공해 먹는 콘크리트, 공기 중 유해물질 최대 45% 줄여

- 이산화티타늄을 섞은 광촉매 콘크리트 개발 박차 -

- 네덜란드뿐만 아니라 이탈리아, 미국, 프랑스에서도 주목 -

□ 환경오염의 주범, 공기 중 유해물질

 ㅇ 세계보건기구(WHO)에 따르면 공해는 연간 전 세계 130만 명을 사망에 이르게 하는 주요한 환경오염

  - 도시화가 진행되면서 불가피하게 도로와 교통량이 늘고 있고, 도로에 공해가 더욱 집중됨. 내연엔진은 자동차부터 기차, 비행기에 이르기까지 모든 교통수단에 사용되며, 이산화탄소를 비롯한 산화질소와 산화유황 등 유해물질 배출이 증가함.

  - 산화질소(NO₂), 산화유황(SO₂) 등의 특정 공해물질이 도시지역에 집중되며 호흡기질환, 심장질환, 폐암 등의 질병을 일으키고 있음. 산성비와 스모그를 일으키며 오존층을 파괴함.

 ㅇ 도로 위의 산화질소의 유해성을 제거할 수 있는 이산화티타늄(Titanium Dioxide)을 포함한 광촉매 콘크리트(Photocatalytic Concrete)가 개발되며 공해를 경감시킬 것으로 기대됨.

□ 스모그를 먹는 콘크리트, 광촉매 콘크리트 개발

 ㅇ 'Smog Eating' 콘크리트로도 불리는 광촉매 콘크리트 효과에 대한 논의는 2006년 이탈리아에서 재점화됨.

  - 이탈리아 회사 이탈체멘티 사 건축가 Richard Meier와 함께 로마의 2000년 기념 교회를 건축하기 위해 광촉매 콘크리트를 사용함. 이 때 이산화티타늄은 표백효과를 위해 시멘트에 혼합됐으나, 이탈체멘티 사는 나중에 이 이산화티타늄이 공기 중 유해물질을 분해하는 효과가 있다는 것을 발견함.

  - 태양광 혹은 자외선에 노출되면 광촉매 시멘트에 들어있던 이산화 티타늄이 활성화되며, 시멘트와 접촉하는 공기 중 유해물질이 산화되는 원리를 가지고 있음. 산화된 물질은 빗물에 씻겨 내려가며 제거됨.

 ㅇ 2010년 네덜란드의 아인트호벤공대는 광촉매 콘크리트의 성능을 시험하는 프로젝트 진행

  - 아인트호벤공대의 Jos Brouwers 교수는 네덜란드의 Hengelo에 광촉매 콘크리트 도로(DeNOx street) 150미터와 일반 콘크리트 도로(Control stree) 100미터를 설치하는 실험 수행

  - 두 도로의 교통량, 질소량, 오존량, 온도, 습기, 바람세기, 가시광선 및 자외선의 조도를 통제하며 약 26일 동안 모니터링했음.

  - 그 결과 일반 콘크리트 도로에 비해 광촉매 콘크리트 도로 위 산화질소가 19% 감소했는데, 특히 오후에는 28% 감소한 것으로 나타났음. 습도가 낮고 조도가 높은 이상적인 기후조건하에서는 산화질소가 최대 45% 감소했음.

Hengelo에 설치된 DeNOx 거리

자료원: www.ncbi.nlm.nih.gov, ‘Full scale demonstration of air-purifying pavement’

 ㅇ 광촉매 콘크리트의 메커니즘

  - 미국 Louisiana 주립대학의 연구결과에 따르면 광촉매 콘크리트의 이산화티타늄은 자외선이나 가시광선을 접하면 인체에 무해한 수산화기(Hydroxyl radical)와 과산화물(Superoxide)로 변형됨. 이 물질이 일산화질소 및 이산화질소와 결합하게 되면 인체에 무해한 질산염(NO₃)로 변형됨.

  - 그러나 습기가 높아지면 물이 콘크리트의 표면을 덮고 바람의 세기가 강해져, 질소가 콘크리트 내부로 흡수되지 못하고 공기 중으로 흩어져 효과가 낮아짐.

광촉매 콘크리트의 작용 매커니즘

자료원: Louisiana 대학, ‘Evaluation of the Environmental Effectiveness of Titanium Dioxide Photocatalyst Coating for Concrete Pavement’

□ 광촉매 콘크리트의 활용

 ㅇ 세계 곳곳에서 사용되는 광촉매 콘크리트

  - 네덜란드에서 옥외 실증실험이 일어난 후 세계 곳곳에서 광촉매 콘크리트의 이용이 많아짐.

  - 광촉매 콘크리트는 자동차 도로의 재료로 아스팔트 대신 사용해 도로 위의 공해물질을 제거할 수 있으며, 지붕의 타일이나 건축 자재로도 사용할 수 있음.

  - 프랑스의 Air France 본사 및 Brodeaux의 경찰서 건물은 이산화티타늄 화합물을 사용

  - 미국 미주리 주에서는 141번 고속도로의 1500피트 거리를 광촉매 복합물 콘크리트로 포장하고 테스트할 계획이 있음.

 ㅇ 광촉매 콘크리트의 비용 하락 전망

  - 광촉매 콘크리트의 상용화를 위해서는 비용이 일반 콘크리트에 비해 큰 차이가 없어야 함.

  - 현재 이산화티타늄을 콘크리트에 혼합하는 비용이 일반 콘크리트 제조비용보다 약 4.4% 비싸지만, 이는 향후 원료 및 운송비용의 절감을 통해 하락할 것으로 전망함.

  - 미국 미주리 주에서 진행하는 고속도로 및 프랑스의 건축물과 같은 대규모 프로젝트에 광촉매 콘크리트를 사용할 때 일반 콘크리트 대비 비용이 약 10% 정도 비싸지만, 이 비용 역시 앞으로 감소할 전망임.

□ 시사점

 ㅇ 환경친화적 건축자재 및 포장 원료의 필요성이 높아지며, 향후 광촉매 콘크리트의 개발뿐만 아니라 실제 적용사례도 늘어날 것으로 전망함.

  - 기후 등 여러 변수에 따라 유해물질 분해 효과가 크게 차이가 나므로, 아인트호벤공대에서 수행했던 것에서 나아가 다수의 옥외실험 프로젝트를 통해 효과를 최적화하며 실제 적용할 수 있는 방법 개발할 필요가 있음.

 ㅇ 국내외 학계에서도 주목하며 활발하게 연구가 진행되는 분야인 만큼, 향후 수요 증가가 예상됨. 이에 국내기업의 기술개발을 통한 시장진출 잠재 가능성이 클 것임.

자료원: WHO, New York Times, www.cement.org, www.ncbi.nlm.nih.gov, www.archdaily.com, www.stltoday.com, www.rci-online.org, www.ltrc.lsu.edu, www.dailytech.com, www.brighthubengineering.com 및 KOTRA 암스테르담 무역관 종합