주제:생물을 이용한 친환경 건축자재
보고서를 쓰는 이유
- 최근 기사를 보면서 곰팡이를 이용한 건축 기법을 봤다.(참고문헌1) 거기서 곰팡이를 이용하여 건축을 하거나 곰팡이를 이용한 더 강도 높은 건축 자재를 소개하기도 하였다. 이를 보면서 생물을 이용하여 만들수있는 것이 많이 있다는 것을 또 한번 느꼈다. 나무또한 생물에 포함되어 지금 우리가 쓰는 책상이나 침대 등 많은 곳에서 사용되고 있다. 그래서 난 흔히 알려진 생물을 이용한 건축자재속에 숨겨진 우리가 평소 생각하지 못한 생물을 이용한 건축 자재 또는 건축 기법을 찾아보려고 한다.
서론
1) 건축 자재/기법에 사용되는 생물의 종류
본론에 앞서 본론에서 소개할 몇가지 생물에 대해서 찾아보았다.
일단 처음에 애기했던 곰팡이를 시작으로 박테리아, 담쟁이덩굴, 해조류 등을 이용한 생물에 대해 알아보도록 할 것이다.
일단 곰팡이는 생태계 내 유기물을 분해하여 탄소를 땅속에 저장하고 물질 순환을 돕는 중요한 분해자 역할을 한다.
이 역할도 다양하게 있지만 그다지 중요하지 않기에 다음을 넘어가 박테리아 있다.
박테리아는 지구상 어디에나 존재하는 단세포 원핵생물로 생태계 내 물질 순환(분해자) 유제품 및 발효 식품 생산, 인간의 장내 유익균으로서 면역 강화 및 소화를 돕는 등 생물학적 산업적으로 필수적인 역할을 한다.
다음은 담쟁이덩굴이다. 이는 우리가 오래된 건물이나 관리를 오랬동안 하지 않은 건물에서 볼 수 있는 벽에서 자라는 식물이다.
이는 줄기에서 뻗어 나온 덩굴손 끝의 흡착반을 이용해 콘크리트나 나무 벽에 접착제를 바른 듯 붙어 성장을 한다.
이 흡착반은 오징어 빨판처럼 표면에 달라붙고 오래된 줄기에서는 공기 뿌리가 나와 더욱 단단하게 고정되며 덩굴손은 바람에 의한 당겨짐을 완충하는 용수철 역할을 한다.
마지막은 해조류로 해조류는 다양하다.
이 해조류는 는 바다의 생태계와 인간 사회 모두에 필수적인 존재이다.
바닷속에서 탁월한 이산화탄소 흡수 및 산소 배출로 탄소중립에 기여하며, 해양 생물의 산란 서식처를 제공하는 바다의 숲 역할을 한다.
하지만 이러한 것들이 어떻게 건축 자재 또는 기법으로써 사용되는지는 아직 감이 안잡힌다 그래서 다음을 알아보도록 할 것이다.
본론1
생물을 이용한 건축 자재 첫 번째 곰팡이
첫 번째로 곰팡이가 있다.
곰팡이라고 하면 매우 연하고 몸에 해로운 느낌이 강하지만 실제로 사용된 사례를 보면 그렇지 않다는 것을 알 수 있다.
흔히 우리가 버섯이라고 부르는 부분은 번식기관인 대체로 갓 모양으로 알려진 자실체와 줄기에 해당하며이는 균사체에 해당된다.균사체는 곰팡이의 실 모양 세포인 균사들이 얽히고설켜 이루어진 구조로 갈퀴처럼 퍼져 자란다.
이 구조는 매우 정교하며 가볍고 유연하지만 동시에 인장 강도가 높고 압력에 강한 특성을 지닌다.
게다가 습기에 강하고 잘 부패하지 않으며 일정 조건에서 자연 분해되어 환경에 부담을 주지 않는 친환경 소재다.
균사체로 건축재를 만들려면 먼저 균류의 포자와 톱밥 같은 기질 재료를 단단한 틀 안에 혼합해 넣고 배양해 균사체 복합재를 만든다.
균사체 복합체는 성장하며 틀에 맞추어 형태를 갖추며 열처리를 통해 비활성화하여 성장을 멈추게 하여 건축재로 탈바꿈한다.
이렇게 제작된 균사체 자재는 별도의 기계적 다짐을 거치지 않으면 평균 0.1~0.2 MPa의 압축 강도를 갖는다.
일반적으로 중저층 건축 현장에서 사용되는 보통 콘크리트의 압축 강도는 20~40MPa수준이다. 압축 강도는 단위 면적 당 압력을 견딜 수 있는 힘으로 초고층 빌딩에는 50~100MPa이상의 압축 강도를 가진 고강도 콘크리트가 사용된다.
균사체 기반 건축자재는 그 자체로는 콘크리트에 비해 견딜 수 있는 힘이 매우 약해 단열재 음향흡수재 등 보강재로 사용되지만, 추가적인 공정을 거쳐 강도를 높이면 콘크리트에 맞먹는 강도를 지니게 된다.
이에대한 여려가지 종류가 있다.
1. 마이코크리트
이는 곰팡이(myco)와 콘크리트(concrete)의 합성어로, 곰팡이 균사체를 이용한 친환경 건축 자재이다.
영국 뉴캐슬 대학에서 균사체와 섬유 복합재를 이용하여 대형 건축 부재에 적합한 바이오하이브리드 복합소재 마이코크리트 페이스트를 개발하기도 했다.
기존 균사체 복합재는 두께가 15cm로 제한되는 문제가 있었으나, 뉴캐슬 대학 연구진은 3D 프린팅 기술과 섬유 기반 거푸집을 활용하여 더 강한 점성과 구조 유지력을 가진 마이코크리트 페이스트를 개발했다.
또한 글리세린, 잔탄검 등 첨가제가 균사체 성장에 영양분을 제공하고 건조 과정에서 기질을 단단히 결합시키는 복합 메커니즘 덕분에 휨 탄성률은 16배 증가, 휨 강도는 약 4배 증가, 압축 탄성률은 5배정도 증가하였다.
2. 마이코타일
이는 지역 농부들로부터 조달한 농업 폐기물인 짚이나 사탕수수 등을 균사체와 결합해 강한 열처리를 거쳐 높은 내구성을 갖춘 건축 자재이다.
이는 케냐에서 많이들 사용되는데 이는 케냐의 열악한 환경 때문이다. 케냐의 연간 주택 수요는 25만이지만 실제로는 5만에 불과하다.
이러한 상황에서 원래보다 저렴하고 성능이 좋은 마이코타일의 수요가 늘어난 것이다. 마이코타일은 기존 단열재보다 물 사용량이80% 적고 생산 에너지또한 50% 절감에 무독성 생분해성 소재로 구성되어있다.
균사체의 미세하고 서로 연결된 세포 구조는 수분을 방출해 건물 내부의 습도를 일정하게 유지하는 데 효과적이다.
본론2
생물을 이용한 건축 자재 두 번째 박테리아
박테리아는 건축에서 쓰이나 싶을 것이다. 하지만 쓰인다.
1. 사이노 박테리아
사이노 박테리아는 우리에게 남세균으로 잘 알려져있다.
이는 산소를 공급하는 것으로 알려져있다. 하지만 사이노 박테리아 즉 남세균이 건축 자재에 쓰인다는건 생소한 얘기일 것이다.
남세균이 쓰인 건축 자재는 콘크리트로 이 콘크리트는 기존의 콘크리트처럼 해로운 이산화탄소 배출량이 줄었으며 비교적 최근 스스로 균열을 복구하는 콘크리트로 알려졌다.
이에 따른 실험 보고서도 있으며 실험에 따르면 아직까진 적용하기엔 한계가 있으나 혼합재로 사용하여 쓰이는게 바람직하다는 결론이 나왔다.
위 실험에서는 18년도 연구이며 현재또한 아직 개발중이므로 계속해서 관심을 가질 필요가 있다.
2. 바실러스 파스퇴리라
이또한 남세균처럼 자가 치유 콘크리트로써 사용된다.
이는 박테리아와 그 먹이(녹말 형태)를 시멘트 혼합물에 첨가된다.
그러면 콘크리트 표면에 균열이 생겨 공기가 스며들면 박테리아가 활성화되어 녹말을 흡수하기 시작한다.
언뜻 무서워 보일 수 있지만, 박테리아는 칼슘(탄산칼슘의 일종)을 분비하여 콘크리트와 결합함으로써 균열을 메운다.
이 또한 연구단계에 있으며 실사용이 되더라도 원래의 콘크리트 가격에 약 4배정도의 가격으로 추정되고 있다.
본론3
생물을 이용한 건축 세 번째 담쟁이덩굴
담쟁이 덩굴은 앞서 말했듯 덩굴 줄기 끝에 흡착판을 만들어 벽에 붙어있다. 근데 이는 단순 붙어 있는 것이 아니라 우리에게 이점을 주기도 한다.
그전에 담재잉 덩굴이 왜 벽에서 뻗어 점점 퍼질까? 이는 햇빛의 확보를 위한 것이다. 그래서 담쟁이 덩굴은 굵은 줄기보단 얇은 줄기로 작은 에너지로도 햇빛을 확보할수 있게 한다.
또한 흡착판은 어떻게 뿥는가 하면 흡착판엔 벽에서 압력을 식물세포가 감지해 기계적 자극을 느끼는데 이를 접촉굴성이라 한다. 이때 흡착판은 벽에 따라 팽창을 하게 되는데 접촉한 끝부분 세포가 빠르게 커지며 납작한 원판 형태가된다.
이때 세포벽 구조 변화-수분 이동-세포 팽압 증가 가 일어나면서 벽에 밀착한다. 또한 흡착판에선 다당류(polysaccharides), 점착성 유기물, 일부 단백질 성분이 포함된 점액을 분비한다.
이는 유리처럼 매끈한 면보다 벽처럼 울퉁불퉁한 부분에서 잘 붙으며 이 흡착판은 여기에 마찰려까지 포함되어 잘 떨어지지 않는다.
마지막으로 시간이 지나면 점차 수분이 빠지며 목질화가 되며 벽에 완전히 부착되는 것이다.
담쟁이 덩굴이 벽에 부착되면 가장 먼저 건물의 온도조절을 도와주기도 한다.
이게 무슨 말인가 하면 벽을 둘러싼 담쟁이 덩굴이 햇빛이 직접적으로 건물에 닿지 않게 하므로 건물 내부 온도를 높이는걸 막을수 있다. 또한 증산 작용을 이용하기도 한다. 여기서 증산 작용은 사람이 땀을 흘리는것과 마찬가지로 식물의 잎의 기공에서 수분이 증발되면서 주변 열을 빼앗아 가면서 온도를 낮추는 것이다.
이로인해 건물의 냉방비용을 줄일수도 있다.
그리고 담쟁이 덩굴은 벽을 잡아주는 역할을 하기도 한다.
또한 이 담쟁이 덩굴은 건물의 소음이나 미세먼지를 잡아주는 역할을 하기에 용이하게 이용될수 있다.
하지만 이를 오래 방치하면 오히려 피해를 받을수 있다. 왜냐면 담쟁이 덩굴을 오래 방치할 경우 벽 틈 사이로 줄가 뻗어 벽의 균열을 일으킬수 있다.
또한 벽에 습기가 껴 곰팡이가 생길수도 있다.
본론4
생물을 이용한 건축 자재 네 번째 해조류
해조류는 바다에서 자라는 조류 식물로, 미역, 다시마, 켈프 등이 대표적이다.
해조류는 광합성을 통해 많은 양의 이산화탄소를 흡수하며 산소를 배출하기 때문에 탄소중립에 도움을 주는 생물로 알려져 있다. 최근에는 이러한 특징을 활용하여 친환경 건축 자재로 이용하려는 연구가 진행되고 있다.
기존 건축 자재인 시멘트와 콘크리트는 생산 과정에서 많은 이산화탄소를 배출한다. 특히 시멘트 산업은 전 세계 탄소 배출량의 큰 비중을 차지하고 있어 환경 문제의 원인 중 하나로 꼽힌다. 이에 따라 탄소 배출을 줄일 수 있는 대체 자재 연구가 활발히 이루어지고 있으며 해조류 또한 그 대안으로 주목받고 있다.
대표적인 예로는 해조류 기반 바이오 플라스틱과 단열재가 있다. 해조류에서 추출한 알긴산(alginic acid)과 셀룰로오스 성분은 접착력과 유연성이 뛰어나 건축용 패널이나 친환경 코팅 재료로 활용될 가능성이 연구되고 있다. 또한 해조류 섬유를 건축 자재에 혼합하면 무게를 줄이면서도 단열 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
특히 해조류는 성장 속도가 빠르고 별도의 농경지가 필요하지 않아 생산 과정에서 환경 부담이 적다. 또한 사용 후 자연 분해가 가능해 폐기 과정에서도 환경오염이 적다는 장점이 있다.
최근에는 해조류를 이용해 건물 외벽 패널이나 바이오 연료 생산 시스템을 결합한 친환경 건축 기술도 개발되고 있다. 일부 연구에서는 건물 외벽에 해조류 배양 장치를 설치하여 이산화탄소를 흡수하고 에너지를 생산하는 기술도 실험되고 있다.
하지만 아직까지는 내구성 문제와 높은 생산 비용, 대량 생산 기술 부족 등의 한계가 존재한다. 따라서 실제 건축 현장에서 널리 사용되기 위해서는 추가적인 연구와 기술 개발이 필요하다.
결론(+생각과 태도 변화)
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(https://v.daum.net/v/20251122105729664)