도로의 CO₂를 줄이는 최단 경로? 눈이 많은 지역의 적, 균열을 억제하는 새로운 방법: 조류 오일이 아스팔트를 '유연하게'

겨울 도로가 파손되는 "항상 있는 이유"에 대한 예상치 못한 답변

눈이 많이 내리는 지역이나 기온 차가 큰 지역에 살고 있다면, 봄철 도로는 대개 같은 모습을 하고 있다. 균열이 그물 모양으로 생기고, 그곳에 물이 들어가 얼고 팽창하며 녹아 틈이 남고, 결국 포트홀로 이어진다. 차는 튀어 오르고, 보행자는 위험에 처하며, 지자체의 보수 비용은 증가한다.

이 "겨울의 부채"를 조금이라도 줄이기 위해 연구자들이 제안한 재료가 있다. 도로에 섞는 것은 타이어도 플라스틱도 아닌 바로 "조류(미세조류)"이다. Phys.org(ACS 제공 기사)에 따르면, 조류 유래 성분으로 만든 아스팔트용 바인더(결합재)가 영하에서의 균열을 억제하고 내구성을 높일 가능성이 있다고 한다. Phys.org

아스팔트의 "약점"은 석유 유래의 "접착제"가 단단해지는 것

아스팔트 포장은 모래나 자갈 등의 골재를 비튜멘(원유 유래의 점착성 물질)이 결합하여 형태를 유지하고 있다. 더운 날에는 늘어나고, 추운 날에는 줄어든다—이 신축에 따라갈 수 있는 "유연성"이 생명이다. 그러나 급격히 추워지면 바인더가 취약해져 균열이 쉽게 생긴다. 균열의 입구가 생기면 물이 들어가고, 동결·융해의 반복으로 손상이 급속히 커진다. Phys.org

이번 연구는 이 "추위로 단단해지는 문제"에 대해, 조류 오일을 원료로 "고무 같은" 성질을 가진 지속 가능한 바인더를 만들어 저온 영역에서의 성능을 목표로 하고 있다. Phys.org

4종류의 조류 오일을 "계산으로 평가"하여 가장 유망한 것을 선택

흥미로운 점은, 바로 실험으로 들어가지 않는다는 점이다. 연구팀은 4종의 조류 유래 오일에 대해 아스팔트의 고체 성분과 "잘 섞이는지", "얼음 온도대에서 기능을 유지할 수 있는지"를 계산 모델로 평가하고, 그 후에 시험으로 연결했다. Phys.org

결과적으로 유망하다고 평가된 것은 담수성 녹색 미세조류 Haematococcus pluvialis 유래의 오일이다. 이 오일이 교통 하중을 모방한 응력 하에서의 영구 변형(바퀴 자국 방향의 손상)에 대한 저항이나, 습기로 인한 손상 현상에 대한 저항에서 좋은 경향을 보였다. Phys.org

"동결×교통" 모의 시험에서 변형 회복이 최대 70% 개선

실험실에서 "교통을 밟고", "얼리고 되돌리는" 것을 반복하는 데모 시험에서는, H. pluvialis를 사용한 조류 아스팔트가 기존의 원유계 바인더 포장에 비해 최대 70%의 변형 회복 개선을 보였다고 한다. 또한 영하에서는 석유계 바인더보다 균열이 줄었다는 것이 요점이다. Phys.org

여기서 중요한 것은 "단순히 단단하게 하는 것"이 아니라, "추울수록 필요한 유연성과 회복성"을 높이려는 것이다. 한랭지의 포장은 너무 부드러우면 여름에 바퀴 자국이 생기고, 너무 단단하면 겨울에 균열이 생긴다. 조류 유래 바인더는 그 줄타기에 다른 선택지를 제공한다.

CO₂ 감축 영향: 1% 대체로 4.5% 감축, 22%로 "탄소 중립" 가능성

성능뿐만 아니라 환경 측면의 수치도 제시되어 있다. 연구팀의 추정에 따르면, 석유계 바인더의 1%를 조류 유래 바인더로 대체하는 것만으로도 아스팔트의 순 탄소 배출이 4.5% 감소할 가능성이 있다고 한다. 더 나아가 약 22%를 조류 유래로 할 수 있다면 이론적으로는 탄소 중립에 가까워질 가능성이 있다고 언급되어 있다. Phys.org

물론, 여기서는 가장 논란이 일기 쉬운 포인트이기도 하다. 탄소 중립은 "조류를 키우는 방법", "오일 추출·개질에 사용하는 에너지", "운송", "포장 수명이 정말로 연장되는지" 등, 라이프사이클 전체에서 평가해야만 확립된다. 수치는 "가능성의 지표"로 읽고 싶다. American Chemical Society

실행의 장벽: 규모, 비용, 규격, 그리고 "더운 쪽"의 평가

연구 측은 "고성능이면서 비용 효율이 좋은, 지속 가능한 포장 인프라"로의 길을 그리고 있다. Phys.org

한편, 실행에는 여러 논점이 있다.

• 원료 규모: 도로는 양이 엄청나다. 조류 오일을 어떤 공급망으로, 어떤 가격으로, 안정적으로 공급할 수 있는가.

• 제조·혼합 프로세스: 기존의 아스팔트 플랜트에서 다룰 수 있는 점도·온도 범위인지, 개조가 필요한지.

• 장기 내구성: 자외선, 산화, 반복 하중, 제설제, 기름 얼룩 등의 현실 조건에서 성능이 몇 년 유지될 수 있는가.

• 더운 계절의 성능: 겨울에 강해도 여름의 바퀴 자국·유동 저항이 떨어지지 않는가.

• 규격·인증: 공공 공사에 사용하려면 규격 적합과 발주자 측의 채택 판단이 필요하다.

이번 성과는 "영하 성능의 손응"을 보여준 단계로, 다음으로 필요한 것은 필드(실제 도로)에서의 데이터다.

SNS의 반응: 기대의 목소리와 "숫자의 이면"을 묻는 시선

이 주제는 연구실 안에만 머물지 않는다. 연구를 이끄는 Elham Fini씨(Ellie Fini 명의)의 LinkedIn 게시물에서는 논문이 ACS Sustainable Chemistry & Engineering의 표지에 실린 것, 더 나아가 "분자 수준의 지표(polarizability)로 바이오 오일의 상성을 예측하는" 접근법을 강조하며 반응(리액션)과 댓글이 모이고 있다. LinkedIn

댓글란에는 예를 들어 "지속 가능한 재료로 인상적이다", "인프라에 과학을 더하는 것은 더 녹색의 미래로 이어진다"는 칭찬이 보인다. LinkedIn

한편, SNS에서 이 종류의 "녹색 소재×인프라"가 화제가 되면 거의 반드시 나오는 논점도 있다.

• "그거, 대량 생산 가능해?"(공급량과 가격)

• "정말로 CO₂가 줄어드나?"(LCA 전제에 대한 지적)

• "다른 환경 부담은?"(토지·물·화학 처리, 산업화의 부작용)

• "내구성은 몇 년?"(포장은 "오래 가야 제값")

칭찬과 검증 요구가 함께 나오는 것은 오히려 건강한 것이다. 도로라는 사회 인프라에 사용하는 이상, "재미있는 소재"만으로는 채택되지 않는다. 성능·비용·시공성·안전성·환경 영향을 현장의 언어로 설명할 수 있는 단계까지 구체화할 수 있는지가 승부가 된다.

그럼에도 불구하고, 조류 아스팔트가 보여주는 "다음의 상식"

이번 연구의 가치는 "조류를 섞으면 에코"가 아니라, 한랭지의 고장 모드(저온 균열)에 대해 재료 설계로 정면으로 대응할 수 있다는 점에 있다. 게다가 재료 탐색에 계산 모델을 도입하여 후보를 좁히고, 실험으로 확인하며, 배출 감축의 가설까지 제시했다. Phys.org

겨울에 파손되고, 봄에 수리하고, 다시 겨울에 파손되는—그 루프를 조금이라도 완화할 수 있다면, 운전자의 안전도, 지자체의 예산도, 결과적으로 CO₂도 움직인다. 조류가 도로를 구하는 날이 올지 여부는 다음 필드 데이터에 달려 있다.

(참고: DOI 10.1021/acssuschemeng.5c03860/자금은 미국 에너지부 지원의 기재 있음)