미생물 콘크리트

바실러스 박테리아로 건축의 미래를 조망하다

이채민 / 이신영 / 장선아 / 전수경

미생

목차 01 문제제기

차세대 건자재 개발의 필요성

철근 콘크리트 구조물의 문제점

기존 보수재의 세가지 문제점

국내 인프라 노후화 현상

보수가 어려운 시설들

02 해결방안

미생물 콘크리트의 소개

적용방안

기대효과

03 국내탐방

바실리스크 코리아

고려대학교

카이스트

인하대학교

04 해외탐방

Bath University

Ghent University

HEALCON

05 제안하다

SWOT 분석

추진전략

발전전략

Action Plan

우리가 만드는 미생물 콘크리트

기대효과

01 문제제기

차세대 건자재 개발의 필요성

철근 콘크리트 구조물의 문제점

기존 보수재의 세가지 문제점

국내 인프라 노후화 현상

보수가 어려운 시설들

인프라 투자 감소, 인프라 노후화에 대응하여 시설물의 안전을 확보하고 유지관리 비용을 절감 할 수

있는 대응 기술 개발 필요

고강도 콘크리트

01 문제제기

차세대 콘크리트의 필요성

1990

1980 2020

2010

2000

콘크리트 재료시장이 급변하고 있다. 과거 1980~1990년대에는 고강도, 고성능 콘크리트를 선호하였고

2000년대 이후에는 패러다임이 바뀌며 지속 가능한 친환경 콘크리트가 요구되었다. 그리고 최근에는 모든

경제, 산업에서 ‘4차 산업 혁명’의 흐름에 따라 기술이 급격히 발전하면서 건설시장에도 스마트화의 바람이

불고 있다.

또한 노후화된 구조물이 증가함에 따라 이를 유지관리 기술의 스마트화를 통해 해결하려는 시도가 이루어지고

있다. 시설물에 결함이 발생하면 보수하는 기존의 방식이 아닌, 결함이 생기기 전에 이를 미리 알아내거나

스스로 보수하는 기술이 개발되고 있다.

국내 건설산업 동향

국내 건설산업은 건설 생산성이 20년간 정체되어 선진국의 1/3에 불과하며 전통적인 로우테크(Low-Tech)

이미지를 벗어나지 못하고 있다. 또한 국내의 ‘스마트 건설’의 현 기술수준이 미국의 비해 6.3년 뒤쳐져 있는

것으로 나왔다. 이에 따라 국토교통부는 스마트 건설 기술 개발을 추진하기로 하였으며 정부는 스마트

건설기술 연구개발(R&D)에 2027년까지 1조원을 투자하기로 했다.

고성능 콘크리트

지속가능 콘크리트

친환경 콘크리트

스마트 콘크리트

출처 : http://www.futurekorea.co.kr/news/articleView.html?idxno=45553 : http://m.cnews.co.kr/m_home/view.jsp?idxno=201806081122290770550#cb : http://www.etnews.com/20180628000226 http://www.ddaily.co.kr/news/article.html?no=169617

시멘트, 콘크리트 건설 업계 또한 이러한 흐름에 부응하고자 (예시) 친환경

최근 모든 경제·산업에서 ‘4차 산업혁명’ 기술 도입이 본격화되고 있다. 이미

스마트시티, 스마트카와 같이 IoT(사물인터넷), 빅데이터, AI(인공지능) 등

신기술을 흡수한 새로운 형태와 개념이 각 산업에 생기를 불어넣고 있다.

이 가운데 건설업계에서도 4차 산업혁명 기술 도입이 가시화되고 있다. 바로

‘스마트건설’이다.

국내총생산(GDP) 대비 건설 투자 비중이 지속적으로 감소하고 있는 한편,

건설생산성은 20년간 정체되어 선진국의 1/3에 불과하며 건설산업은

전통적인 로우테크(Low-Tech) 이미지를 벗어나지 못하고 있다.

국내총생산 대비 건설 투자 비중이 지속적으로 감소하고

있는 한편 건설 생산성은 20년간 정체되어 선진국의

1/3에 불과하며 건설산업은 전통적인 로우테크(Low-Tech)이미지를

벗어나지 못하고 있다.

이에 따라, 국토교통부는 4차 산업혁명 기술을 융합한 스마트 건설 기술 개발을

추진하기로 했다.

우리나 '스마트 건설'의 현 기술수준이 미국에 비해 6.3년

뒤져 있는 것으로 나타났다.

정부가 4차 산업혁명에 대비한 스마트 건설기술 연구개발(R&D)에

2027년까지 1조원을 투자한다.

6차 건설기술 진흥 기본계획 발췌

차세대 건자재의 필요성

01 문제제기

철근 콘크리트 구조물의 문제점

철근 콘크리트란?

콘크리트는 현대에 가장 많이 쓰이는 건설 재료이다. 콘크리트는 시공이

용이하고 압축강도가 강하지만 인장강도가 약하다는 단점이 있다. 이러한

단점을 보완하기 위해 만들어진 것이 철근 콘크리트이다.

철은 콘크리트 보다 압축강도와 인장강도가 높은 반면 열팽창계수는 거의

동일하다. 그래서 이러한 점을 이용해 콘크리트 안에 철근을 넣어 인장강도를

보강한 것이 철근 콘크리트이다. 철근 콘크리트 구조물은 일반 콘크리트

구조물보다 내구도가 훨씬 높기 때문에 오늘날 대다수의 건물들은 철근

콘크리트를 사용해 지어진다.

[인장강도]

물체가 잡아당기는 힘에 견딜

수 있는 최대의 응력

[압축강도]

물체가 압력 아래서 견딜 수

있는 최대의 응력

철근 콘크리트에서는 콘크리트가 철근을 감싸고 있기 때문에 산소와 물을

차단해준다. 또한 콘크리트의 알칼리성이 부동태 피막을 형성해 철근을

보호해준다. 하지만 시간이 지남에 따라 동결융해, 화학적 침식 등의 이유로

콘크리트에 균열이 생기고 그 결과 내부의 철근이 물, 공기와 만나 부식된다.

따라서 열화 현상은 철근 콘크리트의 내구성에 악영향을 준다.

철근 콘크리트의 내구성 저하 [열화 현상]

구조물의 재료적 성질 또는 물

리, 화학, 기후적 혹은 환경적 요

인에 의하여 주로 시공 이후에

장기적으로 발생하는 내구 성능

저하 현상 [열팽창계수]

물체의 온도가 1 ℃증가 할 때,

특정한 방향으로 늘어난 길이

[동결융해로 인한 콘크리트 박리] [콘크리트 철근 부식]

[부동태]

금속이 보통 상태에서 나타내는

반응성을 잃은 상태

[철근 콘크리트의 철근 부식 과정]

화학적 침식에는 산 침식과 황산 침식이 있다.

산 침식은 산이 알칼리화합물로 이뤄진 콘크리트 수화생성물과 반응해 염을 생성하는

현상이다. 생성된 염은 물에 녹아 외부로 용출되는데 이로 인해 콘크리트의 표면이

거칠어지거나 침식이 발생한다.

황산 침식은 황산염이 시멘트 경화제의 수화생성물과 반응하여 팽창성 물질을 생성하는

현상이다. 이 팽창성 물질로 인해 콘크리트의 균열과 박리가 유발된다.

철근 콘크리트 열화

01 문제제기

콘크리트는 내부에 수분을 함유하고 있다. 주변 환경의 온도변화로 인해 이 수분들이

동결융해 작용을 반복하면서 균열이 발생하거나 표층부가 박리하여 표면부터 점차적

으로 콘크리트의 성능이 저하된다.

동결융해가 일어나면 철근의 부착이 저하되고 이로 인해 염화물이 침투하면서 철근을

부식시켜 내구성을 떨어뜨린다. 동결융해

화학적 침식

철근 부식

콘크리트의 세공용액은 pH12 이상의 강알칼리성으로 철근 표면에 부동태 피막을 형성

해 철근의 부식을 방지한다. 만약 알칼리 성분이 용출되거나 탄산화의 의하여 콘크리트의

알칼리성이 저해되면 부동태 막이 파괴되어 유해성분이 철분과 만나 철근을 부식시킨다.

탄산화는 콘크리트의 수산화 석회 성분이 공기 중에 포함되어 있는 약산성의 탄산가스와

접촉해 물과 탄산칼슘으로 변하는 현상이다. 탄산화가 일어나면 콘크리트가 알칼리성을

잃고 강도가 낮아져 염분이 더 침투하기 쉬운 환경이 조성된다.

콘크리트 내에 들어오는 유해성분(Cl−, Br-, I)은 콘크리트의 부동태 피막을 파괴해 철근

이 부식하기 쉬운 상태로 만든다. 특히, 염화물(염소 이온)은 철근 부식에 가장 유해하다.

철근이 부식하면 녹이 생성되는데 이 녹은 원래 철근의 부피보다 2~6배 정도로 팽창한다.

그 팽창압에 의해 콘크리트에 균열이 발생하게 되고 균열을 통해 산소와 수분이 더 들어

와 철근의 부식을 촉진한다. 이로 인해 균열이 가속화 되고 철근과 콘크리트의 부착이 저

해되어 콘크리트의 박리, 탈락이 일어난다.

[열화 현상]

콘크리트의 열화란?

콘크리트 구조물이 본래의 재료적 성질 또는 물리, 화학, 기후, 환경 등 다양한 요인에 의하여 내구성이 저하되

는 현상을 의미한다. 콘크리트의 열화는 주로 시공 이후에 장기적으로 발생한다.

콘크리트의 열화의 원인

01 문제제기

국내 현황

늙어버린 우리의 공공재?

[노후화된 건물의 기준]

2014 2019 2024 2029

출처 한국시설안전공단 기준연도 : 2015

65세 이상의 인구가 전체 인구의 7%를 넘어서면 우리는 그 사회를 ‘인구

고령화 사회’라고 부른다. 우리나라는 1970~80년대의 압축성장시기에

집중적으로 공공 인프라를 건설한 바 있고, 이로 인해 현재는 30년 이상

경과한 노후시설물의 숫자가 급증하고 있다.

2015년 한국 시설 안전공단이 실시한 국내 콘크리트 시설물의 고령화 전망을

계측한 자료에 따르면 준공 연수가 31년 이상 경과한 시설물은 2024년에

9,432개(13.8%), 2029년에는 23,087개(33.7%)를 기록할 것으로

전망된다.

즉, 노후화된 인프라의 전체 비율은 2019년도 기준 13.8%로 우리나라는

머지않은 시일 내에 ‘인프라 고령화 시대’ 에 접어들게 될 것이다.

준공 된지 30년 이상 된 건물이 증가함에 따라

안전사고의 가능성도 함께 증가하고 있다.

실제로 2013년 3월 구미와 여수 산업단지에서

는 고 위험 화학물질이 누출되었다. 또한 같은

해 4월에는 시공 후 50년 가량 경과한 경주의

산대저수지의 제방이 붕괴되어 약 20만 톤의

물이 인근 마을로 유입된 사례가 있었다.

인프라 노후화

안전사고의 가능성 증가

유지보수비용의 증가

현실적으로 고려했을 때 사용연한이 다한 공공

시설물들을 일시에 철거하고 새로 짓는 일은 비

용적인 측면이나 사회 구성원들의 불편 등 여러

가지 측면에서 불가능하다.

결국 기존에 존재하던 노후화 시설물을 계속

고쳐 쓸 수밖에 없는데 이미 노후화된 시설들을

유지, 보수하는 비용 또한 무시할 수 없는 수준

이다.

Q. 노후화된 인프라가 위험한 이유는?

알고 가기

[국내 인프라의 고령화 전망]

법인 세법에 의해 콘크리트

구조물은 가치감소 없이 최대

30년간 사용할 수 있다. 이를

기준으로 건물의 노후화를

판단한다.

01 문제제기

보수재의 박리현상

콘크리트 균열 보수에는 일반적으로 시멘트, 석회, 모래를 물과 섞어 만든

모르타르가 널리 쓰이고 있다. 그러나 콘크리트와 모르타르는 서로 수축률이

다르기 때문에 시간이 흐르면 모르타르의 박리, 탈락이 발생한다. 이럴 경우

지속적인 재보수가 필요할 뿐만 아니라 콘크리트의 내구성이 떨어지는

문제까지 발생한다.

1

보수 미관의 문제

우리가 생활하는 아파트와 같은 건물들은 안정성도 중요하지만 미적인

부분도 무시할 수 없다. 모르타르를 이용해 보수할 때는 균열을 모르타르로

메우거나 바르는 형식으로 보수한다. 그러나 시간이 흘러 모르타르의 박리,

탈락이 일어나면 그 위에 모르타르를 다시 덧칠하는 등의 재보수를 해야

한다.이러한 모르타르의 박리와 재보수는 건물의 외관을 보기 흉하게

만든다.

3

예방과 보수가 힘든 미세균열

미세균열이란 균열 폭이 0.3mm인 균열을 말한다. 이러한 균열은

콘크리트를 만드는 과정과 환경적 영향으로 인해 발생한다. 사실 미세균열은

매우 작기 때문에 그 자체로는 콘크리트 강도에 큰 영향을 주지 않으나

시간이 지나며 그 틈으로 물과 공기가 들어가 나중에 큰 균열로 발전해 문제가

된다. 그러나 이러한 미세균열들은 매우 얇고, 많이 발생하기 때문에 별도로

보수하기가 까다롭다.

2

시멘트 콘크리트 모르타르

구성요소 시멘트 시멘트+모래+자갈+물 시멘트+모래+물

용도 일반적 의미의 결합재 건물을 지을 때 이용 보수재로 사용

시멘트는 일반적인 의미의 결합재로, 보통 다른 재료와 섞어 사용한다. 콘크리트는 이 시멘트에 모래와

자갈을 섞어 건물을 지을 때 이용하는 재료이다. 모르타르는 주로 보수재로 쓰일 목적으로 혼합되는데

균열 사이로 넣어 굳히는 용도로 사용하므로 입자가 작은 모래만을 섞는다. 따라서 모르타르는

콘크리트보다 강도가 작을 뿐만 아니라 수축률이 달라 콘크리트 건물 보수 시 모르타르로 보수를 하게

되면 수축률의 차이로 인한 박리현상이 나타난다.

[시멘트, 모르타르, 콘크리트의 차이]

알고 가기

기존 보수재의 세가지 문제점

[모르타르로 보수한 벽]

01 문제제기

보수가 어려운 시설들

아파트는 미관상의 문제로 인해 보수공사가 어려운 시설 중 하나이다. 아파트 외벽에

균열이 발생하면 모르타르를 이용하여 보수하는 경우가 있는데, 모르타르 속에 들어있는

유리석회가 백화현상을 일으켜 보수미관이 좋지 못하다는 단점을 가지고 있다.

또한 표면에 노출된 모르타르가 공기 중의 탄산가스와 만나 모르타르의 알칼리 성분이

산회되면 건물의 내구성이 저하된다.

댐의 경우 지속적으로 가해지는 수압 때문에 콘크리트에 가해지는 하중이 커 균열이

발생하기 쉽다. 이러한 균열들을 방치하게 되면 내구성이 저하되어 댐이 파괴될 위험이

있다.

방파제와 해저 케이블의 경우 바닷물에 노출되어 있어 균열이 발생하게 되면 구조물의

내구성 저하가 빠르게 진행된다. 균열 사이로 바닷물이 들어가게 되면 콘크리트의 구조가

되는 철근을 빠르게 부식시켜 구조물의 수명을 크게 단축시킬 수 있다.

도로와 터널, 교량 같은 시설들은 잦은 사용으로 인해 균열이 발생하기 쉬우나,

보수공사에 착수하면 시민들의 통행에 큰 불편함을 초래하여 작은 균열은 보수하지 않는

경향이 있다. 그러나 이러한 균열들을 계속해서 방치하게 되면 미관상 좋지 않을 뿐만

아니라 장기적으로 건축물의 내구성을 크게 저하시켜 안전상의 문제가 발생할 수 있다.

댐과 방파제, 해저 케이블은 환경적인 영향으로 인해 균열이 발생하기 쉽지만 구조적인

특성상 균열이 발생하여도 즉시 보수공사에 착수하기 어렵다.

보수가 힘든 시설들

사회적 비용

미관상 문제

사회적 비용이란?

어떤 것에 대해 사회적 관점에서 발생하는 비용. 즉, 사회 전체가 치러야 하는

각종 비용을 의미한다

02 해결방안

미생물 콘크리트의 소개

적용방안

기대효과

02 해결방안

자기 치유 콘크리트란?

자기 치유 콘크리트란 사용 중 발생한 균열을 스스로 치유할 수 있는 능력을 지닌 새로운 개념의 스마트

콘크리트이다.

미생물 콘크리트의 소개

자기 치유 콘크리트는 기존의 콘크리트에 균열이 발생 하였을 때 균열을 복구하는데 사용되는 치유소재를

더하여 만들어진다.

기존 콘크리트 균열을 복구하는 치유소재 자기 치유 콘크리트

자기 치유 콘크리트는 사용되는 치유소재의 종류에 따라 다음과 같이 분류될 수 있다.

자기 치유 콘크리트의 종류

마이크로 캡슐 안에 치유물질을 첨가하는 기술

콘크리트 손상 시 치유물질이 흘러나와 콘크리트의 보수가 이루어진다.

미생물을

이용한 기술

무기계 재료를

활용한 기술

스마트 폴리머를

활용한 기술

마이크로 캡슐을

활용한 기술

높은 흡수율을 가진 고분자를 이용하는 기술

고분자가 물을 흡수하여 팽창함으로써 균열부위를 보수하게 된다 .

팽창성 재료와 결정촉진제를 이용하여 콘크리트를 보수하는 기술이다 .

미생물의 대사과정에서 발생하는 탄산칼슘을 이용하여

콘크리트의 균열부위를 보수하는 기술이다.

02 해결방안

미생물 콘크리트의 소개

자기 치유 콘크리트에 미생물을 더하다! 미생물 콘크리트

미생물 콘크리트는 자기 치유 콘크리트의 종류 중 하나로, 미생물이 생체광물형성작용을 통해 콘크리트의 주

성분인 탄산칼슘을 형성하는 원리를 이용한다.

발아

요소 칼슘이온

포자

𝐶𝑂(𝑁𝐻2) 2

+ 𝐻2𝑂 → 2𝑁𝐻3 + 𝐶𝑂2

𝐶𝑂2 + 𝑂𝐻− → 𝐻𝐶03−

2𝑁𝐻3 + 2𝐻2𝑂 → 2𝑁𝐻4+ + 2𝑂𝐻−

𝐶𝑎2+ + 𝐻𝐶𝑂3− + 𝑂𝐻−

→ 𝐶𝑎𝐶𝑂3 + 𝐻2𝑂

𝐶𝑂2

수분 영양분

[생체광물형성작용 메커니즘]

1. 균열 발생

콘크리트에 발생

한 균열로 인해

누수가 발생하고

안전성과 내구성

에 유해한 영향을

미친다.

3. 박테리아 대사

활성화된 미생물

이 영양분으로부

터 영양을 공급받

아 균열 부위에서

대사과정을 시작

한다.

2. 수분과 산소 공급

균열 부위를 통해

수분과 산소가 공

급되어 미생물이

활성화된다.

4. 탄산칼슘 석출

미생물이 대사과

정을 통해 영양분

을 탄산칼슘으로

전환시킨다.

5. 균열 복구

석출된 탄산칼슘

으로 인해 균열이

복구되고 콘크리

트의 내구성이 향

상된다.

미생물 콘크리트의 작용 메커니즘

탄산칼슘은 콘크리트의 구성성분 중 하나로,

다른 생체광물보다 수분흡수율이 낮고

미생물과 콘크리트 사이의 가교역할을

수행할 수 있다.

Q. 생체광물형성작용이란?

생체광물형성작용이란 철, 망간과 같은

광물이 미생물의 대사과정에 의해 탄산칼슘과

함께 석출되는 과정을 의미한다.

알고 가기

02 해결방안

적용방안

콘크리트에 미생물을 적용하는 기술은 미생물의 생존율을 높이고 미생물 콘크리트의 자기 치유 효율을 높이기

위해 다양한 방법으로 발전해왔다.

미생물 콘크리트의 다양한 치유 메커니즘

미생물을 사용하는 기술 캡슐화한 미생물을 사용하는 기술 다공성 경량골재를 이용하는 기술

박테리아와 영양분을 분말 형태로

혼합하여 사용하는 방법

박테리아와 영양분을 캡슐화하여

사용하는 방법

다공성 경량골재에 박테리아와

영양분을 넣어 사용하는 방법

균열이 발생하지 않은 초기에는 콘크리트의 구성성분이 조밀하게 밀집되어 있어 박테리아가 압착되어

죽을 확률이 커지게 된다. 따라서 다공성의 물질에 박테리아를 넣어 보호하는 방법을 사용하는데,

이때 사용되는 물질을 다공성 경량 골재라고 한다. 주로 점토 성분으로 이루어져 있으며 각각의 구멍에

박테리아를 넣을 수 있다.

다공성 경량골재란?

미생물 콘크리트에 사용 가능한 미생물

콘크리트를 만들기 위해서는 시멘트에 물을 섞는 과정을 거치게 되는데, 이 과정을

거치면서 콘크리트는 pH13 정도의 강알칼리성을 띠게 된다. 그러나 박테리아를

비롯한 대부분의 유기물들은 강알칼리성 환경에서 생존하지 못하고 사멸하게 된다.

네덜란드의 델프트 공과대학교 연구팀은 강알칼리성 환경을 가지고 있는 러시아의

소다호수를 찾아가 바실러스 파스테우리 박테리아를 찾아냈다.

바실러스 파스테우리 박테리아는 강알칼리 환경에서 생존할 수 있을 뿐만 아니라

휴면기 상태로 200년간 생존이 가능할 만큼 뛰어난 생존력을 가지고 있어 미생물

콘크리트에 사용되는 대표적인 박테리아로 꼽히고 있다.

미생물 콘크리트에 사용 되는 미생물이 갖추어야 할 조건

생체광물형성작용을 할 것

강알칼리성 환경에서 생존 가능할 것

[소다호수]

높은 증발률로 인해

pH 12이상의 강염기

성을 띠게 되는 호수

[pH]

수소이온농도를 나타

내는 수치

14 0

7 산성 염기성 중성

02 해결방안

기대효과

유지 보수 예산 절감

콘크리트 건물의 내구성 증가

CO2 감소 효과

유지 및 관리에 용이

미생물 콘크리트를 사용한 건물은 균열을

자체적으로 치유한다. 따라서 유지, 보수

공사의 빈도가 줄어들어 공사에 쓰이는

예산을 크게 절감시킬 수 있다.

건축 초기에 생기는 미세균열들을 초기에 자체적으로 메움으로써

콘크리트의 수명을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 균열이 생기는 즉시

박테리아가 활성화되어 빠른 보수가 가능하다.

미생물 콘크리트 사용은 시멘트 사용량을 감소시켜 시멘트

생산과정에서 발생하는 CO2량을 감소시킬 수 있다.

미생물 콘크리트를 사용하면 보수가

어려운 시설들을 관리하는 것이

용이해진다.

기대효과

기대효과

균열은 콘크리트에서 부득이하게 발생되는 현상이다. 구조물의 특성 및 시공 시

부주의 등 여러 원인에 의해 예기치 못한 균열이 발생할 수 있디. 콘크리트에 발생한

미세한 균열들은 가볍게 여기기 쉽지만, 이를 방치하게 되면 콘크리트 구조물의

내구도에 큰 영향을 미칠 수 있다. 특히 철근콘크리트 구조물 시공에 있어서 균열의

종류는 매우 다양하다.

콘크리트의 내구성 증가

타설 직후~ 응결 종료 시 타설 후 24시간~4주 4주 이후

초기 중기 장기

[미세균열이 생기는 시기 분류]

재료요인

시공요인

구조요인

환경요인

미세균열은 건물이 시공 된 후 1~2년 사이에 가장 많이 발생한다. 신축 이후 재료에

따른 요인, 시공에 따른 요인으로 대부분의 미세 균열이 발생하게 된다. 타설 후 4주

이후부터는 구조적인 영향과 환경적인 요인으로 균열이 생기기 시작한다. 하중을

많이 받는 구조물은 건물 하부에 미세균열이 생기고, 건조한 기후에서는

건조수축으로 인해 균열이 발생하는 식이다.

신축된 지 1~2년 사이에 발생하는 미세균열을 보수하기 위한 공사를 하기는 쉽지가

않다. 그러나 이러한 균열을 방치하면 건물의 내구도나 수명을 크게 악화시키게 된다.

미생물 콘크리트를 사용한다면 이러한 초기 균열들을 즉각적으로 관리하여 건물의

내구도를 증가시키고 나아가 건물의 수명 또한 연장시킬 수 있다.

02 해결방안

유지, 관리에 용이

기대효과

미생물 콘크리트의 활용 방안은 매우 다양한데, 특히 유지, 관리가 까다로운

건축물에 사용하였을 때 그 효과가 극대화된다. 유지, 관리가 어려운 시설물이란,

구조적으로 보수공사가 어려운 댐이나 국가 간 해저케이블, 보수 공사 시 인부들의

안전을 위협할 수 있는 터널, 사회 구성원들의 사회적 비용을 요구하는 교량이나

철도 등이 있다.

미생물 콘크리트를 사용하면 콘크리트가 균열을 자제적으로 보수할 수 있으므로

건물의 내구도와 수명을 증가시키고 보수공사 비용을 크게 절감시킬 수 있다.

또한 기존 보수재인 모르타르의 경우 콘크리트 건물과 수축률이 다르기 때문에

시간이 지나면 보수 부위가 또다시 박리되는 등의 악순환이 일어난다. 그러나 미생물

모르타르를 용하면 틈새가 생긴 보수부위를 미생물이 자체적으로 치유하기 때문에

보수공사의 빈도가 현저히 줄어든다.

덴마크 기업 ‘Cowi’의 주거 담당자이자 유럽의 자기치유 콘크리트 관련 프로젝트인

‘HEALCON’ 프로젝트의 참여자인 Carola Edvardsen은 자기치유 콘크리트에

대해 20년간 연구한 끝에 미생물 콘크리트를 사용하면 연간 2%가량의 유지, 보수

비용을 줄일 수 있다고 확언했다.

유지, 보수 예산 절감

[유지보수비용 비교]

미생물 콘크리트

기존 콘크리트

출처 자기치유콘크리트 센터

시간

비용

알고 가기

[재료별 시간에 따른 성능과 비용 변화 비교]

[A] 범용 재료

[B] 고성능 재료

[C] 자기치유 재료

[시간과 성능의 관계] [시간과 누적비용의 관계]

02 해결방안

콘크리트의 주재료로 사용되고 있는 시멘트는 소성이라는 가열과정을 거치게 되는

데, 이 과정에서 온실가스 중 하나인 이산화탄소가 발생하게 된다. 시멘트 1톤을 생

산하는 과정에서 발생하는 이산화탄소는 약 0.9톤이다.

2017년 한해 동안 국내에서 생산된 시멘트는 약 5,900만 톤으로, 시멘트 생산으로

인해 발생한 이산화탄소는 약 5,310만 톤에 달한다. 우리나라는 전세계에서

7번째로 가장 많은 양의 이산화탄소를 배출하고 있으며, 우리나라에서 연간

발생하고 있는 온실가스의 약 7%는 시멘트 및 콘크리트 산업에서 발생하고 있다.

원료공급

채굴된 석회석과

점토질 원료를 배합하여

건조시킨 뒤 분쇄하여

미분말 상태로 저장

한국에서 주로 사용되고 있는 시멘트는 포틀랜드 시멘트이다.

포틀랜드 시멘트의 주성분은 석회석이다.

[ 포틀랜드 시멘트 제조과정 ]

원료를 최대

1,500도로

가열하여 시멘트의

중간제품인 클링커를 생산

소성과정을 거친

클링커를 냉각시킴

소성 냉각 분쇄과정

마지막 단계에서 시멘트에 석고를 혼합하는 것은 시멘트의 응결시간을 지연시키기 위해서이다.

시멘트에 석고를

혼합하여 미분쇄하면

포틀랜드 시멘트 완성

CO2발생

년도 생산량

2013 47,291

2014 47,048

2015 51,348

2016 56,742

2017 59,000

단위: 천 톤

[국내 시멘트 생산량]

출처: 한국시멘트협회

알고 가기

기대효과

CO2 감소 효과

2009년 12월 우리 정부는 2020년까지 국가 온실가스 배출량을 배출 전망치 대비

30% (또는 2005년 대비 4%) 감축하고자 하는 계획을 발표하였다.

네덜란드의 미생물 콘크리트 관련 선도 기업 Basilisk사의 연구자료에 따르면

미생물 콘크리트를 사용하면 연간 시멘트 생산량을 약 1% 줄일 수 있다고 한다.

구체적인 수치를 대입하여 설명해 본다면, 우리나라의 시멘트 생산량은 2017년

기준 약 5900만 톤이다. 즉, 2017년 기준으로 시멘트 공정에서 CO2 생산량을 약

53만 톤을 줄일 수 있다.

02 해결방안

03 국내탐방

바실리스크 코리아

고려대학교

카이스트

인하대학교

국내 상용화 단계 확인

바실리스크 코리아 김두한 대표님

바실리스크 코리아 는 국내에서 최초로 미생물 콘크리트를 생산한 기업이다.

03 국내탐방

Q. 콘크리트에 왜 균열이 발생하나요?

건축현장에서 사용되는 레미콘은 시멘트와 작은 모래, 자갈 등을 섞어 반죽한 것

을 말합니다. 이러한 레미콘들은 건조과정에서 수분이 빠져나가 필연적으로 균열

이 발생합니다. 또한 단가를 낮추기 위해 배합을 달리하거나 건조시간을 인위적으

로 줄이는 등의 행위로 인하여 균열이 더욱 많이 발생하게 됩니다.

[박리현상]

국내 미생물 콘크리트의 상용화 단계확인

미생물 콘크리트의 상용화 제품 탐구 탐방목적

KEY POINT!

콘크리트가 굳는 과정에서 필연적으로 균열이 발생한다. 콘크리트의 균열을 방치하면 강도가 약해지고 콘크리트의 수명이 단축된다.

Q. 콘크리트에 균열이 발생하면 어떠한 문제가 발생하나요?

1980년대에 지어졌던 건물들이 현재는 노후화되면서 유지, 보수의 필요성이 증가

하고 있습니다. 초기에 발생했던 미세균열들이 노후화되면서 물이 침투하면 콘크

리트는 중성화됩니다. 시멘트는 본래 강 알칼리성으로, 이 알칼리 성질을 잃어버려

중성화되면 결합력이 떨어지게 되어 콘크리트가 푸석푸석 해집니다. 이는 결합된

시멘트가 분리됨을 의미합니다. 결합력이 약해진 시멘트 사이로 물이 들어가게 되

고 이러한 과정이 반복되게 됩니다.

또한 시멘트 생산 시 강도를 위해 첨가했던 철근이 물과 만나 부식하게 되면서 철에

서 박리현상이 발생하게 되고 이로 인해 더 큰 균열이 발생하게 됩니다. 결론적으로

콘크리트의 균열들을 방치하게 되면 강도가 약해지고 콘크리트 수명이 단축되게

됩니다. 이를 방지하기 위해 균열이 발생했을 때 스스로 치유될 수 있는 콘크리트를

고안하게 된 것입니다.

암석이 얇은 껍질처럼 벗겨지

는 현상

03 국내탐방

바실리스크 코리아

국연규 관리부장님

Q. 현재 사용되는 보수재들은 어떠한 것들이 있나요?

현재 사용되는 보수재에는 에폭시 계열, 우레탄 계열, 시멘트 계열 등이 있습니다. 이러한 보수재들은 초기

보수 시 100% 작용하지만 유기물이기 때문에 무기물인 시멘트와 팽창계수가 차이 나게 됩니다. 팽창계수가

다르기 때문에 온도가 상승하거나 하강할 때 늘어나거나 줄어드는 정도가 달라 균열이 발생하게 되고 따라서

추가적인 보수가 계속적으로 요구됩니다. 또한 물이 들어있는 상태로 밀봉하게 되면 그 안에서 부식이

계속적으로 일어나 악순환이 반복됩니다.

[시멘트계 보수재] [아크릴계 보수재] [우레탄 폼 보수재]

Q. 미생물을 이용하는 경우는 어떠한 가요?

일반적으로 박테리아는 알칼리에서 사멸합니다. 따라서 알칼리 환경에서도 생존 가능한 박테리아를 찾아내어

그 중에서도 콘크리트의 구성성분인 탄산 칼슘을 형성하는 박테리아를 선별한 것이 미생물 콘크리트 기술입니

다. 이러한 미생물들은 평상시에는 휴면상태에 있다가 물과 만나게 되면 활성화됩니다. 미생물들의 증식을 위

해 인위적으로 영양분을 공급하고 증식하는 과정에서 미생물이 탄산 칼슘을 형성하게 됩니다.

Q. 현재 바실리스크 코리아에서 생산되는 제품들에는 어떠한 것들이 있나요?

자사에서 생산하고 있는 제품들에는 액상형 제품 ER7, 자기 치유 모르타르 MR3, 힐링 에이전트가 있습니다.

그 중에서도 힐링 에이젠트는 콘크리트에 혼합하여 사용할 수 있는 제품으로 현재 개발 중에 있으며 자사에서

가장 관심을 가지고 있는 제품입니다.

[국연규 관리부장님과의 인터뷰] [왼쪽부터 ER7 B형, ER7 A형, 힐링 에이전트]

03 국내탐방

Q. 미생물 콘크리트를 사용하게 되면 균열을 어느 정도 치유할 수 있나요?

보통 균열의 폭이 0.8~1mm인 경우 이를 균열이라고 칭합니다. 그보다 큰 경우는

균열이라 할 수 없는 큰 규모이고 0.1mm 정도는 미세균열 또는 헤어크랙이라고

칭합니다.

균열의 경우 cm 단위는 모르타르를 사용하여 보수해야 하고, 미세균열의 경우 액

상 제품인 ER7을 사용하여 보수가 가능합니다. 0.3~0.7,8mm 폭의 균열은 액상

을 이용하여 2-3번, 그 이상은 모르타르를 사용해야 합니다. 균열의 폭이 큰 경우는

모르타르를 사용하여 보수가 가능합니다.

Q. 우리나라에서도 미생물 콘크리트를 연구하고 있나요?

한전에서 지하 케이블을 사용하기 위해 미생물 콘크리트를 연구하고 있습니다. 특

히 국가간 해저 케이블의 경우, 바닷물의 침투를 막기 위해 케이블을 감싸는 콘크리

트에 미생물을 적용하는 것을 목표로 하고 있습니다.

또한 2015년 정부의 지원을 시작으로 성균관대학교에 자기치유연구센터가 설립

되어 5년에 걸쳐 160억의 연구비를 지원 받고 있습니다.

Q. 미생물 콘크리트를 이용한 프로젝트가 진행된 사례가 있나요?

한국은 미생물 콘크리트에 대한 KS기준이 아직 마련되지 않았고, 학문적인 자

료 외에 검증된 자료가 없기 때문에 국가 프로그램에 채택되기 어려운 실정입

니다. 또한 현재 다른 나라의 기술이기 때문에 직접적인 지원을 받기 힘듭니다.

따라서 자사는 자체적으로 새로운 공정을 개발하여 특허를 낼 계획입니다. 또

한 주한네덜란드대사관의 신축공사에 자사의 제품을 사용할 예정입니다.

KEY POINT!

정부의 주도로 미생물 콘크리트에 대한 연구가 진행되고 있다.

미생물 콘크리트에 대한 KS기준이 마련되어야 한다.

증가 감소 0.8 1.0 0.1

미세균열

균열

균열×

[균열 폭에 따른 정의]

단위: mm

KS인증은 국가가 정해놓

은 한국산업표준 수준 이

상의 제품을 지속적이고

안정적으로 생산할 수

있는 기업에 부여되는 인

증이다.

[KS인증]

03 국내탐방

정부의 주도로 미생물 콘크리트에 대한 연구가 진행

되고 있지만 미생물 콘크리트가 활성화되기 위해서는

KS기준이 마련되어야 한다.

KEY POINT!

산소 없이 물만 유입되는 환경에서도 미생물 콘크리트의 사용이 가능하다.

미생물 콘크리트는 환경, 건축, 경제적 측면에서 이익을 가져올 수 있다.

Q. 미생물 콘크리트를 통해 얻게 되는 이익에는 어떠한 것들이 있을까요?

미생물 콘크리트는 건축적인 측면 외에도 환경적인 측면에서 가치가 있습니다.

시멘트 생산량을 줄여 시멘트 생산과정에서 발생하는 이산화탄소를 감소시킬 수

있고, 건축자재와 폐자재 역시 줄일 수 있습니다. 또한 미생물 콘크리트 기술의

활성화로 인한 고용창출을 기대할 수 있습니다.

Q. 해수와 같이 산소 없이 물만 유입되는 환경에서도 미생물 콘크리트가 적

용 가능할까요?

적용이 가능합니다. 직접적으로 공기가 공급되지 않고 물만 공급되더라도 물 안에

산소가 함유되어 있으므로 습기가 있는 환경에서는 적용이 가능합니다.

Q. 댐과 같은 수자원 인프라에 미생물 콘크리트를 적용할 수 있을까요? 미생

물이 물에 씻겨 나가는 문제가 발생하지 않을까요?

수자원 인프라에 적용이 가능합니다. 일반적으로 수자원 인프라를 건설할 때 다른

기구(틀)를 이용해서 물의 흐름을 막거나 속결 시멘트를 사용합니다. 속결 시멘트는

금방 굳기 때문에 겉의 미생물이 씻겨나가더라도 안쪽에 위치한 미생물에는 영향이

없습니다. 물살이 균열부위의 미생물을 씻어낼 정도로 세지 않기 때문에 박테리아

증식에는 영향을 미치지 않습니다.

상대적으로 굳는 시간이

빠른 시멘트

CO2 발생량 감소

일자리 창출

건축물의 안전성 향상

[미생물 콘크리트의 기대효과]

건축

환경

경제

[속결 시멘트]

탐방결론

미생물 콘크리트는 이미 상용화 단계에 들어섰으며,

콘크리트의 균열 폭이 작을 경우 액상형을, 클

경우에는 모르타르형을 이용하여 보수할 수 있다.

미생물 탐구

고려대학교 박우준 교수님

고려대학교에서는 미생물콘크리트에 쓰이는 생체광물형 성 박테리아를 중점 적으로 연구하고 있다.

03 국내탐방

미생물적 관점에서 바라본 가격 인하방안

생체광물형성 박테리아의 특성 확인

탐방목적

KEY POINT!

생체광물형성박테리아는 균열을 치유한 후에 다시 휴면상태로 돌아갈 수 있다.

미생물 콘크리트의 단가가 높아지는 이유 중 하나는 미생물을 배양하는 비용이 비싸기 때문이다.

Q. 미생물 콘크리트의 단가가 높아지는 이유는 무엇인가요?

미생물을 키울 때 쓰이는 영양배지, 기구의 가격 등 여러 이유가 있습니다. 그래서

현재로서는 거의 무료로, 돈이 하나도 안 들 정도로 대량 배양하는 것이 목표입니다.

그래서 생각한 것이 다른 사람이 버리는 것(waste)으로 미생물을 키우는 방안입니

다. 쓰레기의 종류로는 대표적으로 옥수수전분, Whey protein 등이 있습니다. 이

것들은 당과 단백질을 대체할 수 있습니다.

또한 미생물이 자라려면 당과 단백질 뿐만이 아닌 다른 무기염류와 질소원(아미노

산)등이 필요합니다. 그래서 지금은 Yeast extract를 넣는데, 이것이 미생물 콘크

리트의 가격을 올리는 주 원인입니다. 이 물질을 대신하여 공짜로 키울 수 있는

조류 등을 넣는 방안을 생각하고 있습니다. 빛과 양분을 최저가로 줘도 잘 자라기

때문입니다. 현재는 미생물콘크리트에 들어갈 미생물을 키우기 위해 광합성을 하

는 미생물 이용하는 방법을 생각하고 있습니다.

[Yeast extract]

효모추출물을 말하는 것으

로, 누룩세포의 세포벽을

제거하여 뽑아내 만든다.

박테리아 배지의 영양소로

서 사용된다. 가격은 1kg

에 13,14만원 대 정도이다.

[Whey protein]

우유에서 치즈의 주성분

이 되는 커드를 분리하면

남는 부산물로 유청

단백질 이라고도 한다.

미생물 콘크리트에 다른 박테리아의 적용 가능성 확인

Q. 박테리아가 균열을 치유하고 다시 휴면 상태로 돌아갈 수 있을까요?

네. 자연계에는 탄산칼슘을 생성하는 생체광물형성박테리아가 많이 있습니다. pH

가 올라가면 의도적으로 탄산칼슘을 생성하기 때문에 미생물이 탄산칼슘으로 둘러

싸이게 되고 수분이나 영양분을 얻기 어렵게 됩니다. 아시다시피 시멘트 내부는

pH 12정도의 강알칼리환경입니다. 결국 물과 양분을 얻지 못하게 되는 박테리아

는 휴면상태로 돌아가게 됩니다. 한 논문에 따르면 이러한 현상은 박테리아 자신이

오랜 기간 살아남기 위해 스스로를 가두는 작용이라고 보는 견해도 있습니다.

생체광물형성 박테리아에 대한 국내 연구 현황 확인

고려대학교에서는 미생물 콘크리트 상용화를 위해 단가를 낮추는 기술을 연구하고 있다.

03 국내탐방

Q. 미생물 콘크리트가 기능을 하려면 어느 정도의 영양분을 넣어야 하나요?

사실 우리가 원하는 것은 미생물 수의 증가가 아니라 대사를 통해 탄산칼슘을 만드

는 것입니다. 세포가 하나이더라도 대사를 통해 다량의 탄산칼슘을 생성할 수 있습

니다. 세포 수 증대를 기대한다면 많은 영양분이 필요합니다. 하지만 우리가 바라는

것은 대사과정이기 때문에, 최소의 양분을 넣어주어도 작용에 있어서는 상관이 없

습니다.

Q. 다공성 경량골재란 무엇인가요?

미생물의 사이즈가 보통 1마이크로 정도입니다. 박테리아를 콘크리트에 넣으면 처

음에는 균열이 없기 때문에 시멘트와 모래가 굉장히 타이트하게 위치하고 있어 미

생물이 압착되어 터져버리게 됩니다. 그래서 다공성 담체를 사용합니다. 이것을 사

용하면 다공성 담체의 공극에 미생물이 안착하여 미생물이 압착되어 터지는 것을

막을 수 있습니다.

또 기대할 수 있을만한 점은 만약 콘크리트에 균열이 생기면 다공성 경량골재의 밀

도가 콘크리트보다 낮기 때문에 균열이 생길 때 다공성 골재 쪽으로 균열이 발생하

게 됩니다. 균열을 치유할 수 있는 부분 쪽으로 유도할 수 있는 효과가 있습니다.

단, 다공성 경량골재를 많이 넣으면 콘크리트의 강도가 약해질 수 있는데 실험한 바

로는 10%까지는 넣어도 강도의 변화가 없었습니다.

KEY POINT!

다공성 경량골재의 사용은 미생물 보호, 균열 유도효과가 있다.

미생물 자기치유기술에서는 미생물 대사과정이 핵심이므로 영양분은 최소화 해도 된다.

미생물 대사과정 이용 미생물 증가과정 이용

미생물 대사 과정은 미생물이 영양 섭취와 호흡을 통해 에너지를 생성하는 과정이다. 생존을 위한 최소의 활동이므로 많은 영양분을 필요로 하지 않는다.

미생물 증가 과정은 미생물의 개체 수를 증가시키는 과정이다. 증식을 할 수 있을 만큼의 양의 영양분을 필요로 한다.

미생물 콘크리트 기술에서는 생체광물형성박테리아의 증식이 아닌 대사과정을 주로 이용한다.

알고 가기

[미생물 대사과정과 증가과정의 차이]

[다공성 경량골재]

공극이 많이 있는 재료. 다양한

재료가 있으나 보통 가격이

낮은 점토를 많이 사용한다.

공극 안을 진공으로 만들 수

있는 기계를 사용해 미생물을

넣어준다.

03 국내탐방

Q. 교수님의 최신 연구는 무엇인가요?

첫째로, 기존에 미생물 콘크리트에 사용하던 박테리아가 아닌 다른 박테리아에 대

해서 연구 중입니다. 기존의 미생물 콘크리트에 사용하던 Bacillus pasteurii나

Sporosarcina pasteurii는 대사 과정에서 우레아를 사용하는 박테리아입니다.

요소를 사용하는 박테리아는 환경에 미미하나마 좋지 않은 영향을 줄 가능성이 있

기 때문에 그러한 약점을 보완할 수 있는 박테리아의 필요성을 느꼈습니다. 또한 새

로운 박테리아는 pH를 빨리 올릴 수 있어야 하고 탄산칼슘을 많이 생성해야 한다

는 조건을 충족시켜야 합니다. 마지막으로 콘크리트 내부의 극한 알칼리성 환경을

견딜 수 있어야 합니다. 결국 찾아낸 것이 Lysinibacillus라는 박테리아입니다.

둘째로, 여러 세균을 섞어서 배양하여 상생효과를 이용해 더 양질의 탄산칼슘을 만

드는 연구를 진행 중입니다. 라이시니 바실러스와 그 외에 한 두 개의 미생물을 섞

었을 때 탄산칼슘 결정의 모양이 어떻게 될 것인가? 서로를 보호해주어서 악조건

속에서 더 잘 살 수 있을 것인가? 등에 대해 연구 중입니다. 즉 한 종이 아닌 다 종류

의 미생물 복합체를 만드는 연구를 진행하고 있습니다.

현재는 두 종류의 미생물을 같이 키우고 있습니다. 하나는 굉장히 스트레스에 강해

서 다른 종을 보호해 주는 효과를 기대하고 있고, 이로 인해 탄산칼슘의 생성량이

약간 증가한 것을 확인했습니다. 외국에서는 이러한 연구가 없고 대부분 하나만 사

용하거나 수 백가지를 섞어서 사용합니다.

[라이시니 바실러스]

대사과정 중에 요소를 사용하

지 않는 탄산칼슘형성 박테리

아로 고려대학교 박우준 교수

님이 갈대 뿌리에서 찾아냈다.

생체광물형성 박테리아의 개선을 위한 실험적인 연구가 국내에서도

이미 상당한 수준까지 진행되었다.

새로운 박테리아 Lysinibacillus가 우리나라에서 처음으로 발견되었다.

다 종류의 미생물 복합체의 시험 연구가 국내에서 이루어지고 있다.

탐방결론

미생물 자기치유 기술에 있어서 가격 인하 방안에 대한 지속적인

연구가 진행되고 있다.

[우레아 사용 박테리아]

박우준 교수님께서는 우레아

사용 박테리아가 환경에 좋지

않은 영향을 미칠 수 있다는

견해를 가지고 계시지만 적은

양이기에 환경에 미치는 영향

이 미미하다는 견해도 있다.

(후술할 카이스트 인터뷰 참고)

KEY POINT!

미생물 콘크리트 실효성 검증

한국과학기술원 이행기 교수

건설 및 환경공학과 재직. 구조해석 및 건설 재료 전공

03 국내탐방

미생물의 자기치유 효과 검증 방법 탐구

우레아 사용 미생물이 환경에 끼치는 영향 확인 탐방목적

KEY POINT!

자기치유 효과를 검증하는 방법으로는 육안 확인, 투수 시험, 물 흡수율 테스트, XRD 등이 있다.

[X-ray 회절분석법]

결정 내로 입사된 엑스선의 회

절을 이용하여 결정의 원자, 분

자 구조를 밝히는데 이용한다.

[이온 크래마토그래피]

용액 상태에서 미생물과 우레아, 칼슘을 넣고 칼슘 소비량을 측정하는 방법으로

미생물의 탄산칼슘형성량을 측정하기 위해 사용한다. 이 방법은 칼슘이 소비된

양을 알 수 있고 석출된 탄산칼슘이 가라않기 때문에 질량을 잴 수 있다. 또한

암모늄 이온의 증가율을 통해 우레아 분해 속도를 측정하기 때문에 정확하다.

Q. 미생물 콘크리트의 자기치유 효과를 검증하기 위해 무슨 방법이 사용되

나요?

균열의 자기치유 정도를 확인하는 방법은 여러 가지가 있습니다.

첫 번째로 균열의 치유 정도를 육안으로 확인하는 방법이 있는데 균열이 작을 경

우 광학현미경으로 확인합니다.

두 번째로는 콘크리트 시편에 물을 투과시켜 투수성을 확인하는 투수 시험이 있습

니다.

세 번째로는 물 흡수율 테스트가 있습니다. 콘크리트 시편을 물에 담그면 공극 안

에 물이 차올라 물에 담그지 않은 시편과 비교해 질량 차가 생깁니다. 콘크리트에

균열이 있으면 콘크리트 시편이 물이 더 빨리, 많이 흡수하기 때문에 질량이 늘어

납니다. 그러나 미생물이 콘크리트 안에서 탄산칼슘을 생성하면 내부 균열 치유할

뿐만 아니라 내부 표면을 처리하는데 이것은 표면에 막이 생긴 것과 다름 없어 물

의 흡수성이 급격하게 떨어집니다. 이를 이용해 미생물 콘크리트 시편과 미생물을

넣지 않은 대조군 시편을 물에 넣어서 시간당 질량 변화를 측정해 자기치유 정도

를 확인합니다.

네 번째로는 X-ray 회절분석법(XRD)가 있습니다. 미생물 콘크리트에 발생하는

물질들이 미생물에서 석출된 탄산칼슘이 맞는지 확인하는데 사용됩니다.

이행기 교수님께서 해외출장 중이신 관계 로 본 인터뷰는 박사 과정 손형민 학생과 진행되었습니다.

03 국내탐방

Q. 연구가 진행되고 있는 미생물의 종류로 무엇이 있나요?

주로 바실러스 파스테우리를 사용하고 있습니다. Bacillus pasteurii는 생존력이

좋고 탄산칼슘을 잘 만들 뿐만 아니라 90년대부터 사용하기 시작하여 이미 연구가

많이 진행되어 있기 때문입니다. 자기 치유 콘크리트에 쓰일 수 있는 미생물의 종류

는 많습니다. 알려진 것으로는 대략 10가지 이상이며 그 중 상당 수가 바실러스 종

입니다.

미생물을 콘크리트에 넣을 때는 그냥 넣는 것이 아니라 분말로 만들어 넣습니다. 콘

크리트에 넣으려면 많은 양의 분말이 필요한데 미생물의 질량이 작기 때문에 적은

양을 만드는 데에도 오랜 시간이 걸립니다. 그래서 많은 양의 미생물을 수거하기 위

해 배양하기 쉽고 빨리 자라는 바실러스 종을 많이 이용한다고 생각합니다.

Q. 미생물이 우레아를 사용하면 암모늄이 생성되는데 이것이 환경적 문제

를 일으키진 않을까요?

콘크리트 안에서는 큰 문제를 일으키지 않을 것 같습니다. 물 속 환경에서는 암모

늄 자체가 부영양화를 일으키는 질소원이기 때문에 좋지는 않으나 큰 문제를 일으

킬 것 같지는 않습니다. 균열이 발생하고 그곳으로 물이 침투해야 미생물이 활성화

되므로 콘크리트 벽면 전체가 아닌 균열이 생긴 부위에서만 암모늄이 나옵니다.따

라서 암모늄이 나오므로 양적으로 그렇게 많지 않아 환경에 큰 영향을 끼칠 것 같

진 않습니다.

현재 사용하고 있는 우레오틱(요소분해) 미생물이

만들어내는 암모늄 이온은 환경에 좋지 않으나

소량 발생하기 때문에 큰 영향을 끼치진 않는다.

탐방결론

미생물의 자기치유 효능을 검증하는 방법으로는

육안 확인, 투수 시험, 물 흡수율 테스트, XRD 등이

있다.

KEY POINT!

바실러스 종 미생물이 배양하기 쉽고 빨리 자라 많이 사용된다.

우레아 사용 박테리아가 환경에 큰 영향을 끼치지는 않을 것이다.

인터뷰를 도와주신 손형민 조교님

[부영양화]

호수나 하천에 질소, 인 등이

흘러 들어와 플라크톤이 이것

을 영양분으로 지나치게 번식

해 수질이 오염되는 현상.

특수한 환경에서 미생물 콘크리트의 이용

인하대학교 김창균 교수님

03 국내탐방

Q. 미생물 콘크리트가 일반 콘크리트보다 염해저항성이 뛰어난가요?

콘크리트에 미생물을 넣는 것이 염해 저항성을 늘리는데 도움이 될 수 있다고 생각합

니다. 일반적으로 미생물들은 염해가 많은 환경 같이 안 좋은 환경에 처하면 폴리머를

분비합니다. 미생물이 분비하는 폴리머 중 폴리사커라이즈라는 고분자 물질이 있는데

이는 접착제로도 사용되는 성분입니다. 따라서 미생물 콘크리트는 같은 조건의 일반

콘크리트보다 염해 저항성이 더 높다고 할 수 있습니다.

미생물 콘크리트의 염해저항성 확인

미생물 자기치유 기술의 활용법 탐구 탐방목적

Q. 미생물 자기치유 기술을 문화재 복원에 사용할 수도 있나요?

문화재를 보수할 때 미생물을 이용하면 기존의 모르타르와 같은 보수재를 사용하는

것보다 더 자연스러운 복원이 가능합니다. 문화재를 시멘트나 모르타르로 복원할 경

우, 풍화가 발생해 변색이 일어납니다. 기존 보수제를 이용하면 똑같은 색으로 보수

하기 어려운 반면 미생물을 이용하면 미관상 색의 차이가 거의 나지 않습니다. 따라

서 바실러스와 같은 미생물을 사용하면 역사적, 예술적 가치가 높은 문화재를 효과적

으로 복원할 수 있을 것입니다.

[염해저항성]

염분에 대한 피해 저항성

미생물 자기치유 기술을 사용하여 문화재를

보수하면 기존의 보수재를 사용하는 것보다

더 자연스럽게 보수할 수 있다.

탐방결론

미생물 콘크리트는 일반 콘크리트보다 염해

저항성이 더 뛰어나다.

04 해외탐방

Bath University

Ghent University

HEALCON

연구, 적용 절차 탐구

Bath University Kevin Paine

미생물 콘크리트를 연구하고 있으며 영국 자기치유콘크 리트 프로젝트에 참여했다.

04 해외탐방

영국 미생물 콘크리트 연구 현황 확인

미생물 콘크리트의 상용화 제품 탐구 탐방목적

KEY POINT!

대학 내에서 자체적으로 캡슐 제작을 시도하고 있다.

다공성 골재의 크기가 커서 이를 대체해 진주암, 경량기포 콘크리트 등을 사용하고 있다.

Q. 바스대에서는 미생물을 어떤 방법으로 콘크리트에 넣나요?

현재는 우선 경량 골재와 다공성 골재를 사용하고 있습니다. 다공성 골재는 쉽게 얻

을 수 있고 실험실에서 사용하기 좋기 때문입니다. 다공성 골재 안에 포자를 넣은

후 포자가 새어 나오지 않게 코팅 물질을 스프레이로 뿌려 코팅하는 방법은 토목공

학 실험실에서 가장 이용하기 쉽습니다.

마이크로 캡슐에 대해 말하자면 우리는 마이크로 캡슐을 사용하기 위해 시도하고

있습니다. 우리는 캡슐 제조를 회사에 외주하는데 한 박스 정도에 대략 만 파운드

(한화 약 1465만원) 정도로 상당히 많은 비용이 필요합니다. 마이크로 캡슐은 콘

크리트와 콘크리트 혼합물 안에서 정상적으로 작동하지만, 문제는 우리 중 관련 기

술 전문가가 없어 마이크로 캡슐을 스스로 만들 수 없다는 것입니다. 그래서 마이크

로 캡슐을 만들 수 있는 같은 대학의 화학공학 분야 동료들과 마이크로 캡슐에 미

생물 포자들을 넣을 수 있을지에 대하여 대화를 나눴습니다. 화학공학 분야의 동료

들은 할 수 있다고 말했고, 그 결과 대학 내에서 자체적으로 마이크로 캡슐을 개발

하기로 하였습니다. 하지만 이것을 제대로 생산해내려면 일 년 정도의 시간이 더 걸

릴 것입니다. 그래서 최소 내년까지는 경량 골재를 사용할 예정입니다.

델프트 공대에서 사용하는 경량 골재를 우리도 사용했었으나 크기가 크기 때문에

그것보다 좀 더 작은 진주암을 사용했습니다. 진주암은 흡수력이 상당히 좋았으나

콘크리트와 상성이 아주 잘 맞지는 않았습니다. 그래서 우리는 콘크리트와 상성이

좋은 경량기포 콘크리트를 사용하고 있습니다.

[다공성 골재를 사용한 샘플]

[진주암]

암석이 작은 진주 모양의

조각으로 부서지는 동심

원상의 천연 유리

[경량기포 콘크리트]

굳지 않은 콘크리트용

슬러리에 기포제를 넣어

미세한 기포를 포함한

콘크리트

04 해외탐방

Q. 다공성 골재를 사용했을 때 어떤 문제가 있나요?

다공성 골재는 일반 골재보다 강도가 약하기 때문에 콘크리트의 강도를 감소시킵니다. 이것은 우리가 마이크

로 캡슐을 이용하려고 하는 이유 중 하나입니다. 골재가 작으면 내부의 공극 낭비가 덜할 것이라고 생각하기

때문입니다. 그리고 골재를 포자로 완전히 채운다고 해도 여전히 골재에 공극이 있기 때문에 다공성 골재는 약

할 수 밖에 없습니다. 즉, 강도가 떨어진다는 것이 가장 큰 문제점입니다. 그리고 일반적으로 이 골재를 콘크리

트에 물과 함께 섞으면 부피가 더 커지기 때문에 항상 계면 강도가 충분한지 고려해야 합니다. 이러한 이유 때

문에 우리는 콘크리트와 상성이 좋은 경량기포 콘크리트를 사용하려 하고 있습니다

KEY POINT!

다공성 골재를 사용하면 콘크리트의 강도가 떨어진다는 문제점이 있다. 미생물이 낮은 온도에서 성장하지 못하는 문제점이 있다.

Q. 바스대에서는 어떤 미생물을 사용하고 있나요?

Bacillus pseudofirmus가 자기치유를 잘 해 사용하고 있지만 두 가지 문제점이 있습니다.

첫 번째는 높은 온도에서만 성장한다는 것입니다. 우리가 현장 시험을 했을 때 영국의 기후가 미생물이 자라기

엔 너무 추워 미생물이 잘 성장하지 못했습니다. 그리고 두 번째 문제는 Bacillus pseudofirmus가 방해석

석출을 가장 잘 하는 종이 아니라는 점입니다. 이 미생물보다 더 빠르고 많이 방해석을 석출하는 다른 종의 미

생물들이 있습니다. 우리가 Bacillus pseudofirmus를 주로 사용하는 이유는 이 종에 대해 잘 알고 안전하며

대학 실험실에서 기르기 쉽기 때문입니다.

하지만 우리는 아직 연구가 되지 않은 다른 박테리아를 70종 정도 보유하고 있습니다. 이 미생물들은 Bacillu

s pseudofirmus보다 더 많은 방해석을 석출하면서 훨씬 낮은 온도에서도 작동 합니다. 따라서 나중에는 Ba

cillus pseudofirmus가 아닌 다른 미생물들이 사용될 것이라고 생각합니다. 그러나 보유한 미생물 중에서

어떤 종을 사용할지는 아직 결정하지 못했습니다. 영국의 환경에 가장 적합한 종을 결정하고 나면, 회사를 통

해 그 미생물의 유전서열을 알아낼 것입니다. 미생물이 제대로 작동하고 사용할 때 안전한지 알기 위해서는 유

전서열을 알아야 하기 때문입니다. 해당 종의 안전성을 확인하면 우리는 그 미생물로 실험을 시작할 것입니다.

왼쪽부터 마이크로 캡슐에 담긴 영양분과 미생물 포자

골재로 사용되는 진주암 배양한 미생물 미생물에서 석출한 탄산칼슘

다양한 미생물 중 낮은 온도에서 자기치유가 가능한 미생물을 계속해서 탐색하고 있다.

04 해외탐방

KEY POINT!

영국에서는 미생물을 포함한 자기치유 콘크리트 연구 프로젝트를 진행하고 있다

영국에서 정부의 지원을 받기 위해서는 연구위원회에 제안서를 제출하고 승인을 받아야 한다.

Q. 영국에서 앞으로 미생물 콘크리트를 활용한 다른 계획이 있나요?

현재 우리는 500만 파운드(한화로 약 73억 2500 만원) 규모의 영국 자기치유 콘크리트 연구 프로젝트에 참

여하고 있습니다. 미생물 콘크리트는 자기치유 콘크리트의 한 분야로, 우리는 이 프로젝트를 통해 미생물 콘크

리트를 포함하여 우리가 가지고 있는 다양한 자기치유 기술을 검증하기 위해 많은 현장 시험과 시범사업을 할

예정입니다. 하지만 가장 중요한 것은 기술이 제대로 작동하게 만드는 것 입니다. 우리가 콘크리트 내부에 넣

은 미생물이 잘못된다면 영국에서 자기치유 미생물 콘크리트의 입지가 없어질 수도 있기 때문입니다. 따라서

우리는 이 기술이 제대로 작동하게 만든 후, 준비가 되면 미생물 콘크리트를 사용할 것입니다. 하지만 이 점에

대해 염려하려면 1~2년이 더 걸릴 것 같습니다.

Q. 정부로부터 연구 지원을 어떻게 받나요?

영국 정부로부터 재정 지원을 받기 위해서는 많은 방법이 있습니다. 대학에서 주로 사용하는 방법은 연구 위원

회에 지원하는 방법입니다. 우리가 소속된 연구 위원회는 공학, 자연과학 연구위원회(The Engineering and

Physical Science Research Council)입니다. 지원을 받기 위해서는 제안서를 쓴 다음 동료 검토를 받아야

합니다. 그리고 나서 제안서가 충분히 좋은 평가를 받으면 위원회는 기본적으로 충분한 자금을 지원합니다.

연구비를 많이 받길 원하면, 대다수의 경우 세부 목표를 설정해야 합니다. 특정 분야에서 세부 연구를 하려고

하지 않으면 연구할 수 없습니다. 세부 목적을 성취하면, 연구 위원회는 그 프로젝트를 혁신 토목, 건축 공학

연구에 포함시킬 수도 있습니다. 우리가 했던 첫 번째 프로젝트의 이름은 ‘Materials for Life’ 이었습니다. 이

연구는 지하 구조물에 자기치유 기술을 사용하는 것이었는데 이전에는 영국에서 수행되지 않았던 연구였습니

다. 우리는 런던과 벨기에서 연구했고 우리가 참여한 다년간 프로젝트가 끝났을 때, 그 프로젝트를 통해 앞으

로 우리가 해야 할 연구를 알게 되었습니다. 그래서 우리는 프로그램 그랜트에 제안서를 제출했습니다. 프로그

램 그랜트는 위원회에서 가장 많은 보조금을 지원하는 프로그램입니다. 그래서 프로젝트를 하기 위해 많은 비

용이 필요할 때는, 프로그램 그랜트를 통해 연구비를 지원받습니다.

바스대학교 토목공학 연구실 견학 바스대학교 생물학 연구실 견학

04 해외탐방

미생물 콘크리트는 우선적으로 보수가 힘들거나

보수 비용이 많이 드는 인프라에 도입해야 한다.

영국 대학에서는 자체적으로 골재와 캡슐을 생산

하기위해 노력하고 있다.

KEY POINT!

미생물 콘크리트는 보수하면 많은 피해가 발생하거나 접근하기 힘든 인프라에 적용하기 좋다. 현재 사용되는 미생물은 산소를 필요로 하기에 산소가 없는 환경에서 사용하기 부적절할 수도 있다.

Q. 미생물 콘크리트가 상용화되면 어떤 인프라에 가장 먼저 적용이 될까요?

자기치유 콘크리트를 썼을 때 가장 큰 효과를 볼 수 있는 곳은 보수하기 힘든 구조물입니다. 어떤 구조물의 경

우 보수가 매우 어렵거나 아예 바람직하지 않을 수도 있습니다. 예를 들어 만약 교량에 금이 갔을 경우, 교량을

수리하기 위해서는 당연히 교량을 폐쇄해야 합니다. 그러면 차도나 도로 시스템의 일부를 쓰지 못하기 때문에

교통정체가 일어나고 이로 인한 사회경제적 비용이 발생합니다. 철도도 마찬가지입니다. 철도를 보수하는 날

에는 철도를 이용할 수 없기 때문에 철도 시스템이 느려지고 이로 인한 사회경제적 비용이 발생할 것입니다.

또한 고층 구조물을 보수하는 일은 위험하기 때문에 안전고려사항을 지켜야 하고 보수비용이 많이 듭니다. 수

중 구조물도 마찬가지입니다. 보수를 하기 위해서는 물을 빼내거나 전문 잠수부를 시켜야 하는데 이 또한 위험

한 일입니다. 또한 지하구조물의 경우, 보수공사를 위해서는 땅을 깊게 파고 들어가야 하기 때문에 많은 비용

이 발생합니다. 따라서 미생물 콘크리트를 적용하기 좋은 구조물로는 첫째, 보수할 때 봉쇄하거나 닫으면 많

은 피해가 발생하는 중요 인프라와 둘째, 보수가 필요할 때 접근하기 힘든 구조물입니다.

또한 가격효율적인 측면도 고려해야 합니다. 예를 들어 지하구조물의 경우 보수가 어렵고 비용이 많이 들기 때

문에 만들 때 질이 좋은 콘크리트를 사용합니다. 자기치유 콘크리트를 쓴다면 효율이 좋을 것입니다. 반면 도

로경계석은 만들 때 값싼 시멘트를 이용하며 손상되었을 때 쉽게 보수하거나 교체할 수 있습니다. 만약 도로

경계석을 자기치유 콘크리트를 이용해 보수한다면 그냥 보수하는 것보다 3~4배 더 비용이 들고 그만한 가치

도 없을 것입니다. 따라서 자기치유 콘크리트는 교체, 보수하는데 막대한 비용이 드는 콘크리트 구조물에 쓰여

야 합니다.하지만 문제가 있습니다. 자기치유 콘크리트의 미생물은 산소에 의존합니다. 그래서 우리는 많은 자

기 치유 기술을 가지고 있고 우리가 생각할 때 가장 적절한 미생물을 사용하지만 수중이나 지하 같이 산소가

희박한 환경에서는 보수가 잘 이루어질지 미지수입니다. 미생물에 산소를 공급할 방법을 찾지 못한다면 지하

나 수중은 미생물을 사용하기에 부적절할 수도 있습니다.

해외에서는 연구비를 지원받기 위해서 연구위원

회에 제안서를 제출해 승인받아야 한다.

탐방결론

Q. 미생물 콘크리트 연구에서 주로 어떤 종류의 박테리아를 사용하시나요?

우리 연구에서는 주로 Bacillus sphaericus종을 사용합니다. 이 종들이 델프트

공대에서 사용하는 종에 비해 탄산 칼슘을 빠르게 형성하기 때문입니다. 또한 요소

분해 종인 Bacillus sphaericus 종 이외에도 질화세균을 사용합니다. 이

박테리아들은 탄산 칼슘을 석출할 뿐만 아니라 부식을 억제하는 물질 역시

형성한다는 장점을 가지고 있습니다.

탄산 칼슘이 형성되어 균열을 막기까지는 시간이 소요되는데, 이 시간 동안 부식

억제제들이 부식을 방지합니다. 따라서 저희는 연구에 Bacillus sphaericus종과

질화세균을 사용하고 있습니다.

대중화 방법 탐구

Ghent University Kim van

Tittelboom

겐트 대학교에서는 Magnel Laboratory For Concrete 연구팀을 중심으로 콘크리트에 관한 다 양한 연구가 진행되 고 있다.

04 해외탐방

환경에 따라 사용 가능한 미생물 탐구

탐방목적

알고 가기

[호기성세균과 혐기성세균]

호기성세균 혐기성세균

KEY POINT!

Bacillus sphaericus와 질화세균은 탄산칼슘뿐만 아니라 부식억제제도 생성한다.

호기성세균은 산소가 있는 환경에서만

생존가능한 세균을 의미한다. 대표적으

로 Bacillus sphaericus가 있다.

혐기성세균은 산소가 없는 환경에서만

생존 가능한 편성혐기성 세균, 산소가 있

는 환경과 없는 환경 모두에서 생존 가능

한 통성혐기성 세균으로 구분된다.

[질화세균]

암모니아 등의 질소화합물

을 이용하여 대사작용을 하

는 세균

미생물 콘크리트의 단가 절감 방법 연구

미생물 콘크리트의 대중화 방법 연구

Q. 겐트 대학교에서는 박테리아를 콘크리트에 담기 위해 어떠한 방법들을 사

용하고 있나요?

지금까지 우리는 많은 방법들을 시도해보았습니다. 캡슐화한 고분자 물질과 박테리

아를 결합한 것이 그 예입니다. 우리는 폴리우레탄으로 이루어진 자기치유물질을

유리재질 캡슐 안에 집어넣었습니다. 균열이 발생하여 캡슐이 부서지게 되면, 폴리

우레탄이 즉시 방출되어 거품을 형성하면서 균열이 보수되기 시작합니다. 그와 동

시에 박테리아 역시 폴리우레탄 거품 안에 퍼지게 됩니다. 박테리아가 탄산 칼슘 형

성을 시작하게 되면, 폴리우레탄 거품의 밀도가 높아지게 됩니다.

04 해외탐방

KEY POINT!

수분이 부족한 환경에서는 고흡수성 고분자가 물을 흡수하여 박테리아에 제공한다.

자기치유물질 (폴리우레탄)

+ 박테리아

캡슐 깨짐 치유물질 방출

[규조토]

단세포 조류인 규조의 유해

가 퇴적된 것으로 다공성

물질이다.

[조류]

흔히 물속에 살고 있는 광

합성 생물을 의미하여 다시

마, 미역 등이 있다.

[고흡수성 고분자]

일반적으로 망상구조를 가

지고 있어 물 흡수율이 매

우 큰 고분자를 의미한다.

Q. 박테리아들이 고흡수성 고분자 안에서 생존할 수 있나요?

생존 가능합니다. 박테리아를 콘크리트에 그대로 넣게 되면 높은 pH로 인해 생존

하기가 힘들지만 고흡수성 고분자를 사용하게 되면 이것들이 박테리아들을 보호

하는 역할을 수행합니다.

그러나 우리는 박테리아의 유익한 효과와 함께 폴리우레탄과 박테리아의 비싼 가격

이라는 한계점에 주목해야 합니다. 이를 해결하기 위해 박테리아만 사용하거나 박

테리아들을 점토질의 다공성 경량골재에 넣는 등 다양한 연구를 진행하고 있습니다.

용암과 규조토, 조류 역시 박테리아가 서식할 수 있는 다공성 물질들 입니다.

우리는 또한 기업과의 협업을 통해 박테리아를 마이크로 캡슐 안에 집어 넣을 뿐만

아니라 고흡수성 고분자를 박테리아와 함께 사용하기 위한 연구를 진행하고 있습니

다. 고흡수성 고분자는 기저귀에도 사용되는 성분으로 공기로부터 수분을 끌어들여

부풀어오르는 성질을 가지고 있습니다. 콘크리트에 이러한 재료들을 함께 섞은 뒤

균열이 발생하게 되면 이 고흡수성 고분자가 물을 흡수하여 박테리아에 제공하게

되고 박테리아는 이를 이용하여 탄산칼슘을 형성합니다. 박테리아는 탄산칼슘을 형

성하기 위해 항상 물을 필요로 하기 때문에 현재 이러한 연구를 진행하고 있습니다.

04 해외탐방

Q. 수분이 박테리아에게 중요한가요?

수분은 박테리아를 활성화하기 위한 필수적인 요소입니다. 그렇기 때문에 고흡수성 고분자를 박테리아와 혼합

하여, 고분자가 박테리아의 탄산칼슘형성에 필요한 수분을 흡수하도록 한 것입니다.

Q. 콘크리트에 균열이 발생하면 그 폭이 작을지라도 콘크리트의 내구성을 저하시킨다고 들었습니다.

만약 미생물 콘크리트의 자기 치유가 잘 일어난다면 건물의 수명을 얼마나 연장시킬 수 있을까요?

만약 미세한 균열이라도 이 균열을 통해 콘크리트의 기능을 저하시키는 물질이 들어가게 되면 구조물은

구조상의 온전한 상태를 잃을 수 있습니다.

KEY POINT!

수분은 박테리아의 활동에 필수적인 요소이다.

자기치유가 완벽하게 일어난다면, 콘크리트 건물의 수명을 2~3배 연장시킬 수 있다.

자기치유가 완벽하게 일어난다면, 콘크리트 건물의 수명을 2배 또는 3배 연장시킬 수 있을 것이라 생각합니다.

현재 동료들과 함께 자기 치유가 80% 정도 작용할 때 건물의 수명이 얼마나 연장될 것인지에 대해 연구하고

있습니다. 치유 메커니즘과 자기 치유의 효율에 따라 다르겠지만, 자기 치유가 완벽하게 일어난다면 콘크리트

건물을 한계 없이 영원히 사용할 수 있을 것입니다. 콘크리트에서 발생하는 중성화는 시간이 지날수록

가속화되는데, 이것을 멈출 수 있다면 확실한 이익을 얻을 수 있을 것입니다.

Q. 미생물 콘크리트의 단가를 낮추기 위해 어떠한 방법을 쓸 수 있을까요?

현재 우리는 박테리아들이 균열을 치유한다는 것을 증명할 수 있지만 박테리아들을 배양하는 비용이 비싸다는

문제를 가지고 있습니다. 이를 위한 해결책들 중 하나로 박테리아 혼합체를 사용하는 것이 있습니다. 현재는

단일 종만을 사용하지만 박테리아 혼합체를 사용하여 균열을 치유하는 방법을 연구하고 있습니다. 치유 효율

이 다소 떨어질 수 있지만 가격을 현저하게 떨어뜨릴 수 있어 하나의 선택지가 될 수 있습니다. 우리는 또한 새

로운 치유 메커니즘을 연구하고 있습니다. 마이크로캡슐을 사용하는 방법은 마이크로캡슐의 생산단가가 비싸

기 때문에 값이 저렴한 치유 메커니즘을 찾는 것은 중요한 문제입니다. 박테리아뿐만 아니라 치유 메커니즘 역

시 저렴해져야 합니다.

04 해외탐방

미생물을 콘크리트에 적용하는 방법은 마이크로 캡슐,

다공성 경량골재 외에도 고흡수성 고분자와 폴리우레

탄을 사용하는 방법 등 다양하게 존재한다.

KEY POINT!

미생물 콘크리트의 단가를 낮추기 위해서는 저렴한 박테리아와 치유 메커니즘을 찾아야 한다.

미생물 콘크리트의 대중화를 위한 첫 단계로 미생물 모르타르를 사용할 수 있다.

탐방결론

산소가 부족한 환경에서는 혐기성세균을 이용하여

자기치유가 가능하다.

Q. 미생물 콘크리트의 전망에 대해 어떻게 생각하시나요?

자기 치유 콘크리트, 그 중에서도 고흡수성 고분자를 사용하는 기술은 현재 적용 단계에 가장 근접해있는 연구

분야라고 생각합니다. 기업들은 이미 고흡수성 고분자를 이용하여 수축을 완화시킨 사례를 가지고 있기

때문에 이 연구 분야에 관심과 믿음을 가지게 될 것이라 생각합니다. 하지만 가격을 낮추는 것이 가장 중요한

과제 입니다. 캡슐화한 고분자에 대해서는 실제로 적용하기는 쉽지 않을 것이라 생각합니다. 현재 사용되고

있는 캡슐은 깨지기 쉽기 때문에 주조하는 과정에서 조심스럽게 다루어야 하는데, 이 과정은 시간이 많이

소요되고 비용이 많이 들어갑니다. 따라서 캡슐을 콘크리트에 섞어 사용하기 위해서는 혼합 과정에서

손상되지 않을 만큼 유연하지만 균열에 깨질 수 있는 캡슐을 사용해야 합니다. 이러한 조건을 만족시키기 위한

물질은 매우 복잡하고 가격이 비쌀 것입니다. 그렇기 때문에 고흡수성 고분자를 사용하는 미생물 콘크리트가

시장에 출시하기 더 쉬울 것이라 생각합니다.

Q. 미생물 콘크리트를 대중화하기 위한 방안으로 어떠한 것이 있을까요?

우리는 현재 오래된 건축물들을 많이 가지고 있기 때문에 미생물 모르타르를 적용하는 것이 하나의 선택지가

될 수 있습니다. 미생물 콘크리트를 소개하기 위해서는 건축물을 철거하고 다시 새로 지어야 하기 때문에 자기

치유 기술을 소개하기 위해 미생물 모르타르를 적용하는 것이 첫번째 대안이 될 수 있습니다. 사람들 역시

미생물 모르타르에 더 관심을 가질 것이라 생각합니다. 시간이 지나 다리를 새로 건설하거나 새로운 건물을

건설할 때 미생물 콘크리트를 사용할 수 있을 것입니다.

미생물 콘크리트의 단가를 낮추기 위해서는 다양한

박테리아를 사용하는 등 박테리아와 치유 메커니즘의

단가를 낮추어야 한다.

유럽의 미생물 연구와 그 적용

Ghent University Wang Jianyun

유럽의 미생물 자기치유기술 연구의 방향 확인

미생물자기치유기술의 인프라 적용방식 탐구

탐방목적

KEY POINT!

Wang 교수님은 유럽의 Healcon project 에서 미생물 자기치유기술 연구를 담당했다.

Wang 교수님은 미생물 캡슐에 하이드로겔을 첨가하는 방식이 가장 가능성 있는 방식이라고 생각한다.

미생물 자기치유에 사용되는 미생물의 특성 탐구

Q. 자기치유기술에 대한 프로젝트에 참여해 보신 적이 있습니까?

네. 저는 박사학위를 이곳에서(Ghent University) 받았습니다. 제가 주관하는 프

로젝트도 있고 제 지도교수였던 Nele de Belle 교수님의 프로젝트도 있었습니다.

그 프로젝트에서는 미생물 자기치유기술 뿐만 아니라 다른 방법들도 사용합니다.

스마트 폴리머와 물질공급이 그 예입니다. 그리고 부식을 막는 자기치유기술에 대

한 프로젝트도 있었습니다. 유럽 위원회가 주관하는 많은 프로젝트에도 참여한 경

험이 있습니다. 박테리아의 특성을 연구하고, 캡슐화하는 방법, 콘크리트에 적용하

는 방법, 다양한 환경에서 실제로 자기치유콘크리트의 효율성을 평가하는 방법 등

에 대한 프로젝트가 있었습니다.

Q. 교수님은 보통 미생물을 콘크리트에 적용하기 위해 어떤 방식을 선호하시

나요?

저는 모든 방법을 제 박사학위연구에서 사용해보았습니다. 저는 제 그룹에서 미생

물 콘크리트에 대해 최초로 연구한 사람입니다. 우리는 박테리아를 곧바로 콘크리

트에 섞는 방법, 다공성 경량골재를 사용하는 방법 등을 거쳐, 마이크로 캡슐을 사

용하는 방법에 도달해 있습니다. 마이크로 캡슐을 사용하는 방법은 괜찮은 방법입

니다. 현재로서는 그 기술로 기업과 협업을 하고 있습니다. 그리고 조금 뒤에 우리는

하이드로겔을 첨가하는 방법이 가장 가능성이 있는 방법이라는 것을 깨달았습니다.

수분을 유지시킬 수 있기 때문입니다. 박테리아는 항상 물을 필요로 하기 때문에 하

이드로겔 시스템에 더 많은 노력을 기울이고 있습니다.

[하이드로겔]

Hydrogel. 친수성 고분자

이다. 친수성의 확산 표면과

연하고 유연한 성질을 갖추

고 있어 다량의 수분을 함유

할 수 있다.

04 해외탐방

미생물을 인프라에 적용하는 방식은 사전에 사용하는 방법, 사후에 사용하는 방법. 두 가지가 있다.

Q. 미생물 자기치유기술을 한국의 인프라에 전부 적용시킬 수 있을까요?

모든 구조물에 말인가요? 미생물 자기치유기술을 적용시키는 방법에는 크게 두 가지가 있습니다. 사전에 사용

하는 방법과 사후에 사용하는 방법입니다.

사전에 사용할 수 있는 방법은 콘크리트에 박테리아를 섞는 방법입니다. 이것은 신축되는 구조물에 사용하기

위한 것이지요. 사후에 사용하는 방법은 미생물 자기치유 물질을 모르타르에 섞어 보수하는 방법입니다. 이 방

법들을 적절히 활용하면 모든 구조물에 사용할 수 있을 겁니다.

[사전에 사용하는 방법] [사후에 사용하는 방법]

Q. 미생물 자기치유기술에 대한 연구에 있어 어떠한 과제가 남았나요?

우리도 최근 막 시작한 단계라 대답하기 쉽지 않지만 아마도 가장 큰 과제를 꼽으라면 물의 공급을 들 수 있을

것입니다. 박테리아는 항상 물을 필요로 하기 때문입니다. 우리는 항상 표본을 물에 담근 상태로 놔둡니다. 하

지만 이건 실제의 환경과는 분명 거리가 있습니다. 어쩌면 수동으로 물을 공급해야 할 때도 있을 것이고 나아

가 콘크리트 안에 물을 보관할 좋은 기술을 찾아야 할 수도 있을 것입니다.

그 해결책으로 이전논문에서 우리는 하이드로겔을 사용했습니다. 박테리아를 하이드로겔에 캡슐화한 것입니

다. 이를 통해 콘크리트 내부의 수분을 유지시킬 수 있으며 물 공급의 빈도를 감소시킬 수 있습니다.

캡슐을 콘크리트

내부에 넣는다.

균열이 생기고 빗물과 수증기 등이 침투한다.

수분을 공급하는 방법은 가장 중요하면서도 어려운 과제이다. Wang교수님은 해결책으로

하이드로겔을 제시했다.

몇몇은 터져 균열 을 치유하고 터지 지 않은 캡슐은 물을 흡수하여 저 장한다.

균열이 치유된 후 에도 캡슐은 물을 저장하고 있다. 외부로부터 공기 만 공급되어도 대사한다.

04 해외탐방

탐방결론

박테리아를 하이드로겔 안에 캡슐화

한다.

Healcon Project에 대하여

Healcon Project Nele de Belie

Healcon Project는 EU가 지원하는 겐트 대학 주도의 자기치유 콘 크리트 연구 프로젝 트이다. Belle 교수 는 이 프로젝트의 책임자였다.

04 해외탐방

유럽의 미생물 콘크리트 적용 사례확인

유럽의 미생물 콘크리트 관련 기준 확인

탐방목적

KEY POINT!

자기치유콘크리트를 사용하면 건물 본래의 서비스 수명에 한없이 가까워지게 만들 수 있다.

유럽에도 자기치유콘크리트에 적용할만한 기준은 없다.

미생물 콘크리트의 전망에 대한 견해 확인

[Healcon Project 참여 기관]

벨기에의 겐트 대학 주도로 이루어진 Healcon Project는 네덜란드, 독일, 스페인, 핀란드, 포르투갈,

덴마크의 유수의 대학, 연구기관, 기업들의 협력으로 이루어졌다.

Q. 만약 미생물콘크리트를 사용한다면 건물의 수명이 얼마나 증가할까요?

평상시 우리는 콘크리트 구조물의 서비스 수명을 계산합니다. 그런데 이 수명은 부

정확합니다. 균열이나 틈이 있다는 것을 고려하지 않기 때문입니다. 실제로 이것들

을 고려하면 서비스 수명이 단축됩니다. 따라서 구조물은 100 년의 수명으로 설계

되었지만 중간에 금이 가거나 염화물 침투 하는 등 여러 작용이 일어나게 됩니다. 어

쩌면 서비스 수명이 100 년 대신에 10 년이 될 수도 있습니다. 그러나 자가 치유 콘

크리트를 사용하면 콘크리트에 균열이 생긴 후에도 원래의 수명인 100년 가까이

사용할 것이라고 기대할 수 있습니다.

Q. 유럽에는 콘크리트 강도에 관한 기준이 있나요?

콘크리트에 대한 기준은 물론 있습니다. 그러나 콘크리트에 들어가는 재료에 대한

기준은 없습니다. 즉, 당신이 자기치유 콘크리트의 강도에 관한 기준을 원한다면, 당

신이 직접 디자인해야 한다는 뜻입니다.

알고 가기

04 해외탐방

KEY POINT!

유럽에서는 자기치유콘크리트를 실제로 적용해 본 사례가 풍부하다.

Q. 자기치유콘크리트의 높은 가격을 낮추기 위해 생각하신 방법이 있나요?

사실 그것이 Healcon Project의 주 목적이었습니다. 우리는 자기치유 콘크리트 시장의 규모를 더 키우기를

바랐고 그래서 생산공정을 키워서 전세계적으로 사용 가능한 가격대를 형성하기를 원했습니다. 이는 특히 박

테리아를 생성하는 Bacteria-healing 회사들을 위해서 입니다. 그들은 생산공정의 가격을 더욱 사용하기 좋

은 수준으로 낮추는데 매우 큰 노력을 기울이고 있습니다. 그래서 더 많은 박테리아를 한 공정 내에서 생산하

는 방법을 쓰고 있습니다. 하지만 현재 연구하고 있는 미생물 콘크리트를 더 좋은 방향으로 개량하는 방법 자

체가 미생물콘크리트의 가격이 오르는 원인 중 하나 입니다. 사실 그래서 저는 미생물 콘크리트시장이 커질수

록 가격이 낮아질 것이라고 생각합니다.

Q. 프로젝트를 하는 동안 자기치유콘크리트를 건물이나 다른 시설물에 적용해 본 적 있습니까?

더 큰 규모의 건물을 지어본 적이 있습니다. 물론 실험실 내부에서의 이야기입니다. 겐트대학에서는 몇 개의

큰 기둥들을 만들었고 기업 파트너들 또한 기둥이나 판벽을 만든 적이 있습니다. 그리고 역시 실험실 내부에서

테스트했습니다.

그리고 덴마크에서 처음으로 길가에 놓인 건축물로 시연을 했던 적이 있습니다. 또한 최근에는 겐트와 엔트워

프에서도 실험적용 했습니다. 거기서는 박테리아를 기반으로 한 자기치유 콘크리트로 지붕 판을 만들었습니다.

뿐만 아니라 우리는 각각의 다른 10개정도의 날씨 하에서 이 지붕 판들이 충분히 작동하는지를 계속 주시할

예정입니다.

미생물 콘크리트 시장이 커진다면 가격이 낮아질 수 있을 것이다.

04 해외탐방

KEY POINT!

우리나라에도 자기치유콘크리트를 전문적으로 연구하고 있는 연구시설이 존재한다.

Q. 한국에서의 자기치유콘크리트 프로젝트 전망은 어떤 것 같나요?

사실 한국에서도 Self-healing concrete를 주제로 연구하고 있는 단체들이 이미 존재합니다. Green

Concrete Research Center(자기치유콘크리트 센터)가 대표적입니다. 우리는 Self-healing concrete의

효율성을 검증하는 방법을 개발하기 위해 한국의 자기치유 콘크리트 센터와 협력한 적이 있습니다. 그들은 이

미 한국 정부로부터 후원 받고 있어 한국 정부도 Self-healing 기술에 관심이 있다고 생각합니다.

Q. 최근 연구는 어떻게 진행되고 있나요?

우리는 최근의 논문에서 알 수 있듯 새로운 박테리아 물질을 찾고 있습니다. 또한 박테리아와 하이드로겔을 혼

합시키는 방법에 대해서도 작업했습니다. 이것이 가장 최근의 연구입니다. 그리고 다른 종류의 박테리아를 관

찰하고 있습니다.

알고 가기

[Green Concrete Research Center]

자기치유 친환경 콘크리트 연구센터 센터장 이광명 교수님

Green Concrete Research Center는2015년 국토교통부

건설기술연구사업으로 시작된 Self-healing Green Concrete Research

Center (SHGC), 통칭 성균관대학교 자기치유콘크리트센터를 말하는 것이다.

2018년도 현재 63개의 관련 논문과 34개의 특허를 따낸 국내에서 가장

활성화된 자기치유기술 연구센터이다.

한국에도 자기치유 콘크리트 관련 연구시설이 있고 유럽의

연구기관과의 협업도 활발하다. 한국 정부도 자기치유 콘크리트

기술에 관심을 가지고 있다.

탐방결론

유럽에서는 미생물콘크리트의 실제적인 적용이 이루어졌고

그것이 효과가 있다는 것을 확인했다.

유럽의 박테리아 연구도 한국의 박테리아 연구와 방향이 같다

탐방 총정리

해외

정부의 주도로 미생물 콘크리트에 대한 연구가 진행 중임

국내

정책 방향

기술 방향

미생물 콘크리트 제품이 상용화 초기 단계에 진입함

미생물 콘크리트에 대한 기준이 아직 마련되지 않음

미생물의 자기치유 효능 개선을 위한 연구가 상당한 수준까지 진행 됨

유럽연합과 각국 정부가 자기치유 콘크리트 연구 지원

정책 방향

기술 방향

유럽은 자기치유 콘크리트를 적용한 사례가 풍부함

국내 환경에 적합한 미생물을 탐구

자기치유 콘크리트 전문 연구시설 존재

추운 환경에서도 활동하는 미생물 탐색

다른 유럽 국가들 연구기관 사이에서 협업이 활발함

미생물 혼합체를 이용한 자기치유 연구

미생물 콘크리트에 대한 기준이 아직 마련되지 않음

미생물 콘크리트의 가격을 낮추기 위한 방안 연구

미생물 콘크리트 가격을 낮추기 위한 방안 연구

05 제안하다

SWOT 분석

추진전략

발전전략

Action Plan

우리가 만드는 미생물 콘크리트

기대효과

01 문제제기

자기치유물질 자기치유 물질 전달매체 자기치유 속도 자기치유 횟수

미생물 자기치유 콘크리트

미생물 다공성 경량골재,

마이크로 캡슐 중간 다회성

스마트 폴리머 자기치유 콘크리트

고분자 스마트 폴리머 빠름 일회성

마이크로 캡슐 자기치유 기술

에폭시계 접착제 마이크로 캡슐 빠름 일회성

무기계 활용 자기치유 기술

무기질 혼합재료 없음 느림 일회성

- 미생물이 살아있는 동안 지속적인 자기치유 가능

- 노후인프라 증가로 인한 유지보수 필요성의 증가

- 기존 보수재의 한계 극복

- 국내정책방향과 부합

S trength

- 높은 미생물 배양가격

- 높은 마이크로 캡슐 가격

- 낮은 온도에서는 활동하지 않는 미생물

- 국제적 기준의 부재

W eakness

- 글로벌 트렌드인 지속가능성, 친환경성에 부합

- 신 사업 창출 및 고용 확대

- 로우 테크(Low-Tech) 이미지에서 탈피

- 고부가가치 산업 진출 기회

- 글로벌 시장 진출

O pportunity

-낮은 인지도

-연구기관과 기업 간의 협업 부족

- 해외 선진 기술 국가들과의 치열한 경쟁

T hreat

SWOT 분석을 보았을 때 미생물 콘크리트의 산업화는 많은 강점과 기회를 가지고 있다. 그러나 아직 기술 개발

중인 최신기술이기 때문에 많은 약점과 위협 요소 또한 가지고 있다. 현재 국내에서 자기치유 연구 센터에서

관련 연구가 이루어지고 있으나 많은 사람들에게 알려지지 않았고 연구기관과 기업간의 연계도 미비하다.

하지만 현재 국내정책방향과 부합하며 국내에서 연구가 활발하게 이루어지고 있다는 점을 보면 발전 가능성이

높다고 할 수 있다. 연구자들과 경제인들이 함께 참여할 수 있는 포럼이나 심포지엄을 개최하는 등 연구기관과

기업의 협력을 늘이기 위한 노력이 필요하다.

미생물 콘크리트의 SWOT 분석

미생물 콘크리트 기술의 경쟁력 분석

공공인프라에

선도입하여 대중화를

통해 생산단가 절감

한국의 실정에 맞는

우리만의 미생물

자기치유 기술 개발

미생물 자기치유

기술을 개발하기 위해

연구기관과 기업의

기술 협력 확대

자기치유 기술

연구기관

확대 및 프로젝트 실시

05 제안하다

지속 가능한 사회구현

VISION

“2030년까지 미생물 콘크리트의 국내 대중화 목표 달성”

건축물의 사용수명 50% 증가

유지관리비용 30% 감소

생애주기 동안 발생하는 CO2 30% 감소

MISSON 정책적 목표

기술적 목표

STRATEGY

추진전략

시행연도 중기 (3~6년) 장기 (6년~)

정책적인 부분

기술적인 부분

시행연도 단기 (0~3년) 중기 (3~6년)

정책적인 부분

기술적인 부분

2020년, 나아가 2030년을 바라보다

발전전략

지속 가능한 친환경 콘크리트 소재 개발

보수 공사에 미생물 모르타르 사용

사용 가능한 미생물 선별

미생물 콘크리트의 기술 개발 로드맵

미생물 콘크리트에 대한 안전성 기준 마련

사용수명 50% 증가

유지관리비용 30% 감소

생애주기 동안 발생하는 CO2 30% 감소

미생물 생존력 향상 기술 개발

혐기성&호기성 미생물의 혼합 사용 연구

치유 효율을 정량적으로 평가할 수 있는 기술 개발

미생물 콘크리트를 사회 기반 시설 건설에 사용

다공성 경량 골재 & 마이크로 캡슐 개발

무기계 치유물질과 혼합하여 하이브리드형 자기 치유 물질 개발

고흡수성 고분자와 같이 미생물의 치유 효율을 높일 수 있는 기술 개발

우리나라는 2000년대에 들어서면서 기존과는 다른 새로운

건자재를 요구하기 시작했다. 단지 성능이 좋다는 것만으로는

부족해 진 것이다. 더 오래 사용할 수 있고, 더욱 친환경적인

소재를 찾고 있다.

이러한 경향에 따라 2020년 이후에는 지속가능하고

친환경적일 뿐만 아니라 새로운 기능을 갖춘 건자재가

필요하게 될 것이다.

고성능 지속가능 친환경

스마트 소재

1990 2000 2020 2010

새로운 건자재시장의 요구에 발맞추기 위해서는 지금부터 점진적인 준비를 해 나가야 한다. 이러한

준비가 또다시 새로운 트렌드를 만들고, 차세대 기술 개발의 밑거름이 될 것이다.

05 제안하다

05 제안하다

Action Plan

미생물 콘크리트는 기존 콘크리트에 비해 생산단가가

비싸다는 문제점을 가지고 있다. 또한 미생물 콘크리트를

생산하기 위해서는 콘크리트 생산 기술, 박테리아 배양 기술,

마이크로캡슐 생산 기술 등 다양한 분야의 기술이 필요하기

때문에 민간기업에서 자체적으로 기술을 개발하기 어렵다.

따라서 정부의 주도하에 다양한 기업들이 기술협력을 통해

연구를 진행하는 것이 바람직하다. 또한 국가 프로젝트에

미생물 콘크리트가 사용되어 미생물 콘크리트의 수요량이

증가하면 대량생산으로 인한 생산단가 절감 효과를 기대할

수 있다.

미생물 콘크리트의 기술 개발은 어떻게 이루어져야 할까?

연구기관

공공인프라에 시범 적용

연구비 지원

기술 협력

국가 경쟁력 향상

정부

기업 연구기관

미생물 콘크리트 도입을 위한 액션 플랜 1

미생물 콘크리트의 활성화를 위한 정책 발표 1

정부는 미생물 콘크리트의 활성화를 인프라

정책 1 공공 인프라의 유지, 보수에 미생물 모르타르와 액상형 미생물 보수재를 사용한다.

[적용 가능한 인프라]

정책 2 ‘Green & Smart 건설기술 개발’의 일환으로 공공 인프라 건설에 미생물 콘크리트를

도로, 터널, 교량

많은 사용량으로 인해

균열이 쉽게 발생하는 구조물 유지, 보수가 어려운 구조물

고기능을 요구하는

특수 구조물

원전, 하수처리 시설물 지하주차장, 댐,

해저 케이블, 방파제

댐, 방파제, 해저케이블

정책 4 미생물 콘크리트 및 보수재에 대한 안전 기준 (강도 및 함유량 등) 을 마련한다.

미생물 자기치유기술 국내화를 위해 연구비를 할당한다.

작성된 기획서를 바탕으로 예산 책

정 후 프로젝트에 예산 지원.

미생물콘크리트 및 보수재에 대한 기준(강도 및 함유량 등)마련

정책 3 미생물 자기치유 기술 개발을 위한 예산을 측정하여 프로젝트에 예산을 지원한다.

적용하는 정책을 실시한다.

참여기관: 국토교통부, 국토교통과학기술진흥원

우리나라에 존재하는 콘크리트 자기치유기술 관련 전문 연구기관은 성균관대학교 자기치유 콘크리트

센터(SHGC)밖에 없다고 해도 무방하다.

미생물 자기치유기술의 빠른 국내 상용화를 위해서는 기술을 개선하고 상업화 방안에 대한 연구를 주도하는

연구시설의 전국적인 확충이 필요하다.

미생물 자기치유 기술은 아직 보완해야 할 점이 있다. 대표적으로 기존의 콘크리트보다 상대적으로 높은

가격과 박테리아의 환경적응성이다.

이러한 문제점은 오로지 관련 연구에 의해서 극복될 수 있다. 미생물 자기치유기술 관련 프로젝트에 일정한

예산을 투입하고 연구결과의 빠른 시장도입을 위해 관련 연구프로젝트에 기업 파트너를 반드시 포함하는

규정을 정책화 해야 한다.

05 제안하다

Action Plan

204 42 65

66 66

133

240 223 167

100 144 138

15 19 46

2

미생물 자기치유기술의 연구

연구시설의 확대

관련 프로젝트

활성화

참여기관 예시

건설생활환경시험연구원

[연구기관] [기업]

연구 주제 예시

미생물 콘크리트의 생산단가를 낮추는 방안 탐구

미생물의 생존력과 환경저항성 향상 방안 탐구

미생물 콘크리트의 효과를 검증할 수 있는

객관적인 측정기술 마련

국내의 환경에 적합한 미생물을 찾는 등

우리나라만의 독자적인 기술 개발

효율적인 생산공정을 위한 산업화 공정 개발

미생물 콘크리트 도입을 위한 액션 플랜

미생물 자기치유기술의 연구 2

미생물 자기치유기술을 국내에서 활성화시키기 위해서는 미생물 자기치유기술의 국내화 과정이 필수적이다.

국내화를 위해서는 우리나라에 미생물 자기치유기술 관련 연구기관과 프로젝트가 활성화되어야 한다.

[목표2 관련 프로젝트 활성화]

[목표1 연구시설 확대]

새로운 치유 메커니즘, 우레아를 사용하지 않은 박테리아, 새로운 박테리아 영양분 등 연구

미생물의 온도 저항성

[관련 학회 및 국제적 홍보]

[우리나라 기업의 해외시장 진출]

우리나라의 미생물 자기치유기술 개발과 정책수립이 성공적으로 이루어져 미생물 자기치유기술이 완전히

우리나라에서 대중화되면 국내의 미생물 콘크리트 시장에서 활동하던 관련 기업들의 활동반경이

해외로까지 확장될 수 있을 것이다. 본 액션플랜에 따라 꾸준히 진행된다면 우리나라는 독자적인 기술

개발로 해외시장에서의 경쟁력을 확보하여 유리한 고지를 선점할 수 있다.

미생물 자기치유기술의 국제화는 상업적인 면에만 국한되어야 할 것이 아니다. 우리나라의 독자적인

연구로 확보된 선진 자기치유기술로 인해 관련 연구분야 및 건축업계에서 한국의 위상을 높일 수 있다.

따라서 미생물 자기치유기술 관련 학회나 국제적인 행사를 개최하여 해외 학계에 국내의 미생물

콘크리트나 보수재에 대해서 홍보한다면 경제적인 이익을 얻을 수 있을 것이다. 뿐만 아니라 해외의

연구원들과의 교류로 인하여 국내의 연구가 발전하는 선순환을 기대할 수 있다.

연구 개발 종료 후 산업화 이용을 목표로 이후 5년간의 기술 예후 및 산업화 현황에 대한 평가서를 작성하

고 연구 개발결과를 홍보한다.

05 제안하다

Action Plan

미생물 콘크리트의 대량 생산으로 인한 생산단가 절감 우리나라 건설 회사의 해외시장 진출

정책적 목표

기술적 목표

미생물 콘크리트 도입을 위한 액션 플랜

미생물 자기치유기술의 연구 2

평가위원회를 구성하여 연구의 성과 및 목표 달성 가능성 검토 후 예산의 계속적인 지원여부를 결정한다.

[연구평가]

[성과관리]

참여기관: 국토교통부, 국토교통과학기술진흥원

참여기관: 자기치유 친환경 콘크리트 연구센터, 국토교통부, 국토교통과학기술진흥원

미생물 콘크리트 기술 활성화 및 해외시장 선점 3

미생물 콘크리트의 국내 대중화 성공

앞의 두 가지 계획의 실행이 이루어져 미생물 자기치유기술이 국내에서 독자적으로

발전하여 관련 시장이 활성화되면 우리나라의 기업들은 해외의 미생물

자기치유기술 시장에서 유리한 고지를 선점할 수 있다.

[목표달성]

건축물의 사용수명 50% 증가, 유지관리비용 30% 감소, 생애주기 동안 발생하는 CO2 30% 감소

해저와 같이 산소가 공급되기 힘든 환경입니까?

인프라의 종류와 사용환경에 적합한 미생물 콘크리트 조합 찾기

05 제안하다 미생물 콘크리트는 다양한 치유 메커니즘을 이용하여 생산할 수 있다.

우리가 만드는 미생물 콘크리트

상황별

해저 케이블과 같이 보수가 어렵거나 보수 시 통행에 불편함을 초래하는 등 큰

사회적 비용을 지불해야 합니까?

건축물의 신축 또는 보수를 원하십니까?

보수

E1

신축

해저와 같이 산소가 공급되기 힘든 환경입니까?

A1 A2

파우더 마이크로 캡슐 다공성

경량골재

미생물

모르타르

액상형 미생물

보수재

호기성 세균 A1 B1 C1

D1 E1 통성혐기성

세균 A2 B2 C2

예 아니오

예 아니오

예 아니오

해저와 같이 산소가 공급되기 힘든 환경입니까?

B2 B1

예 아니오

C2 C1

예 아니오

미생물 콘크리트는 다양한 미생물과 치유 메커니즘을 이용하여 생산할 수 있다. 건축물의 경제적 가치와

사용환경에 따라 다음과 같이 그에 적합한 미생물의 종류와 치유 메커니즘을 선택할 수 있다.

댐과 같이 건축물이 견뎌야 하는 하중이 다른 건축물에 비해 큰 편입니까?

OR 건축물의 사회적 가치가 건설비용에

비해 큰 편입니까?

(둘 중하나라도 예가 나오면 예를 선택)

균열의 폭이 0.3mm 이하 입니까?

예 D1

아니오

기대효과

국가

기업

연구기관

미생물 콘크리트는 미생물의 대사과정을 통해 균열을

스스로 치유하므로 터널,교량과 같이 유지보수가 어려

운 시설물들을 효율적으로 관리할 수 있다.

현재 우리나라는 건축물들의 노후화로 인하여 건축물의

유지보수에 많은 예산을 사용하고 있고 이는 시간이 지날

수록 더 증가할 것으로 예측되고 있다. 미생물 콘크리트

는 자기 치유 기술을 사용하여 건축물의 유지보수에 사용

되는 예산을 줄일 수 있다.

건물의 수명이 늘어나 콘크리트의 생산량이 감소하기

때문에 콘크리트의 생산과정에서 발생하는 CO2량을

줄일 수 있다.

미생물 콘크리트를 사용하면 건축물의 내구성이 향상

되고 수명이 증가하여 국가는 국민의 안전한 삶을 보장

할 수 있다.

미생물 콘크리트는 기존의 콘크리트를 대체할 차세대

콘크리트로 이 미생물 콘크리트에 대한 선진적인 기술을

확보하면 국가 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

미생물 콘크리트는 콘크리트 제조 기술, 박테리아 배양

기술, 마이크로 캡슐 제조 기술 등 융복합 기술이 필요한

재료로 미생물 콘크리트의 수요가 증가하면 이로 인한

일자리 창출 효과를 기대할 수 있다.

시멘트 생산과정에서 발생하는 CO2량을 감소시킴

으로써 탄소배출권으로 인한 경제적 이익을 얻을 수 있다.

05 제안하다

기대효과

친환경 건설재료 시장은 연평균 30% 이상의 성장률을

가질 것으로 기대되며 2020년도에는 시멘트 대체재료

시장이 전체 시장의 25~30%를 점유할 것으로 기대되

고 있다.

세계적인 건설 시장의 소비 트렌드가 기존의 콘크리트에

서 벗어나 지속 가능한 친환경 콘크리트로 옮겨감에 따라

기업은 미생물 콘크리트 기술을 통해 새로운 시장을

선점할 수 있다.

현재 미생물 콘크리트에 대한 우리나라의 기술은

선진국의 약 45% 수준이지만, 미생물 콘크리트는 아직

기술 발전이 초기단계에 있어 외국의 선진기술을 따라

잡을 수 있는 가능성을 가지고 있다.

연구기관은 적극적인 연구개발을 통해 건설시장에서의

로우 테크(Low-tech) 이미지를 탈피하고 건설 분야에서

세계적인 기술 수준을 확보할 수 있다.

2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

시멘트 시장 시멘트 대체재료 시장

0 0.5

1.0 1.5

2.0 2.5 3.0

시장 규모 (조원)

[시멘트 대체재료의 성장 전망] 출처: 발명진흥회

국가

기업

연구기관

05 제안하다

출처 및 참고문헌

• 김현정,박우준, 미생물을 활용한 자가치유콘크리트 개발 연구현황, 고려대학교 ,2016년.

• 에너지신문, ‘콘크리트 균열, 스스로 치유한다’, 2016.11.18. 권준범 기자.

• 혐기성 세균 : 네이버, 강영희, 생명과학대사전, 여초, 2008.

• 박리현상 : 네이버, 물백과사전, My Water.

• 질화세균 : 네이버, 미생물학백과, 한국미생물학회.

• 규조토 : 네이버, 한국민족문화대백과, 한국학중앙연구원.

• 조류 : 네이버, 식물학백과, 한국식물학회.

• pH : 네이버, 보일러용어사전, 2006.01.09.일본보일러용어 연구회

• https://www.ksmark.or.kr/ksRequest/main.do KSA 한국표준협회, 인증심사 안내.

• 건설경제(2018), '韓스마트건설 기술, 선진국에 6.3년 뒤져', 2018년 6월 11일 신문기사.

• 전자신문(2018), '정부, 2027년까지 스마트 건설기술 R&D에 1조원 투입', 2018년 6월 18일

신문기사.

• 디지털데일리(2018), '건설도 4차 산업혁명 바람...IoT·AI 도입한 '스마트건설' 주목', 2018년 6얼

10일 신문기사.

• 이투데이, [테크 인사이트] 미생물이 콘크리트 균열을 자동으로 복구…자기 치유 신소재가 뜬다,

2018.05.18, 배준호 기자.

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