단열성능과 화재안전성능을 동시에 갖는 건축용 단열재 개발
한국건설기술연구원(원장 김병석, 이하 건설연)은 안정화 섬유(내열성이 우수한 특수 섬유)와 의류를 비롯한 원단 자투리 등에서 나오는 폐섬유를 이용한 건축용 단열재 시제품을 세계 최초로 개발했다고 밝혔다.
「소방의 화재조사에 관한 법률(약칭: 화재조사법)」’과 「화재조사 및 보고규정」에 따르면 ‘대형화재’란 인명피해가 사망 5명 이상 또는 사상자 10명 이상 발생한 화재이거나, 재산 피해가 50억 원 이상 추정되는 화재를 말한다.
단열재 시제품
최근 5년간 국내 ‘대형화재’ 발생 현황을 보면 2018년 15건, 2019년 18건, 2020년 18건, 2021년 15건, 2022년 24건으로 꾸준한 증가 추세를 확인할 수 있다. 특히, 2020년에는 이천시 물류창고 화재로 사망자 38명, 부상자 12명이 발생하였다. 2021년에는 이천시 마장면 물류센터 화재로 사망 1명, 부상 1명 그리고 4,743억 원의 재산 피해가 있었다.
건물에서 전체 에너지 소비량의 상당 부분을 차지하는 단열재는 건물의 에너지 효율을 높이는 데 중요한 역할을 한다. 따라서 기후변화 대응을 위한 탄소중립 정책 등으로 인해 단열성능이 높은 재료에 대한 수요가 커지고 있다. 이에 열전도율이 낮으나 발열량이 높은 유기 단열재(석유를 기반으로 하는 단열재)의 사용량이 증가하고, 사용되는 단열재의 두께가 두꺼워짐에 따라 화재에 대한 위험성이 점점 커지고 있다.
이에 정부는 화재안전규정 강화를 통해 단열성능과 화재안전성능을 모두 갖춘 단열재를 시공하도록 유도하고 있고, 시장에서도 이에 대한 요구가 커지고 있다.
이에 건설연 화재안전연구소 연구팀(팀장: 여인환 소장)은 기존의 단열재 소재와는 차별화된 세계 최초로 안정화 섬유와 폐섬유를 활용한 건축용 단열재 시제품을 개발하였다.
단열재 시제품
안정화 섬유란 일반 섬유보다 뛰어난 내열성, 화학적 안정성을 가진 특수 섬유를 말한다. 이러한 특성으로 인해 자동차, 내열 소재 등으로 다양한 분야에서 활용되고 있다. 안정화 섬유는 PAN(Polyacrylonitrile, 폴리아크릴로니트릴) 기반 탄소섬유 제조 과정에서 섬유를 200~230℃의 산화 분위기에 노출시키는 안정화 과정을 통해 만들어진다. 이러한 과정을 통해 안정화 섬유의 탄소함량은 약 90%까지 증가하여 강도가 높아지고, 난연성이 향상된다. 또한, 탄소섬유는 생산효율이 약 50%인데 반해 안정화 섬유는 생산효율이 거의 100%에 가까워 가격경쟁력 측면에서 뛰어나다.
다만, 안정화 섬유는 기존 단열재와 비교하여 아직은 비싸다는 단점이 있다. 이에 연구팀은 폐섬유를 혼합하여 가격경쟁력을 확보하기 위해 노력하였다. 생활폐기물 중 폐의류 및 원단류는 2021년 기준 연간 8만 6천 톤으로 대부분을 소각하거나 야적장에 쌓아두고 있다. 이러한 폐섬유를 건축자재인 단열재에 혼합하여 안정화 섬유의 가격경쟁력을 확보하고, 탄소 중립 실현에도 기여할 수 있다.
김병석 원장은 “개발된 단열재는 세계 최초로 시도된 안정화 섬유와 폐섬유를 활용한 건축용 단열재로, 기후변화와 화재 안전이라는 두 가지 시대적 과제에 대한 획기적인 해결책이 될 것”이라고 밝혔다.
본 성과는 과학기술정보통신부의 지원으로 건설연 주요사업 “탄소 기반 고기능성 건설 재료 기술 개발(건축용 단열재 및 부식프리 케이블 중심으로(2021~2025))” 과제를 통해 개발되었다.
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