친환경·탄소중립, 바이오 융합한 ‘건설재료’로 실현
친환경·탄소중립, 바이오 융합한 ‘건설재료’로 실현
  • 전찬민 기자
  • 승인 2022.11.24 14:14
  • 댓글 0
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[공학저널 전찬민 기자] 친환경, 탄소중립 이슈가 전 산업에 영향을 미치고 있는 가운데, 건설 분야에서도 탄소중립 자원순환 건설재료에 대한 연구가 활발하다.

국내에서 친환경 건설재료는 지속가능 측면에서 고려되고 있으며, 관련 기술에 대한 연구 개발이 진행 중이다.

이때 건설재료의 친환경성 부여를 위해서는 탄소배출 저감, 재활용, 에너지소비 고효율 및 장수명성이 요구된다. 재활용은 천연자원 보존·폐기물 최소화 측면에서 주요하게 다뤄지고 있으며, 에너지소비 고효율은 에너지원인 자원의 보존과 탄소배출 저감 측면에서 고려되고 있다.

또한 장수명성은 재료의 생애주기를 늘려 자원보존과 폐기물 저감 그리고 재료 가공공정에서 배출되는 탄소배출 저감 측면에서 중요 요소로 손꼽히고 있다. 이러한 친환경 요소의 성능은 서로 유기적인 관계를 맺고 있으며 이것이 재료의 생애주기 지속가능성을 나타내는 지표가 된다.

최근 이러한 친환경 건설재료 기술개발 과정에서는 바이오기술과 나노기술 등 건설 외 분야와 융·복합이 이뤄지고 있는 추세다. 고품질의 생활환경 요구 증가와 함께 건설 분야에서도 다양한 기능성 재료에 대한 니즈가 점차 높아지고 있기 때문이다.

이와 관련해 경기대학교 건축공학과 양근혁 교수(사진) 연구팀은 최근 CO2, 미세먼지 등 유해요소 저감을 목표로 무전력 상태에서 2차 미세먼지인 대기 전구물질인 NOx와 SOx 저감을 위한 나노공극 코팅 소재를 활용해 콘크리트 기술을 개발하며 화제를 모으고 있다.

나노공극 코팅소재의 미세먼지 흡착 메커니즘
나노공극 코팅소재의 미세먼지 흡착 메커니즘

현재 많은 연구에서 NOx와 SOx 전구물질의 저감을 위해 주로 광촉매 기술이 이용되고 있지만, 강력한 자외선 환경 하에서 반응하는 광촉매의 특성을 고려하면 광촉매 코팅 콘크리트의 NOx 및 SOx 저감 효율성은 극히 낮을 수 있다는 것이 양 교수의 의견이다.

이에 연구팀에서 개발한 나노공극 코팅 소재 활용 콘크리트 기술은 NOx와 SOx의 이온전극반응에 의한 물리적 흡착과 빗물세정의 자연적 원리에 기반하고 있어 특정한 환경조건이 필요 없다. 실제로 대기 환경에서 이러한 기술을 활용한 콘크리트 블록의 NOx 및 SOx 저감 효율성은 일반 블록의 2배 이상으로 나타났다.

연구팀은 이러한 연구결과를 바탕으로 대기 중의 온실가스 저감을 위해 CO2를 에너지원으로 사용하는 광합성 박테리아를 활용한 콘크리트 기술개발을 추진 중이다.

이 기술은 콘크리트 표면에서 박테리아의 지속적인 생장과 번식을 통해 대기 중의 CO2를 지속적으로 고정화할 수 있는 새로운 접근방법으로서 미래 탄소중립 콘크리트 기술로 기대를 모으고 있다.

박테리아 슬라임 기반의 생태학적 콘크리트 보수 기술.jpg
박테리아 슬라임 기반의 생태학적 콘크리트 보수 기술

이와 더불어 최근 양 교수 연구팀은 박테리아 슬라임을 이용한 내황산 콘크리트 보수기술을 개발하며 실용화 측면에서 독창적인 기술을 개발했다고 평가받고 있다.

이 기술은 유해환경에 노출된 박테리아의 생장과정에서 생성하는 슬라임을 이용해 황산이온과 같은 유해인자들이 콘크리트 내부로 확산되는 것을 방지하는 기술로, 생태학적 접근방법으로 개발됐다.

박테리아의 지속 생장활동에 기반하는 이 생태학적 기술은 건설신기술 제910호로 인증됐을 뿐만 아니라 한국농어촌공사 및 한국수자원공사 신기술로 등록되는 쾌거를 얻었다. 또한 2021년에는 국가연구개발 100선에서 최우수로 선정될 만큼 기술의 독창성과 우수성을 인정받기도 했다. 이를 바탕으로 홍익산업개발, 베트남의 TK사에 기술이전을 성공하며 현재에도 다양한 분야에서 실용화가 추진되고 있다.

양 교수는 “향후 지구온난화에 대응해 건설재료 측면에서 박테리아 활용한 탄소중립 콘크리트 기술의 실용화를 위한 요소기술들을 정립하고자 한다”며 “더불어 구조공법 측면에서 자기복원 기술을 융합해 지진 등의 예기치 못한 큰 외부하중 조건에서 구조물의 사용성 및 장수명을 담보할 수 있는 새로운 기술개발을 추진할 계획”이라고 전했다.

그는 이어 “지속가능 건설의 요소기술에 대한 새로운 접근방법으로 전 세계에서 독창적이면서 우수한 성능을 확보하는 연구로 발전하는 것을 목표로 하고 있다”며 “기본적인 친환경성과 함께 사회적으로 요구되고 있는 다양한 기능성 부여를 고려한다면 IT, 바이오 및 나노기술 등과 건설 기술의 융합은 앞으로 더 중요하게 다루어질 전망”이라고 덧붙였다.


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