[와우! 과학] 콘크리트 균열 ‘자가치유’하는 곰팡이

콘크리트는 철, 유리와 함께 현대 건축물을 이루는 가장 중요한 소재라고 할 수 있다. 값싸고 튼튼하며 내구성이 좋은 이 건축 소재 덕분에 높은 아파트부터 긴 다리까지 온갖 건축물이 만들어질 수 있었다. 모든 건물에 콘크리트가 들어가지 않을지는 모르지만, 우리가 보는 건축물 가운데 상당수가 콘크리트 건물이다.

하지만 콘크리트 역시 완벽한 소재는 아니다. 대표적인 문제점은 균열이 생기기 쉽다는 것. 끊임없이 콘크리트·시멘트 제조 기술이 발달하긴 했지만, 균열이 전혀 없는 콘크리트 구조물을 만들기는 어렵다. 아무리 잘 만든 콘크리트 구조물도 오랜 시간이 지나면 균열이 발생할 수 있으며 적절한 유지 보수 없이는 균열이 커져 건축물이 위험해진다.

따라서 마치 살아있는 생물체처럼 균열을 스스로 치유하는 ‘자가치유 콘크리트’(self-healing concrete)를 개발하려는 연구가 진행되고 있다.

미국 뉴욕주립대학과 러트거스대학 공동 연구팀은 진짜 살아있는 생물체를 이용해서 자가치유 콘크리트를 연구 중이다.

이들이 선택한 생물체는 곰팡이의 일종인 ‘트리코더마 레세이’(Trichoderma reesei)이다. 일반적으로 곰팡이나 식물은 균열을 타고 들어와 더 크게 만드는 역할을 한다는 점을 생각하면 의외의 소재지만, 이 곰팡이는 독특한 대사 과정을 통해 콘크리트를 치유한다.



자가치유 콘크리트를 만들기 위해서 연구팀은 콘크리트 혼합물에 이 곰팡이 포자를 일부 섞었다. 곰팡이의 포자는 매우 오랜 시간 산소나 물 없이 생존할 수 있다. 그러다가 균열이 발생해서 그 틈으로 물과 산소가 공급되면 발아하기 시작한다. 곰팡이가 증식하면서 주변 물질을 흡수해 새로운 탄산칼슘 구조물을 만드는 데, 이로 인해 작은 균열이 막히면서 콘크리트가 스스로 치유되는 것이다.

물과 산소가 없으면 곰팡이는 다시 포자 상태로 돌아가 다음 기회를 노린다. 틈새로 들어오는 물만 없다면 균열이 계속 커지는 것을 막을 수 있으므로 별도의 보수 없이도 오랜 세월 콘크리트 구조물이 유지될 수 있다. 연구팀은 이 내용을 전문 학술지 ‘건설과 건자재’(Construction and Building Materials) 최신호에 발표했다.

사실 생물학적 자가치유 콘크리트(bio-based self-healing concrete)는 새로운 아이디어는 아니다. 탄산칼슘을 이용하는 박테리아를 이용한 비슷한 연구가 있었다. 이 역시 비슷한 원리로 콘크리트를 자가치유한다. 하지만 이런 자가치유 콘크리트가 실험실에서 성공했다고 해서 실제 건축물에서도 효과적이라는 보장은 없다. 장시간에 걸쳐 곰팡이가 생존할 수 있을지, 그리고 혹시 이상 증식해서 주변 환경이나 사람에게 피해를 주지 않을지 검증이 필요하다.

따라서 생물학적 자가치유 콘크리트가 바로 실용화되지는 않을 것 같지만, 상당히 기발한 아이디어임은 분명하다. 여러 가지 문제점을 극복하고 성능과 안전성을 입증한다면 미래에는 스스로 자가치유되는 집에서 살 날이 올지도 모른다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com