이산화탄소 흡수하는 시아노박테리아, 모래와 섞어 ‘생물콘크리트’로 재탄생

수분·영양분 공급해 박테리아 증식
시멘트 주성분 탄산칼슘 만들어내
한달 지나면 콘크리트 강도와 같아
생물콘크리트 아메바처럼 절단 후
햇빛·영양분 주면 두 개 벽돌로 성장
달·화성에 집 지을때 기술 응용 기대

공학자들이 박테리아와 모래만으로 콘크리트를 만들 수 있는 기술을 개발했다. 생물건축자재(LBMs)로 불리는 이번 콘크리트는 겉보기는 모래성처럼 허술해 보이지만 강도는 일반 콘크리트와 비슷한 것으로 확인됐다. 사진은 연구팀이 만든 생물콘크리트로 만든 다리 모형.
미국 콜로라도 볼더대 공과대 제공

우리 주변에서 가장 흔하게 볼 수 있으면서 물 다음으로 가장 많이 소비되는 것은 무엇일까. 정답은 ‘콘크리트’이다.

많은 사람이 콘크리트에서 떠올리는 이미지는 답답하고 삭막하고 인간미 없는 도시의 한 단면이다. 콘크리트의 시작은 고대 바빌로니아까지 거슬러 올라갈 정도로 역사가 길다. 현대적인 개념의 콘크리트는 19세기 중반에 등장해 1843년 영국 런던 템스강 터널공사에서 처음 쓰이면서 역사에 화려하게 등장했다. 사실 하늘을 찌를 듯 높이 솟아 있는 마천루들도 콘크리트가 없었다면 불가능했다고 할 정도로 토목, 건축 분야에서는 빼놓고 생각할 수 없는 재료이다.

콘크리트는 흔히 골재라고 부르는 자갈, 모래 등 물리적, 화학적으로 견고한 재료에 시멘트와 물을 섞어 강도를 높인 것을 말한다. 여기에 철근이나 철골을 쓰면 강도는 더해져 더 높고 더 큰 구조물이 가능하도록 해준다.

문제는 콘크리트 제조과정에서 지구온난화 원인물질로 지목받는 이산화탄소를 엄청나게 배출한다는 점이다. 전 세계 이산화탄소 배출량의 5~7%를 차지할 정도이다. 이 때문에 많은 공학자들이 이산화탄소 배출을 최소화할 수 있는 콘크리트를 만드는 데 관심을 갖고 있다.

이런 가운데 미국 콜로라도 볼더대 토목환경건축공학과, 재생및지속가능에너지 연구소, 생화학과, 재료공학과, 몬태나주립대 기계산업공학과, 연방 신재생에너지연구소 공동연구팀이 모래와 박테리아만 이용해 시멘트 콘크리트만큼이나 하중강도가 우수하면서도 친환경적인 생물콘크리트를 만드는 데 성공했다. 이번 연구결과는 셀 출판그룹에서 발행하는 재료공학 분야 국제학술지 ‘물질’(Matter) 16일 자에 실렸다.

모래와 남조균을 넣어 작은 벽돌형태로 생물콘크리트를 배양하는 모습.
미국 콜로라도 볼더대 공과대 제공

연구팀은 ‘synechococcus sp. pcc 7002’라는 학명을 가진 시아노박테리아를 활용했다. ‘남(藍)세균’이라고 부르기도 하는 시아노박테리아는 엽록소를 갖고 광합성을 하는 박테리아로 특정 조건에서 이산화탄소를 흡수해 시멘트의 주성분인 탄산칼슘을 만드는 것으로 알려져 있다. 연구팀이 만든 생물콘크리트는 하이드로겔로 만든 틀에 모래를 채워넣고 박테리아만 주입하면 되는 비교적 간단한 방법으로 만들어진다. 하이드로겔은 콘크리트 모양을 만드는 틀이 되는 한편 수분과 영양분을 공급해 박테리아가 증식할 수 있도록 만들어주는 역할을 한다. 박테리아는 서서히 탄산칼슘을 만들어 15일 정도가 지나면 녹색을 띤 단단한 콘크리트를 형성하기 시작하고 30일이 지나면 일반적으로 쓰이는 콘크리트와 똑같은 강도를 갖는 것으로 확인됐다.

또 하나의 특징은 아메바처럼 생물콘크리트를 반으로 쪼개놓은 뒤 햇빛과 충분한 영양분만 공급해주면 두 개의 벽돌로 성장한다는 것이다. 연구팀은 두 개의 콘크리트 벽돌을 8개까지 성장시키는 데 성공하기도 했다. 생물콘크리트를 성장시키는 과정에서는 박테리아가 충분히 살아남을 수 있도록 습도와 온도조건을 맞춰줘야 하지만 원하는 형태가 만들어진 다음 일반 벽돌이나 콘크리트처럼 건조과정을 거치면 단단하게 굳어 최대 강도를 갖게 된다. 윌 스루바 콜로라도 볼더대 교수(생물재료공학)는 “이번에 개발한 친환경 콘크리트는 극한 환경에서도 햇빛과 공기, 적당한 수분, 모래만 있으면 만들 수 있고 시멘트를 사용한 콘크리트에 못지않은 강도를 갖게 된다는 것이 장점”이라면서 “미래에 달이나 화성에 거주지를 만들 필요가 있을 때 이번 기술을 응용할 수도 있을 것”이라고 설명했다.



유용하 기자