콘크리트의 '새로운 상식'

건설 3D프린터의 폭발적 보급 등

탄소중립이나 DX(디지털 트랜스포메이션) 등의 움직임이 가속화되면서 토목 구조물의 주요 재료 중 하나인 콘크리트를 둘러싼 상황은 최근 몇 년 사이 크게 달라졌다. 건설 3D프린터의 지침 작성, 품질관리의 디지털화, 탈탄소 콘크리트의 규격화, 환경사회학과의 연계. 시대에 뒤처지지 않도록 콘크리트의 ‘새로운 상식’을 확인해 두자.

프롤로그
건설 3D프린터 폭발적 보급, 토목학회가 1년 반 만에 지침 작성

콘크리트 관련 기술혁신이 멈추지 않는다. 생산성 향상과 탈탄소화를 위해 다양한 기업들이 기술개발에서 각축전을 벌이고 있다. 그 중에서도 지금 가장 활발한 움직임을 보이는 것은 ‘건설 3D프린터’이다.

“국내의 건설 3D프린터 기술은 해외에 크게 뒤처져 있었지만 치밀하고 내구성이 뛰어난 것을 ‘인쇄’할 수 있게 되었다. 지금은 해외에도 뒤지지 않는다”. 이렇게 말하는 것은 국내 건설 3D프린터 연구의 일인자인 이시다(石田) 도쿄대학 대학원 교수다.

국내 기술의 도약을 상징하듯 2022년경부터 매설 형틀이나 옹벽, 화장실, 창고 인쇄 안건이 급증했다. 

실적 호조인 기업에게도 압박으로 다가오는 인력 부족 문제

IT 서비스 대기업 20개 사의 2022년도 실적은 견고한 DX(디지털 변혁)의 수요 등으로 인해 20개 기업 모두 수익 증가를 기록했다. 반면, 일부 기업들은 향후의 IT 인재 쟁탈전을 내다보고 평균 연봉을 인상. 잔업 시간이나 육아휴직 취득률 등을 통해 일하기 편한 환경 조성을 더욱 강화하고 있다.

이번 특집에서는 각 기업들의 매출액과 영업이익, 평균 연봉, 일하기 편한 환경 등의 지표를 독자적인 관점에서 집계 및 분석해 업계의 실태를 파헤쳐보았다.

본 특집에서 다룬 20개 사는 도쿄 증권거래소 상장기업 가운데 ‘정보·통신업’으로 구분되는 기업이 중심. 이동통신과 인터넷 서비스, 게임, 텔레비전·미디어 대기업 등은 제외했으며, 도쿄증권거래소에서는 ‘전기기기 업체’로 구분되지만 IT 관련 매출이 많은 NEC와 히타치제작소, 후지쯔 등 3개 사를 추가했다.

-- 20개사 모두 수익 증가, 두 자릿수 성장도 7개 사 --
우선 2022년도 매출액을 살펴보자. 20개사 모두 2021년 대비 증가했으며, NTT데이터와 히타치제작소(집계 대상은 ‘디지털시스템&서비스’ 세그먼트만 해당), 노무라종합연구소(NRI), 인터넷이니셔티브(IIJ), 트렌드마이크로, 넷원시스템즈, 덴쓰국제정보서비스(ISID) 등 7개사가 두 자릿수 성장을 기록. 

LIB와 비교해 전원을 대폭 소형 경량화, 10년 수명과 1만km의 주행거리 목표

도요타자동차는 2023년 7월 21일, 2029년의 발사를 목표로 개발 중인 유인 달 표면 탐사차(유인 여압로버) ‘LUNAR CRUISER’의 최신 개발 상황 등을 기자들에게 설명했다.

LUNAR CRUISER는 유인 달 표면 탐사차로, 2명의 탑승원이 1개월 정도(최대 42일/년) 체재하며 미션을 수행하는 것을 상정하고 있다. 또한 사람이 탑승하고 있지 않을 때는 지상에서 원격 조작을 통해 무인으로 관측 미션을 시행한다(최대 320일/년).

일본도 참가하는 미국의 달 표면 탐사 계획 ‘아르테미스(Artemis)’에서 유인 달 표면 탐사는 핵심 미션이며, 거기서 사용할 탐사차를 제공하기 위해 개발을 추진하고 있다.

도요타는 2019년에 개발 프로젝트를 발표하고, 우주항공연구개발기구(JAXA)와 3년간의 공동연구를 실시해 왔다. 2022년부터는 JAXA에게 받은 개발위탁이 시작되었고, 현재는 선행연구개발(전체 시스템 개념검토/개념설계, 요소 시제 시험)을 진행하고 있다. 2024년부터 본체 개발을 개시할 예정이다. 또한 LUNAR CRUISER에 대해 상세한 내용을 기자를 대상으로 설명하는 것은 4년만이다.

EV 수요에서 쟁탈전

차세대 파워반도체 소자 제조에 필수적인 실리콘 카바이드(SiC, 탄화규소) 웨이퍼의 안정적 조달에 일본 기업들이 분주하다. 덴소와 미쓰비시전기는 각각 SiC 웨이퍼를 제조하는 신생 기업에 5억 달러(약 745억엔)씩 출자한다.

도요타자동차는 SiC 웨이퍼의 품질 향상 기술을 보유한 스타트업 기업과 기술협력을 하기로 했다. 르네사스 일렉트로닉스는 SiC 웨이퍼 최대 기업에 20억 달러(약 3,000억 엔)의 예탁금을 지급하고 장기 공급 계약을 체결했다. 고품질 SiC 웨이퍼를 확보하기 위해 자동차 업계를 중심으로 일본 업체들이 크게 움직이기 시작했다.

일본 기업들이 SiC 웨이퍼 조달에 적극적인 이유는 SiC 파워 소자의 수요가 앞으로 크게 확대될 것으로 전망되기 때문이다. 시장조사업체인 후지경제에 따르면, 2022년에 1707억 엔이던 SiC 시장은 2030년에 2조 2080억 엔까지 급성장할 전망이다.

파워반도체 시장 전체에서 차지하는 비중도 2022년에는 10%가 채 되지 않았지만 2030년에는 30% 가까이 차지할 것으로 예측된다. 그에 따라 SiC 웨이퍼 시장도 급성장한다. 후지경제에 따르면, 22년에 3억 5840만 달러(약 535억엔)였던 SiC 웨이퍼 시장은 30년에 22억 1440만 달러(약 3310억 엔)까지 성장할 것으로 예측했다.

자연계에 없는 성질의 인공물질

메타물질이란 내부 구조나 표면을 가공해 자연계에는 없는 성질을 갖게 된 인공적인 물질을 가리킨다. 전자파나 음파 등이 반사되는 방향을 제어하여 통상의 물체에서는 있을 수 없는 효과를 실현할 수 있다.

건설 분야에 응용하기 위한 연구도 진행되고 있다. 수치 시뮬레이션 등을 바탕으로 구조를 설계함으로써 내구성 등의 성능을 향상시키거나 새로운 성질을 부여할 수 있게 될지도 모른다. 도쿄대학 대학원과 섬유화학업체 쿠라보의 공동연구에서는 시멘트계 재료로 만든 조형물에 섬세한 내부 구조를 만들어 넣어 경량화를 도모하면서 강도나 인성을 높이려 하고 있다.

건설자재에서는 이미 실용화된 제품도 있다. 대표적인 것은 차음성 등을 향상시키는 ‘음향 메타물질’ 기술을 활용한 방음재다.

쓰쿠바대학 오치아이(落合) 교수가 이끄는 스타트업 Pixie Dust Technologies는 음향 메타물질 기술을 활용한 흡음재 ‘iwasemi’를 개발/판매하고 있다. 4월에는 ‘통기성’과 ‘차음성’을 양립한 새로운 차음재를 개발했다고 발표했다. 외부 소음을 무마하는 역위상 음파를 생성해 공기 흐름을 확보하면서 소리만을 차단할 수 있다.

소특집을 편집하며

5G 보급이 세계적으로 진행되면서 향후 전개나 활용에 대해 널리 논의되고 있다. 일본에서도 20년 3월에 5G의 상용 서비스가 시작되었다. 5G나 LTE를 비롯한 현행 이동통신 시스템은 기지국을 중심으로 하는 셀(Cell)을 기본 단위로 통신시스템을 구축하고 있기 때문에 셀룰러 방식이라고 부른다.

셀 프리(Cell-Free) 통신기술은 지금까지의 셀룰러 방식과는 달리 물리적으로 떨어진 다수의 안테나(액세스 포인트)로부터 하나의 통신 영역을 형성함으로써 고품질 네트워크의 실현을 목표하는 것이다. 5G의 다음 이동통신 시스템인 Beyond 5G/6G 시대를 대비해 적극적인 연구개발이 이루어지고 있는 분야 중 하나이다.

셀 프리 통신의 실현으로 인해 기존의 셀룰러 방식의 과제 중 하나인 셀간 간섭을 해소하거나 유연한 무선 네트워크 구성을 실현해 통신의 고품질화, 다양한 통신 요건에 대한 대응 등이 기대되고 있다. 한편, 실현을 위해서는 다양한 기술 과제를 해결해야 한다.

하나의 통신 구역을 형성하기 위해서는 물리적으로 떨어진 여러 개의 안테나가 있어야 한다. 또한 프론트 홀에서의 통신 용량 제약 문제나 무선 네트워크 토폴로지의 동적인 변화에 대응한 제어 필요성 등도 생각할 수 있으므로 

‘게임 체인지’에 대응해 나갈 수 있는 열쇠

2022년 현재, 세계 시장에서 기존의 서비스가 바뀔 수 있는 ‘게임 체인지’가 일어나고 있다. 저자는 오랜 기간 VR(Virtual Reality, 가상현실)과 블록체인의 두가지 영역에서 비즈니스를 해왔는데, 이 두개의 영역이 메타버스와 Web3라는 이름으로 이름이 바뀌면서 공전의 붐을 일으키고 있다.

글로벌화, 디지털화라는 세계의 변화에 뒤쳐져온 일본기업, 그리고 개인이 기회를 포착할 수 있는 사대가 도래하고 있다. 향후 세계에서 일어나는 커다란 변화는, 바로 ‘Virtual First’ 로의 이행입니다.

지금까지는 Real(현실)이 ‘주’가 되고 Virtual(가상)이 ‘종’이 되었지만, 앞으로는 Virtual이 ‘주’가 되고 Real이 ‘종’으로 변하게 된다. 이 것이 Virtual First라고 하는 차세대의 사회입니다. 그리고 지금 이해해 놓아야 하는 것이 메타버스와 Web3인 것입니다.

이제부터 Virtual이 주가 되는 시대가 오기 때문에, 일본의 젊은 사람들 중에는 GAFAM (Google, Amazon, Facebook, Apple, Microsoft)으로 불리는 테크 자이언트를 넘어서는 부가가치를 창출해내는 사람이 등장할 수도 있을 것이다.