"콘크리트 줄이자"..동네 흙 활용해 3D 프린터로 집 짓는 시대 열리나

A&M대학연구진, 20일 미국화학회(ACS) 가을학회에서 발표
콘크리트 건축 발생 이산화탄소 절감 기대..우주건축 기초 기술

연구진들이 지역 토양을 활용해 만든 구조물 (Aayushi Bajpayee 제공) 2020.08.20 /뉴스1

(서울=뉴스1) 김승준 기자 = 필요한 지역에서 직접 생산 재료를 조달해 건물을 '출력'하는 자급자족 기술이 현실로 다가오고 있다. 미국 연구진이 지역에서 채취한 흙을 3D프린터 원료로 바꿔 건축 구조물에 쓸 수 있는 기술을 개발했다.

미국화학회(American Chemical Society·ACS)에 따르면 20일(현지시각) 온라인으로 개최되는 ACS 가을학회에서 텍사스 A&M 대학 소속 과학자들이 이같은 연구 결과를 발표한다.

현대 건축의 핵심 소재인 콘크리트는 생산·유통과정에서 이산화탄소 유발효과(탄소 발자국)가 크고 폐기물과 에너지 소비가 많은 문제가 있다. 그로 인해 콘크리트 생산·유통과정에서 탄소 발자국을 줄이려는 연구와 원료 대체재를 찾으려는 연구가 이뤄지고 있다.

이번 연구를 주도한 사바짓 배너지(Sarbajit Banerjee) 박사는 "다른 연구자들에 의해 3D 프린터를 이용한 콘크리트 건축 공법이 발전해 폐기물을 줄여나가고 있다"며 "공정에 사용되는 재료의 지속 가능성을 고민해야한다. 콘크리트 제조는 국제에너지기구에 따르면 전체 이산화탄소 배출량의 약 7%를 차지하고 재활용도 어렵다"고 설명했다.

건설에 현지 토양을 사용하면 건축자재의 원료를 채취해 운반하고, 원료를 가공해 만든 건축자재를 다시 건축 현장으로 운송할 필요가 없어진다. 운송 비용과 운송으로 발생하는 온실가스·오염물질 문제를 줄일 수 있다. 문제는 각 지방의 토양 성분이 제각각이라는 데 있다.

지각은 식물이 자라는 표면의 유기층에서 시작하여 지각의 단단한 기반암으로 나눌 수 있다. 연구진은 다양한 생물과 환경 영향을 받는 유기층 아래의 점토층을 재료로 활용했다.

연구진은 토양 샘플을 수집하고 첨가제를 넣어 플라스틱처럼 가공하기 쉬운 성질이 되도록 만들어 3D프린터로 출력하기 쉽게 만들었다. 그 결과 한 변이 1인치(2.54cm) 가량 되는 입방체를 만드는 데 성공했다.

현재 연구진은 건축에 쓰일 수 있도록 3D프린터로 출력한 구조물의 강도를 높이는 연구를 이어오고 있다. 예를 들어 습도에 약한 점토의 성질을 극복하기 위해 표면에 미세한 지퍼 모양 층을 만드는 방법을 개발했다. 이 방법을 이용해 기존의 구조물의 두 배 더 많은 무게를 지탱할 수 있음을 증명했다.

하중 지지 능력 개선 연구와 함께, 연구진은 다른 건축 자제와의 연계 연구, 지역 토양을 이용한 건축과 콘크리트 건축 시스템의 환경 영향에 대해 연구도 해나갈 계획이다.

이번 연구에 참여한 아유시 바페이(Aayushi Bajpayee) 연구원은 "역사적으로 인간은 현지 재료로 건축했지만 콘크리트 도입으로 많은 환경 문제가 발생했다"며 "(이번 연구는) 가까운 곳의 재료로 콘크리트를 대체할 방법을 찾는 것이었다"고 설명했다.

이러한 자급자족 연구는 운송비용을 줄이는 용도 외에 우주개발에도 응용된다. 무게는 곧 발사비용으로 이어지는 우주개발분야에서 원자재를 달이나 화성같이 도착지에서 채취해 3D프린터에 쓰거나 에너지 생산에 쓰는 기술은 비용절감의 핵심이다. 3D 프린터만 보내면 무게를 획기적으로 줄일 수 있기 때문이다.

이번 지역토양에 대한 기술을 개발한 연구진 역시 장기적으로는 달이나 다른 행성에서 채취한 토양을 3D프린터에 활용하는 방안을 연구할 것이라고 밝혔다. 한국건설기술연구원에서는 달 표면의 토양과 비슷한 '월면토'를 가지고 달과 비슷한 진공환경에서 실험할 수 있는 체임버를 개발해 각종 기술확보에 나서는 등, 각국에서는 지구 안밖을 가리지 않는 자급자족 방식의 건축 기술에 대한 연구·개발이 이뤄지고 있다.

seungjun241@news1.kr