Evaluating the Mitigation Potential of Embodied Carbon Emissions in Korea’s Residential Buildings = 한국 주거용 건물의 내재 탄소 배출 저감 잠재량 평가

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Decarbonizing the construction sector has increasingly highlighted the importance of managing embodied carbon. Many governments worldwide have recognized this issue and introduced regulations based on whole life carbon (WLC), which includes both operational and embodied carbon, while promoting embodied carbon mitigation within national carbon neutrality efforts. In contrast, Korea’s building-sector carbon neutrality strategy has tended to prioritize operational carbon, and comprehensive national-scale data and studies on embodied carbon emissions remain limited.
In response, this study employed a dynamic material flow analysis (dMFA) to quantify long-term changes in residential floor area, construction material stocks and flows, and resulting embodied carbon emissions in Korea’s residential building from 1962 to 2050. Furthermore, scenario analyses were conducted to evaluate the mitigation potential of embodied carbon reduction strategies that reflect Korea’s policy context and resource-use characteristics, linking reductions in new construction demand, material production, waste generation, and embodied carbon emissions.
The results indicated that the total residential building stock in terms of floor area was projected to continue increasing until 2044. Among residential building types, reinforced concrete (RC) multi-family housing had become the dominant typology since the 1990s, and the demolition and reconstruction of RC apartments completed after the 1990s were found to play a critical role in shaping future material flows and embodied carbon emissions. Annual material production for residential buildings increased by a factor of 142 between 1962 and 2023 and was projected to decline after the 2030s, whereas construction and demolition waste generation was expected to continue increasing through 2050. Concrete and steel were found to dominate both material production and waste flows, accounting for more than 90% of the total in 2023. Annual embodied carbon emissions increased sharply from 1962 to 2023, reaching approximately 2–4% of Korea’s total national greenhouse gas emissions. Although annual embodied carbon emissions were projected to decline in the future, emissions from the end-of-life stage were expected to account for an increasing share.
Scenario analysis showed that when each of the four embodied carbon mitigation strategies was applied individually, annual embodied carbon emissions in 2050 could be reduced by 16–42% compared to the baseline scenario, while cumulative emissions from 2024 to 2050 can be reduced by 5–24%. When all strategies were implemented simultaneously in an integrated scenario, annual embodied carbon emissions in 2050 were reduced by 79%, and cumulative emissions from 2024 to 2050 were reduced by 37% relative to the baseline. The mitigation pathway of the integrated scenario is consistent with Korea’s national carbon neutrality pathway and demonstrates the potential to contribute meaningfully to climate change mitigation from a carbon budget perspective. Moreover, the results highlight that substantial emission reductions can only be achieved when mitigation efforts address both embodied and operational carbon within a whole life carbon framework.
This study represents the first national-scale analysis of embodied carbon emissions in Korea. By systematically enhancing previously limited information on material flows and embodied carbon emissions in the building sector at the national level, this study highlights the importance of embodied carbon management and provides a scientific basis for establishing future carbon neutrality pathways and whole life carbon–based policies in the building sector.

국문 초록 (Abstract)

건설부문에서의 탄소 배출 저감을 위해서 내재 탄소에 대한 관리에 대한 중요성이 커지고 있다. 해외 각국 정부에서는 내재 탄소 관리에 대한 중요성을 인식하여 운영 탄소와 내재 탄소를 포괄하는 총탄소(whole life carbon) 규제를 도입하고, 국가 탄소 중립 달성을 위한 핵심 전략 중 하나로서 내재 탄소 감축 전략을 추진하고 있다. 그러나 한국은 건물 부문 탄소 중립 전략에서 운영 탄소 관리가 주를 이루고 있으며, 국가 단위의 내재 탄소 배출 관련 데이터와 연구가 부족한 상황이다.
이에 본 연구는 동적 물질흐름분석을 기반으로 1962년부터 2050년까지 한국 주거용 건물 부문의 주거 면적 변화, 건설 자재의 축적 및 흐름, 그리고 이에 따른 내재 탄소 배출을 정량적으로 분석하였다. 더 나아가 한국의 정책 및 자원 이용 특성을 반영한 내재 탄소 배출 감축 전략에 대한 시나리오 분석을 수행하여 신축 수요, 자재 생산, 폐기물, 내재 탄소 배출의 감축 잠재량을 평가하였다.
연구 결과, 한국 주거용 건물의 연면적 기준 재고량은 2044년까지 지속적으로 증가할 것으로 전망하였다. 주거용 건물 유형 중 철근콘크리트 공동주택이 90년대 이후로 가장 큰 비중을 차지하는 주택 유형이 되었으며, 90년대 이후 완공된 아파트의 철거와 재건축이 향후 물질흐름 및 내재 탄소 배출을 주도할 것으로 예상되었다. 주거용 건물에 투입되는 연간 자재 생산량은 1962년 대비 2023년 142배 증가하였으며, 2030년대 이후 감소할 것으로 전망하였다. 반면, 폐기물 발생량은 2050년까지 지속적으로 증가할 것으로 나타났다. 건설 자재 중 콘크리트와 철강이 2023년 기준 자재 생산 및 폐기 흐름에서 90% 이상을 차지할 것으로 나타났다. 연간 내재 탄소 배출은 1962년부터 2023년까지 급증하였으며, 국가 총 탄소배출량의 2-4% 수준으로 나타났다. 향후 연간 내재 탄소 배출은 감소할 것으로 전망되며, 폐기 단계에서의 탄소 배출 비중이 증가할 것으로 예측하였다.
시나리오 분석 결과, 4가지 내재 탄소 감축 전략을 따로 적용하였을 때, 기준 시나리오 대비 2050년 연간 배출량을 16-42%, 2024년부터 2050년까지의 누적 배출량을 5-24% 감축할 수 있을 것으로 추정하였다. 모든 전략이 동시에 적용되었을 때, 기준 시나리오 대비 2050 연간 배출량을 79%, 2024년부터 2050년까지의 누적 배출량을 37% 감축할 수 있을 것으로 전망하였다. 내재 탄소 감축 전략이 모두 적용된 시나리오의 감축경로는 한국 탄소 중립 감축경로에 부합하며, 탄소 예산 관점에서 기후변화 완화에 기여할 수 있음을 확인하였다. 또한 총탄소 관점에서 내재 탄소와 운영 탄소 감축 노력이 이루어져야 유의미한 탄소 배출 감축이 이루어질 수 있음을 밝혔다.
본 연구는 한국을 대상으로 한 첫 국가 수준 내재 탄소 배출 연구로, 그동안 제한적이었던 국가 단위의 건물 부문 물질 흐름 및 내재 탄소에 대한 정보를 개선하였다. 이를 통해 내재 탄소 배출 관리의 중요성을 강조하고, 향후 건물 부문의 탄소중립 감축경로 및 총탄소 관리 정책 수립의 과학적 근거를 제공한다.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1. Introduction 1
• 1.1. Research Background 1
• 1.2. Research Background 3
• Chapter 2. Literature Review 5
• 2.1. Embodied Carbon Mitigation Strategies 5
• 2.1. Previous Studies on Dynamic Material Flow Analysis and Embodied Carbon Emissions 6
• Chapter 3. Data and Methods 10
• 3.1. System Boundary and Scope, Overview of the Research Methodology 10
• 3.2. Current and Historical Stock Changes 13
• 3.3. Future Stock Changes 18
• 3.4. Lifetime distributions 24
• 3.5. Dynamic Material Flow Analysis and Embodied Carbon Emission Analysis 27
• 3.6. Material Intensity and Carbon Emissions Intensity 31
• 3.7. Mitigation Scenario 36
• 3.8. Sensitivity and Uncertainty Analysis 45
• Chapter 4. Results 50
• 4.1. Residential area 50
• 4.2. Material Flows 54
• 4.3. Embodied Carbon Emissions 58
• 4.4. Mitigation Scenario Analysis 60
• 4.4. Sensitivity and Uncertainty Analysis 64
• Chapter 5. Discussions 67
• 5.1. Contribution to Climate Change Mitigation 67
• 5.2. Improvement of Korean Data Resolution 71
• 5.3. Whole Life Carbon Benchmarks 72
• Chapter 6. Conclusions 76
• Bibliography 79
• Abstract in Korean 90