[안치용, 장효은, 전소은, 이윤진 기자]
▲ ?곰팡이
ⓒ Nleprine
기후 위기와 환경오염이 심각해지면서 지속가능한 건축 자재에 대한 관심이 높아지는 가운데 '균사체(mycelium)'가 주
백경게임랜드 목받고 있다.[1] 캘리포니아 주립대학교 로스앤젤레스캠퍼스 생물학과 박현숙 교수는 "균사체는 곰팡이의 뿌리 같은 조직으로, 20~30℃의 온도에서 생장하면서 자연적으로 구조를 형성하는 건축자재이기 때문에, 예컨대 시멘트 1톤 생산 시 약 1톤의 이산화탄소를 배출하는 고온 소성 공정과 달리 에너지 소비와 탄소 배출이 거의 없다"라고 말했다. 또한 톱밥, 옥수
바다신게임 수 속대 등과 같은 농업 부산물을 영양원으로 사용함으로써 폐기물을 고부가가치 자원으로 전환하는 순환경제 구조를 실현할 수 있다고 강조했다.
박 교수는 "사용 후에는 자연 분해되어 퇴비화가 가능하고 그 과정에서도 미세플라스틱이나 유해 화학물질을 배출하지 않아 완전한 생분해성 자재로 평가되며, 접착제나 방부제를 사용하지 않
릴짱 고도 결합이 가능하기 때문에 휘발성유기화합물(VOCs) 등 유해 물질의 방출이 없고 오히려 실내 공기질 개선에 기여하는 장점이 있다"라고 설명했다.
생분해 가능하고 가볍지만 단단한 특성으로 균사체 소재는 친환경 건축재로 부상 중이며 실제로 세계 곳곳에서 균사체를 활용해 집이나 건축 구조물을 짓는 시도가 이어지고 있다.[2]
바다이야기다운로드 어떻게 곰팡이가 건축자재가 될 수 있을까
▲ ?버섯. 아랫부분이_균사체.
황금성게임다운로드 ⓒ 농촌진흥청
흔히 우리가 '버섯'이라고 부르는 부분은 번식기관인 대체로 갓 모양으로 알려진 자실체와 줄기에 해당하며,[3] 건축재로 사용되는 부분은 그 아래 보이지 않는 뿌리로 영양을 공급하는 기관에 해당하는 균사체이다.[4] [5] 균사체는 곰팡이의 실 모양 세포인 균사들이 얽히고설켜 이루어진 구조로 갈퀴처럼 퍼져 자란다. 이 구조는 매우 정교하며 가볍고 유연하지만 동시에 인장 강도가 높고 압력에 강한 특성을 지닌다. 게다가 습기에 강하고 잘 부패하지 않으며 일정 조건에서 자연 분해되어 환경에 부담을 주지 않는 친환경 소재다.[6]
균사체로 건축재를 만들려면 먼저 균류의 포자와 톱밥 같은 기질 재료를 단단한 틀 안에 혼합해 넣고 배양해 균사체 복합재를 만든다. 틀 안에서 균사체가 성장하면서 기질을 식민지화하여 균사로 기질 재료를 함께 엮어 덩어리가 된다. 균사체 복합체는 성장하며 틀에 맞추어 형태를 갖추며 열처리를 통해 비활성화하여, 즉 성장을 멈추게 하여 건축재로 탈바꿈한다.[7]
이렇게 제작된 균사체 자재는 별도의 기계적 다짐을 거치지 않으면 평균 0.1~0.2 MPa의 압축 강도를 갖는다.[8] [9] 일반적으로 중저층 건축 현장에서 사용되는 보통 콘크리트의 압축 강도는 20~40MPa수준이다. 압축 강도는 단위 면적 당 압력을 견딜 수 있는 힘으로 초고층 빌딩에는 50~100MPa이상의 압축 강도를 가진 고강도 콘크리트가 사용된다.[10] 균사체 기반 건축자재는 그 자체로는 콘크리트에 비해 견딜 수 있는 힘이 매우 약해 단열재 음향흡수재 등 보강재로 사용되지만, 추가적인 공정을 거쳐 강도를 높이면 콘크리트에 맞먹는 강도를 지니게 된다.[11]
마이코크리트
▲ ?마이코크리트
ⓒ HBBE
마이코크리트(Mycocrete)는 곰팡이를 의미하는 'myco'와 콘크리트를 뜻하는 'concrete'의 합성어로, 곰팡이의 균사체를 활용한 친환경 건축 자재를 뜻한다.[12] 영국 뉴캐슬대학에서 균사체와 섬유 복합재를 이용하여 대형 건축 부재에 적합한 바이오하이브리드 복합소재 '마이코크리트(mycocrete) 페이스트'를 개발했다. 마이코크리트 페이스트는 마이코크리트를 만들기 위한 점성 있는 균사체 혼합물 반죽이다.
기존의 균사체 복합재는 단단한 플라스틱 틀을 활용해 벽돌과 블록 모양으로 제작되며, 균사체가 성장하기 위해서는 산소(통기수단)가 필요하기 때문에 균사체 복합재의 두께가 약 15cm로 제한됐다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 뉴캐슬대학 연구진은 3D 프린팅 기술과 섬유 기반 거푸집을 활용한 디지털 전략을 채택했다. 더 강한 점성을 지니면서 균사체가 완전히 성장하기까지 구조를 유지할 수 있을 정도의 강도를 가지도록 한 것이다.[13]
핵심 해법은 마이코크리트 페이스트. 마이코크리트 페이스트는 너도밤나무 톱밥과 물, 균사체 종균을 기본으로 하며, 종이 가루, 종이 섬유 덩어리, 물, 글리세린, 잔탄검(다당류 물질)을 첨가하여 만들어진다. 이 반죽은 주입이 가능할 정도로 유동성이 있으면서도 형태를 유지하고, 산소 공급과 누수를 적절히 조절할 수 있을 정도로 건조된다.[14]
마이코크리트의 압축, 인장 및 굽힘 정도를 시험한 결과, 기존 균사체 복합재와 비교했을 때 재료가 휘었을 때 얼마나 단단한가를 나타내는 평균 휨 탄성률[15]은 기존 5.6?MPa에서 90.1?MPa로 16배 가까이 상승했으며, 재료가 파열되기 직전까지의 최대 응력을 나타내는 휨 강도[16] 역시 기존 균사체 복합재 대비 약 4배 높은 수치를 기록했다. 압축 탄성률은 2.5?MPa에서 12.3?MPa로 약 5배로 높아졌다.[17]
이러한 개선 효과는 마이코크리트 페이스트를 만들 때 들어간 글리세린, 잔탄검 등 첨가제가 균사체를 성장시키는 영양분을 제공하면서 건조 과정에서 기질을 더 단단히 결합시킨 복합 메커니즘 덕분으로 해석된다.[18]
▲ ?바이오니트(Bioknit) 프로포타입
ⓒ HBBE
이후 연구팀은 마이코크리트의 대규모 적용 가능성을 시험하기 위해 바이오니트(BioKnit) 프로포타입을 제작했다. 바이오니트는 마이코크리트를 활용해 제작된 구조물을 일컫는다. 이 프로포타입은 높이 1.8m의 독립형 아치형 돔 구조로, 마치 살아있는 생명체가 자라난 듯한 형태를 띤다. 이 구조물은 7개의 개별 편물직물 튜브로 이루어져 있으며, 각 튜브 내에는 성장 중인 균사체와 반죽을 주입할 수 있도록 연결 튜브 시스템을 내장했다.
튜브들은 4개의 이음매로 결합되어 하나의 아치를 형성하며 완성된 구조물에서 영구적인 섬유 거푸집 역할을 한다. 바이오니트 프로토타입은 단일 조각의 자립형 아치형 돔을 현장에서 바로 재배·제작할 수 있는 잠재력을 보여준다. 영구 섬유 거푸집과 제어된 마이코크리트 페이스트 주입 공정을 통합함으로써, 복잡한 형상과 경량 구조를 동시에 구현할 수 있으며, 향후 실제 건축에서 바이오 제작 공정을 확장하기 위한 기반을 마련했다.[19]
균사체 단열재, 마이코타일(MycoTile)
균사체 기반 건축 자재는 실험실을 넘어 시장에도 진출했다. 케냐 나이로비에 위치한 건축자재 회사 '마이코타일(MycoTile)'은 지역 농부들로부터 조달한 농업 폐기물인 짚이나 사탕수수 등을 균사체와 결합해 강한 열처리를 거쳐 높은 내구성을 갖춘 건축 자재를 생산하고 있다. 이들은 벽체 및 지붕용 단열재뿐만 아니라 가구, 포장재 등도 제조하여 판매하고 있다.[20]
▲ ?마이코타일(mycotile)의 로고 및 실물 사진 mycotile
ⓒ mycotile
케냐는 철강, 단열재, 방수재[21]와 같은 건축 자재를 수입에 의존하고 있어 품질 대비 건축 비용이 높다. 이에 따라 케냐 국민들은 열악한 주거 환경에 직면해 있다.[22] 케냐의 연간 주택 수요는 약 25만 가구에 달하지만, 실제 공급은 5만 가구 수준에 불과하다.[23] 이러한 상황에서 기존 자재에 비해 성능이 우수하면서도 비용이 저렴한 균사체 기반 건축자재인 마이코타일은 케냐의 심각한 주택난에 대한 지속 가능하고 현실적인 대안으로 떠오르고 있다.[24]
마이코타일의 단열 패널은 뛰어난 단열 및 방음 성능을 자랑한다. 제작 과정에서는 기존 화석연료 기반 단열재에 비해 물 사용량이 80% 적고 생산 에너지 또한 50% 절감되었으며 모든 자재는 100% 무독성 생분해성 소재로 구성된다. 이러한 친환경 패널은 난연성과 통기성 역시 우수하며 사용 수명이 다한 후에는 완전히 퇴비화하여 자연으로 되돌아 간다.[25]
균사체의 미세하고 서로 연결된 세포 구조는 수분을 방출해 건물 내부의 습도를 일정하게 유지하는 데 효과적이다. 습한 기후에서는 곰팡이와 실내 공기 오염 물질을 줄이는 데 유리하며 실내 환경의 쾌적성을 높이는 데 기여한다. 동시에 이러한 세포들이 공기와 수증기를 가두어 천연 단열 장벽을 형성함으로써 실내 온도를 자연스럽게 조절하고 냉난방 수요를 줄여 에너지 효율을 더욱 높일 수 있다.[26]
마이코타일의 균사체 기반 건축 자재는 지역 사회의 자원을 순환하고, 환경 부담을 줄이며, 주거 취약 계층의 삶의 질을 실질적으로 개선하는 데 기여하고 있다. 실험실을 넘어 상업화하고 있는 균사체기술은 지속가능한 미래를 위한 대안적 건축 자재로서 가능성을 더욱 확장했다는 평가를 받는다.
▲ ?마이코타일 단열 패널로 벽을 보강하는 건설 노동자들
ⓒ Mycostories
균사체 흡음재, 포레스타(Foresta)
이탈리아의 바이오디자인 회사인 모구(Mogu)는 디자이너 및 엔지니어링 회사 아룹(Arup)과 협력해 균사체 기반 음향 패널 시스템인 포레스타(Foresta)를 제작하여 판매하고 있다.[27] 모구는 동종 업체 최초로 곰팡이 균사체와 업사이클링 섬유 잔여물로만 제작된 상용 제품을 출시한 곳이다.[28] 또한 농업, 섬유 등 다양한 산업에서 발생하는 영양가 있는 저가 섬유를 폭넓게 활용하고, 곰팡이 발효 기반의 독점 기술을 통해 완전한 순환형 접근을 실현하고 있다.[29]
포레스타는 제작 과정뿐만 아니라 설치 과정 및 추후 교체 과정에서도 친환경적이다. 흡음재를 나무 가지를 통해서만 설치할 수 있도록 제작하였다. 벽에 뚫는 구멍을 최소화하여 나뭇가지를 벽에 고정한 후 연결지점을 통해 지지되며 내장된 자석으로 음향 모듈을 쉽게 설치할 수 있다. 이 자석 기반 시스템 덕분에 사용자는 모듈의 위치를 쉽게 바꿀 수 있어 디자인의 유연성이 커지며, 추후 제품 교체나 재구성에도 유리하다. 이 전체 시스템은 99% 바이오 기반으로 생분해 가능하며, 제품 수명이 끝난 뒤 완전히 분해 가능하다.[30]
포레스타는 균사체의 특성 덕분에 별도의 화학 처리 없이 자연적으로 난연성을 갖췄다. 불꽃의 확산을 늦추고 표면에 탄화층을 형성하는 균사체의 성질 덕분에, 패널은 탄화하며 매우 느리게 연소된다.[31] 유럽 화재 안전 기준 'B-s2-d0' 등급을 획득해 공공 공간에서 채택할 수 있다.[32] EN 13501-1 표준에 따르면 'B-s2-d0' 등급은 가연성이지만 화재가능성이 매우 낮고, 연기 발생이 중간 수준이며, 불타는 낙하물이 발생하지 않는 재료를 의미한다.
모구는 제13회 생테티엔 국제 디자인 비엔날레에서 최신 균사체 기반 음향 패널 컬렉션 '플루마(PULMA)'를 4월 26일~7월 6일 전시했다. 플라스틱을 전혀 사용하지 않고 100% 생분해 가능한 소재로 제작된 이 패널은 탁월한 흡음 성능은 물론, 감성적이고 독창적인 미적 언어로 구현되었다. 설치미술 형식으로 구성된 플루마는 관람객이 실내 인테리어를 단순한 공간 지배 요소가 아닌 '참여 가능한 생태계'로 인식할 수 있도록 기획되었다.[34] 모구는 "기능적, 미학적 측면에서 일상생활의 요구를 충족시키며 자연을 사람들에게 더 가까이 가져오는 것"을 목표로 한다고 밝혔다.[35]
▲ ?제13회 생테티엔 국제 디자인 비엔날레에 전시된 플루마
ⓒ Mogu
균사체 기반 건축재 시장 동향 및 전망
시장조사보고서 market.us에 따르면 세계 균사체 벽돌 시장 규모는 2023년 16억 달러에서 2033년 약 32억 달러로 성장할 것으로 예상되며 2024년부터 2033년까지 연평균 7.3% 성장할 것으로 전망된다.[36] 현재 균사체 기반 건축자재의 본격적인 상용화에 착수한 국내 기업은 거의 없는 상황이며, 산업적 접목보다는 연구 중심의 접근이 주를 이룬다. 모구와 같은 해외 브랜드는 국내에서 직접 문의를 통해 구매는 가능하지만, 정식 유통망이 없어 일반 소비자가 접근하기에는 여전히 제한적이다.[37]
캘리포니아 주립대학교 로스앤젤레스캠퍼스 생물학과 박현숙 교수에 따르면 균사체 기반 복합재는 탄소중립 건축, 제로에너지빌딩 등 미래 건축이 지향하는 방향성과 높은 정합성을 보이며, 궁극적으로 지속 가능한 건축 자재로서의 확고한 입지를 확보할 수 있다고 한다.
박 교수는 "현재 균사체 복합재 연구는 단열재, 내장 마감재, 모듈형 구조체 등 다양한 응용 분야로 확장되고 있으며, 담자균류를 활용한 균사체의 열물성 실험, 첨가물에 따른 내구성 향상 연구 등이 진행되고 있다"라고 밝혔다. 특히 유럽과 북미에서는 건축용 음향 패널과 포장재 등으로 상용화가 점차 가시화하고 있다고 전했다. 향후 내수성, 내화성, 기계적 강도 향상과 같은 물성 개선뿐 아니라, 제조 공정 표준화와 대량생산 체계 구축을 병행해야 한다고 제안했다.
박 교수는 "생분해성과 친환경성을 넘어, 건축구조물로서의 실질적 기능성을 확보하고 단순한 실험실 수준의 생체 재료에서 고성능 생물 소재(Bio-based structural material)로 발전해야 한다"라며 "생명공학, 재료과학, 구조공학 등 다학제적 협업이 필요하다"라고 강조했다.
글: 안치용 아주대 융합ESG학과 특임교수, 장효은·전소은 기자(동국대 미디어커뮤니케이션학과), 이윤진 SDG경영연구소장
덧붙이는 글
