유개버스정류장 옥상녹화에 따른 탄소감축 활성화 방안 연구
A study on Activation of Carbon Reduction through Rooftop Greening at Bus Stops
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Abstract
목적
기후변화로 인해 국내를 포함한 세계 각국은 탄소중립에 대한 다양한 노력을 기울이고 있다. 탄소중립 실현을 위한 다양한 감축 수단 중 유일한 기능인 탄소저장과 초본식물을 통한 녹지의 활용도가 커지고 있다. 하지만 일상생활권에서 공간적 한계로 녹화를 위한 지속적인 대상지 발굴이 필요한 상황이다. 이에 본 연구에서는 유개버스정류장 활성화를 위한 옥상녹화에 대한 탄소감축 연구를 진행하였다.
방법
초본식물의 생육을 분석 후 실현가능한 대상군을 선별하여 유개버스정류장 옥상에 초본식물을 식재하였을 때, 탄소감축 수치와 구축 비용을 태양광 설비와 동일한 조건값을 두고 비교하였다. 전국 단위로 탄소저장량을 산출하였고, 태양광 설비에 따른 탄소감축과 대조하여 m2당 탄소감축 비용을 분석하였다.
결과 및 토의
연구결과, m2당 초본식물의 저감 비용은 53원, 태양광 설치에 따른 탄소저감 비용은 약 116원으로 나타났다. 태양광 발전에 따른 탄소감축보다 초본식물이 약 2배 이상 저렴한 것으로 확인되었다. 또한, 초본식물에 대한 환경 및 경제적 이익은 지역 사회 또는 주변 지역에서의 추가적인 이점도 확인할 수 있었다.
결론
본 연구를 시작으로 일상생활에서도 CO2 저장(흡수)량을 증가시키기 위해서는 초본식물의 식재 비율을 확대함으로써 환경적, 경관적인 측면에서 보다 효율적으로 녹지를 실현을 할 수 있는 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
Trans Abstract
Objectives
Due to climate change, countries around the world, including Korea, are making various efforts to achieve carbon neutrality. Among the various reduction methods for achieving carbon neutrality, the utilization of green space through carbon storage and herbaceous plants, which are the only functions, is increasing. However, due to spatial limitations in everyday life, continuous target sites for green space are needed. Accordingly, this study conducted a study on carbon reduction through rooftop greening to activate covered bus stops.
Methods
After analyzing the growth of herbaceous plants, a feasible target group was selected and when herbaceous plants were planted on the rooftops of covered bus stops, the carbon reduction figures and construction costs were compared with the same conditions as solar power facilities. The carbon storage amount was calculated on a nationwide basis and the carbon reduction cost per m2 was analyzed in comparison with the carbon reduction according to solar power facilities.
Results and Discussion
The research results showed that the reduction cost of herbaceous plants per m2 was 53 KRW, and the carbon reduction cost due to solar power installation was about 116 KRW. It was confirmed that herbaceous plants were about twice as cheap as carbon reduction through solar power generation. In addition, the environmental and economic benefits of herbaceous plants were also confirmed to have additional benefits among local communities or surrounding area.
Conclusion
Starting with this study, it is expected that it can be used as basic data to realize green space more efficiently in environmental and landscape aspects by increasing the planting ratio of herbaceous plants in order to increase the amount of CO2 stored (absorbed) in daily life.
1. 서 론
우리나라를 비롯한 세계 각국에서는 지구 온난화 대응 및 탄소중립을 위한 다양한 노력을 기울이고 있다[1]. 기후변화가 빠르게 일어나고 있는 요즘, 세계기후변화 협의체인 IPCC에서는 다양한 기후변화 완화 수단을 보고하면서 산업구조, 환경, 자원 등 각국의 실정에 맞게 환경문제를 대비하고 있다[2]. 이에 따른 탄소중립을 실현하기 위한 감축 수단의 방안 중 하나로 자연기반의 탄소저장(흡수)에 대한 관심이 커지고 있는 추세이다. 기후변화 대응에 대한 국제적인 흐름에 발맞춰 국내에서도 대도시를 시작으로 녹지의 양적･질적 확충을 위해 도시숲, 정원도시를 조성하고 있다[3]. 최근 ‘2040 서울시 공원녹지 기본계획’에 따르면 시설복합화 재개발･재건축을 통한 새로운 공원과 녹지 확대하는 실천방안을 제시하였고, 이는 기온 저감과 대기질 개선에 의한 이산화탄소 감축 및 에너지 절감을 목표로 두고 있다. 이 중 옥상녹화는 건축 환경 내에서 극한의 환경적 변화를 완화하기 위해 현재 사용되는 설계 솔루션 중 하나로 관심받고 있다. 이에 따라 주변 녹지 공간 확대에 발맞춰 최근 정원 및 화단용 초본식물의 생장 특성을 고려한 식생형태나 유지관리 방법에 대한 연구도 다방면으로 진행되고 있다[4]. 이처럼 탄소흡수원 확충의 목적으로 산지 외에도 옥상정원과 같은 유휴 지역을 활용하여 탄소감축 활동이 점차 증가하고 있지만[5], 일상생활권에서는 공간적인 한계로 지속적인 대상지 발굴이 필요한 상황이다.
이에 본 연구에서는 탄소저장(흡수) 증대를 위해 국내의 한정적인 녹지공간의 한계를 보완하고자 생활공간인 유개버스 정류장 옥상을 활용하여 탄소저감 활성화 방안에 대해 연구하였다. 우선적으로 전국에 설치된 정류장의 옥상면적을 산출하고, 식생가능한 초본식물을 분석 후 선별하였다. 이어 선별된 초본식물의 탄소저장량을 접목하여 전국 단위로 유개버스정류장 옥상 녹화에 따른 탄소저장량을 산출하여 태양광 설비에 따른 탄소저감과 비교하였다. 이에 각각의 m2당 탄소감축 비용을 정량적으로 분석하여 생활권 탄소흡수원 확대의 기틀을 마련하고자 하였다.
2. 선행연구
초본식물을 활용한 옥상녹화는 건물 등의 지붕에 심어진 식물 또는 녹지층도 포함되며, 이는 도시 생활권의 탄소저감 효과 측면에서 녹지 면적과 비례한다는 연구결과가 있다. 이외에도 공간설계에 따라 미적 외관을 제공하며, 이는 사회적, 환경적, 경제적인 면에서 다양한 이점이 수반된다. 스리랑카 콜롬보시 연구에 따르면 기존 평평한 슬래브를 녹색 지붕으로 교체함으로써 공기 질을 개선하고, 열섬 효과를 줄이는데 중요한 역할을 하여 주변 도시에 거주하는 사람들의 건강과 편안함을 높였다고 한다[6]. 일본 도쿄 연구에서는 기존 옥상녹화가 50%만 덮여 있을 때, 일일 누적 값으로 계산시 탄소감축효과는 1.47 kg CO2-eq/day이였으나, 이를 100%로 변경시 그 효과는 2.93 kg CO2-eq/day로 증가하였다[7]. 이는 기존 고려된 특정 녹지 유형과 그 적용 범위 및 가용가능성에 따라 감축효과가 달라질 수 있기 때문에 결국 공간 확보에 대한 과제를 담고 있다. 반면, 브라질 남부의 연구는 옥상녹화의 탄소배출량이 기준 지붕의 탄소 배출량보다 높은 사례도 있다. 이는 공급처와 수요처가 약 200 km 떨어져 두 업체의 광범위한 운송단계에서 생기는 배출량도 포함하기 때문에 유통망 구축의 중요성도 언급하고 있다[8]. 또한, 자재 생산시 세라믹 지붕과 석면 시멘트 지붕을 비교하였을 때, 석면 시멘트 지붕이 탄소배출 측면에서 우수한 성능을 보이는 것으로 나타났다. 이러한 결과도 주로 운송단계에서 대다수 배출량 발생이 기여하였으며, 옥상녹화를 통해 탄소저정량으로 충당하려면 약 50년 이상 걸릴 것이라는 결과이다. 이는 주변 녹지여건에 대한 인프라 구축을 위해 운송과 같은 직･간접적인 배출도 충분히 고려해야 할 대목이다. 또한, 많은 연구결과에선 녹지조성은 인구 밀집도가 높고 많은 건물이 지어지는 도심지역에서 시행되어야 탄소감축이 극대화된다는 일치된 결론은 내고 있다. 앞서 언급한 옥상녹화의 이점과 고려해야 할 점 등 추가적인 결과들은 Table 1에 요약하였다. 하지만, 별도 탄소 저장(흡수) 공간을 만드는 것은 상당한 제약이 존재하며, 옥상 녹화의 긍적적인 측면을 이해하거나 장려하지 않는 이상 제한된 지역, 법률 및 정책, 자본 비용, 유지 보수 이용 등의 제한 사항이 수반될 수 밖에 없다. 이에 본 연구에서는 앞서 언급한 탄소감축에 대한 공간적 한계를 보완하고자 생활공간인 버스정류장을 활용한 유휴공간 탄소흡수원 확충에 대하여 연구를 수행하였다.
Summary of previous studies on the benefits of green roofs.
3. 연구 재료 및 방법
3.1. 전국 버스정류장(유개버스정류장) 현황 및 승강장 크기
한국교통안전공단의 공시데이터에 따르면 전국 162개 지자체를 대상으로 수집된 대중교통 버스정류장 현황은 2020년 기준 총 157,933개이며, 이 중 유개버스정류장은 88,178개이다[14] (Table 2). 이러한 가로변 시내버스정류장은 노선버스 이용객의 승차 및 하차를 위하여 본선 외측차로, 또는 본선에서 분리된 별도 공간에 노선버스가 임시 정차하는 장소를 의미한다. 가로변 시내버스정류소의 유형은 본선차로 이용여부에 따라 버스정류소와 버스정류장으로 구분된다. 도로구간의 설치 위치에 따라 유출형, 유입형, 중간형으로 구분하며, 수요특성, 차로운영, 회전교통량 등 교통특성, 보행시설 및 보행특성 등을 고려하여 결정된다. 이러한 승강장의 크기 및 버스정차위치는 ‘서울시의 가로변 시내버스정류소 설치 및 운영 지침’에 의거 약 W 1.5~2.0 m × 7.0 m의 공간을 확보하도록 하고 있다[15].
Status of public transportation bus stops in metropolitan City & Province in Korea.
앞서 언급한 유개버스정류장의 크기와 대표 도식도는 Fig. 1(a)와 같이 나타내었다. 버스정차위치는 표지판 및 승차대 설치 위치를 기준으로 하며, 경계석으로부터 50 cm 이내로 되어있다(Fig. 1(b)). 이러한 정류장당 크기는 약 14 m2으로 계산하였을 때, 전국 유개버스장의 총 면적은 1,234,492 m2가 산출되었다.
Current status of information related to covered bus stops.
3.2. 초본식물 현황 분석
기본적으로 옥상녹화 초본식물은 이상기후 변화에 잘 견디며 관리가 간편해야 한다. 현재 국내 식생하는 다년생 초본식물들을 대상으로 탄소흡수량(저장), 높이(길이), 생육환경(생육시기) 등 다양한 연구가 진행되어 관련된 정보들을 통해 다양한 분석이 가능하다. 또한, ‘국가생물종지식정보시스템’을 활용하여 버스정류장의 옥상녹화가 가능한 초본식물의 선별을 위해 다년생, 탄소저장, 생육형태, 식재수량과 단위당 가격의 정보 등를 고려하여 실현가능한 식물만 수집하여 1차적으로 선별하였다[16]. 연구대상은 다년생 식물을 대상으로 탄소저장량 기준으로 구분하여 총 12종의 대상군을 Table 3과 같이 정리하였다.
Growth Characteristics of herbaceous plant.
3.2.1. 초본식물 단위면적당 CO2 저장량 및 단위면적당 가격
초본식물의 탄소흡수량은 활용 빈도가 높은 종을 대상으로 연간 평균 탄소저장량을 산정한 후 이를 다시 이산화탄소량으로 환산하여 추정된다. 파종 또는 삽목 1년생과 3년생 식물의 생중량과 부피와 엽면적을 측정하고, 뿌리부와 지상부를 분리하여 건중량을 측정한 후 바이오매스 확장계수, 뿌리함량비(지상부 바이오매스와 지하부 바이오매스의 비율로, 지하부 산림바이오매스량을 구하는데 적용되는 계수)를 도출하여 탄소저장량(탄소를 저장하는 지상부 바이오매스, 지하부 바이오매스, 토양탄소 등)을 산정하였다[17]. 이에 단위면적(m2)당 산정된 연간 탄소저장량이 높은 대표 종류는 박하(Mentha canadensis) 3.96 kg CO2-eq, 구절초(White-lobe Korean dendranthema) 3.65 kg CO2-eq, 노랑꽃창포(Water flag) 3.53 kg CO2-eq, 억새(Purple maiden silvergrass) 3.18 kg CO2-eq, 무늬사초(Carex maculata) 3.04 kg CO2-eq 등이 있었다. 낮은 저장량의 대표 종류는 애기기린초(Miniature stonecrop) 1.89 kg CO2-eq, 털수염풀(Festuca arundinacea) 1.86 kg CO2-eq, 톱풀(Alpine yarrow) 1.51 kg CO2-eq, 꽃향유(Shiny mint) 0.95 kg CO2-eq, 휴체라(Heuchera sanguinea) 0.62 kg CO2-eq 순으로 나타났다.
앞서 언급한 초본식물 중 다년생, 탄소저장량 등을 고려하여 2차적으로 6종의 초본식물을 선정하여 식물원의 지피식물 단가표 정보를 활용하여 단가에 대한 정보를 탄소저장이 높은 비율과 낮은 비율로 정리하였다[18].
탄소흡수량이 높은 대표 종류는 구절초(White-lobe Korean dendranthema)는 1,400원, 노랑꽃창포(Water flag)는 2,300원, 억새(Purple maiden silvergrass) 1,800원으로 조사되었다. 낮은 저장량의 대표 종류는 애기기린초(Miniature stonecrop) 2,300원, 톱풀(Alpine yarrow) 2,300원, 꽃향유(Shiny mint) 2,000원 순으로 확인되었다. m2당 탄소저장량이 높은 저장군의 식재비용은 평균 약 1,833원 이상이며, 낮은 저장군은 식재 비용은 평균 약 2,200원으로 Table 4와 같이 정리하였다.
Current status of information (Carbon, Value) on herbaceous plants.
연구대상 식물을 분석한 결과, 낮은 저장군 대비 높은 저장군이 단위당 식재 가격도 저렴한 것으로 확인되었다. 이에 높은 저장군의 평균치로 m2당 감축 비용을 비교하기 위해 대상군을 대체 감축수단으로 널리 활용되는 태양광 설비에 따른 효과와 비교하였다. 정량적 비교를 위해 기존 식물의 kg CO2-eq 단위를 ton CO2-eq로 동일하게 설정하였다.
3.3. 태양광 발전 온실가스 배출 분석
태양광 발전소 1MW의 온실가스 감축 효과는 에너지 전환을 의미하며, 대표적으로 온실가스 다배출원인 화석연료 발전을 재생에너지 발전으로 전환시 그에 따른 탄소감축이 가능해진다. 이에 본 연구에서는 온실가스 배출량 산정 및 탄소감축량 산정을 위해 한국에너지공단의 ‘온실가스 감축량’ 프로그램을 사용하였다. 이때, 고정된 데이터 인자는 전력배출계수(CO2-eq/MWh)이며, 배출량의 데이터 단위는 이산환탄소 상당톤(tCO2-eq)으로 산정하였다. 온실가스 감축의 산정식은 사업 이전 온실가스 배출량(tCO2-eq/년)에서 사업 이후 온실가스 배출량(tCO2-eq/년)을 차감하면 온실가스 배출 감축량(tCO2-eq/년)이 계산된다.
베이스라인인 사업 이전 온실가스 배출량 계산(tCO2-eq/년)은 태양광 발전설비에 따른 용량(kW)으로 태양광 발전설비의 연간 가동시간은 총 8,760hr(고정값 적용), 태양광 발전설비 이용율은 15%(고정값 적용), 배출량 산정에 사용된 전력배출 계수는 0.459411tCO2-eq/MWh로 단위환산계수는 103으로 계산하였다(Table 5). 이에 따른 온실가스 배출량 저감은 0.604 tCO2-eq/yr이다. 이는 1 kW를 생산시, 온실가스 저감량은 0.604 tCO2-eq/yr으로 해석할 수 있으며, kW를 생산하면 할수록 그에 따른 저감량 역시 동일한 비율로 늘어난다고 볼 수 있다.
Assumption for Solar power generation.
4. 연구 결과 및 고찰
본 연구는 전국 유개버스정류장 면적을 활용하여 초본식물과 태양광 설비에 대해 m2당 탄소감축 비용을 수치화하여 비교하였다. 옥상 면적을 기준으로 높은 흡수군의 초본식물을 식재하였을 때, 연간 탄소저장량은 최대 4,258 ton CO2-eq이다. 해당 저장량은 태양광 설비에 따른 탄소저감 수치로 환산 시 약 7,500 kW의 전력을 생산하는 효과와 같다[19]. 이때, 초본 식물의 평균 수명이 10년인 점을 감안하여 상대적으로 수명이 긴 태양광 설비 내용연수인 25년과 수치적인 비교를 위해 추가 식재를 한다고 가정하여 동일한 기준으로 분석기간을 조정하였다. 해당 기준으로 봤을 때, 25년동안 탄소저장량은 최대 106,474 ton CO2-eq를 저장한다. 이에 따른 기타비용(인건비 등)은 제외하였다[20].
이때 초본식물은 토양에 묻히면 미생물에 의해 모두 분해되어 자연 중으로 방출되지만 열분해 과정을 통해 바이오차(Biochar)로 전환하게 되면 기존 저장되어있던 탄소가 오랜 시간 보존될 수 있다. 비록 열분해를 통해 바이오차로 만들어지는 과정에서 방출되는 탄소가 일부 존재하지만, 초기에 흡수된 탄소는 장기간 저장이 가능하다는 연구결과가 있다[21]. 결과적으로 태양광 설비 비해 수명이 짧은 초본식물도 재식재를 하였을 때, 수명을 다한 기존 초물식물 역시 바이오차로 다시 활용하여 지속적으로 탄소저장을 유지할 수 있다.
한편 태양광 발전 설비 구축 비용의 경우, 한국전력의 평균 판매단가 기준으로 kW당 약 200만원으로 보고 있지만, 재생에너지 공급확대 추이와 중장기 발전단가 전망 시스템 구축 및 운영이 활성화됨에 따라 태양광의 가격경쟁력이 높아져 점차 kW당 비용이 감소할 것으로 예상되고 있다. 또한, 태양광 발전 규모의 설비 비용은 여러 내·외부 요인들에 따라 다르게 책정되지만, kW당 약 150~200만원선에서 분포되어 있으므로 평균 비용을 적용하였다.
최종연구결과 m2당 저감 비용은 초본식물 53원, 태양광 설치에 따른 탄소저감 비용은 약 116원로 나타났다(Table 6). 결과적으로 태양광 발전에 따른 탄소감축보다 옥상녹화를 통한 탄소감축이 약 2배 이상 저렴한 것으로 확인되었다. 또한, 초본식물의 옥상녹화가 지역사회 또는 일상 생활권 안에서 시행되었을 때, 예상되는 추가적 이점은 다음과 같다.
Comparative Analysis of Carbon Reduction Cost per m2 of Herbaceous Plants and Solar Power Facilities
1) 오염 감소: 녹화에 따른 성장 매체와 식물은 자연 청소 필터 역할을 하여 대기에서 특정 공기 중 입자와 오염 물질을 제거한다.
2) 에너지 절약 및 누적 비용 절감: 주변 생활권에서의 녹지 조성은 열 전달 감소 방법으로 작용하나 여름이나 겨울의 모든 기후에서 주변 에너지 요구 사항을 낮출 수 있다. 이는 옥상녹화를 하였을 때, 여름에는 에어컨 사용량이 감소하고 겨울에는 단열재를 대체하는 것이 가능하다. 또한, 식물의 열 보호는 열감소(잎 면적 지수에 따라 다름)에 기여하여 결과적으로 에너지 절약이 가능하다.
3) 심리적 이점: 옥상녹화는 도시 디자인의 미적 외관을 향상시켜 지역 사회 및 일상생활권에 심리적 이점을 제공할 수 있다. 이는 개인 스트레스 감소, 긍정적인 사고, 근육 긴장 감소 및 협압 저하로 이어질 수 있다.
4) 생물 다양성 및 주변 서식지: 도시 지역 안팎의 많은 생물종의 자연 서식지가 손상되거나 파괴되었다. 구축이 잘된 녹지 환경은 이러한 영향을 완화하고 주변 서식지를 향상시키거나 주변 식물에게 새로운 서식지를 제공하여 생물 다양성을 증가시킬 수 있다.
앞서 언급한 광범위한 이점은 환경 성과 측면에서 효과적인 것을 더해 사회 및 경제적인 측면까지 이어질 수 있는 결과이다. 이처럼 옥상녹화는 이상기후나 탄소배출로 일어나는 수많은 문제에 대한 해결책으로 급부상하고 있으며, 이러한 녹지 조성은 이산화탄소 최대 발생원으로 알려져 급격한 기후 변화를 일으키는 도심지역에서부터 우선적으로 실행하여 탄소저감을 촉진시켜야 하겠다.
5. 결 론
본 연구에서는 다년생 초본식물을 대상으로 유개버스정류장 옥상을 활용하여 식재하였을 때, 탄소감축 및 녹지조성 비용을 태양광 설비와 동일한 조건값을 두고 정량적으로 비교하였다. 연구결과 m2당 탄소저감은 태양광 설비가 더 효율적으로 보일 수 있지만 구축 비용까지 고려하였을 때, 녹화에 따른 효율성이 2배 이상으로 뛰어난 것을 확인할 수 있었다. 또한, 옥상에 초본식물을 조성시 폭염으로부터 더위를 식히고 빗물을 흡수하는 효과도 크다. 이외에도 일상생활공간의 경관적 가치 뿐만 아니라 공기도 맑게 해주는 부수적 효과도 있다. 해당 연구는 전국 단위로 진행하였기에 각 지역의 특성 및 여건, 심한 가뭄, 잦은 폭우와 같은 이상기후에 대한 세부 변수까지 고려하지 못한 한계는 분명 존재한다. 하지만 공간확보나 실행 가능성의 측면으로 봤을 때, 상당히 의미있는 연구라 판단된다. 본 연구를 시작으로 일상생활에서도 CO2 저장(흡수)량을 증가시키기 위해서는 초본식물의 식재 비율을 확대시킴으로써 환경적, 경관적으로 보다 효율적인 녹지를 실현할 수 있는 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
Notes
Declaration of Competing Interest
The authors declare that they have no known competing interests or personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper.
