건축/환경에너지

Nikkei Architecture_2021.5.13 뉴스 기술 (p12)

시멘트 사용하지 않고 모래만으로 접착
도쿄대 경화체 개발, 달표면에서의 제조도 시야

도쿄대학 생산기술연구소의 사카이(酒井) 교수는 시멘트나 수지 등을 사용하지 않고 촉매를 이용해 모래만으로 접착시키는 기술을 개발했다. 이미 직경과 높이가 2.5cm 정도의 경화체 제조에 성공했다. 골재로서 활용하기 어려운 사막의 모래나 달 표면의 모래를 굳혀서 건설자재로 만드는 기술이 된다.

원재료는 모래와 알코올과 촉매다. 이들을 밀폐 용기에 넣어 가열∙냉각하고, 모래의 주성분인 이산화규소(SiO2)의 화학 결합을 절단∙재생함으로써 경화체를 제조한다. 가열 온도는 240℃ 정도다. 1,000℃ 이상이 필요한 용매 등과 비교하면 낮다.

모래의 입자를 굳히는 메커니즘은 다음과 같은 이미지다. 이산화규소와 알코올을 반응시키면, 액체의 규소화합물과 물이 생성된다. 이 반응은 평형 상태가 되기 때문에, 고체인 이산화규소와 액체인 규소화합물이 공존한다. 이 규소화합물이 물과 반응해 젤 상태가 되고, 이산화규소의 입자와 입자 사이에 들어가 접착제와 같은 역할을 한다.

-- 강도 향상을 목표 --
사카이 교수는 실용화를 위한 향후 연구과제로서 3개를 들었다. 강도를 올리는 것, 가열 온도를 내리는 것, 경화체의 대형화다.

강도는 1㎟당 8N 정도의 압축 강도를 확보했다. 또한 강도를 높이기 위해 몇 가지 방법에 착수한다. 예를 들면, 젤 상태의 생성물이 다시 이산화규소로 돌아가는 반응을 촉구하는 것이다. 고체로 돌아감으로써 접착 강도가 증가해 강도가 높아진다. 모래의 입도(粒度) 분포를 최적화하고, 입자간의 간격을 적게 해서 강도를 높이는 방법도 연구한다.

제조시의 가열 온도를 낮출 수 있다면 제조가 쉬워진다. 온도와 반응 속도의 관계는 트레이드오프다. 시간을 들이면 낮은 온도에서도 경화체는 생긴다고 한다. 가열 온도를 백 수십 ℃로 할 수 있다면 달 표면에서 제조하는 것도 현실적인 이야기가 된다. 달 표면은 기온이 110℃ 정도이기 때문에 태양광을 모으는 장치 등을 이용하면 연소열을 이용하지 않고 제조할 수 있다고 한다.

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