로 재사용하는 것을 순환골재라고 한다. 이는 온실가스 감축, 비용 절감까지 큰 이점이 있다. 아래 이미지는 순환골재 처리과정이다.

 

서울시 순환골재 처리과정  ©서울시

 

[건축에서 3D프린팅의 사용]

물 다음으로, 콘크리트는 지구 상에서 두 번째로 많이 소비되는 물질이라고 한다. 콘크리트의 생산량은 계속해서 증가하고 있고, 44억 톤에서 2050년까지 55억 톤으로 증가할 것으로 예상된다. 이것은 전 세계 탄소 배출량의 약 8%를 차지하는 엄청난 환경 비용이 든다. 이러한 예상으로 건축과 건설 분야의 지속가능성이 대두되고 있다. 지속 가능한 건축은 건축 자재의 혁신과 건축 공법의 혁신이 기여하는 바가 크다. 재활용된 건축자재를 사용한다던가, 건축, 건설 과정에서 발생되는 탄소 배출을 줄이는 것이 중요하다. 

 

건설과정의 불필요한 건축폐기물과 탄소배출을 줄일 수 있는 방법으로 3D프린팅 House가 실제로 미국에서 진행되고 있다. 현재 한국은 3D 프린트로 만드는 건축 관련 법이 제정되어있지 않아서 건축 3D 프린팅 분야가 발전할 수 있는 환경이 아니다. 현재 코로나로 인해 전 세계적으로 '주택 위기'가 오고 있다. 건축자재가 비싸지고, 건축 노동력도 비싸져 집을 지을 수 있는 환경이 아니기 때문이다. 전 세계의 주택 가격이 극적으로 상승했고 취약계층의 생활환경이 악화되었고 기후 변화 또한 지속적인 위협이 되고 있다. 이 기술은 '주택' 분야에 지속적으로 테스트되어 왔다. 2021년, 많은 주거 프로젝트가 3D프린터로 인쇄되었고 다양한 재료를 사용하여 성공적으로 실현되었다. 앞으로도 건축분야에 3D 프린팅 기술이 광범위하게 적용되어, 의, 식, 주 중에 하나인 주택문제를 전 세계적으로 해결할 수 있으면 좋겠다.

 

[3D 프린팅 접목 사례]

이탈리아

Image Courtesy of WASP

• 프로젝트 이름: Technology + Clay의 합성어인 TECLA
• 진행 업체: Mario Cucinella Architects(MCA)팀 + 이탈리아의 3D 프린팅 전문가 WASP
• 프로젝트 진행: 인쇄 200시간, 기계코드 7,000개(G코드), 12mm 350겹, 압출 150km, 원토 60㎡, 평균 소비전력 6kW미만 필요.

이탈리아는 최초의 날토양으로 인쇄된 원형 주택 시제품으로, 전체 구조와 피복재를 200시간 만에 제작하여 여러 프린터가 동시에 작동하도록 했다. 재활용 가능하고 탄소 중립적인 물질인 원토를 3D로 인쇄하였다. 원형 하우징 프로토타입은 TECLA라고 불리고 동시에 작동하도록 되어있는 여러 3D 프린터를 사용하여 이탈리아의 라벤나(Massa Lombarda)에서 제작되었다. 구조, 지붕, 피복재 역할의 이중 돔 용액으로 만들어져서 공정이 단순해지고 자원이 최소화되며 공사 시간도 단축되었다. 

 

"건축 분야의 패러다임 변화, 사람들의 요구를 충족시키고 '지구'안에 있는 '지구'에 대한 해답을 찾는 것"

"점점 더 효율적이고 거대한 지속 가능한 거주지의 미래 창조를 위한 토대를 마련한다. 공감하는 건축과 새로운 기술의 적용이 결합이 되는 협업이다."

 

 

ArchDaily 이탈리아 사례

 

 

네덜란드

네덜란드의 최초 3D프린팅 콘크리트 주택으로, 모든 건축 요건을 완전히 준수하는 5개의 주택 프로젝트의 일환을 진행했다.

네덜란드 3D 집, © Bart van Overbeeke

네덜란드 3D 집, © Bart van Overbeeke

• 프로젝트 이름: Milestone Project
• 건축연도: 2021년 4월 30일
• 위치: 네덜란드, Eindhoven

단층 건물로 거실과 두 개의 침실을 포함해서 94㎡의 연면적을 가지고 있다. 큰 바위의 모양을 콘셉트로 자연과 잘 어울리도록 디자인되었으며 3D 콘크리트 프린팅의 곡선 구현을 볼 수 있다. 두꺼운 단열재와 난방 네트워크 연결로 에너지 성능 계수가 0.25로 매우 쾌적하며 에너지 효율이 높다. 

건물의 기울어진 벽을 인쇄하는 것이 특히 어려웠지만, 프로토타입을 진행하여 계획된 다음 4개의 건물 기술을 익히는 데 도움이 되었다. 콘크리트는 수십 년 동안 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 건축 자재다. 중요한 건 건축하는 과정에서 건축에 필요한 것보다 훨씬 더 많이 사용하게 되고, 더 많이 사용할수록 건물의 이산화탄소 배출이 나빠지며 환경오염을 초래한다. 3D 프린팅의 최대 장점은 콘크리트 프린터가 재료를 낭비하지 않고 필요한 곳에 필요한 만큼만 콘크리트를 배치하여 건축쓰레기가 발생하지 않는 점이다. 또한 노동력을 크게 들이지 않고 빠르고 안전하게 건축할 수 있고 주택 적자 문제를 충분히 해결할 수 있다. 

 

ArchDaily 네덜란드 사례

 

BIM 및 렌더링과같은 기술의 혁신을 통해서 모든 건축의 구성 요소를 디지털 시각화하는 것은 건축 3D 프린팅을 가능하게 했다. 3D 프린팅 기술의 발전은 건설 프로세스를 가속화하고 단순화시켰다. 

 

 

[2022.05.13. 업데이트]