살아있는 콘크리트와 스마트시티 건설

세계 녹색 건축위원회(World Green Building Council)는 건설 산업에 대한 야심 찬 새로운 비전을 발표했다. 스마트시티 프레스에 따르면 목표는 2030년까지 건축 내구성 탄소 배출량(ECE; embodied carbon emissions)을 줄이고 2050 년까지 100% 제로 순배출량을 달성하는 것이다. 최근 보고서에 따르면 건물과 건축이 전 세계 탄소 배출량의 39%를 차지하고 있다. 그 중에서도 운영 배출은 28%, ECE는 나머지 11 %를 차지한다.

내구성 탄소 배출량에 중점을 두면 건물 수명주기 전반에 걸쳐 시공 과정에서 사용되는 재료가 중요한 역할을 한다.예를들어, 스모그 포집 콘크리트를 사용하면 탄소를 방출하는 대신 공기 품질이 향상된다. 이 재료는 건물이 스모그를 줄이는 데 크게 도움이 된다는 것이다.

기존 콘크리트의 제조와 운송, 시공 및 수명주기는 내구성 탄소 배출량을 책임진다. 이러한 배출은 과거에 간과되었지만 UN 기후 변화에 관한 정부간 협의체 (Intergovernmental Panel On Climate Change)는 이정표가 될 연구를 수행했다. 그 결과, 지구 온도를 1.5 ℃ 미만으로 유지하기 위해서는 내구성 탄소 배출을 줄이는 것이 중요하다는 것을 확인했다.

반면에 새롭게 지어지는 건축물로 2060년까지 전 세계 건축물은 두 배로 늘어날 것으로 예상된다. 결국 탄소 배출량은 더 높아질 것이다. 따라서 새로운 보고서는 건물의 설계, 건축, 사용 및 축소 방식을 변화시키는 조치를 취해야 한다고 지적한다.

최근에 새로운 살아있는 콘크리트 재료는 스마트시티를 위한 유망한 지속 가능한 건축 재료로서 주목을 끌고 있다. 구성의 종류에 따라 건물에서의 생산 및 사용이 내구성 탄소 배출 과제를 해결할 것으로 보인다. 살아있는 콘크리트는 연간 2.8기가 톤의 배기 가스를 발생시키는 기존 콘크리트의 생산과는 다르다.

시아노 박테리아가 지속 가능한 콘크리트를 만드는 데 어떻게 기여 했는가?

콜로라도 대학(University of Colorado)의 연구팀인 볼더(Boulder)는 혁신적인 지속 가능한 콘크리트를 만들었다. 이 물질은 살아 있으며 탄소를 재생산하고 포획할 수도 있다. 사실 건설 산업에 유망한 소재가 될 것으로 예상된다.

새로운 물질은 시아노 박테리아(cyanobacteria)의 도움을 받아 개발되었으며, 광합성을 통해 에너지를 포착하는 일반적인 종류의 박테리아다. 이 물질은 박테리아에서 유래하여 나중에 번식 할 수있는 유리한 서식지 역할을 한다. 이것은 박테리아에게 불리한 일반 콘크리트와 반대다.

살아있는 건물의 탄생

또한 연구팀에 따르면 이 혁신은 미래에 살아있는 건물을 만들어 갈 것이라고 한다. 여기서 마술은 언젠가 이 건물들이 인간의 피부처럼 자신의 균열을 치유하고 공기를 정화 할 수 있다는 것이다.

Advanced Science News에서 발표한 연구에 따르면, 미생물은 건물의 다양한 목적으로 사용될 수 있다. 그들은 살아있는 건축 자재로 활용되어 제조에 필요한 시간을 줄일 수 있다. 또한 생물학적 기능을 유지하면서 기계적 이점을 향상시킬 수 있다.

이 특정 프로젝트는 미국 국방부의 연구 책임기관인 고등연구계획국(DARPA)가 자금을 지원했다. DARPA는 살아있는 콘크리트를 만들 수 있는 빠른 프로세스를 찾고 있었다. 스루바(Srubar) 박사는“이것은 환경에 상호 작용하고 반응하도록 설계 될 수 있는 새롭고 흥미로운 재료의 무대를 설정하는 재료 플랫폼이다”고 덧붙였다.

첫 번째 성공적인 시도를 위해 연구원들은 시아노 박테리아들을 따뜻한 물, 모래 및 영양분의 혼합물에 넣어 실험했다. 곧 박테리아는 빛을 흡수하기 시작했고 모래 입자를 합쳐서 탄산 칼슘을 생산하기 시작했다. 탄산 칼슘은 건물 건설에 사용되는 시멘트에 존재하는 주요 성분이다.

약 24 시간 동안 이 혼합물은 연구팀이 사용한 몰드 형태의 콘크리트 블록을 생산했다. 여기에는 스트럿과 컷 아웃이 있는 2인치 큐브, 신발 상자 크기 블록 및 트러스 조각이 포함되었다. 살아있는 콘크리트는 일반 콘크리트에 비해 약하지만 개별 2인치 큐브는 사람의 체중을 견딜 수 있을 만큼 강했다. 신발 상자 크기의 블록은 실제 시공에 사용될 가능성을 보여 주었다.

연구자들에 따르면 시아노 박테리아는 생존하고 번식하기 위해 습한 환경이 필요하다. 이것은 전 세계 많은 지역에서 불가능한 일이다. 그러나 이들은 건조 조건에 대한 저항력이 높고, 살아있으면서 기능적인 미생물을 개발하기 위해 노력하고 있다. 그것이 가능하다면, 스마트 시티 컨셉은 향후 몇 년 동안 지속될 수 있을 것이다.