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[IT뉴스][KISTI의 과학향기]대변으로 만든 콘크리트…건축물에 쓰일 날 오나

온카뱅크관리자

2026-11-08 06:07:26

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 도로, 다리, 아파트처럼 우리 주변의 건물과 구조물은 대부분 콘크리트로 지어졌다. 콘크리트는 모래, 자갈, 물, 그리고 시멘트를 섞어 만든다. 시멘트는 석회석이라는 돌을 아주 높은 온도로 가열해서 만드는 건축 재료다.
 그런데 시멘트를 만들 때 이산화탄소가 많이 배출된다. 전 세계 이산화탄소 배출량의 5∼8%가 시멘트 제조 과정에서 나올 정도다. 그래서 과학자들은 시멘트를 조금이라도 대신할 친환경 재료를 오랫동안 찾아왔는 데, 최근 기발한 후보 재료로 대변에 주목했다.
 물론 대변을 그대로 콘크리트에 섞는 건 아니다. 처리 시설에 모이는 대변을 정화하고 나면 진흙처럼 걸쭉한 찌꺼기가 남는다.
 인도 연구팀은 이 대변 찌꺼기를 바짝 말린 뒤, 산소가 차단된 특수 가열로에서 350∼450도 높은 온도로 2시간 동안 가열했다. 이렇게 하면 안에 있던 성분들이 날아가고 까만 가루만 남는데, 이 가루를 ‘바이오차’라고 한다. 숯과 비슷하지만 훨씬 더 고운 가루 형태다.
 연구팀은 이 바이오차 가루를 시멘트 무게의 5%, 10%, 15%씩 시멘트 대신 넣어 여러 종류의 콘크리트를 만들었다. 이어 28일, 56일, 91일이 지났을 때 각각 얼마나 단단해지는지 측정했다.
 바이오차를 10% 넣은 콘크리트는 91일이 지나자 위에서 누르는 힘을 버티는 강도가 일반 콘크리트보다 21% 높아졌다. 구부러지는 힘을 버티는 강도는 무려 42%나 높아졌다.
 그렇다면 대변으로 만든 가루가 어떻게 콘크리트를 더 강하게 만든걸까?
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 일러스트=감쵸 작가.
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 비밀은 바이오차의 특이한 구조에 있었다. 바이오차 표면을 전자현미경으로 들여다보면 아주 작은 구멍이 빽빽하게 뚫려 있는 스펀지 같은 모양이다.
 이 구멍들이 물을 잔뜩 머금었다가 콘크리트가 굳는 동안 서서히 내보내 덕분에 시멘트 내부에서 화학반응이 더 오랫동안 활발하게 일어나 콘크리트가 점점 더 단단해지는 원리다.
 또 바이오차에 풍부한 실리카 성분이 시멘트가 굳으면서 생기는 물질과 반응해 콘크리트를 더욱 단단하게 만들어 주는 물질을 추가로 만들었다.
 작은 바이오차 입자들이 콘크리트 내부 빈틈을 꼼꼼히 채워주는 효과도 있어 전체적으로 더 촘촘하고 강한 구조가 만들어진다.
 단, 바이오차를 15%까지 넣으면 오히려 강도가 떨어졌다. 너무 많이 넣으면 바이오차 입자끼리 뭉치면서 콘크리트 내부에 빈 공간과 균열이 생겨 오히려 약해지기 때문이다. 연구팀은 전자현미경으로 이런 차이를 직접 눈으로 확인했다.
 이 연구가 특히 주목받는 이유는 환경 문제 두 가지를 한꺼번에 해결할 수 있다는 점이다.
 시멘트 일부를 대변 바이오차로 대체하면 이산화탄소 배출을 줄일 수 있고, 처리하기 곤란한 분뇨 폐기물도 유용하게 활용할 수 있기 때문이다.
 게다가 연구팀은 바이오차를 넣을수록 콘크리트 속 수은, 아연, 망간 같은 유해 중금속의 농도가 크게 줄어드는 것도 확인했다. 바이오차가 이 물질들을 콘크리트 내부에 단단히 가두는 역할을 하기 때문이다. 자칫 환경을 오염시킬 수 있는 중금속이 건물 재료 속에 안전하게 갇히는 셈이다.
 물론 이 기술이 실제 건설 현장에서 쓰이려면 혹독한 추위에 얼었다 녹았다를 반복하는 환경이나 바닷가의 짠 환경 등 더 다양한 조건에서 안전성을 확인하는 추가 연구가 필요하다.
 그래도 우리가 매일 화장실에서 만들어 내는 것이 언젠가 우리가 사는 건물의 재료가 될 수 있다니, 쓸모없다고 여겼던 것이 뜻밖의 보물이 되는 날이 머지않은 것 같다.
 &lt;KISTI 제공&gt;
 이준기 기자 bongchu@dt.co.kr
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