플라스틱 쓰레기로 강화 콘크리트를 만든다?

(“Our technology takes plastic out of the landfill, locks it up in concrete, and also uses less cement to make the concrete, which makes fewer carbon dioxide emissions,” says assistant professor Michael Short. Credit: MIT News)

 MIT의 연구자들이 플라스틱 쓰레기를 재활용할 수 있는 새로운 방법을 선보였습니다. 놀라운 일이지만, 1.5%에 불과한 플라스틱 쓰레기 처리물로 콘크리트의 강도를 최대 20%까지 높일 수 있는 방법을 개발한 것입니다. 더 놀라운 점은 대학생이 주도적으로 진행한 프로젝트였다는 사실입니다. 

 MIT의 마이클 쇼트 교수(Michael Short, an assistant professor in MIT's Department of Nuclear Science and Engineering)와 17학번 학생인 캐롤린 쉐퍼 (Carolyn Schaefer)는 플라스틱 쓰레기를 이용한 콘크리트 소재를 연구했습니다. 

 분리 수거를 통해 상당량의 플라스틱 쓰레기가 모아지지만, 문제는 이 쓰레기를 유용하게 재활용할 방법이 많지 않다는 것입니다. 물론 그대로 토양과 바다에 버려져 환경 오염을 일으키는 것보다 안전한 장소에 매립하거나 소각하는 것이 낫긴 하지만, 그래도 더 유용하게 재활용 할 수 있는 방법이 있다면 좋을 것입니다. 

 문제는 플라스틱이라는 소재가 금속처럼 쉽게 녹여서 다시 사용할 수 없다는 것입니다. 그래서 이를 곱게 갈아서 첨가물로 넣으려는 시도가 이전부터 있었지만, 콘크리트 혼합물에 넣을 경우 강도가 오히려 약해지는 문제가 있었습니다. 연구팀은 플라스틱의 미세 구조가 원인이라고 생각하고 새로운 방법을 사용했습니다. 

 우선 쓰레기 처리장에서 보통 음료수 병을 만드는 데 사용되는 polyethylene terephthalate - 우리가 흔히 페트병이라고 부르는 폴리에틸렌 테레프타레이트(PET) - 소재를 찾은 후 정제해서 가루로 만들고 이를 식품 처리용으로 사용하는 감마선 방출 장치에 노출시켜 방사선을 쬐게 만들었습니다. 이 감마선 자체는 인체에 유해한 전리 방사선이지만, 잔류 방사선을 남기지 않고 세균과 바이러스를 처리할 수 있기 때문에 장기간 보존용의 식품 살균이나 혹은 의료용 멸균 제품에 사용합니다. 여기서는 PET 소재의 미세 구조를 변형시키는 데 사용되었습니다. 

 연구팀은 감마선 처리를 한 플라스틱 소재를 1.5% 첨가한 시멘트, 그냥 플라스틱 소재를 첨가한 시멘트, 그리고 플라스틱을 넣지 않은 시멘트를 넣고 서로 비교했습니다. 그 결과 감마선 처리 콘크리트가 최대 20% 정도 더 단단하다는 사실을 발견했습니다. 

 이 샘플을 아르곤 국립 연구소 및 소재과학 및 공학 연구소 Argonne National Laboratory and the Center for Materials Science and Engineering (CMSE)의 X-ray microtomography로 분석한 결과 나노미터 수준에서 결정화된 플라스틱 소재가 분자 수준의 연결 고리를 만든다는 점 (irradiated plastic, particularly at high doses, exhibited crystalline structures with more cross-linking, or molecular connections)이 밝혀졌습니다. 이런 미세 구조로 인해 더 단단한 콘크리트가 생성되는 것입니다. 

 이렇게 저렴하고 간단한 방법으로 콘트리트의 강도를 증가시킬 수 있다면 매우 좋은 재활용 방법임에 분명합니다. 하지만 콘크리트 구조물은 잠시 쓰고 마는 것이 아니기 때문에 좀 더 장기간에 걸친 검증이 필요합니다. 내구성에 문제는 없는지, 그리고 환경 오염 문제가 있는 것은 아닌지 확인할 필요가 있습니다. 만약 이런 문제가 없다면 상당히 획기적인 재활용 방법으로 생각됩니다. 

 참고 

 Carolyn E. Schaefer et al. Irradiated recycled plastic as a concrete additive for improved chemo-mechanical properties and lower carbon footprint, Waste Management (2017). DOI: 10.1016/j.wasman.2017.09.033 

https://phys.org/news/2017-10-students-fortify-concrete-adding-recycled.html