탄소-음성 건축 자재가 콘크리트를 대체할 수 있다

전통 콘크리트의 환경 비용

오늘날 건설 부문을 살펴보면, 콘크리트가 가장 널리 사용되는 재료 중 하나라는 것이 명백합니다. 새로운 건설의 대부분은 비용 효율성, 가용성 및 유연성 때문에 콘크리트에 의존합니다.

콘크리트 시장 통계

전 세계 콘크리트 시장 가치는 현재 4028.7억 달러이며, 미국 시멘트 시장은 2025년에만 $15.22B를 초과했습니다. 이러한 수요는 도로 및 고속도로와 같은 정부 인프라 프로젝트를 포함한 여러 출처에서 왔으며, 전체 수요의 11%를 차지했습니다.

데이터 센터는 콘크리트 시장 최근 확장의 또 다른 이유였습니다. 보고서에 따르면, 데이터 센터는 2025년에 247,000톤의 콘크리트를 차지했으며, 분석가들은 2026년에 이 부문이 더욱 성장할 것으로 예측하고 있습니다.

현대 건설은 낭비적이다

콘크리트 건축 자재에 대한 수요 증가와 관련하여 여러 문제가 드러났습니다. 첫째, 이 과정은 환경에 매우 큰 부담을 줍니다. 보고서에 따르면, 콘크리트 건설은 전 세계 CO2 배출량의 8%를 차지합니다. 안타깝게도 현재 제조 방식은 에너지 집약적이며, 콘크리트를 수 주에 걸친 경화 과정 동안 높은 온도로 구워야 합니다.

지속 가능한 건설 기술

균형을 맞추고 지속 가능성을 달성해야 한다는 필요성을 인식한 엔지니어들은 지속 가능한 건설 기술을 만들 방법을 찾기 위해 수많은 시간을 투자했습니다. 이러한 전략은 바이오 소재 활용부터 적은 재료로 완성할 수 있는 혁신적인 설계에 이르기까지 다양한 접근 방식을 포함합니다.

출처 – WPI

엔지니어들이 콘크리트 제조의 영향을 줄이기 위해 시도한 가장 흥미로운 방법 중 하나는 하이드로겔 기반 스캐폴드를 사용하는 것입니다. 이는 물 침식에 견디고 위험한 수준으로 물에 용출되지 않도록 하는 콘크리트 유형입니다.

오늘날 지속 가능한 건설 기술의 문제점

지난 10년간 콘크리트 제조의 환경 영향을 줄이기 위한 연구가 진행되어 왔습니다. 그러나 현재까지 대부분의 접근 방식은 확장되지 않는 복잡한 제조 방법이나 최소한 추가 코팅 또는 보호층을 필요로 했습니다. 이러한 결과 부족은 많은 연구자들로 하여금 저에너지 방식으로 탄소 음성 건축 자재를 만드는 것이 거의 불가능하다고 생각하게 만들었습니다.

WPI 연구 결과: 효소 재료 vs. 콘크리트

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다행히도, WPI 연구원들은 그 메모를 받지 못했습니다. 과학 저널 Matter에 발표된 “모세관 현탁 기술을 통한 내구성 높고 고강도 탄소-음성 효소 구조 재료 ¹” 연구는 팀이 효소 촉매 광물화 복합체 형성을 이용해 탄소-흡수 건축 자재를 만들 수 있었던 방법을 설명합니다.

효소 촉매 광물화

구체적으로, 팀은 목적에 맞게 설계된 효소 혼합물과 모세관 현탁 전략을 결합하여 탄소 매트릭스 내에 침전된 칼슘 광물을 포획할 수 있게 했습니다. 매트릭스에 얽히게 되면 입자들이 자연스럽게 결합합니다.

효소 구조 재료 (ESM)

이 접근 방식은 고열 오븐에서 굽는 등 인공 경화 방법을 없애줍니다. 또한 콘크리트 대안과 동등한 구조 강도를 제공하는 성형 가능한 재료를 만듭니다. 이 기술의 핵심은 열 경화 전략을 사용해 조절 가능한 다공성과 기계적 특성을 가진 CaCO3-브릿지 삼원 복합체를 자연스럽게 생성하는 것입니다.

CO2 포집

제조가 더 쉽고 환경에 덜 해로운 것 외에도, ESM은 실제로 탄소 흡수원으로 작동한다는 또 다른 큰 장점을 가지고 있습니다. 탄소 흡수원은 CO2를 포획해 대기에서 제거하고 저장합니다.

출처 – Cell

놀랍게도, ESM은 CO2를 고체화하고 더 단단한 물질로 전환하는 효소를 가지고 있습니다. 이 탄소 포집 구조는 환경적 영향 측면에서 큰 장점을 제공합니다. 탄소-음성 설계와 흡수 능력 덕분에 이 재료는 지속 가능한 미래를 위한 UN 환경 지침에 직접 부합합니다.

탄소-흡수 건축 자재 테스트

니마 라바르와 그의 팀은 새로운 재료의 강도, 내구성, 수분 저항성 및 탄소 포집 능력을 테스트했습니다. 또한 다양한 형태와 공정을 사용해 성형한 후 재료의 강도를 시험하여 접근 방식을 미세 조정했습니다.

탄소-흡수 건축 자재 연구 테스트 결과

연구 결과는 긍정적이었습니다. 놀랍게도, ESM은 수분 저항성 측면에서 콘크리트를 능가했습니다. 또한 보고서에 따르면, 이 재료는 하이드로차 마이크로구조를 사용해 전통 콘크리트보다 구조 강도에서 앞섰습니다.

구체적으로, 이 재료는 평균 압축 강도 25.8 MPa를 기록했습니다. 이 수치는 이러한 재료가 현재 다른 지속 가능한 건설 대안인 살아있는 건축 재료(LBMs)와 엔지니어링 살아있는 재료(ELMs)를 포함한 기존 능력을 넘어섰음을 의미합니다.

엔지니어들은 또한 생산 방법이 전통 콘크리트에 비해 훨씬 환경 친화적이라고 언급했습니다. ESM 1입방미터를 생산할 때는 6kg의 CO2만 배출되지만, 전통 콘크리트와 동일한 양을 만들려면 330kg이 필요합니다.

효소 구조 재료 (ESM)의 장점

ESM이 시장에 제공하는 혜택은 길게 나열될 수 있습니다. 첫째, 전통 콘크리트와 비교 가능한 대안을 제공하는데, 전통 콘크리트는 광범위하게 사용되어 이미 방대한 인프라와 전문가 네트워크가 구축되어 있어 ESM을 큰 변경 없이 활용할 수 있습니다.

ESM은 입자 결합 및 경화 과정을 통해 더 높은 강도를 제공합니다. 또한 콘크리트보다 훨씬 빠르게 경화됩니다. 전통적인 옵션은 최소 28일이 필요하지만, ESM은 몇 시간 안에 경화됩니다. 이는 빠른 시공 및 수리성을 가능하게 합니다.

비용 효율적

ESM이 이 분야에서 중요한 이정표로 여겨지는 재정적 이유도 있습니다. 첫째, 제조 과정에서 인력 요구량을 낮춥니다. 또한, 수리 가능성이 유지보수 비용을 감소시킵니다. 더불어, 이 재료의 뛰어난 성형성은 건설 폐기물을 줄여 비용을 절감하고 프로젝트 수명을 연장합니다.

확장성

ESM의 또 다른 큰 장점은 산업 규모로 확대 생산이 가능하다는 점입니다. 이는 비교 가능한 강도와 성형성, 그리고 적은 폐기물을 제공합니다. 이러한 모든 요소는 콘크리트 제조업체에게는 더 많은 수익을, 재료를 활용하는 이들에게는 더 높은 품질을 의미합니다.

환경 친화적

큰 그림을 보면, ESM은 전통 콘크리트에 대한 실현 가능한 대안을 제공합니다. 환경 친화적인 대안이죠. 탄소 흡수 설계는 기후 변화와 도시·도로 등 다양한 영향 감소에 기여할 수 있습니다.

또한, 이 재료는 처음부터 재활용 가능하도록 설계되었습니다. 목표는 순환 제조 프로세스를 만드는 것입니다. 성공한다면, ESM은 미래의 저렴한 주거, 인프라 및 유지보수 프로젝트를 지속하는 데 핵심적인 역할을 할 수 있습니다.

탄소-음성 콘크리트 상업화 일정

앞으로 ESM의 적용 분야는 많습니다. 예를 들어, 향후 인프라 및 대규모 건설 프로젝트에서 활용될 수 있습니다. 탄소 포집 재료의 통합은 인간의 확장과 숲 감소에 따른 영향을 낮추는 데 도움이 됩니다.

특히, 도로는 CO2 배출의 주요 원인 중 하나입니다. 아스팔트와 콘크리트 제조 방식, 포장 방법, 그리고 그 위를 주행하는 차량까지 모든 단계에서 CO2가 발생합니다. ESM을 사용하면 차량으로부터 CO2를 포집하는 도로를 만들 수 있어 배출량을 줄일 수 있습니다.

상업화 일정 및 채택 전망

향후 5년 내에 ESM이 사용되는 모습을 볼 수 있을 것입니다. 이 재료가 주요 인프라 프로젝트에 채택되기 전에 추가 테스트가 필요합니다. 그러나 이는 UN의 넷제로 탄소 헌장과 일치하며, 더 저렴한 제조와 적은 환경 영향을 제공합니다. 따라서 이 기술은 큰 수요를 얻게 될 가능성이 높습니다.

탄소-흡수 건축 자재 연구자들

탄소-흡수 건축 연구는 워체스터 폴리테크닉 인스티튜트(WPI) 과학자들이 주도했습니다. 특히, 토목·환경·건축공학부장인 Ralph H. White 가족 교수인 니마 라바르가 이 연구의 책임자로 명시되었습니다. 논문에는 또한 쉬와이 왕, 파디스 푸르하지, 달튼 바살로, 사라 하이다르네자드, 수잔 스칼라타가 기여한 멤버로 기재되었습니다.

탄소-흡수 건축 자재의 미래

팀은 이제 평판 좋은 산업 파트너를 확보해 ESM 제조 공정을 확대하려는 목표를 잡고 있습니다. 이 단계에서는 ESM의 기계적 특성, 내구성 및 효율성을 향상시키는 방안을 추가로 검토해야 합니다.

지속 가능한 건설에 대한 공공 시장 노출

오늘날 낭비적인 건설 기술에 대한 더 나은 대안을 찾기 위해 수백만 달러를 연구에 투자한 다양한 기업이 있습니다. 이들 기업은 지속 가능성이 미래 번영을 보장하는 핵심임을 이해하고 있습니다. 여기 지속적으로 혁신을 추진하면서도 업계에서 평판이 좋은 한 기업을 소개합니다.

CRH (CRH)

ESM과 같은 실험실 기반 솔루션이 초기 단계에 있는 반면, 업계 거대 기업인 CRH가 이를 확대할 가능성이 가장 높습니다. 북미 최고의 건축 자재 기업인 CRH는 2억 5천만 달러 규모의 벤처링 및 혁신 펀드를 통해 전통 콘크리트를 넘어 적극적으로 나아가고 있습니다.

특히, CRH는 Carbon Upcycling Technologies(CUT)와 협력해 상업 규모의 탄소 포집을 구현했습니다. 2025년 7월, CRH의 Ash Grove 자회사는 온타리오 주 미시소거에 최초의 시설을 착공했으며, 이는 시멘트 가마에서 직접 CO2를 포집해 건축 자재로 광물화하도록 설계되었습니다. 이는 WPI 연구에서 보여진 탄소-흡수 원칙과 직접적으로 일치합니다.

CRH는 ‘Sustainable Building Materials’ 액셀러레이터를 통해 스타트업에 투자함으로써 학계의 혁신과 산업 현실 사이의 다리 역할을 하며, 인프라 탈탄소화를 위한 ‘pick-and-shovel’ 전략을 구현합니다.

특히, CRH는 2026년에 긍정적인 움직임을 보이기 시작했으며, 2026년 1월 9일 $125.51에서 $131.38로 상승했습니다. 현재 50일 이동 평균은 상승세를 나타내며, 연간 31% 상승과 일치합니다.

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탄소-흡수 건축 자재 | 결론

놀랍게도, 팀의 노력과 헌신은 시장에 거대한 변화를 가져올 수 있습니다. 전 세계 건설의 1%만이라도 ESM과 같은 탄소-음성 재료로 전환한다면, 시장을 다음 단계로 끌어올리면서 CO2 배출량을 감소시킬 수 있습니다.

추가된 지속 가능성, 비용 절감 및 모듈성을 고려하면, 제조업체가 전통 콘크리트보다 ESM을 선호하는 미래를 상상하기 쉽습니다. 이러한 요소들에 더 저렴하고 빠른 경화, 조절 가능한 강도 및 재활용성을 결합하면 향후 채택을 촉진할 수 있습니다.

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참고 문헌

^{1. Wang, S., Pourhaji, P., Vassallo, D., Heidarnezhad, S., Scarlata, S., & Rahbar, N. (2025). Durable, high-strength carbon-negative enzymatic structural materials via a capillary suspension technique. Matter, 102564. https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102564}