강도 10배 '슈퍼 얼음' 나왔다…극지방 건축자재로 활용

이스라엘 연구진, 식물성 결정·특수 단백질 첨가해 개발

이스라엘 예루살렘 히브리 대학교 연구진이 식물성 결정과 특수 단백질을 첨가해 일반 얼음보다 약 10배 강하고 파손 전까지 70배 더 많은 에너지를 흡수할 수 있는 ‘슈퍼 얼음’을 개발했다고 과학매체 사이언스얼랏이 최근 보도했다.

‘바이오파이크리트(BioPykrete)’로 명명된 이 신소재는 극지방 등 특수 환경 건축 자재로 활용될 전망이다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘콜로이드 및 서피스 B: 바이오인터페이스(Colloids and Surfaces B: Biointerfaces)’에 게재됐다.

이스라엘 예루살렘 히브리 대학교 연구진이 일반 얼음보다 약 10배 강한 슈퍼 얼음을 개발했다. (사진=예루살렘 히브리대학교)

연구진은 “재조합 단백질 설계와 구조 공학 사이의 간극을 메워, 지구상에서 가장 극한 환경의 혹독한 조건을 견딜 수 있는 고성능 소재를 개발했다”고 설명했다.

연구를 이끈 이도 브라스라브스키 생화학자는 “단순히 섬유를 얼음에 섞는 수준을 넘어 분자 수준에서 서로 다른 물질이 어떻게 결합하는지 제어하고자 했다”며 “이러한 분자 제어는 얼음의 강도뿐만 아니라 파쇄 방식까지 바꾼다. 갑자기 산산조각 나는 대신, 훨씬 많은 에너지를 흡수하며 점진적으로 변형된다”고 밝혔다.

이번 기술의 주요 적용 대상은 기존 자재와 공법을 적용하기 어려운 북극이나 남극 등 외딴 춥고 척박한 지역의 건설 프로젝트다. 또, 콘크리트나 철강 대신 얼음과 식물성 셀룰로오스를 주재료로 사용하는 만큼, 탄소 발자국이 매우 적고 생분해성까지 갖춘 친환경 건축 자재가 될 수 있다.

슈퍼 얼음의 내부를 전자 현미경으로 관찰한 모습. 위쪽은 40배, 아래쪽은 90배 확대된 이미지다. (사진=예루살렘 히브리대학교)

연구진은 논문을 통해 “건설 산업은 세계 경제의 초석이지만, 동시에 상당한 탄소 배출과 막대한 자원 고갈을 초래하는 대표적 환경 오염원”이라며 기술 개발의 배경을 짚었다.

다만 바이오파이크리트가 실제 현장에 적용되기까지는 시간이 더 걸릴 것으로 보인다. 이번 연구는 소규모 개념 증명(PoC) 단계였으며, 장기간에 걸쳐 다양한 환경 조건에 노출되었을 때의 내구성을 검증하는 추가 연구가 필수적이다.

연구진은 기존에 쓰이던 목재 펄프의 크고 불규칙한 섬유 대신 ‘셀룰로오스 나노결정’을 채택했다. 식물의 주요 구조 물질인 셀룰로오스는 나노결정 형태일 때 미세 강화제로 작용해 균열의 확산을 막는다. 여기에 ‘CBM3a-AFPIII’라 불리는 특수 단백질이 접착제 역할을 수행하며 셀룰로오스 나노결정과 얼음을 강력하게 결합시킨다. 연구진은 재료 조합과 공정을 미세 조정하면 얼음의 성능을 더욱 끌어올릴 수 있을 것으로 기대하고 있다

연구진은 소재의 내구성 평가와 함께 바이오파이크리트 내에서 균열이 전파되는 경로를 상세히 분석하여, 자신들이 가정한 강화 메커니즘이 실제로 작동하는지 검증할 계획이다. 나아가 이러한 접근 방식은 포장재 및 건설업 전반에 걸쳐 완전히 새로운 가능성을 열어줄 것으로 기대된다.