[고든 정의 TECH+] ‘꿈의 신소재’ 그래핀으로 가볍고 튼튼한 콘크리트 만든다

그래핀(graphene)은 탄소 원자 한 층으로 이뤄진 극도로 얇은 나노 소재로 강철보다 100배나 강도가 강할 뿐 아니라 구리보다 100배나 많은 전류를 흘려보낼 수 있는 등 여러 가지 놀라운 특징을 지녀 꿈의 신소재로 불리고 있습니다. 아직은 실제 응용 사례가 많지 않으나 반도체에서 디스플레이, 전자 종이 등 앞으로 활용 범위는 무궁무진할 것으로 주목받고 있습니다.

그런데 영국 맨체스터 대학 연구팀은 그래핀과는 가장 어울리지 않을 것 같은 소재에 그래핀을 적용해 건축 부분에 혁신을 꿈꾸고 있습니다. 맨체스터 연구팀이 졸업생들이 주축이 되어 세운 건설 회사인 네이션와이드 엔지니어링(Nationwide Engineering)과 함께 개발한 콘크리틴(Concretene)은 세계 최초의 그래핀 강화 콘크리트입니다.

연구팀에 따르면 콘크리틴은 기존의 RC30 콘크리트보다 강도가 30% 정도 더 강합니다. 따라서 기존의 콘크리트 구조물보다 더 적은 시멘트와 철근을 사용해 건물을 지을 수 있습니다. 이들의 주장에 따르면 추가되는 그래핀의 양이 적기 때문에 콘크리틴의 가격은 기존의 콘크리트보다 5%밖에 비싸지 않습니다. 결과적으로 콘크리틴 건물은 기존의 건물보다 10~20% 정도 비용을 절감할 수 있습니다. 환경적인 측면에서는 같은 건물을 지어도 철근 콘크리트를 적게 사용하게 되므로 온실가스 배출도 줄일 수 있습니다.

다만 아무리 그럴듯한 이야기라도 실제 건물을 통해서 입증하지 못하면 아무 의미가 없습니다. 따라서 네이션와이드 엔지니어링은 영국 정부, 대학, 유럽 연합에서 자금을 지원받아 실제 건축 현장에서 콘크리틴을 사용했습니다. 첫 번째 대상은 체육관 건물로 지난 5월 6일 234㎡의 콘크리틴을 부어 바닥을 지었고 이후 5월 25일에 다시 495㎡ 콘크리틴을 추가로 부었습니다. (사진 참조) 콘크리트 건축물은 몇 년 쓰고 버리는 것이 아니라 50년, 100년 쓸 목적으로 지어지는 경우가 대부분입니다. 그런 만큼 신기술이라고 해서 바로 적용하는 것보다 몇 년에 걸쳐 문제가 없는지 검증할 필요가 있습니다. 그런 다음 단계적으로 적용을 늘려나가는 것이 순리일 것입니다.

시멘트와 철강은 제조 과정에서 필연적으로 엄청난 양의 이산화탄소를 배출하기 때문에 관련 기업과 공공기간들은 좀 더 친환경적인 대안을 찾고 있습니다. 영국 철도 관리 공기업인 네트워크 레일 (Network Rail)도 그중 하나로 앞으로 4년간 이산화탄소 배출량을 11% 줄이는 것을 목표로 하고 있습니다. 그러나 철도 건설에는 막대한 양의 콘크리트가 필요하기 때문에 적지 않은 어려움이 있습니다.

예를 들어 영국 정부가 2033~35년 개통을 목표로 계획 중인 HS2(High Speed 2) 고속철도 건설에는 1970만 톤의 콘크리트가 필요합니다. 여기서 적어도 500만 톤 이상의 이산화탄소 배출이 예상됩니다. 만약 콘크리틴을 적용할 수 있다면 상당한 양의 이산화탄소 배출을 줄일 수 있습니다. 다만 그때까지 안전성과 경제성을 검증할 수 있을지는 아직 미지수입니다. 마법의 신소재로 불리는 그래핀이 건축 분야에서도 마법을 부릴 수 있을지 결과가 주목됩니다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com