커피 찌꺼기로 만든 ‘바이오 숯’…콘크리트에 첨가한 이유는? [고든 정의 TECH+]

현대 문명을 지탱하고 있는 건축 소재인 콘크리트는 쉽게 구할 수 있고 풍부한 원료를 이용해 저렴하게 생산할 수 있습니다. 여기에 강도와 내구성이 매우 뛰어나고 건설 현장에서 쉽게 가공해서 어떤 형태로도 만들 수 있다는 장점이 있습니다.

이렇게 유용한 콘크리트이지만, 생산 과정에서 큰 단점이 하나 있습니다. 바로 콘크리트의 주원료인 시멘트를 1톤 생산하는 과정에서 보통 0.9톤의 이산화탄소가 배출된다는 것입니다. 시멘트 생산 과정에서 생산된 이산화탄소는 결국 대기 중으로 배출되어 지구 온난화를 더 심각하게 만듭니다.

내연기관 자동차는 전기 자동차나 수소 자동차 같은 친환경적 대안이 있지만, 현대 건축에서 콘크리트를 대신할 물질을 찾는다는 것은 불가능에 가까운 일이기 때문에 과학자들은 이산화탄소 배출을 줄인 친환경 콘크리트 개발에 집중하고 있습니다.

현재 활발히 연구되고 있는 방법의 하나는 바이오 숯(biochar) 첨가 콘크리트입니다. 일반적인 숯보다 낮은 온도인 섭씨 350도에서 구워 만든 탄소를 콘크리트에 섞으면 강도도 높아지고 유기물 폐기물을 함께 처리하는 일석이조의 효과를 거둘 수 있습니다.

바이오 숯 콘크리트 연구 초기에는 약간만 함량을 높여도 콘크리트 강도가 떨어지는 문제가 있었지만, 최근에는 상당 부분을 바이오 숯으로 대체해도 강도를 높일 수 있게 됐습니다. 바이오 숯 소재도 과거 주로 사용하던 나무 폐기물인 우드 칩 대신 더 다양한 유기물이 시도되고 있습니다.

호주 RMIT 대학 과학자들은 바이오 숯 소재로 분쇄 커피 폐기물을 사용했습니다. 원두를 갈아서 커피를 내린 다음 남은 찌꺼기는 별다른 재활용 방법이 없어 소각하거나 매립하는 것이 일반적인 처리 방법이었습니다. 연구팀은 이 커피 폐기물이 바이오 숯 소재로 가능성이 있다고 보고 소각하는 대신 섭씨 350도에서 구워 바이오 숯을 만들었습니다.

실험 결과 커피 폐기물 바이오 숯은 기존의 모래를 최대 15% 정도 대체할 수 있으며 콘트리트의 강도를 30%까지 높일 수 있는 것으로 나타났습니다. 후자가 특히 중요한 이야기인데, 콘크리트 사용량을 10% 줄여 그만큼 자원 소모와 이산화탄소 배출을 줄이고 건축물의 무게도 줄일 수 있기 때문입니다.

다만 실험실에서 테스트한 바이오 숯 콘크리트가 실제 환경에서 오랜 시간 기존의 콘크리트와 비슷한 내구성을 지니고 있을지는 장담할 수 없습니다. 오랜 세월이 지나도 튼튼하게 그 자리에 있는 능력이 모든 건축물의 기본이라는 점을 생각하면 반드시 검증해야 하는 부분입니다.

따라서 RMIT 연구팀은 지자체와 협력해서 호주 빅토리아주 마케돈 레인지스 사이어(Macedon Ranges Shire)에 테스트용 보행로를 만들었습니다. 이 보행로는 일반 콘트리트, 목재 폐기물 바이오 숯 콘크리트, 커피 폐기물 바이오 숯 콘크리트로 각각 포장해 같은 조건에서 내구성을 검증할 예정입니다. (사진 참조) 그리고 일단 초기 테스트에 성공하면 더 많은 하중을 받는 구조물에서 테스트할 것으로 보입니다.

바이어 숯 콘크리트가 지속 가능한 건축의 미래가 될 수 있을지 당장에 평가하기에는 이르지만, 이런 시도들이 성공해서 앞으로 쓰레기도 줄이고 이산화탄소 배출도 줄이는 친환경 콘크리트의 시대가 오기를 기대합니다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com