ETH 취리히, 건물의 콘크리트 사용을 줄이기 위해 FoamWork 개발

ETH Zurich의 연구원들은 재활용 가능한 미네랄 폼으로 만든 3D 프린팅 거푸집 요소를 사용하여 프리캐스트 콘크리트 슬래브를 만들었습니다. 이 슬래브는 재료를 70% 적게 사용하면서도 더 가볍고 단열 성능이 뛰어납니다.

FoamWork로 알려진 이 시스템은 콘크리트가 주위에 타설되고 경화되도록 방치되기 전에 다양한 모양과 크기의 24개의 광물 거푸집 요소로 채워진 기존의 직사각형 몰드를 보고 패널 전체에 빈 셀을 만듭니다.

그 결과 내부 형상은 주요 응력선을 따라 슬래브를 강화하도록 최적화되어 필요한 강도를 생성하는 동시에 슬래브 생산에 필요한 콘크리트 양을 대폭 줄였습니다.

건축가 패트릭 베다르프(Patrick Bedarf)는 이것이 대규모로 채택되면 특히 세계에서 가장 큰 단일 CO2 배출원인 건축 및 시멘트의 탄소 배출량을 줄이는 데 도움이 될 수 있다고 믿습니다.

ETH Zurich의 디지털 건축 기술(DBT) 부서 연구원인 Bedarf는 "건설은 CO2 배출에 크게 기여하며 시멘트 생산만으로도 전 세계 배출량의 7%를 차지합니다."라고 말했습니다.

"FoamWork를 사용하면 콘크리트 슬래브에서 자재 소비로 인한 배출이 줄어들 것입니다. 또한 질량이 낮아지면 전체 하중 지지 구조의 치수에 이차적인 영향을 미치고 건설 현장에서의 운송 및 취급 노력이 줄어듭니다."

거푸집 요소 자체는 미네랄 폼을 사용하여 자율 로봇 팔에 의해 3D 프린팅됩니다. 미네랄 폼은 전통적으로 시멘트 발포로 만들어졌으며 높은 다공성으로 인해 건축 단열재로 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

시멘트 생산과 관련된 배출을 피하기 위해 FoamWork 시스템은 비산회라고 불리는 석탄 화력 발전소의 폐기물로 만들어진 스위스 스타트업 FenX가 개발한 대안을 사용합니다.

이는 석탄 연소와 관련된 배출을 고려할 때에도 폼의 탄소 배출량을 최소화하는 데 도움이 된다고 회사는 주장합니다.

최종 FoamWork 요소는 프리캐스트 콘크리트 슬래브의 단열성을 향상시키기 위해 제자리에 남겨두거나 재활용 및 재인쇄하여 새로운 거푸집을 만들 수 있습니다.

적층 제조 공정에서 부산물이 생성되지 않는다는 점을 고려하면 이는 전체 시스템이 폐기물이 전혀 없을 가능성이 있음을 의미합니다.

Bedarf는 Dezeen에 "현재 맞춤형 거푸집 기하학적 구조는 생산하기에 매우 낭비적이거나 실현 불가능합니다"라고 말했습니다.

"중공 플라스틱 거푸집은 표준화된 대형 슬래브의 콘크리트를 줄이는 데 사용할 수 있으며, 비표준화된 소규모 응용 분야의 경우 콘크리트용 복잡한 거푸집은 목재로 수동으로 제작하거나 밀도가 높은 플라스틱 폼을 CNC로 절단하여 제작합니다."라고 그는 덧붙였습니다.

"두 가지 접근 방식 모두 노동 집약적이며 치핑 및 오프컷을 통해 많은 재료를 낭비합니다."

콘크리트 패널의 내부 형상은 이탈리아 건축가 Pier Luigi Nervi가 1940년대에 주요 응력선을 따라 골이 있는 바닥 슬래브를 개발한 방식을 통해 특정 모양에 맞게 최적화되었습니다.

그러나 내부 셀의 모양과 구성을 맞춤화하여 벽부터 전체 지붕까지 다양한 콘크리트 건물 요소를 만들 수 있습니다.

대규모 탄소 배출량을 해결하기 위해 최근 글로벌 시멘트 및 콘크리트 협회(Global Cement and Concrete Association)는 2050년까지 순 제로 배출량을 달성하겠다고 약속했습니다.

이를 달성하기 위해 업계에서는 시멘트에서 가장 탄소 집약적인 성분인 클링커의 대체재를 찾는 노력은 물론 탄소 포집 기술을 활용하여 클링커 생산 과정에서 발생하는 배출물을 제거하기 위해 노력하고 있습니다.

현재는 대기 중으로 방출되는 탄소에서 시멘트를 만드는 데 필요한 칼슘을 분리하기 위해 고온에서 탄산칼슘을 연소시키는 작업이 포함됩니다.

이러한 종류의 혁신이 대규모로 채택될 때까지 건축가가 재료 및 건축에서 건물의 내재된 탄소 발자국을 최소화하는 가장 쉬운 방법은 콘크리트 및 강철과 같은 고탄소 재료를 보다 아껴서 효율적으로 사용하는 것입니다.