ETH Zurich의 목재 재료 과학 연구실과 Empa 연구팀은 스트루바이트(struvite)를 바인더로 써서 톱밥을 재활용 가능한 복합재로 만드는 공정을 개발했다. 과정에서는 뉴베라이트(newberyite) 전구체의 수용성 현탁액에서, 수박 씨에서 추출한 효소로 스트루바이트의 결정화를 제어한다. 효소는 톱밥 입자 사이의 빈 공간을 채우는 큰 결정을 형성해 입자들을 결합시킨다. 혼합물은 2일간 프레스로 압착한 뒤 몰드에서 꺼내 실온에서 건조한다.
스트루바이트는 가열하면 분해되어 수증기와 암모니아를 방출한다. 이 반응은 열을 흡수해 냉각 효과를 만들고, 방출된 가스는 공기를 밀어내 불꽃 확산을 억제하며 재료의 숯화를 촉진한다. 토리노 공대의 콘 칼로리미터 시험에서 가공하지 않은 가문비나무는 약 15초 만에 점화된 반면, 스트루바이트 톱밥 복합재는 그보다 세 배 이상 오래 걸렸다. 점화 후에는 무기물과 탄소로 된 보호층이 빠르게 형성된다.
초기 평가로는 이 복합재가 시멘트 접합 칩보드와 비슷한 내화 등급을 얻을 가능성이 있지만, 대규모 시험이 필요하다. 시멘트 접합 보드는 무게 기준으로 시멘트를 60~70% 포함해 무겁고, 스트루바이트 톱밥 보드는 바인더가 약 40%여서 더 가볍다. 재활용은 비교적 쉽다: 분쇄한 뒤 약 100°C(212°F)보다 약간 높은 온도로 가열해 암모니아를 방출시키고 톱밥을 체로 걸러낸다. 용해·재침전으로 뉴베라이트를 회수하면 바인더를 다시 사용할 수 있고, 스트루바이트는 완속 방출 비료로도 활용될 수 있다. 향후 과제는 생산 최적화와 규모 확장, 그리고 광물 바인더의 비용 문제 해결이며, 하수 처리장에서 나오는 스트루바이트가 원료가 될 수 있다. 연구 결과는 Chem Circularity에 게재되었으며 출처는 ETH Zurich이다.
어려운 단어·표현
- 스트루바이트 — 수분과 암모니아를 포함한 무기인산염 광물
- 뉴베라이트 — 스트루바이트와 관련된 무기 화합물 전구체
- 전구체 — 다른 화합물로 변하기 전의 초기 형태전구체의
- 현탁액 — 고체 미세입자가 떠 있는 액체 혼합물현탁액에서
- 결정화 — 액체에서 규칙적 고체 구조가 생기는 과정결정화를
- 바인더 — 재료의 입자를 붙여 결합시키는 물질바인더로, 바인더를
- 숯화 — 유기물이 부분적으로 탄화되어 탄화층이 되는 과정숯화를
- 회수하다 — 사용한 물질을 다시 얻는 과정회수하면
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토론 질문
- 이 공정에서 하수 처리장에서 나오는 스트루바이트를 원료로 쓰는 것이 가지는 잠재적 장점과 문제점은 무엇일까?
- 재활용성 측면에서 스트루바이트 톱밥 보드가 기존 시멘트 접합 보드보다 유리한 이유와 한계를 설명해 보라.
- 이 기술을 대규모 생산으로 확장하려면 어떤 기술적·경제적 과제를 먼저 해결해야 할지 의견을 말해 보라.
