탄소 네거티브 건축 자재가 콘크리트를 대체할 수 있다

기존 콘크리트의 환경적 비용

오늘날 건설 산업을 살펴보면 콘크리트가 가장 널리 사용되는 자재 중 하나라는 것을 알 수 있습니다. 대부분의 신축 건물은 경제성, 공급 용이성 및 유연성 때문에 콘크리트를 사용합니다.

콘크리트 시장 통계

현재 전 세계 콘크리트 시장 규모는 4,028억 7천만 달러이며, 미국 시멘트 시장이 이를 넘어섰습니다. $ 15.22B 2025년 한 해에만 이러한 수요가 발생할 것으로 예상됩니다. 이러한 수요는 도로 및 고속도로와 같은 정부 인프라 프로젝트를 포함한 여러 출처에서 비롯되었으며, 정부 인프라 프로젝트가 전체 수요의 11%를 차지했습니다.

데이터 센터 또한 최근 콘크리트 시장 확장의 또 다른 이유였다. 보고서데이터 센터 건설에 2025년 24만 7천 톤의 콘크리트가 사용되었으며, 분석가들은 2026년에는 이 분야에서 더욱 큰 성장이 있을 것으로 예측하고 있습니다.

현대 건축은 낭비적이다

콘크리트 건축 자재에 대한 수요 증가와 관련하여 몇 가지 문제점이 드러나고 있습니다. 우선, 콘크리트 제조 공정은 환경에 매우 큰 부담을 줍니다. 보고서에 따르면 콘크리트 건설은 전 세계 이산화탄소 배출량의 8%를 차지합니다. 안타깝게도 현재의 제조 방식은 에너지 집약적이며, 콘크리트를 고온에서 수 주에 걸친 양생 과정 동안 구워야 합니다.

지속 가능한 건설 기술

균형을 맞추고 지속가능성을 달성해야 한다는 필요성을 인식한 엔지니어들은 지속가능한 건설 기술을 개발하기 위해 수많은 시간을 투자해 왔습니다. 이러한 전략은 생체 재료 활용부터 더 적은 재료를 사용하는 혁신적인 설계에 이르기까지 광범위한 접근 방식을 포괄합니다.

출처 - WPI

엔지니어들이 콘크리트 제조 과정에서 발생하는 환경적 영향을 줄이기 위해 시도해 온 가장 흥미로운 방법 중 하나는 하이드로겔 기반 지지체를 사용하는 것입니다. 이는 물에 의한 침식을 견디고 위험한 수준으로 물에 유해 물질을 용출시키지 않는 콘크리트의 한 종류입니다.

오늘날 지속 가능한 건설 기술의 문제점

지난 10년간 콘크리트 제조 과정에서 발생하는 환경 영향을 줄이기 위한 연구가 진전되어 왔습니다. 그러나 현재까지 대부분의 접근 방식은 확장성이 떨어지는 복잡한 제조 공법을 필요로 하거나, 최소한 추가적인 코팅 또는 보호층을 요구했습니다. 이러한 결과의 부재로 인해 많은 연구자들은 저에너지 공법을 통해 탄소 네거티브 건축 자재를 만드는 것은 거의 불가능하다고 생각하게 되었습니다.

WPI 연구 결과: 효소 소재와 콘크리트 비교

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다행히 WPI 연구진은 그 공지를 받지 못했습니다.모세관 현탁법을 이용한 내구성이 뛰어나고 강도가 높은 탄소 네거티브 효소 구조 재료 ¹ 과학 저널 Matter에 발표된 이 연구는 효소 촉매 광물화 복합 형성을 활용하여 탄소 흡수 건축 자재를 만드는 방법을 설명합니다.

효소 촉매 광물화

구체적으로, 연구팀은 특수 제작된 효소 혼합물과 모세관 현탁 전략을 사용하여 침전된 칼슘 광물을 탄소 매트릭스 내에 포집할 수 있었습니다. 매트릭스 내에 얽혀든 입자들은 자연적으로 서로 결합합니다.

효소 구조 물질(ESM)

이 접근 방식은 고온의 오븐에서 굽는 것과 같은 인공적인 경화 방법을 필요로 하지 않습니다. 또한 콘크리트 대체재와 동등한 구조적 강도를 제공하는 성형 가능한 소재를 만들어냅니다. 이 기술의 핵심은 열 경화 전략을 활용하여 다공성과 기계적 특성을 조절할 수 있는 탄산칼슘(CaCO₃) 가교 삼원 복합재를 자연적으로 생성하는 것입니다.

CO2 포집

ESM은 제조가 더 쉽고 환경에 덜 해롭다는 장점 외에도 실제로 탄소 흡수원 역할을 한다는 또 다른 중요한 이점을 가지고 있습니다. 탄소 흡수원은 이산화탄소를 포집하여 대기에서 제거하고 저장소에 가두어 둡니다.

출처 - 세포

놀랍게도 ESM은 이산화탄소를 응고시켜 더욱 단단한 물질로 변환하는 효소를 가지고 있습니다. 이러한 탄소 포집 구조는 환경적 영향 측면에서 큰 이점을 제공합니다. 탄소 네거티브 설계와 탄소 흡수 능력 덕분에 이 소재는 지속 가능한 미래를 위한 UN 환경 지침에 정확히 부합합니다.

탄소 흡수원 건설 자재 시험

니마 라흐바르와 그의 팀은 새로운 소재의 강도, 내구성, 내수성 및 탄소 포집 능력을 테스트했습니다. 또한 다양한 형태로 성형하고 여러 공정을 거친 후의 소재 강도도 테스트하여 접근 방식을 더욱 정교하게 다듬을 수 있었습니다.

탄소 흡수원 건설 자재 연구 시험 결과

연구 결과는 긍정적이었습니다. 특히 ESM은 내수성 측면에서 콘크리트를 능가하는 놀라운 성능을 보였습니다. 또한, 보고서에 따르면 이 소재는 하이드로차 미세구조를 이용하여 구조적 강도 면에서도 기존 콘크리트를 뛰어넘는 것으로 나타났습니다.

구체적으로, 해당 소재는 평균 25.8 MPa의 압축 강도를 기록했습니다. 이 수치는 생체 건축 자재(LBM) 및 공학적 생체 자재(ELM)를 포함한 다른 지속 가능한 건축 대안의 현재 성능을 뛰어넘는 것입니다.

엔지니어들은 또한 이 생산 방식이 기존 콘크리트에 비해 훨씬 환경 친화적이라고 지적했습니다. ESM 1세제곱미터를 생산하는 데에는 6kg의 CO2만 배출되는 반면, 동일한 양의 기존 콘크리트를 생산하는 데에는 330kg의 CO2가 필요합니다.

효소 구조 재료(ESM)의 장점

ESM은 시장에 수많은 이점을 제공합니다. 우선, 기존 콘크리트와 유사한 대안을 제시하는데, 콘크리트는 이미 널리 사용되고 있어 광범위한 인프라와 전문가들이 구축되어 있으므로 큰 변경 없이도 ESM을 활용할 수 있습니다.

ESM은 이 설계에 사용된 입자 결합 및 경화 공정 덕분에 더 높은 강도를 제공합니다. 또한 기존 콘크리트보다 훨씬 빠르게 경화됩니다. 기존 콘크리트는 제대로 경화되는 데 최소 28일이 걸리지만, ESM은 몇 시간 만에 경화됩니다. 따라서 시공 및 보수 작업이 신속하게 이루어집니다.

비용절감 효과

ESM이 건설 분야의 중요한 이정표로 여겨지는 데에는 재정적인 이유도 있습니다. 우선, 제작 과정에서 필요한 노동력을 줄여줍니다. 또한, 수리가 용이하여 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다. 뿐만 아니라, 이 소재의 뛰어난 성형성은 건설 폐기물을 줄여 건설 비용을 절감하고 프로젝트의 수명을 연장시켜 줍니다.

확장성

ESM의 또 다른 큰 장점은 대규모 생산이 가능하다는 점입니다. 기존 콘크리트와 유사한 강도와 성형성을 제공하면서도 폐기물은 적습니다. 이러한 모든 요소는 콘크리트 제조업체의 수익 증대와 자재 사용자의 품질 향상으로 이어집니다.

환경 친화적 인

더 넓은 관점에서 보면, ESM은 기존 콘크리트를 대체할 수 있는 실현 가능한 대안을 제시합니다. 게다가 환경 친화적이기도 합니다. 탄소 흡수원 설계 덕분에 기후 변화에 대응하고 도시, 도로 등이 환경에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다.

또한, 이 소재는 처음부터 재활용이 가능하도록 설계되었습니다. 목표는 순환형 제조 공정을 구축하는 것입니다. 만약 성공한다면, ESM은 미래에 저렴한 주택, 인프라 및 유지 보수 프로젝트를 지속 가능하게 하는 데 중요한 역할을 할 수 있을 것입니다.

탄소 네거티브 콘크리트 상용화 일정

ESM은 앞으로 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다. 예를 들어, 미래의 인프라 및 대규모 건설 프로젝트에 사용될 수 있습니다. 탄소 포집 소재를 통합하면 인간의 무분별한 확장과 삼림 감소가 환경에 미치는 영향을 줄이는 데 도움이 될 것입니다.

특히 도로는 이산화탄소 배출의 주요 원인 중 하나입니다. 아스팔트와 콘크리트 제조 방식부터 포장 방식, 심지어 도로 위를 달리는 차량에 이르기까지 모든 단계에서 이산화탄소가 발생합니다. ESM(에너지 저장 시스템)을 사용하면 차량에서 배출되는 이산화탄소를 포집하여 배출량을 줄이는 데 도움이 되는 도로를 만들 수 있습니다.

상용화 일정 및 도입 전망

ESM은 향후 5년 이내에 현장에서 사용될 수 있을 것으로 예상됩니다. 주요 인프라 프로젝트에 적용되기 위해서는 추가적인 시험이 필요하지만, 유엔의 탄소중립 목표에 부합하고, 보다 저렴한 제조 비용과 환경 영향 감소라는 장점을 제공합니다. 따라서 이 기술은 향후 큰 수요를 보일 것으로 전망됩니다.

탄소 흡수원 건설 자재 연구원들

탄소 흡수원 건설 연구는 우스터 공과대학(WPI) 과학자들이 주도했습니다. 특히, 랄프 H. 화이트 가족 석좌교수이자 토목, 환경 및 건축 공학과 학과장인 니마 라흐바르 교수가 이 연구의 책임 연구자로 이름을 올렸습니다. 논문에는 슈아이 왕, 파르디스 푸르하지, 달튼 바살로, 사라 헤이다르네자드, 수잔 스칼라타도 공동 연구원으로 참여했습니다.

탄소 흡수원 건설 자재의 미래

이제 팀은 ESM 제조 공정을 확장하는 데 도움을 줄 수 있는 평판 좋은 업계 파트너를 확보하는 데 집중할 것입니다. 이를 위해서는 ESM의 기계적 특성, 내구성 및 효율성을 개선하는 방법을 더욱 심층적으로 연구해야 합니다.

지속가능한 건설에 대한 공공 시장 노출

오늘날 낭비적인 건설 기술의 더 나은 대안을 찾기 위해 수백만 달러를 연구 개발에 투자해 온 기업들이 많이 있습니다. 이 기업들은 지속가능성이 미래의 번영을 보장하는 핵심 요소임을 잘 알고 있습니다. 여기 업계에서 명망 있는 기업으로 자리매김하면서도 끊임없이 혁신을 추구하는 한 회사를 소개합니다.

CRH(CRH)

ESM과 같은 실험실 기반 솔루션은 아직 초기 단계에 있지만, 업계 거물인 CRH가 이를 확장할 가능성이 가장 높습니다. 북미 최고의 건축 자재 기업인 CRH는 2억 5천만 달러 규모의 벤처 및 혁신 펀드를 통해 전통적인 콘크리트에서 벗어나 공격적으로 사업 영역을 확장해 왔습니다.

특히 CRH는 탄소 업사이클링 테크놀로지스(CUT)와 협력하여 상업 규모의 탄소 포집 기술을 도입했습니다. 2025년 2월, CRH의 자회사인 애쉬 그로브(Ash Grove)는 온타리오주 미시소거에 최초의 탄소 포집 시설 착공식을 가졌습니다. 이 시설은 시멘트 소성로에서 직접 이산화탄소를 포집하여 건축 자재로 전환하는 것을 목표로 하며, 이는 WPI 연구에서 제시된 탄소 흡수원 원칙과 정확히 일치합니다.

CRH는 "지속 가능한 건축 자재" 액셀러레이터를 통해 스타트업에 투자함으로써 학문적 혁신과 산업 현실을 연결하는 가교 역할을 하며, 인프라 탈탄소화를 위한 실질적인 조치를 취하고 있습니다.

특히 CRH는 2026년 들어 긍정적인 움직임을 보이기 시작했으며, 2026년 1월 9일에는 125.51달러에서 131.38달러로 상승했습니다. 현재 50일 이동평균선은 현재의 연간 31% 상승률과 일치하는 강세 추세를 나타내고 있습니다.

CRH(크립션 호레이쇼) 최신 뉴스 및 실적

탄소 흡수원 건축 자재 | 결론

놀랍게도, 이 팀의 노고와 헌신은 시장에 엄청난 변화를 가져올 수 있습니다. 전 세계 건설 산업의 단 1%만이라도 ESM과 같은 탄소 네거티브 자재를 사용하기 시작한다면, 시장은 한 단계 더 성장할 뿐만 아니라 향후 이산화탄소 배출량 감소에도 크게 기여할 수 있을 것입니다.

지속가능성 향상, 비용 절감, 모듈식 설계 등의 장점을 고려할 때, 제조업체들이 기존 콘크리트보다 ESM을 선호하는 미래를 쉽게 예상할 수 있습니다. 이러한 모든 요소에 더해 경제적이고 빠른 경화, 강도 조절 가능성, 재활용성까지 갖춘 ESM은 향후 도입 확산을 촉진할 수 있을 것입니다.

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참고자료

^{1. Wang, S., Pourhaji, P., Vassallo, D., Heidarnezhad, S., Scarlata, S., & Rahbar, N. (2025). 모세관 현탁 기술을 통한 내구성이 뛰어나고 강도가 높은 탄소 네거티브 효소 구조 재료. Matter, 102564. https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102564}