바이오차 콘크리트란? 분변슬러지 10% 대체로 휨강도 42% 증가한 연구와 실제 적용 한계

사람의 배설물로 만든 콘크리트가 기존 콘크리트보다 42% 강해졌다는 연구가 큰 화제가 되었습니다. 하지만 실제 연구 내용을 자세히 들여다보면 생분뇨를 반죽에 직접 넣은 것이 아니라, 분변슬러지를 처리해 만든 바이오차를 시멘트 일부 대신 사용한 실험입니다.

또한 42%라는 수치는 콘크리트의 모든 강도가 일괄적으로 증가했다는 뜻이 아닙니다. 폐기물 처리와 시멘트 사용량 감소, 성능 개선을 동시에 노리는 바이오차 콘크리트의 정확한 의미와 실제 적용 한계를 살펴보겠습니다.

1. 바이오차란 무엇일까

바이오차는 나무, 농업 부산물, 하수와 분변슬러지 같은 유기성 물질을 산소가 부족한 환경에서 가열해 만드는 탄소가 풍부한 고체 재료입니다. 일반적인 숯과 비슷해 보이지만 토양개량이나 탄소저장, 건설재료 등 다양한 용도로 활발히 연구되고 있습니다.

이번 연구에서는 정화되지 않은 배설물을 그대로 사용한 것이 아니라 정화시설에서 나온 원료를 가공해 바이오차로 만든 뒤 콘크리트 재료로 사용했습니다. 따라서 인분 콘크리트라는 표현보다는 분변슬러지 바이오차 콘크리트가 훨씬 정확한 명칭입니다.

2. 시멘트의 5%, 10%, 15%를 바꿔 실험했습니다

연구의 핵심은 시멘트를 바이오차로 얼마나 대체할 수 있는지 확인하는 것이었습니다. 연구진은 일반 콘크리트를 대조군으로 두고 시멘트 일부를 바이오차로 바꾼 시험체를 만들어 성능을 비교했으며, 주요 대체 비율은 5%, 10%, 15%였습니다.

이 과정에서 압축강도와 휨강도뿐만 아니라 건조수축, 수분 흡수, 공극률, 중금속 농도 등을 함께 분석했습니다. 여기서 중요한 점은 배설물이 콘크리트 전체의 10%를 차지한다는 뜻이 아니라, 시멘트로 사용하던 결합재 일부 중 10%를 대체했다는 의미입니다.

3. 42% 강해졌다는 숫자의 정확한 의미

가장 눈길을 끈 결과는 10% 바이오차 혼합물에서 나타났습니다. 91일간 양생한 뒤 일반 콘크리트와 비교했을 때 압축강도는 약 21%, 휨강도는 약 42% 증가하는 결과가 확인되었습니다.

• ✓ 분변슬러지 바이오차 사용 조건
• ✓ 시멘트 결합재 10% 대체
• ✓ 91일 동안 충분한 양생 진행
• ✓ 일반 콘크리트 대비 휨강도 42% 및 압축강도 21% 증가

압축강도는 위에서 누르는 힘을 견디는 성능이며, 휨강도는 구부리는 힘이 가해질 때 버티는 성능을 뜻합니다. 따라서 기사 제목만 보고 콘크리트 전체가 무조건 42% 강해졌다고 오해하기보다 정확한 배합 조건을 함께 확인해야 합니다.

4. 왜 바이오차를 넣었는데 강도가 높아질까

바이오차는 내부에 아주 작은 구멍이 많은 다공성 구조를 가지고 있습니다. 이 구조는 콘크리트가 굳는 과정에서 수분을 흡수하고 다시 공급하는 역할을 하여 시멘트의 수화반응이 더 오랫동안 지속되도록 돕습니다.

또한 바이오차 입자가 내부의 미세한 공극을 채우는 효과도 기대할 수 있습니다. 다만 원료의 종류, 열처리 방식, 입자 크기, 첨가 비율에 따라 콘크리트가 얻는 성능의 결과는 완전히 달라질 수 있습니다.

5. 바이오차를 많이 넣을수록 좋은 것은 아닙니다

시멘트 대체 비율을 무조건 높인다고 해서 콘크리트 성능이 계속 좋아지는 것은 아닙니다. 이번 연구에서도 5%와 10% 대체에서는 좋은 결과가 나왔지만, 15%까지 늘렸을 때는 오히려 기계적 성능이 떨어지는 경향을 보였습니다.

💡 핵심 포인트

바이오차 콘크리트는 무조건 많이 섞는 것이 능숙한 기술이 아니며, 최적의 배합 비율을 찾는 것이 무엇보다 중요합니다.

다른 목재 바이오차 연구에서도 5% 혼합은 목표 설계강도를 충족했지만 7% 혼합에서는 압축강도가 크게 감소하는 결과가 나타났습니다. 결국 어떤 원료로 어떻게 배합하는지가 핵심입니다.

6. 한국에서는 겨울철 동결·융해도 중요합니다

실험실에서 높은 강도가 나왔다고 해서 바로 실제 건축물에 적용할 수는 없습니다. 특히 겨울철 기온이 영하로 떨어지는 국내 환경에서는 콘크리트 내부의 수분이 얼었다 녹는 동결·융해 현상이 반복됩니다.

국내 연구진이 진행한 목재 바이오차 연구에 따르면, 5% 혼합물은 동결·융해 시험 후에도 우수한 내구성 계수를 유지했습니다. 이처럼 실제 실용화를 위해서는 기후 특성에 맞는 내구성 검토가 필수적으로 동반되어야 합니다.

7. 실제 아파트에 사용하려면 무엇을 더 확인해야 할까

새로운 건축 재료가 현장에 도입되려면 실험실 수치 외에도 검증해야 할 항목이 많습니다. 장기간의 압축 및 휨강도 유지 여부부터 건조수축, 균열 발생, 염화물 침투 저항성 등을 꼼꼼하게 따져봐야 합니다.

• ✓ 장기간 압축강도 및 휨강도 유지 성능
• ✓ 건조수축 및 균열 발생 가능성
• ✓ 동결·융해 및 염화물 침투 저항성
• ✓ 중금속 장기 용출 여부 및 생산 품질 균일성
• ✓ 전과정 환경영향 및 경제성 평가

또한 시멘트 사용량을 줄였더라도 바이오차를 생산하는 과정에서 막대한 에너지가 소비된다면 실제 탄소 감축 효과는 반감될 수 있습니다. 따라서 생산부터 폐기까지 전 과정을 평가하는 전과정평가가 중요하게 다뤄지고 있습니다.

📌 한눈에 정리하는 바이오차 콘크리트

이번 연구는 분변슬러지 바이오차를 시멘트 10% 대신 사용하여 91일 양생했을 때 휨강도 42%, 압축강도 21%가 향상되는 가능성을 증명했습니다. 하지만 상용화를 위해서는 다양한 환경 요인과 장기 내구성 검증이 선행되어야 하는 연구 단계의 기술입니다.

​

콘크리트에 인분 넣었더니 42% 강해졌다? 실제론 ‘분변슬러지 바이오차’ 10%였다

 

#바이오차콘크리트 #바이오차란 #인분콘크리트 #사람똥콘크리트 #분변슬러지 #분변슬러지바이오차 #친환경콘크리트 #저탄소콘크리트 #콘크리트42% #콘크리트강도 #압축강도 #휨강도