Penn 연구원들은 음식물 쓰레기를 파인애플 껍질부터 셀러리 줄기까지 건축 자재로 바꾸고 있습니다.

파인애플과 망고 껍질로 만든 집에 살고 있다고 상상해 보세요. 집에 들어오고 나갈 때 향기가 여러분을 맞이할 것입니다. 그리고 집을 짓는 데 사용된 자재가 일상 쓰레기에서 나온 것이며 탄소 배출 증가에 기여하지 않았다고 상상해 보십시오. 게다가 집이 철거되더라도 자재가 매립되거나 소각장에 버려지지 않습니다.

이것이 바로 펜실베이니아 대학의 건축과 조교수인 Laia Mogas-Soldevila와 그녀의 연구 조교인 Yasaman Amirzehni가 꿈꾸는 것이 아니라 Weitzman School of Design의 DumoLab에서 건설을 위해 노력하고 있는 미래입니다.

Mogas-Soldevila는 “생체 재료 혁명이 다가오고 있으며 우리 모두는 더 건강하고 자연적으로 생분해될 수 있으며 콘크리트와 기술 세라믹의 성능과 동일한 성능을 발휘할 수 있는 재료를 제공할 수 있도록 준비해야 합니다”라고 말했습니다.

이 “생체 재료 혁명”은 캠퍼스의 Hill House 카페테리아에서 시작됩니다. Penn Dining 케이터링 업체인 Bon Appétit에 고용된 직원들은 과일 샐러드 바에 줄을 선 학생들을 위해 매주 35~40상자의 파인애플을 자릅니다.

Penn의 Bon Appétit 요리 디렉터인 Shazad Khan은 “과일 껍질을 지속 가능한 빌딩 블록으로 바꾸기 위해 DumoLabs와 협력하는 것은 우리가 정말 기대하는 일입니다.”라고 말했습니다. “예를 들어, 곰팡이 방지를 위해 블록에 들어갈 수 있는 파인애플의 천연 항산화 특성이나 따뜻함을 생성하는 데 도움이 되는 멜론 껍질의 천연 단열 특성을 갖는 것은 우리가 정말 기대하는 것입니다.”

Khan은 Penn Dining의 음식물 쓰레기 중 92%가 퇴비화된다고 말했습니다. 그러나 건축 디자이너 Amirzehni는 퇴비 통에 들어가는 대신 매주 파인애플 껍질을 ​​수집하여 실험실로 가져가 탈수기에서 건조시킵니다.

Amirzehni는 또한 Penn Farm에서 먹을 수 없는 토마토, 가지, 해바라기 부분을 수집합니다. 캠퍼스의 남동쪽 가장자리, 거리 아래에 위치하며 Amtrak과 CSX 철도 선로 사이에 끼어 있는 학생 농부들은 DumoLab에 넘겨주기 전에 South Street Bridge 아래에서 폐기물을 건조시킵니다.

연구실에는 말린 과일과 야채 껍질이 담긴 양동이가 넘쳐납니다.

Amirzehni는 수수 꽃과 건조하고 버려진 셀러리를 담은 양동이를 꺼냅니다.

Amirzehni는 “셀러리 향이 정말 좋고 정말 강해요.”라고 말했습니다.

Amirhzehni는 또한 노점상에서 망고 껍질을 수집하고 제약 회사에서 달걀 껍질을 수집합니다. 완전히 건조되면 그녀는 그것들을 함께 갈아서 고운 가루로 만듭니다. 달걀 껍질은 식물성 섬유 혼합물에 힘을 더해줍니다. 그들은 어업에서 새우 껍질을 공급받아 가루로 된 음식 찌꺼기와 결합되는 젤라틴 바인더를 만듭니다.

음식물 찌꺼기와 건설 폐기물을 매립하지 않도록 하세요.

필라델피아에서는 음식물 쓰레기가 도시 전체 쓰레기 흐름의 약 17%를 차지하는데, 이는 결국 매립지나 소각장으로 가게 된다는 의미입니다.

그러나 DumoLab의 연구원들은 매립지와 소각장에서 음식물 쓰레기를 처리하는 방법, 더 건강한 건축 자재를 만드는 방법, 기후 변화에 대처하는 방법 등 여러 문제를 동시에 해결하는 것을 목표로 하고 있습니다.

이는 단순히 재활용이 아닌 “순환 경제”로 알려진 것의 일부입니다. 이는 재료를 재사용 및 개조하고 가능한 한 많은 물건을 폐기물 흐름에서 제외하는 매력적이고 기능적인 제품을 디자인하는 것입니다. 우리가 지금 낭비라고 생각하는 것을 보는 것이 아니라 귀중한 자원을 보는 것입니다.

2025년에 콘크리트, 아스팔트 등 약 6,100만 톤의 건설 및 철거 자재가 펜실베니아 매립지 및 소각장으로 보내졌습니다. 이는 수거된 전체 폐기물의 약 7.6%에 해당합니다.

UN에 따르면 건설 산업은 전 세계 에너지의 약 32%를 소비하고 전 세계 이산화탄소 배출량의 34%를 차지합니다. 콘크리트, 강철, 알루미늄 및 플라스틱은 대량의 온실가스를 배출하는데, 이는 주로 이를 생산하는 데 많은 화석 연료 에너지가 필요하기 때문입니다.

그러나 DumoLab에서는 분쇄가 에너지 사용의 주요 원천입니다. 생성된 복합재는 소성하거나 경화할 필요가 없으며 바로 금형이나 3D 프린터로 전송됩니다.

“그런 다음 공정의 마지막 부분은 이를 천연 왁스나 천연 오일로 코팅하는 것입니다.”라고 Mogas-Soldevila는 말했습니다.

Mogas-Soldevila와 Amirzheni는 계속해서 파인애플 냄새가 나는 완성된 타일을 보여줍니다.

건축자재가 건강에 해로운 이유

기후 배출 외에도 현대 건축 자재는 환경에 더 넓은 영향을 미칩니다.

뉴욕에 있는 New School’s Parson’s School of Design의 Healthy Materials Lab 공동 설립자인 Alison Mears는 “그들은 또한 독성 배출에 대한 책임이 있습니다”라고 말했습니다.

Mears는 제2차 세계 대전 이후 화석 연료 산업의 부산물로 구성된 합성 화학 물질의 새로운 건설과 혁신이 폭발적으로 증가했다고 말했습니다.

Mears는 “석유화학 제품은 값싸고 풍부하며, 이를 통해 무엇을 할 수 있는지에 관해 특별하게 만드는 놀라운 속성을 갖고 있습니다.”라고 말했습니다. “그래서 그것은 화학자들에게 일종의 멋진 신세계였습니다.”

Mears는 식품이나 의약품과 달리 건축 자재 중 어느 것도 규제 대상이 아니라고 말했습니다. 그러나 그녀는 혈액 검사 결과 사람들이 실내에서 시간을 보내면 노출될 수 있는 미세 플라스틱과 독성 PFAS 화학물질이 밝혀졌다고 말했습니다.

“그래서 지금 어디에 있든 주변을 둘러보고 바닥을 보고 벽을 보면 당신이 앉아 있는 가구를 보게 됩니다. 마감 처리가 된 나무 바닥이 있을 수도 있고 마감 처리가 없는 비닐 바닥이 있을 수도 있지만 기본적으로 플라스틱 바닥이 있을 수 있습니다. 서로 다른 화학적 함량을 지닌 다양한 섬유의 조합으로 구성된 카펫이 있을 수 있습니다. 주변의 모든 것들은 석유화학 프로필을 가지고 있습니다.”

Mears는 이러한 재료가 불활성이 아니지만 가스를 배출하고 피부나 호흡을 통해 흡수될 수 있고 여러 가지 건강에 영향을 미칠 수 있는 더 작은 입자를 침출하기 때문에 건축가와 디자이너가 지난 10년 동안 이러한 재료의 잠재적인 건강 영향에 대해 더 잘 인식하게 되었다고 말했습니다.

그러나 DumoLab의 연구원들은 실험적인 건축 자재 중 어느 것도 독성이 없을 것이라고 말했습니다.

Mogas-Soldevila는 “그리고 비가 이러한 물질을 씻어내면 불쾌한 화학 물질 대신 영양분을 땅에 보냅니다.”라고 덧붙였습니다.

전통적인 재료와 비교하여 측정

현재 팀은 이러한 천연 소재를 건축 및 엔지니어링 표준에 맞춰 실험하고 테스트하여 내구성과 강도가 콘크리트와 같은 보다 일반적인 소재를 견딜 수 있는지 확인하고 있습니다.

“이것이 바로 우리가 최대한 많은 폐기물을 원하는 이유입니다. 식물마다 다공성이 더 많고, 섬유질이 더 많으며, 유연성이 더 좋고, 압축 능력도 더 좋기 때문입니다.”라고 그녀는 말했습니다.

이러한 천연 물질 중 다수는 이미 생물의학에 사용되고 있습니다. 그러나 이러한 용도에서는 우리 몸이 흡수할 수 있도록 부드럽고 질척질척해야 한다고 Mogas-Soldevila는 말했습니다. 그러나 건축 자재는 단단해야 하고 어느 정도 유연성이 있어야 합니다.

연구실은 Penn의 미술 건물에 있지만 작업은 학제간입니다. 즉, 공학, 화학, 물리학, 생물학 및 문제 해결 설계를 건물의 미래로 보는 것과 통합하는 것입니다.

Mogas-Soldevila는 또 다른 실험인 새우 껍질, 모래, 아마 섬유로 만든 아치를 자랑스럽게 지적합니다. 그녀가 인클로저 역할을 할 수 있기 때문에 쉘이라고 부르는 이 모델은 상단 높이가 약 4피트이고 양쪽 끝에서 6피트입니다.

“두께는 0.5cm이지만 두꺼운 콘크리트 껍질만큼 강하고 매우 얇기 때문에 우리는 흥분했습니다.”라고 Mogas-Soldevila는 말했습니다. “물론 그렇게 얇은 것으로 계산됩니다. 그래서 우리는 순한 재료를 사용하면서도 최소한의 재료를 사용하려고 하기 때문에 많은 구조적 최적화가 이루어지고 있습니다.”

그녀는 화석 연료를 기반으로 하지 않는 이러한 물질을 깨지기 쉽지 않고 강하고 얇게 만드는 방법을 찾는 것이 핵심이라고 말했습니다.

“에폭시 유리섬유 헬멧을 만든다고 상상해 보세요.” 그녀가 말했습니다. “새우껍질 아마 헬멧을 만들려면 더 두껍게 만들어야 하지만 탄소섬유 헬멧과 마찬가지로 보호해 줄 거예요.”

얇은 탄소섬유 헬멧과 부피가 큰 천연섬유 헬멧은 동일한 수준의 안전성을 가질 수 있지만, 하나는 매립되고 다른 하나는 자연적으로 분해될 수 있습니다.

Mogas-Soldevila는 “수명 종료”로 알려진 부분 때문에 건물의 미래가 재활용 폐기물로 만들어지는 것은 불가피하다고 말했습니다.

“인생의 종말은 매우 문제가 많다”고 그녀는 말했다. “수명이 끝나면 콘크리트와 철근을 분리할 수 없습니다. 여기서 철근은 섬유입니다. 그래서 굽어질 수 있습니다. 이것이 바로 새우와 짚으로 빔을 만들 수 있는 방법입니다. 굽기에 매우 좋은 짚이 있고 짚을 자체적으로 묶는 데 매우 좋은 새우 껍질이 있기 때문입니다. 이제 우리는 콘크리트와 철근이 하는 역할인 굽힘 압축 재료를 갖게 되었습니다.”

현재 이와 같은 실험은 매우 초기 단계에 있습니다. 제조업체는 자체 폐기물 처리 비용을 지불해야 하는 경우에만 이러한 유형의 생분해성 재료에 투자할 것이라고 Penn’s Weitzman School of Design의 커뮤니케이션 이사인 Michael Grant가 말했습니다.

Grant는 “어느 시점이 되면 개발자는 수명 주기와 폐기물에 대해 책임을 지게 될 것입니다.”라고 말했습니다. “그러나 폐기물에 대한 재정적 책임이 있기 전까지는 바이오재료에 충분히 투자할 충분한 인센티브가 결코 없을 것입니다.”

그랜트는 그날이 올 것이라고 확신한다고 말했다.

“매립지가 가득 차고 도시에서는 더 이상 폐기물을 태울 수 없게 되면서 이런 일이 일어날 것입니다.”라고 그는 말했습니다.

문제는 이 제품을 확장할 수 있느냐는 것입니다.

Mears는 짚과 같은 농업 폐기물이 널리 퍼져 있기 때문에 미래를 이 분야에서 본다고 말했습니다.

Mears는 “이런 종류의 재료를 사용하여 매우 흥미로운 건축 제품 개발이 일어나는 곳입니다”라고 말했습니다. “우리가 폐기물이라고 불렀을 수도 있지만 이제는 자원이 된 그런 종류의 제품 사용에 대한 규모와 채택을 볼 수 있습니다.”

Mears는 현재 유사한 제품을 연구하는 많은 학술 연구실이 있지만 초기 단계에 있다고 말합니다.

“일부 장소에서는 주거용 규모이더라도 규모를 어떻게 확장할지 생각하기 시작했다고 생각합니다. 규모는 매우 작지만 그것이 희망입니다.”라고 그녀는 말했습니다.

Mogas-Soldevila는 “미래가 다가오고 있습니다”라고 말했습니다. “우리는 이미 현대 시대에 도입된 스트로베일 주택을 보유하고 있습니다. 우리는 모두 덴마크 해조류 지붕과 이를 현대화할 수 있는 방법을 조사하고 있습니다. 곧 다가올 것입니다.”

Mogas-Soldevila는 많은 기후 및 환경 문제를 해결하기 위해 새로운 것을 발명할 필요가 없다고 말했습니다. 답은 자연 속에 있기 때문입니다. 그녀는 미래를 건설하기 위해 음식물 쓰레기를 찾는 데 집중하고 있습니다.