3D 프린팅이 혁신 소재로 지속 가능한 건설을 주도하는 방법

건설 프린팅은 지난 몇 년간 3D 프린팅 드론부터 거대한 케이블 구동 무한 빌드 기계까지 많은 훌륭한 이니셔티브를 보았습니다. 하지만 건설을 다음 단계로 끌어올리는 것은 하드웨어 개선만이 아니라 투입 소재에도 달려 있습니다. 건설 산업이 가장 큰 자원 소비자 중 하나로 낭비가 심하다는 것은 잘 알려진 사실입니다. 3D 프린팅이 폐기물 수준을 낮추지만, 새롭고 혁신적인 소재에서의 기회도 제공합니다.

기존 시멘트와 공법을 그대로 적용하는 것이 건설 분야 일부의 기술 수용을 도울 수 있지만, 지속 가능하고 저렴하며 환경 친화적인 자동화 운영의 길을 제시하는 것이 진정으로 새롭고 파괴적인 변화를 가져올 수 있습니다. 어차피 3D 프린팅이 제조에 많은 소재 가능성을 제공했으니, 우리 집과 사무실, 어쩌면 언젠가 도시 전체의 구성 요소를 바꾸는 잠재력도 살펴봐야 하지 않을까요.

WASP의 1,000달러 하우스

그림 1 WASP 제공

100% 지속 가능하지는 않고, 상용 버전은 결국 1,000달러보다 훨씬 더 비쌀 수 있는 현실을 고려하더라도, WASP의 가이아(Gaia) 프로젝트는 새로운 소재를 활용한 잠재적 건설 가능성을 보여주는 흥미로운 제안입니다. 집 자체는 초저가로 소재 비용이 약 1,000달러에 불과합니다. 주택 위기 해결과 차세대 건축 비용 절감에 중요한 해결책이 될 수 있습니다.

가이아 프로젝트는 흙과 쌀 기반 혼합물을 사용하며, 콘크리트는 주요 기초에, 지붕은 주로 목재로 구성됩니다. WASP는 프레임 건설 과정만 시연했으므로 전기, 조명, 배관에는 여전히 소재와 인건비가 필요할 수 있습니다. 그럼에도 프레임 비용이 고급 스마트폰 한 대 값이라는 사실은 적층 제조 기술이 얼마나 발전했는지 보여주는 기적입니다.

"가이아는 열 성능 측면에서 기존 시스템으로만 얻을 수 있는 것과 비교할 때 비용 절감의 예시를 보여줍니다," WASP CEO 마시모 모레티(Massimo Moretti)가 설명했습니다. "현재 회사는 건설 시장 진입의 모든 가능성을 평가 중입니다. 아마도 가장 신뢰할 수 있는 전략은 우리 팀이 벽체 건설에 관여하는 건설 서비스가 될 것입니다."

이탄 프린팅: 콘크리트 대체재

이탄은 주로 습지와 축축한 지역에 자생하는 분해된 식물 물질의 혼합물로 구성됩니다. 천연 소재로서 시멘트의 저렴한 대안으로 개발될 잠재력이 있으며, 연구자들은 최대 90% 비용 절감을 제안합니다. 에스토니아 타르투 대학 연구자들이 이 가공법을 발견한 것은 놀라운 일이 아닙니다. 이탄이 에스토니아 국토의 20%를 차지하기 때문입니다.

일부는 공격적인 산업 건설 작업을 위해 이탄지를 파헤치게 될까 우려할 수 있습니다. 걱정할 필요 없습니다. 이탄의 상단 건조 부분만 사용하고 오일 셰일 재 같은 폐기물을 주 결합제로 사용합니다(습도로 인한 알칼리성 축적 방지). 이 소재가 훨씬 더 바람직한 이유는 기밀 구조 덕분에 단열재, 충전재, 심지어 방음재가 거의 필요 없기 때문입니다.

건설 비용도 매우 저렴해 연구자들은 100~150제곱미터 주택의 외골격을 3D 프린팅하는 데 5,000유로면 충분하다고 추정합니다. 이는 전통적 제조 기술 비용의 10분의 1입니다.

대마 건설 프린팅: 단열재와 패널용

일부 과열된 합법화 옹호자들은 대마가 무엇이든 달성할 수 있는 경이로운 소재라고 주장하지만, 그 유용성을 다소 과장하고 있을 수 있습니다. 많은 이들이 "헴프크리트(hempcrete)"를 기존 콘크리트보다 훨씬 나은 대안으로 인용하지만, 지역 의존적 높은 가격, 낮은 밀도, 하중 지지 능력 부족으로 아직 결론이 나지 않았습니다. 그러나 대마 자체에는 집의 특정 부분에 이상적인 여러 이점이 있습니다.

호주 대마 회사 미레코(Mirreco)가 이를 잘 보여줍니다. 이들의 3D 프린팅 공정은 대마 바이오매스를 소재로 주택용 건축 패널을 제작합니다. 미레코는 대마 플랜트 전체를 처리해 다양한 품목으로 분리하는 특수 기계를 보유해 건설 부문에 많은 생분해성 옵션을 제공합니다.

대마는 밧줄과 가방 같은 끈적한 소재를 생산하거나 패널과 단열재용으로 더 단단한 고체 덩어리로 압축할 수 있는 다재다능한 소재입니다. 프로젝트는 아직 개발 중이지만 미레코는 아크폼스(Arcforms)라는 파트너를 확보해 주택 건설로 대마 바이오매스의 건설 부문 잠재력을 보여주고자 합니다. 또한 대기 중 탄소를 줄이는 식물 재배를 촉진하므로 추가 이점도 있습니다.

목재 대체 대나무 복합재

바이오 기반 소재는 디자인에 독특한 질감을 제공할 수 있고 많은 프로젝트에 쉽게 구할 수 있는 원료가 됩니다. 예를 들어 대나무는 다양한 기후에서 빠르게 자라며 일부 종은 하루에 3피트(약 90cm) 이상 자랍니다. 헥타르당 나무 동등량보다 35% 더 많은 질량을 포착할 수 있고, 천연 유기 제품으로 비료나 살충제가 필요 없습니다.

"대나무는 흥미로운 특성을 가지며 대량 확보가 가능합니다," 오크리지 국립연구소 재료과학기술부의 과학자 소이단 오즈칸(Soydan Ozcan)이 말했습니다. 이 프로젝트는 약 10,000파운드의 소재를 사용해 디자인마이애미(DesignMiami)가 의뢰한 최대 규모 프로젝트가 되었습니다.

대나무 외에도 3D 프린팅 형태로 더 나은 활용을 허용하는 수많은 다른 천연 원료가 있어 현재 소재보다 저렴하고 지속 가능한 대안을 제공합니다. 삼림 파괴, 탄소 배출, 비생분해성 폐기물이 큰 이슈가 되는 지금, 우리는 다르게 생각하고 행동해야 할 때입니다!

주요 이미지 제공: WASP, 에스토니아 이탄 협회, 미레코 & 오크리지 국립연구소.