동아일보 미래전략연구소·모니터그룹 공동 기획: 메가시티 경쟁력

저탄소 거대도시, 꿈이 아니다

40호 (2009년 9월 Issue 1)

급격한 도시화와 기후 변화 등으로 현대의 대도시는 수많은 도전 과제를 떠안게 됐다. 에너지 수요가 늘어나고 있지만 동시에 환경 보호에 대한 요구도 커지고 있다. 한정된 투자 범위 내에서 수익성도 극대화해야 한다. 이와 함께 도시로 인구 집중이 가속화하는 상황에서 거주민들의 삶의 질도 높여야 한다. 세계화를 추진하면서도 자체적인 경쟁력을 강화해야 하는 등 대도시들은 상충하는 난제를 풀어가야 한다.
 
 

 
글로벌 메가 트렌드와 도시의 과제
 
 
 
①도시화 인류 역사상 처음으로 2007년 세계 인구의 절반 이상이 도시에 거주하는 시대로 접어들었다. 2025년에는 도시 거주 인구 비율이 60%까지 늘어날 것으로 예상된다. 세계적으로 인구 1000만 명 이상의 메가시티는 25개가 있으며, 이 숫자는 앞으로 빠르게 늘어날 것으로 보인다. 특히 메가시티는 미래 성장 엔진으로서의 경제적 가치가 높아지고 있는 추세다. 개발, 고용, 번영을 위한 다양한 기회가 메가시티에서 나오기 때문이다. 반면 도시 인프라는 성장의 한계에 직면하고 있다. 도시가 가진 다양한 성장의 욕구를 충족시키기 위한 과제가 더 어려워질 수밖에 없다.
 
 

 
②고령 인구의 보호와 헬스케어 수요 증가 세계는 인구 증가와 함께 고령화 현상을 겪고 있다. 2005년 65억 명을 넘어선 세계 인구는 매년 1.2%씩 성장하고 있다. 1987∼1999년까지 12년간 세계 인구는 10억 명 이상 늘어났다. 인류 역사상 최단 기간에 10억 명 이상 인구가 늘어난 것이다. 이런 추세라면 2050년 세계 인구는 92억 명에 이를 것으로 전망된다. 또 2030년까지 세계 인구 성장의 90%가 도시 지역에서 일어날 것으로 예상된다. 인류의 수명은 늘어나는 대신 출산율은 떨어져 세계는 인구 고령화 시대로 접어들고 있다. 60세 이상 고령 인구가 늘면서 헬스케어 비용 지출도 늘어나는 추세다. 많은 사람들이 오랫동안 건강하고 양질의 삶을 누리려면 효율적이고 누구나 이용할 수 있는 헬스케어 시스템이 필요하다. 이를 위해서는 헬스케어의 질을 높이는 한편, 비용을 낮추는 기술 혁신이 이뤄져야 한다.
 
③기후 변화 기후 변화는 인류와 지구 환경에 커다란 위협으로 떠올랐다. 산업화가 진행되면서 온실가스 배출이 급증했기 때문이다. 현재 대기 중 이산화탄소 농도는 지난 35만 년 가운데 가장 높다. 2035년까지 이산화탄소 배출이 2배로 증가하면 지구의 온도는 1.5∼4.5도 상승할 것으로 예상된다. 이는 세계 문명과 생태계 전반에 심각한 위협을 가하게 된다. 그런데도 경제 성장은 화석연료에 의존하고 있다. 도시 지역은 세계 온실가스 배출의 80%를 차지하고 있으며, 이 가운데 25개 메가시티의 배출량이 9, 10%를 차지하고 있다.
 
④천연자원의 고갈 전 세계적으로 에너지 수요가 늘고 있다. 반면 천연자원은 고갈되고 있다. 천연자원의 소비는 도시에서 특히 높다. 도시 지역이 세계 에너지 소비의 75%를 차지하고 있으며, 25개 메가시티의 소비량이 전체 도시의 7, 8%다. 도시 지역의 직·간접적 물 소비량은 전 세계 소비량의 60%로 추산된다.
 
⑤이동성의 증가 도시 지역에 인구가 집중되면서 이동성(mobility)이 매우 중요해졌다. 안전하고 신속한 대중교통 시스템은 도시 지역 삶의 질과 경쟁력을 좌우할 것으로 보인다. 예컨대 서유럽 도시들의 교통 체증은 2006∼2010년 사이에 2배로 증가할 것으로 전망된다. 도시의 이동성이란 자유로운 이동과 함께 삶의 질 자체를 향상시키는 일을 뜻한다.
 
⑥인프라 수요 증대 2003년 미국 뉴욕 시에서는 전력망 과부하로 3일간 정전 사태가 발생했다. 이에 따른 경제적 손실은 무려 10억 달러에 이르렀다. 빌딩, 교통, 에너지와 물 공급 등을 효율적이고 안정적으로 제공하는 지속 가능한 인프라의 필요성은 점점 커지고 있다. 이는 도시 경쟁력과 삶의 질을 높이고, 자원과 환경을 보호할 수 있는 유일한 길이다. 하지만 도시 내 자원과 에너지의 소비를 줄이는 일은 환경 보호, 삶의 질, 경쟁력이라는 가치 간에 균형을 맞춰야 하기 때문에 매우 어려운 과제다. 최근 지속 가능한 성장을 하면서 환경 피해를 최소화하는 다양한 기술적 혁신과 해법이 나오고 있다.
 
저탄소 도시를 위한 4가지 방안
이산화탄소 감축을 위한 가장 효과적인 방안으로 크게 ‘빌딩 리노베이션 및 빌딩 자동화 기술’ ‘교통’ ‘고효율 전력 소비 솔루션’ ‘고효율 발전과 변전 및 배전’ 등을 꼽을 수 있다.
자동차가 일반적으로 가장 많은 양의 이산화탄소를 배출하는 것으로 알려져 있다. 교통이 환경 오염의 주범으로 인식되고 있는 것이다. 하지만 지멘스의 ‘뮌헨 연구 보고서’에 따르면, 이산화탄소를 가장 많이 감축할 수 있는 분야는 주택과 빌딩 부문으로 나타났다. 따라서 저탄소 도시를 위해 제일 중요한 건 첫째, 빌딩 리노베이션과 자동화 기술이다. 둘째, 교통 흐름의 최적화다. 이는 자동차, 트럭, 선박, 항공기의 이산화탄소 배출을 줄이고 도시 간의 화물 운송 효율성을 높이는 것이다. 세 번째는 도로 조명, 산업용 전력 소비 등과 같은 대규모 에너지 소비를 줄이는 방안이다. 마지막으로 효율적인 전력 생산과 변전, 배전 등 전력 인프라를 들 수 있다.
 
①빌딩 자동화 기술과 에너지 성과 계약 빌딩은 세계 에너지 소비의 약 40%, 온실가스 배출의 21%를 차지한다. 빌딩의 수명 주기에 걸쳐 발생하는 비용 가운데 40%가 에너지 비용이다. 따라서 빌딩 내 에너지 소비를 줄이고, 빌딩이 환경에 미치는 영향을 최소화하는 게 이산화탄소 감축을 위한 가장 효과적인 방법이라고 할 수 있다.
 
특히 노후 건물이 문제다. 노후 건물에 대한 개조 작업은 지속 가능한 도시 개발을 위해 아주 시급하고 중요한 과제다. 노후 건물 개조는 건물 내부는 물론 외관까지 모두 바꾸는 것을 말한다. 예를 들어 단열 벽 설치는 비교적 간단하면서도 효과적인 대안이다.
 
지능형 빌딩 관리 기술과 솔루션은 에너지 비용의 20∼30%를 줄여준다. 특히 빌딩 관리와 조명 시스템에 드는 비용은 전체 에너지 비용의 40∼60%를 차지할 정도로 크다. 지능형, 통합형 빌딩과 룸 자동화 시스템을 이용하면 회사 건물, 병원, 학교 등의 냉난방, 환기 시스템, 블라인드, 조명 시스템 등을 하나의 네트워크로 연결해 효율적으로 관리할 수 있다.
 
지능형 시스템의 이점은 노후 건물에도 설치가 가능하다는 점이다. 독일 전자산업등록협회(ZVEI)에 따르면, 창문 블라인드 위치만 최적화해도 건물 냉각에 필요한 에너지를 20% 줄일 수 있다. 에너지 비용을 줄이는 게 가능해 조기에 초기 투자 금액을 회수할 수 있다.
 
더 나아가 빌딩 소유자는 별도의 비용을 들이지 않고도 에너지 절감을 위한 빌딩 자동화를 추진할 수 있다. ‘에너지 성과 계약(Energy Performan-ce Contracting) 솔루션’이 대표적인 사례다. 이 솔루션은 대규모 공공사업에 쓰이는 혁신적인 자금 조달 모델이다. 예를 들어 지멘스와 같은 사업자가 빌딩 리노베이션 사업을 하고, 이렇게 해서 줄어든 에너지 비용으로 일정 기간 투자금을 회수한다. 빌딩 소유자는 자기 돈을 투자하지 않고도 건물을 냉난방, 환기, 전력, 물, 조명 시스템 등이 자동 관리되는 에너지 효율적인 첨단 빌딩으로 개조할 수 있다.
 
독일 브레머하펜 임상센터가 대표적인 사례다. 680개 병상 규모의 브레머하펜 임상센터는 1976년 문을 열었다. 이 병원은 2004년 연간 에너지 비용으로 약 200만 유로를 지출했다. 지멘스가 2006년 1월 이 병원을 현대화하고 기술, 설비를 업그레이드한 결과, 에너지 소비를 20% 이상 줄일 수 있었다. 난방, 요리, 살균 등에는 증기를 이용하는데, 해당 프로젝트 기간에 증기 소비량이 65%나 줄었다. 이 병원은 이 프로젝트로 연간 3200t의 이산화탄소를 감축하고, 51만9000유로의 에너지 비용을 줄일 수 있게 됐다.
 
②완전한 이동성을 위한 통합 교통 솔루션 교통은 도시의 환경, 삶의 질과 직결되는 핵심 인프라다. 교통이 도시의 중앙신경 체계이며, 고도로 집중되고 제한적인 공간에서 운송 수단을 관리하기 때문이다. 차량 배기가스와 소음, 교통 시스템이 차지하는 공간은 도시 삶의 질을 떨어뜨리는 요인이다. 도시 내 교통수단에는 버스, 지하철, 전차 등 장단거리 대중교통 노선과 화물용 운송 수단, 승용차와 자전거 등 개인 교통수단, 보행자 등이 모두 포함된다. 따라서 이 같은 교통수단을 통합하는 솔루션이 필요하다. 미래 도시들은 지능적인 교통 관리와 운송 수단이 고도로 결합된 통합 교통 체계를 필요로 한다. 이를 위해서는 먼저 매력적인 대중교통 시스템이 구축돼야 한다.
 
대중교통이라고 하면 지저분한 역사나 지하철역에서 사람들이 길게 줄지어 있는 모습이 떠오른다. 하지만 대중교통 대기 시간은 크게 2가지 방식으로 단축할 수 있다. 첫째, 완전 자동화된 무인 운전(driverless) 지하철은 운행 간격을 단축할 수 있다. 첨단 자동 시스템으로 운영되는 독일 뉘른베르크와 파리의 지하철 14호선이 대표적이다. 둘째, 저상(low-floor) 전차를 이용해 운송객 수를 늘릴 수 있다. 지멘스가 개발한 ‘아베니오(Avenio)’ 전차는 73m 길이의 세계에서 가장 긴 저상 전차다.
 
교통수단 간의 융합도 지속될 것이다. 미래에는 청정 전기자동차와 세그웨이(Segway), 하이브리드 버스 등 모든 교통수단이 결합된 철도 시스템이 등장할 전망이다. 운송 수단의 이동 흐름을 조정하고 혼잡을 최소화하는 ‘텔레매틱스(Telematics) 애플리케이션’과 같은 통합적 교통 솔루션도 필요하다. 이 솔루션에는 도시 간이나 도시 내의 특정 목적지까지 가장 빠른 노선을 제공하는 교통 시스템, 열차·전차 및 공항 연계 등이 최적화된 교통 일정, 휴대폰을 이용한 효율적인 노선 계획 등이 있다.
 
 

③에너지 효율 솔루션 대규모 전력 소비자의 에너지 소비를 크게 낮춰 에너지 효율을 높이는 솔루션도 대안이 될 수 있다. 예를 들어 전 세계에서 산업용 모터는 2000만 개가 사용되며, 세계 산업용 전력의 65%를 소비한다. 에너지 소비를 최적화한 에너지 절약형 모터로 교체한다면 연간 3억6000만t의 이산화탄소 배출을 줄일 수 있다. 호주 전체의 연간 이산화탄소 배출량만큼을 줄일 수 있는 셈이다. 에너지 효율성이 높은 모터나 인버터를 사용하면 에너지 절약 비용으로 1년 내에 초기 투자금을 회수할 수도 있다.
 
도로 조명 또한 중요하다. ZVEI에 따르면 유럽 내 도로 조명의 30%에 1960년대 조명 기술 수준이 적용되고 있는데, 발광다이오드(LED) 기술을 활용해 가로등 조명을 교체하면 연간 350만t의 이산화탄소를 감축할 수 있다.
 
 

 
④효율적인 에너지 공급 발전, 변전, 배전 등 에너지 공급 과정에서 효율성을 높이는 솔루션도 중요하다. 이를 위해서는 에너지 믹스(energy mix)의 최적화가 선행돼야 한다. 가장 이상적인 솔루션은 풍력, 태양열, 수력 등 신재생 에너지를 통해 이산화탄소 배출이 없는 청정 에너지를 생산하는 방법이다. 하지만 이 재생 에너지는 안정적인 기저부하(base load)를 보증할 수 없는 한계가 있다. 이에 따라 기저부하 발전소와 복합화력 발전소를 계속 활용할 필요가 있다.
 
초고압직류송전(HVDC) 라인은 전력 손실을 최소화하면서 이산화탄소 배출 없이 생산된 전력을 도시까지 직접 송전할 수 있는 장점이 있다. 지멘스는 현재 중국에 세계 최초로 800-kV급 HVDC와 5000MW급 송전 시스템을 구축하고 있다. 이산화탄소를 배출하지 않는 경제적이고 친환경적인 수력 발전소에서 생산된 전력이 장거리 HVDC 시스템을 통해 윈난성에서 광저우까지 1400km 송전된다. 이는 중국의 일반적인 에너지 믹스와 비교해 연간 3000만t 이상의 이산화탄소 감축 효과가 있다.
 
지능적인 에너지 관리 시스템을 도입한 스마트 그리드(지능형 전력망)는 전력을 보다 효율적으로 활용하는 인프라다. 재생 에너지로 생산한 잉여 전력을 열 펌프나 네트워크형 전기자동차에 저장할 수도 있다. 실시간 전기 소비량을 측정 관리하는 ‘스마트 미터’로 개인의 일일 에너지 소비량을 확인하고 에너지 절감 비용을 측정해 개별 가정의 에너지 소비 습관을 바꿀 수도 있다.
 
미래에는 개별 가정은 물론 도시의 건물, 거리, 자동차, 발전소, 전력망을 연계하고 상호 커뮤니케이션을 통해 도시 내 에너지 흐름을 최적화할 수 있을 것이다. 이와 같은 통합 시스템으로 에너지 믹스의 최적화, 에너지 체인 전반에 걸친 효율성의 향상, 도시의 지속 가능한 에너지 공급 등이 가능해질 것이다.
 
[DBR TIP]지속 가능한 도시를 위한 연구 보고서
지멘스는 도시의 특수한 인프라 요구를 조사하고 이를 상세히 분석하기 위한 연구 작업을 후원하고 있다. 2007년 메가시티 보고서를 시작으로, 주요 도시들의 발전 방안에 대한 연구 보고서 시리즈를 발행하고 있다.
 
①메가시티 도전 과제(2007년)
2007년 연구 기관인 글로벌 스캔과 MRC 맥린 헤이츨이 지멘스의 후원으로 작성했다. 각 메가시티 지역에 대한 객관적인 자료 조사와 25개 도시의 시장, 공무원 등 500여 명의 공공 및 민간 부문 전문가들과 인터뷰를 진행했다. 그 결과 메가시티 지역에서는 교통 문제의 해결이 최우선 과제로 조사됐다. 재생 에너지에 대한 관심도 매우 높았다. 응답자의 70% 이상이 공공·민간의 협력을 유망한 신규 사업 모델로 평가했다. 응답자들은 또 민간 부문이 에너지, 물, 교통 및 헬스케어와 같은 도시 인프라 구축에서 중요한 역할을 맡아야 한다고 답했다.
 
②지속 가능한 도시 인프라 - 런던 편(2008년)
지멘스와 멕킨지는 2008년 도시 내 온실가스 배출을 줄이기 위한 기술적인 방법과 비용을 포괄적으로 분석한 첫 보고서 ‘지속 가능한 도시 인프라 - 런던 편’을 발표했다. 이 보고서에서는 온실가스와 쓰레기 배출, 물 소비 등을 줄이는 200여 개 친환경 기술을 분석했다. 그 결과 현재의 기술로도 2025년까지 런던 내에서 이산화탄소 배출량을 1990년보다 약 44%(20Mt) 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 이 보고서는 온실가스를 절감하는 친환경 기술의 경제성에 대해서도 설명하고 있다. 이 같은 온실가스 배출을 줄이기 위한 친환경 기술 투자 금액은 런던 지역내총생산(GRDP)의 1% 미만에 불과할 것으로 예상된다. 이 투자의 70%는 에너지 비용 절감을 통해 전액 환수될 수 있다고 분석됐다.
 
③탄소 배출이 없는 미래 도시 - 뮌헨 편(2009년)
가장 최근의 연구 보고서는 올해 내놓은 뮌헨 보고서다. 지멘스는 부퍼탈 기후·환경·에너지 연구소에 의뢰해 뮌헨과 같은 현대 대도시가 배출하는 온실가스의 양을 크게 감축할 수 있는 방법을 분석했다. 그 결과 뮌헨 시민의 삶의 질을 크게 훼손하지 않고 2058년까지 뮌헨을 탄소 배출이 없는 도시로 바꿀 수 있다는 결론을 얻었다. 보고서는 뮌헨의 에너지 수요를 재생 에너지와 탄소 배출이 적은 에너지로 충당하는 방안을 제시하고 있다. 예를 들어 건물 단열 시설의 최적화, 재생 가능한 저탄소 발전, 난방 및 전력의 열병합 발전, 에너지 고효율 전기 장비, 조명 시스템의 효율적 사용, 공공 교통수단 이용 등이 대안으로 제시됐다. 장기적인 관점에서 이 같은 에너지 효율성은 도시의 중요한 경쟁력이 될 수 있다.
미래를 여는 선구자 메가시티
메가시티가 넘어야 할 과제는 적지 않지만, 앞서 언급한 조건을 충족할 수 있다면 지속 가능한 성장과 개발도 가능하다. 이미 효율적인 에너지 솔루션과 도시 내 에너지 소비량을 크게 줄이는 기술이 개발되고 있다.
 
세계의 메가시티들은 이 같은 첨단 기술을 기반으로 삶의 질을 높이고 생산성을 끌어올리고 있다. 지속 가능한 성장을 목적으로 인프라를 투자하기 위해 다양한 자금 조달 방법도 나오고 있다.
 
지속 가능한 도시 발전 모델은 시민들의 삶의 질을 높여줄 뿐만 아니라 기후 변화 문제를 해결하는 대책이 될 수 있다. 이를 위해서는 기술 혁신이 필수적이며, 민간 부문의 역할이 특히 중요해질 것으로 예상된다. 이 같은 도전 과제를 극복하기 위한 메가시티의 노력은 세계 각국의 도시들에도 훌륭한 본보기가 될 것이다.
 
필자는 오스트리아 잘츠부르크 연방 고등기술학교(전기공학과)를 졸업하고, 독일 지멘스 본사에 입사해 빌딩 자동화 프로젝트 부서장, 해외 사업개발 부서장, 자동화 사업부 부서장 등을 거쳐 2006년 6월 지멘스코리아 사장으로 취임했다. 한독상공회의소 회장도 맡고 있다.
 
동아비즈니스리뷰 334호 세계관의 세계 2021년 12월 Issue 1 목차보기