6개 시나리오 비교분석 결과, 물 재이용 중심 시스템이 비용효율성과 CO2 저감에서 최적
건국대학교(지도교수 박대룡) 사회환경공학부 김산하 석사과정생의 연구가 고층빌딩 단위에서 물 재이용과 소수력(피코 수력)을 결합한 통합 설계로 도시 탄소 저감 효과를 극대화할 수 있는 실무적 가이드라인을 제시해, 에너지 분야 국제학술지 Applied Energy 12월호 게재를 앞두고 있다고 14일 밝혔다.
연구팀은 물·에너지·탄소의 상호 연계(nexus) 관점에서 고층 건물 단위의 지속가능성 향상을 목표로 6가지 운영·설계 시나리오를 설계해 물 재이용량, 피코 수력에 의한 전력 생산량, 온실가스 저감량 및 비용 절감 효과를 정량적으로 비교·분석했다.
각 시나리오에서 재이용 전략(예: 중수 재활용, 회수·저장 구조)과 소수력 요소의 설계·배치를 조정한 결과, 물 재이용을 중심으로 설계된 시스템이 전력 보조 생산에 기여하는 동시에 비용효율성과 이산화탄소 저감 측면에서 가장 우수한 성능을 보인 것으로 나타났다.
특히 건물 내 수자원 재이용 방식에 따라 피코 수력의 최적 설계와 배치가 달라지는 점을 확인해, 단일 기술 적용보다 통합 설계·운영 전략이 도시 차원의 탄소중립 달성에 중요한 영향을 미친다는 사실을 실증적으로 뒷받침했다.
연구는 고층빌딩을 도시의 핵심 단위로 보고 물-에너지-탄소 넥서스 접근을 통해 설계·운영 가이드라인을 제시한 점에서 정책적·실무적 활용 가치가 크다.
연구는 김산하 석사과정생이 제1저자로 참여했으며, 박대룡 교수를 중심으로 장주연·이나경·신서영·김지은 석사과정생과 한국환경연구원 정기철 박사가 공동연구자로 참여했고, 환경부와 산업자원부의 지원을 받았다.
이번 연구는 고층빌딩 단위에서의 자원 순환과 분산형 소규모 발전을 결합해 도시의 기후대응 역량을 높이는 실무적 설계 근거를 제공한다.
후속 과제로는 도시 규모 확장 가능성 검토, 계절·기후변동에 따른 성능 평가, 경제성 민감도 분석, 실제 시범 적용을 통한 운영 데이터 확보 및 규제·인프라 측면의 보완이 제시된다.
정책적으로는 고층 건물 설계 지침에 물 재이용·분산형 발전 통합 요소를 반영하고, 관련 인센티브와 시범사업을 통해 실증을 촉진할 필요가 있다.