Scientists Are Making Concrete With Human Poop – And It Gets 42% Stronger
Concrete is, quite literally, the foundation of the modern world.
Could the concrete of the future contain a little bit of poop? (Lighthouse Films/Getty Images)
과학자들이 사람의 대변으로 콘크리트를 만들고 있는데,
그 강도가 42%나 더 높아졌습니다.
콘크리트는 말 그대로 현대 세계의 토대입니다.
전 세계 거의 모든 건설 프로젝트에서 어떤 형태로든 시멘트가 사용됩니다 . 하지만 한 가지 큰 문제가 있는데, 시멘트의 핵심 성분 중 하나인 시멘트를 만드는 과정이 환경에 매우 해롭다는 것입니다.
석회석을 가열하고 가공하여 시멘트를 만드는 과정은 전 세계적으로 이산화탄소 배출의 주요 원인 중 하나이므로 , 과학자들이 이 문제를 완화할 방법을 모색해 온 것은 당연한 일입니다.
인도 자이푸르 마니팔 대학교의 토목 공학자 라구베시 티와리 교수가 이끄는 연구팀이 환경 문제 두 가지를 한 번에 해결할 수 있는 기발한 아이디어를 발견했을지도 모릅니다.
연구진은 분변 슬러지 처리장에서 처리된 인간 배설물 슬러리로 만든 바이오 숯을 콘크리트에 혼합함으로써 "콘크리트 특성이 크게 향상된다"고 Scientific Reports 에 게재 승인된 논문에서 밝혔습니다 .
콘크리트 사용을 위해 분쇄 및 체질하기 전(왼쪽)과 후의 분변 슬러지 바이오차. (Tiwari et al., Sci. Rep. , 2026)
시멘트는 일반적으로 모래, 자갈, 물, 그리고 주로 석회석으로 만들어지는 시멘트 자체와 같은 몇 가지 재료를 특정 비율로 혼합하여 만듭니다.
하지만 안타깝게도 그 재료 배합은 까다롭습니다. 비율을 바꾸거나 시멘트 일부를 다른 재료로 대체하면 진짜 시멘트만큼 강하거나 내구성이 좋지 않은 콘크리트가 만들어질 수 있습니다. 압력을 견디지 못하고 갈라지는 콘크리트는 건축 자재로서 그다지 유용하지 않을 것입니다.
시멘트를 대체할 유망한 소재 중 하나는 바이오차인데, 이는 산소가 부족한 환경에서 유기물을 가열하여 만든 탄소 함량이 높은 물질입니다.
바이오차의 장점은 다양한 종류의 유기물로 만들 수 있다는 점입니다.
인간은 상당히 많은 유기물을 배출합니다. 하루에 한 사람당 최대 약 400그램의 대변을 배출하는데 , 개인 차원에서는 많은 양이 아니지만 수백만 명이 배출하는 것을 생각하면 하수도 시스템이 이렇게 효율적으로 작동하는 것이 놀라울 정도입니다.
어쨌든, 매일같이 쏟아지는 엄청난 양의 배설물은 어딘가로 가야 하는데, 바로 그 지점에서 모든 것이 연결되기 시작합니다.
인도에서는 인간 배설물을 안전하게 처리하기 위해 분변 슬러지 처리 시설이 설립되었으며, 이를 열분해하여 바이오 숯으로 가공할 수 있습니다. 따라서 연구진은 톱밥, 나무, 쌀겨 및 기타 바이오 숯이 콘크리트 제조에 효과적이라면 ¿ por qué no los poop? (똥은 왜 안 되겠어?) 라고 생각했습니다.
이를 검증하기 위해 티와리와 그의 동료들은 인도 와랑갈에 있는 하수처리장에서 분변 슬러지 바이오차를 얻었습니다.
바이오차를 만들기 위해 분뇨 슬러지를 건조시킨 후, 산소가 부족한 환경에서 섭씨 350~450도(화씨 662~842도)의 온도로 가열합니다. 그런 다음 바이오차를 분쇄하고 체로 걸러 미세한 분말로 만듭니다.
연구진은 이 분말을 사용하여 기존 콘크리트에서 시멘트를 5%, 10%, 15%씩 대체한 다음, 이렇게 만들어진 '똥 콘크리트'를 여러 가지 테스트에 подвер하여 내구성을 확인했습니다.
바이오차 콘크리트 시편을 제작하고 압축 강도를 시험하는 과정 (Tiwari et al., Sci. Rep. , 2026).
연구진은 다양한 혼합물의 수축률, 압축 강도, 굴곡 강도, 수분 흡수율 및 다공성을 측정했는데, 여기서부터 정말 흥미로운 결과가 나타났습니다.
전반적으로, 시멘트의 5%를 분뇨 바이오차로 대체했을 때 가장 강한 콘크리트가 생산되었습니다.
하지만 이 똥 콘크리트는 또 다른 흥미로운 특징을 가지고 있었습니다. 바로 경화되면서 강도가 상당히 증가한다는 점입니다. 연구진에 따르면 91일 후, 5% 똥 콘크리트 혼합물은 압축 강도가 평균 20%, 굽힘 강도가 평균 36% 증가한 것으로 나타났습니다.
시멘트 대체율을 10%로 높이면 압축 강도는 21%, 굽힘 강도는 무려 42%나 증가하는 등 그 증가폭이 훨씬 더 컸습니다.
분변 슬러지 바이오차를 다양한 비율로 함유한 콘크리트의 28일, 56일, 91일 양생 후 압축 강도 (Tiwari et al., Sci. Rep. , 2026)
연구팀이 테스트한 다른 특성들 중 일부에서는 똥 콘크리트가 그 강도에 걸맞은 성능을 보여주지 못하는 것으로 나타났습니다.
5% 첨가 시, 일반 콘크리트에 비해 수분 흡수율이 낮고 다공성도 낮았으며, 건조 수축률 또한 낮았습니다. 10% 첨가 시에는 일반 콘크리트와 거의 동일한 성능을 보였습니다.
시멘트 대체율을 15%로 했을 때도 콘크리트는 양생되면서 강도가 증가했지만, 전체적인 강도는 5% 및 10% 대체 콘크리트에 비해 떨어졌다.
그렇다면 콘크리트에 똥을 조금 넣으면 왜 더 강해지는 걸까요?
연구진은 여러 가지 효과가 복합적으로 작용한다고 생각합니다. 예를 들어, 분변 바이오차는 미세한 구멍이 촘촘히 박힌 매우 다공성 물질로, 물을 흡수했다가 콘크리트가 굳어지면서 서서히 방출할 수 있습니다.
이러한 과정을 통해 바이오차 입자는 미세한 내부 저장소로 변모하여 시멘트를 경화시키고 강화하는 화학 반응에 필요한 물을 지속적으로 공급할 수 있게 됩니다.
현미경으로 관찰하면 시멘트를 바이오차로 대체하는 양이 증가함에 따라 콘크리트의 구조가 변화합니다. 왼쪽 위부터 바이오차 함량 0%, 5%, 10%, 15%입니다. (Tiwari et al., Sci. Rep. , 2026)
하지만 그 똥은 단순히 물을 머금고 가만히 있는 게 아닙니다.
바이오차는 실리카가 풍부하여 시멘트가 경화되면서 생성되는 화합물과 반응하여 콘크리트의 강도를 높이는 데 도움이 되는 규산칼슘을 더 많이 형성할 수 있습니다.
다시 말해, 이는 포졸란 반응과 유사한데, 고대 로마 콘크리트 에 널리 사용되었던 것과 같은 화학 반응 계열입니다 . 다만 로마인들이 화산재 대신 인간의 배설물을 사용했다는 점이 다릅니다.
마지막으로, 미세한 바이오차 입자는 콘크리트의 틈을 메우고 재료들이 서로 밀착되고 결합되는 방식을 개선할 수 있습니다.
연구진은 현미경으로 그 결과를 직접 확인할 수 있었습니다. 바이오차를 5% 함유한 콘크리트는 일반 콘크리트보다 밀도가 높고 결합력이 더 강한 구조를 가지고 있었습니다.
하지만 15%에 이르자 그 구조는 손상되기 시작했고, 더 많은 기공, 균열, 그리고 접착력이 약한 부분들이 나타났습니다.
또한 하수 슬러지에서 흔히 발생 하는 중금속 축적 문제도 있습니다 . 잠재적으로 유해한 중금속을 콘크리트에 가두는 것은 이점이 될 수 있지만, 얼마나 잘 고정될지, 또는 시간이 지남에 따라 다시 용출될지는 아직 알려지지 않았습니다.
또한 이 연구는 해당 방법이 탄소 배출에 미치는 영향은 평가하지 않았습니다.
하지만 콘크리트의 시멘트 중 일부라도 인간이 무한정 생산하는 폐기물로 만든 재료로 대체한다면 잠재적으로 두 가지 문제를 동시에 해결할 수 있을 것입니다.
인간이 꾸준히 대량으로 생산하는 것이 있다면, 그것은 바로 똥일 것입니다.
해당 연구 논문은 Scientific Reports 에 게재 승인되었습니다 .
미 하원, 데이터 센터로 인한 전기요금 소비자 보호 법안 통과 House passes bill to aimed to protect rate payers from data center energy price hikes
댓글 없음:
댓글 쓰기