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NEW 건설시스템 장일한 교수팀, 친환경 하천 침식 저감 기술 개발
- 2023-05-26
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우리 대학 건설시스템공학과 연구진이 제방 붕괴의 주요 원인 중 하나인 내부 침식을 친환경적으로 저감할 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술을 통해 환경∙생태계에의 영향을 최소화하는 친환경 하천 구조물 보강 및 유지관리가 가능할 전망이다.
장일한 아주대 건설시스템공학과 교수는 제방 붕괴의 주요 원인 중 하나인 내부 침식을 친환경적으로 저감할 수 있는 미생물 기원 생체다당류 활용 실용화 기술 개발에 성공했다고 밝혔다. 해당 내용은 ‘흙 제방의 내부 침식 완화를 위한 건설재료써의 잔탄검 바이오폴리머 기반 흙 처리 기술 : 현장 적용(Xanthan gum biopolymer-based soil treatment as a construction material to mitigate internal erosion of earthen embankment: A field-scale)’이라는 논문으로 건설분야 최상위권 저널인 <컨스트럭션 앤드 빌딩 매터리얼스(Construction and Building Materials)> 2023년 5월호(온라인)에 게재됐다.
우리 학교 건설시스템공학과 장일한 교수가 교신저자로 해당 연구를 주도했으며, 미국 노스웨스턴대학(Northwestern University) 권영만 박사, KAIST 조계춘 교수, 명지대 김영욱 교수와 문준호 박사가 공동 연구진으로 함께 했다.
최근 건설 분야에서는 생물학적 재료를 이용한 ‘바이오-지반공학’ 기술에 대한 관심이 높아지고 있으며, 특히 미국과 유럽을 중심으로 다양한 연구가 진행되고 있다. ‘바이오-지반공학’은 토목 공사 분야에서 탄소발자국이 큰 시멘트 사용을 저감하면서, 문명의 토대가 되는 흙을 친환경적으로 보강하는 신재료 관련 실용화 기술을 말한다. 그러나 관련 기존 연구들은 대부분 실험실 규모의 원천기술 개발에 국한되어, 대형 규모에서의 적용·검증된 사례는 거의 없는 수준이다.
아주대 연구팀은 미생물 기반 생체다당류의 일종인 잔탄검 바이오폴리머 기반 흙 처리(Biopolymer-based soil treatment; BPST) 기술을 이용해 재료를 개발했다. 그리고 이를 실제 규모의 제방에 적용, 우수한 시공성과 내부 침식 저감 효과를 검증하는데 성공했다.
연구팀은 실제 규모 제방 구조물을 축조하고, 대형 수리실험설비를 이용해 제방 내부로의 물 침투 및 흐름을 유도했다. 이후 제방 축조 시 미리 설치된 광섬유 모니터링 시스템을 이용해 물의 흐름에 의한 제방 내부의 국부적 온도 변화를 평가, 실시간 내부 침식량을 확인했다. 이러한 실험을 통해 연구팀은 BPST 처리된 제방이 아무런 처리 하지 않은 기존 제방 유형에 비해 내부 침식을 획기적으로 저감시킴을 확인하였다.
장일한 교수는 "그동안 구현이 어려웠던 실대형 규모의 지반 인프라 구조물에 대한 생체 기반 지반 재료의 처리를 실현하고 그 효과를 검증했다는 점에서 학문적·기술적 의의가 있다"며 "바이오폴리머 재료를 응용하면, 기존의 시멘트·콘크리트 위주의 하천 주변 경관을 인간과 환경이 공존하는 녹색으로 새롭게 탄생시킬 수 있을 것"이라고 전했다.
아주대 연구팀은 이번 연구성과를 기반으로 후속 연구를 진행할 예정이다. 실제 상용화가 가능하도록 높은 기술적 파급효과를 가진 바이오폴리머 기반 지반공학 기술을 추가로 개발하겠다는 목표다.
이번 연구는 한국연구재단이 주관하는 중견연구지원사업과 국토교통부가 주관하는 물관리연구사업의 지원을 받아 수행되었다.
* 위 사진 설명 - 왼쪽이 축조된 실대형 제방 모형(높이 3m, 길이 15m). 오른쪽이 내부 침투 유도 25분 후의 모습. 일반 제방은 내부 침식이 시작된 지 25분 만에 심각하게 붕괴된 반면, 내부에 바이오폴리머-흙 처리 된 제방은 한 시간이 지났음에도 파괴없이 안전한 상태를 유지했다.