재료 과학
현대적 관점으로 기존 구조 재료 및 공정을 재평가하기
수천 년 동안, 콘크리트와 같은 건축 자재는 인간이 영구적인 건축 걸작을 만들 수 있게 해왔습니다; 고대 로마를 보면 그 예를 확인할 수 있습니다. 이 기간 동안 우리는 이러한 건축 자재에 대해 모든 것을 배웠다고 생각할 수도 있지만, 현대적 관점으로 재평가함으로써 미래를 내다보는 기업들이 이들에 새로운 목적을 부여하고 고대 레시피를 개선할 수 있게 되었습니다.
재료 및 공정
앞서 언급했듯이, 고대 로마는 콘크리트를 사용하여 달성할 수 있는 것의 완벽한 예시입니다. 최근까지도 과학자들은 2000년 이상 된 구조물들이 어떻게 이렇게 좋은 상태를 유지하고 있는지에 대해 당황했습니다. 이제 우리는 답변이 처음부터 바로 눈앞에 있었음을 알게 되었습니다 – 석회.
로마 콘크리트에 석회가 존재하는 것은 항상 조잡하거나 부실한 혼합 과정의 결과라고 생각되었습니다. 그러나 실제로는 석회 조각이 중요한 역할을 하며, 특정 방식으로 콘크리트에 주입될 때 최종 제품이 균열을 스스로 복구할 수 있게 합니다; 이것이 고대 건축 자재에 대한 우리의 첫 번째 현대적 접근인 자체 치유 콘크리트로 이어집니다.
자체 치유 콘크리트
콘크리트는 단순히 미세와 거친 기질을 혼합하고 경화제로 결합한 혼합물입니다. 콘크리트를 만드는 레시피는 시간과 지역에 따라 다양한 환경에 맞추어 변해왔습니다. 이를 염두에 두고 과학자들은 미래를 위한 새로운 버전을 만들기 위해 새로운 레시피와 접근법을 연구하고 시험하기 시작했습니다. 그 한 예는 콜로라도 대학교에서 나온 것으로, 과학자들이 개발한 잠재적인 콘크리트 대체재인 ‘Living Building Materials (LBMs)’는 “광합성 미생물을 이용해 비활성 모래-젤라틴 골격을 생물광물화하는” 방식으로 만들어집니다.
희망적으로도, 이러한 LBM은 자체 복제와 자체 치유 능력을 보여줄 뿐만 아니라 폐기물로부터 만들 수 있습니다. 또한 중요한 점은 이들이 탄소를 포집할 수 있다는 것입니다. 내구성과 장수성을 넘어, 미래형 콘크리트를 위한 새로운 레시피 개발에 시간을 투자하는 주요 이유는 바로 환경입니다.
콘크리트를 생산하는 과정은 대량의 CO2를 배출합니다. 지구에서 두 번째로 많이 사용되는 제품인 만큼, 이는 전체 CO2 배출량의 8%에 해당하는 막대한 배출을 초래합니다. 만약 콘크리트의 새로운 버전이 환경을 해치는 대신 실제로 돕는다면, 이는 탐구할 가치가 있는 길입니다.
실험실에서 진행 중인 연구를 넘어, Biomason과 같은 스타트업은 이미 생물학을 활용해 시멘트 산업의 환경 발자국을 최소화하는 유사한 접근법을 기반으로 제품을 제공하고 있습니다. 현재까지 이 회사는 Novo Holdings, Celesta Capital 등 투자자들로부터 여러 라운드에 걸쳐 약 $95M의 자금을 확보했습니다.
헴프 철근
철근은 콘크리트 건축 시 매우 중요한 재료입니다. 일반적으로 강철로 만들어지며, 콘크리트 건물에 구조적 지지를 제공하고 수명을 연장합니다. 앞서 언급했듯이, 콘크리트를 다루는 것은 대량의 CO2 배출을 의미합니다. 강철의 장점을 포기하지 않으면서 이 문제를 상쇄할 수 있는 철근을 만들 수 있다면 어떨까요? 바로 헴프 철근이 그 해답입니다.
헴프 철근은 콘크리트의 수명을 늘리는 기능뿐만 아니라, 강철보다 저렴하고, 더 강하며, 가벼우면서도 부식이 없습니다; 이는 많은 건물 붕괴가 무겁고 부식된 강철 철근과 관련이 있기 때문에 중요한 고려사항입니다. 또한 탄소 음성 바이오재료로 알려져 있으며, 재배되는 들판이 대량의 CO2를 흡수합니다. 철근으로 제작되는 등 적용될 때, 제품은 전체 수명 주기 동안 콘크리트 사용과 관련된 CO2 배출을 상쇄할 수 있습니다.
에너지 저장 벽돌
콘크리트만이 미래형 개편을 겪는 건축 자재는 아닙니다. 일반 및 재활용 벽돌을 슈퍼커패시터로 전환하는 과정이 현재 개발 중입니다. 이는 가까운 미래에 집을 둘러싸거나 보행로를 이루는 벽돌이 에너지 저장 솔루션으로 활용될 수 있음을 의미합니다. 벽돌을 에너지 원(예: 태양광 패널)에 연결하면, 벽돌을 충전해 야간에 전력을 공급할 수 있습니다. 다만 현재 기술은 아직 실현까지 갈 길이 멀다는 점을 유념해야 합니다. 현재 연구자들은 약 50개의 벽돌 용량이 비상 조명에만 5시간 정도 전력을 제공할 수 있다고 보고 있습니다.
이러한 성과를 달성하기 위해 연구자들은 고려했으며, 벽돌이 다공성이라는 점을 주목했습니다. 벽돌을 슈퍼커패시터로 만들기 위해, 벽돌에 PEDOT(전도성 고분자)를 코팅/주입하여 사실상 벽돌을 에너지 스펀지로 변환했습니다.
이러한 솔루션은 지속 가능한 에너지에 대한 지속적이고 집중적인 추진과 결합될 때, 인류가 지구에 가해진 피해를 되돌리고 더 친환경적인 미래를 보장할 수 있게 합니다.
첨가 제조
건축의 미래를 바라볼 때, 단순히 사용되는 재료만이 전부가 아닙니다. 고려해야 할 공정도 있습니다. 이를 염두에 두고, 우리가 건축하는 방식을 바꿀 가장 유망하고 잠재적으로 게임 체인저가 될 도약 중 하나는 첨가 제조, 즉 ‘3D 프린팅’입니다.
ICON은 주목할 만한 기업으로, 그들의 제품/서비스는 단순히 높은 잠재력을 가진 아이디어를 넘어 실제로 실행되고 있습니다. 한 예로, 텍사스 주 Georgetown에 ICON이 3D 프린팅한 100가구 커뮤니티가 이미 진행 중입니다. 또 다른, 아마도 더 흥미로운 사례로, ICON은 NASA로부터 ‘달 표면 건설 시스템’ 개발을 위해 $57.2M 상금을 수상했습니다. 맞습니다, ICON은 3D 프린팅 구조물로 달 및 그 너머에 거주할 수 있는 시스템을 개발하고 있습니다.
https://youtu.be/anBl7HEo5pY
3D 프린팅 주택에 대한 기대감으로 ICON과 같은 기업들은 이미 미래 지향적인 투자자들로부터 상당한 자금을 유치했습니다. 최신 자금 조달 기준으로 ICON은 현재 약 $451.5M의 펀딩을 보유하고 있습니다.
ICON만이 3D 프린팅 주택을 만드는 유일한 기업은 아닙니다. Alquist와 같은 다른 기업들도 이 과정을 활용해 건축 비용을 낮춤으로써 “경제적으로 어려운 지역과 서비스가 부족한 커뮤니티를 건설 비용을 낮추어 돕는다”는 목표로 저렴한 주택을 만들고 있습니다.
앞으로의 전망
연도는 2033년입니다. 모든 것이 계획대로 진행되었다면, 자체 치유 기능과 헴프 철근 보강, 3D 프린팅으로 만든 집에서 나와 낮 동안 충전된 벽돌 보행로가 밤에 전력을 공급하는 모습을 경험하게 될 것입니다. 그리고 밤하늘을 올려다보면, 재사용 가능한 로켓을 이용해 배치된 방대한 위성 배열에서 빛나는 점들을 보게 될 것이며, 이 로켓들은 달에 처음으로 건설되는 구조물을 위한 물자를 동시에 운반하고 있습니다.
