장기적 인프라는 기후 변화에 대응합니다.

원문 링크 : https://www.theearthandi.org/post/long-lasting-infrastructures-combat-climate-change

©Kitti Suwaneakkasit

고대 로마인들은 콜로세움과 판테온과 같은 인상적인 구조물을 건설했고, 제국 전역에 수로를 건설하여 오늘날까지 이어졌습니다. 그러나 강철과 포틀랜드 시멘트와 같은 현대적 재료로 지어진 많은 최근 구조물은 수십 년이라는 설계 수명보다 훨씬 오래 살아남지 못했습니다.

최근 매사추세츠 공과대학 연구원들은 로마 콘크리트의 장수 비결을 발견했습니다. 그 자체 치유 특성은 콘크리트 혼합물의 소위 석회 파편에서 비롯되는데, 이는 산화칼슘을 뜨거운 혼합한 결과입니다. 이 발견은 물 다음으로 가장 많이 사용되는 재료인 콘크리트의 탄소 발자국을 줄이는 데 중요할 수 있습니다 . 내구성 있는 인프라를 구축하는 것은 기후 변화에 맞서 싸우는 강력한 전략입니다. 유엔 프로젝트 서비스 사무소(UNOPS), 유엔 환경 계획(UNEP), 옥스퍼드 대학이 발표한 보고서 에 따르면 인프라 부문은 모든 온실 가스 배출량의 79%와 모든 적응 비용의 88%를 담당합니다.

또한, 케임브리지 대학교 (University of Cambridge)의 연구에 따르면 건축 부문의 재료 생산은 전 세계 에너지 및 공정 관련 배출량의 11%를 차지했습니다. 모든 배출량의 절반은 건물에 구현되어 있으며, 이는 재료 제조 및 건설 가능성이있는 건축 구조를 통해 환경에 영향을 미칩니다.

장수명 인프라의 필요성 

첫째, 인프라의 빈번한 건설 및 철거는 연방 응급 관리 기관 (FEMA) 에 따르면 공기 및 수질 오염, 자원 고갈에 기여할 수 있습니다.

둘째, 장기적 인프라에 투자함으로써 정부와 민간 기업은 프로젝트 수명 주기 동안 비용을 절감하고 자원을 보다 효율적으로 할당할 수 있습니다. 세계경제포럼( WEF )에 따르면 인프라 정책을 재고하면 삶의 질이 향상되고 장기적인 경제 성장이 촉진될 수 있습니다. 장기적 인프라는 인프라 소유자와 운영자에게 상당한 비용 부담인 유지관리, 수리 및 교체 비용을 줄여줍니다.

내구성과 탄력성이 있는 구조 설계 

기후 변화의 영향을 완화하는 데 도움이 되는 회복성 있는 구조 설계의 몇 가지 예는 다음과 같습니다. 수동 냉각, 자연 환기, 재생 에너지 통합과 같은 전략을 사용하는 건물을 만드는 기후 대응 설계 . 이 설계에는 자연 채광 과 환기를 극대화하도록 지향된 건물 과 열 흡수를 줄이기 위해 설치된 녹색 지붕이 포함됩니다.

©mpresyjna 사진 작가

유연하고 모듈식이며 변화하는 기후 조건에 적응하는 적응형 인프라 . 예를 들어 , 투과성 표면으로

유연하고 모듈식이며 변화하는 기후 조건에 적응하는 적응형 인프라 . 예를 들어 , 투과성 표면으로 설계된 도로는 폭우 시 물 흡수를 허용하고 모듈식 구성 요소로 설계된 건물은 쉽게 교체하거나 업그레이드할 수 있습니다.

심각한 폭풍, 홍수, 산불을 견뎌낼 수 있도록 설계 및 건설된 견고한 건물이며, 미래 기후 조건 모델을 기반으로 한 설계 솔루션을 포함합니다 . 여기 에는 레인 스크린 , 허리케인 바람을 견딜 수 있는 창문, 젖어도 마르고 교체할 필요가 없는 실내 마감재, 복잡한 건물 제어 및 시스템에 대한 의존도 감소, 오작동이나 일시적인 정전 시 수동 오버라이드 제공, 현장 재생 에너지의 최적 사용, 물 절약 관행 및 수확된 빗물과 같은 연간 보충 수자원에 대한 의존도가 주요 또는 백업 물 공급원으로서 포함됩니다. 

친환경적이고 내구성이 뛰어나며 기후 영향을 견뎌내는 지속 가능한 재료 . 대나무, 재활용 강철, 교차 적층 목재와 같은 재료는 건설의 탄소 발자국을 줄이는 지속 가능한 옵션입니다. 또한 현지에서 조달된 재료는 운송 배출을 줄이는 데 도움이 됩니다. 

모범적인 기존 장기 인프라 프로젝트는 다음과 같습니다.

• 1930년대에 건설되어 오늘날에도 여전히 운영되고 있는 후버 댐은 수백만 명의 사람들에게 수력 발전을 공급합니다.

• 1937년에 완공된 골든게이트 교량은 오늘날에도 여전히 사용되고 있으며, 매년 수백만 대의 차량이 이를 통과합니다.

• 2,000년 전에 지어진 만리장성은 오늘날까지도 여전히 건재하며, 세계에서 가장 인상적인 장기적 인프라의 사례 중 하나입니다.

©zetter

인프라 서비스 수명 연장

고성능 철근 콘크리트, 첨단 엔지니어링 시스템, 스마트 모니터링 기술을 포함한 견고한 건설 기술은 인프라의 내구성과 수명을 향상시킵니다.

고성능 콘크리트 는 훨씬 더 내구성이 뛰어나고 강철 보강재를 부식으로부터 더 잘 보호하는 밀도가 높고 불침투성이며 고강도인 재료입니다. 고성능 철근 콘크리트는 강도와 내구성을 높이기 위해 철근이나 메시로 보강된 콘크리트 유형입니다. 이 기술은 일반적으로 높은 강도와 ​​내구성이 필요한 교량, 건물 및 기타 구조물의 건설에 사용됩니다.

무선 센서 및 실시간 모니터링 시스템과 같은 스마트 모니터링 기술은 인프라의 내구성에 영향을 미치는 구조적 손상, 부식 및 기타 문제를 감지합니다. 이러한 시스템은 인프라 상태에 대한 실시간 데이터를 제공하여 적시에 수리 및 유지 관리를 가능하게 합니다.

선제적 검사 및 유지관리는 탄소 발자국을 줄이고 장기적으로 비용을 절감합니다. 잠재적인 문제가 주요 문제가 되기 전에 감지함으로써 예방적 유지관리는 장비 고장 및 계획되지 않은 가동 중단 위험을 줄입니다. 이를 통해 긴급 수리의 필요성을 피하고 잦은 유지관리 방문의 필요성을 줄임으로써 에너지 비용과 탄소 발자국을 줄입니다.

또한 예방적 유지관리는 장비와 인프라의 수명을 연장하여 빈번한 교체 및 수리의 필요성을 줄입니다. 이를 통해 건설 및 철거 활동으로 인해 발생하는 폐기물의 양이 줄어들어 환경에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

미국 에너지부 에 따르면 , 예측적 유지 관리 방식은 매우 비용 효율적인 것으로 입증되어 정기적으로 예약된 예방적 유지 관리 방식보다 약 8~12%, 반응형 고장 유지 관리 방식보다 최대 40%를 절약할 수 있습니다.

기존 인프라를 개조하고 업그레이드하면 다음과 같은 이유로 탄력성이 향상되고 서비스 수명이 연장됩니다.

개조는 처음부터 새로운 인프라를 구축하는 것보다 비용 효율적입니다. NIST(National Institute of Standards and Technology) 보고서에 따르면 개조는 새로운 인프라 구축에 비해 인프라 비용을 최대 80% 절감합니다.

개조는 자연재해 및 기타 위험에 대한 저항력을 강화하여 기존 인프라의 복원력을 향상시킵니다. 예를 들어, 내진 업그레이드를 통해 건물을 개조하면 지진 발생 시 손상을 방지하는 데 도움이 되고, 교량을 새로운 재료로 개조하면 부식 및 기타 형태의 손상을 방지하는 데 도움이 됩니다.

개조는 인프라를 더욱 에너지 효율적이고 지속 가능하게 만들어 인프라가 환경에 미치는 영향을 줄이는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 새로운 단열재와 새로운 HVAC 시스템으로 건물을 개조하면 에너지 소비가 줄어들고, 새로운 기술로 운송 시스템을 개조하면 배출량이 줄어듭니다.

  ©mishooo

개조에 대한 성공적인 사례 연구는 다음과 같습니다.

뉴욕시의 엠파이어 스테이트 빌딩은 새로운 단열재, 창문, HVAC 시스템 설치를 포함하는 5억 5천만 달러 규모의 개조 프로젝트를 진행했습니다. 개조 프로젝트는 에너지 소비를 38% 줄였으며 건물의 연간 에너지 비용을 440만 달러 절감했습니다.

샌프란시스코-오클랜드 베이 브리지는 새로운 강철 부품 설치와 내진 성능 업그레이드를 포함하는 64억 달러 규모의 개조 프로젝트를 진행했습니다. 개조 프로젝트를 통해 지진 및 기타 위험에 대한 교량의 복원력이 향상되었습니다.

로스앤젤레스 수로(Los Angeles Aqueduct): 로스앤젤레스 수로(Los Angeles Aqueduct)는 Owens Lake 마스터 프로젝트를 포함하여 수십억 달러 규모의 개조 프로젝트를 진행하고 있습니다. 또한 내진성을 향상하기 위한 새로운 파이프라인 설치와 기타 인프라 업그레이드도 포함되었습니다. 개조 프로젝트는 수로의 효율성을 크게 향상시키고 물 손실을 줄이는 것으로 입증되었습니다.

홍콩-마카오-주하이 해상 횡단은 2018년에 개통되었으며, 길이는 당시 최장인 55km(34마일)로 200억 달러의 비용이 들여 건설되었습니다. 이는 6.7km(4마일)의 해저 터널 구간을 포함하며 지진과 태풍을 견딜 수 있도록 설계되었습니다. 이 프로젝트는 콘크리트 구조물에 사용되는 강철 보강재와 기타 금속 요소의 부식을 유발하는 매우 공격적인 해양 환경에 위치하는 것을 포함하여 모든 측면에서 도전적이었습니다.

©Wikipedia

설계 수명은 120년인 반면 일반 철근 콘크리트 건물의 일반적인 설계 수명은 50~75년입니다. 댐, 교량과 같은 중요한 인프라 프로젝트는 현재 100년 이상의 수명을 위해 설계되었습니다. 실현 가능한 실제 사용 수명은 구조물의 정기적인 점검, 수리 및 유지 관리에 따라 크게 달라집니다.

기후 변화와 지속 가능한 개발 목표의 요구 사항을 충족하기 위해 G20 경제는 2020년부터 2030년까지 인프라 프로젝트에 12조 4천억 달러를 투자할 것입니다. 오래 지속되는 인프라 구축은 이러한 투자의 핵심이며 지구 온난화 속도를 줄이는 데 도움이 될 것입니다.

소유주, 정책 입안자 및 기업은 기존 인프라의 철거를 방해하는 것을 고려해야 하며, 그 대신 서비스 수명이 200년은 아니더라도 지속되는 새로운 인프라의 개조 및 구축을 촉진해야 합니다.

홍콩-마카오-주하이 해상 연결이나 여전히 G20에 의해 건설될 것과 같은 오늘날의 구조물이 로마인들이 건설한 인프라만큼 오래 지속된다면 어떨까요?

*Dhanada K Mishra is a PhD in Civil Engineering from the University of Michigan and is currently working as the Managing Director of a Hong Kong-based AI startup for building technology for the sustainability of built infrastructure (www.raspect.ai). He writes on issues around the environment, sustainability, climate crisis, and built infrastructure.