[이슈메이커=임성희 기자]
탄소 네거티브 연구, 건설 전주기 판도를 바꿀 혁명 아이템
“건설 분야에 탄소중립과 AI가 안정적으로 접목되는데 중요한 마중물 역할 하고파”
탄소중립과 인공지능 시대, 대세를 따르는 건설 연구
전반적으로 경제 상황이 안 좋은 가운데, 건설경기도 다를 바 없다. 이렇게 건설경기가 주춤할 때, 내공을 더 쌓도록 노력해야 한다고 최명성 교수는 이야기한다. 특히, 그는 건설재료 중 콘크리트 전문가인데, 콘크리트의 강도만큼 단단한 난공불락의 건설재료 연구에서 탄소중립 시대에 맞춰 친환경 콘크리트 연구를, 인공지능 시대에 맞춰 인공지능을 활용한 스마트한 콘크리트를 연구하는 시대의 흐름을 잘 읽는 연구자다. 시대에 맞춰 좌절하지 않고 연구하다 보면 건설경기가 상승곡선을 탈 때 그 능력치를 백분, 이백 분 발휘할 수 있다고 그는 제자들에게 강조한다. 지금, 이 순간도 인공지능 등 첨단기술을 열심히 공부하며 건설 분야 연구의 새로운 흐름을 선도하는 최명성 교수를 만나봤다.
친환경은 기본, 인공지능도 다루는 콘크리트 연구그룹
고전적인 콘크리트와 친환경, 인공지능은 잘 안 어울리는 조합 같다. 탄소중립, 인공지능 시대에도 말이다. 아무리 탄소배출이 높은 콘크리트 라지만, 비즈니스인 건설산업에서 가성비 최고의 콘크리트를 대체할 물질이 있을까 싶은데, 전 세계적으로 수많은 연구가 이뤄지고 있는 만큼 어느 누가 관련 기술을 선도할까 이목이 쏠리고 있기도 하다. 인공지능 시대를 맞아 콘크리트도 인공지능의 옷을 입고 새롭게 변신해야 하는데, ‘호박에 줄 긋는다고 수박 되냐?’라는 말처럼 왠지 본연의 보수성으로 변신이 힘들 것 같기도 하지만, 인공지능이 대세인 지금 변신하지 않으면 안 되는 때가 됐다. 인공지능의 툴을 어떤 아이디어에 어떻게 잘 현명하게 사용하느냐가 관건일 것이다.
2019년 3월 단국대에 부임한 최명성 교수는 대우건설과 동국대를 거친 경력자다. 교수부임에 가장 큰 부분은 경력이 아니라 연구성과라 하지만, 그의 산업체 경험은 현재 학생을 교육하고 현장성 높은 연구를 하는 데 큰 도움이 된다. “처음 부임해서는 건설안전 및 건설재료 분야를 연구하다가, 현재는 탄소중립, AI 기술을 접목한 연구에 집중하고 있습니다”라며 “스마트구조재료연구실로 명명했는데요, 기본적으로 건설 구조 및 재료에 대한 특성을 이해하고, 최신의 스마트 기술과 융합할 수 있는 연구를 수행하고자 합니다”라고 그는 소개했다. 그의 이런 연구에 대한 융통성은 몇 년 만에 굵직굵직한 사업에 선정되는 쾌거로 이어지고 있다. 2023년 기초연구실이 그 시작인데, 집단연구인 ‘순환-지속가능한 지반재료 및 시스템 디자인 연구실’은 올해 마지막 연도 연구를 진행 중이다. “건설폐기물을 주원료로 업사이클링 건설재료 제조 및 활용 기술 개발 영역을 맡아 현재 폐콘크리트에서 나오는 시멘트 잔존물인 미립분의 성능을 개선해 보도블록, 벽돌 등 2차 제품에 접목하는 기술을 개발했고, 기술이전을 위해 산업체와 논의 중입니다”
-CO₂ 배출 많은 시멘트 산업, 전 주기적 관점에서 친환경적으로 디자인
-미생물과 바이오차(biochar) 활용
최명성 교수는 2024년도에 ‘탄소 네거티브 콘크리트 개발’을 주제로 과학기술정보통신부 주관 스팀(STEAM) 연구사업에 연구책임자로 선정됐다. 탄소 제로를 넘어 탄소 저감 즉 탄소 마이너스까지 추구한다는 아이디어가 신선한데, 이를 위해 다양한 학문을 융합해 건설 전주기(원재료-시멘트 제조-콘크리트 배합-구조물 생애주기-재활용)를 친환경적으로 새롭게 디자인한다는 전략이다. “세계 최고 수준의 건설 전주기 탄소중립 솔루션을 제안하고자 합니다”라고 운을 뗀 그는 “시멘트 산업의 경우 전 세계적으로 약 41억 톤이 생산되며 이때 발생하는 CO₂는 전 세계 CO₂ 배출량의 5% 수준으로 철강산업 다음으로 CO₂가 많이 배출되는 산업입니다. 스팀사업은 연구재단의 대표적인 융합연구로, 우리는 스팀사업을 통해 토목/건축/화학/바이오 등 여러 학문 분야에서 개발된 CO₂ 저감 기술들을 융합해 시멘트·콘크리트 산업에서의 CO₂ 발생량의 net-zero를 넘어 negative를 달성하고자 합니다. 개발된 기술들을 활용할 수 있는 공정 및 시스템을 구축하고 성능평가를 통해 최적화 및 효율화함으로써 관련 기술에 대한 비즈니스 모델을 구축하는 것이 저희의 목표입니다”라고 설명했다.
연구팀은 첫째, 수소 환원 시멘트 공정 및 바이오차(biochar)를 이용한 무시멘트 제조 기술 개발을 통한 CO₂ net-zero, 둘째, 박테리아 코팅을 이용한 반영구 탄소 포집 기술 개발 및 폐콘크리트/산업부산물의 탄산화 CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage) 기술 개발을 통한 CO₂ negative를 핵심 목표로 연구를 수행하고 있다. “사업을 통해 건설 전주기 지속가능한 CO₂ 저감 혁신원천기술을 확보하고, 관련 시스템 고도화로 파일럿 스케일 검증 및 사업화 기반 구축 연구를 제안하고자 합니다”
소똥이 시멘트가 된다!
최 교수는 기자에게 핵심 기술로 이산화탄소를 흡수하는 미생물이 살 수 있는 콘크리트를 개발해 미생물이 죽을 때까지 반영구적으로 친환경성을 유지하는 콘크리트 개발과, 탄소중립 시대 친환경 재료로 주목받는 바이오차(biochar)를 활용한 무시멘트에 대해 소개했다. 바이오차는 왕겨·볏짚·목재·가축분뇨 등 바이오매스(Biomass, 에너지로 전용할 수 있는 물질)와 숯(Charcoal)의 합성어다. 바이오차는 바이오매스를 고온에서 산소 없이 열분해해 만든 숯 형태의 유기물로 땅에 뿌려주면 공기 중 탄소를 잡아줘 온실가스 감축뿐 아니라 토양개량 효과를 거둘 수 있다. 2018년 기후변화에 관한 정부 간 협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) 특별보고서에 바이오차가 처음으로 이산화탄소 제거 기술의 하나로 포함되며 전 세계적으로 기술 개발이 이뤄졌고, 농림업 분야에 활용된 사례가 있다. 하지만 건설 분야에 바이오차가 활용된 사례는 없어 최 교수는 원천기술 개발로 바이오차를 활용한 무시멘트 기술을 선도하겠다는 각오다. 그는 특히 축분을 활용한 바이오차에 대해 자세히 설명했다. “시멘트를 안 쓰고도 강도가 발현되는 무시멘트 재료가 있긴 하지만 굉장히 고가라 기존 시멘트를 대체하기에는 무리가 있습니다. 저희는 소똥인 우분을 활용한 바이오차로 무시멘트 기술을 개발하고 있으며 전 세계적으로 사례가 없어 많은 주목을 받고 있습니다”
-수소 환원 시멘트 제조 공정, 파일럿 스케일 검증 준비
-산업체 관심 많아, 특허출원과 기술이전 준비
최근 스마트구조재료연구실이 가장 공을 들이고 있는 부분이 바로 수소 환원 시멘트 제조 공정 개발이다. 스팀사업 1단계의 핵심이자, 2단계로 넘어가는 연결고리가 될 연구이기도 하다. 현재는 랩 규모에서의 검증을 끝내고, 산업현장 규모에서의 파일럿 검증을 진행한다는 계획이다. “시멘트 제조 시 석회석(CaCO3)과 같은 원재료를 고온으로 가열하면 CO₂가 발생하게 되며, 시멘트 클링커 톤당 약 800kg 이상의 CO₂가 발생하는 것으로 보고되는데요, 저희가 설계한 환원 공정은 CO₂ 배출이 없으며, 소성 온도 또한 1,450℃에서 800℃로 낮춰 연소 배출 45%의 CO₂를 저감 할 수 있습니다”라며 “기존 시멘트 공정에 우리가 개발한 환원 공정을 추가만 하면 돼서 시멘트제조 산업체에서 굉장히 관심이 많습니다. 현재 미국 Titan 시멘트 회사, 이집트 국영 시멘트 회사와 상호 협력체계를 구축했으며, 국내에서도 한일시멘트, 쌍용시멘트와 협력관계를 유지하고 있습니다. 아울러, 비록 연구 시작 이후 1년이 지난 시점이지만 기존 참여 연구진들이 가지고 있던 연구성과들이 확장된 내용을 중심으로 국내 전문기업으로 기술이전도 진행하고 있어 올해 말까지 최소 5개 업체와 기술이전 계약도 맺을 계획입니다. 그리고 서울시, 경기도와 시범사업 적용을 위해 관계기관과 협의 중이고 관련 특허 및 논문을 올해까지 공격적으로 내고 있습니다”라고 소개했다.
-AI 기반 재난 안전 연구하는 ERC 선정
-건설 분야에 AI 접목하는 연구확장에 이바지
스마트구조재료연구실은 2025년 글로벌선도연구센터(ERC)에 선정되며, AI를 접목한 건설 연구에 새 페이지를 열 것으로 보인다. ‘인공지능 플러스 K건설인프라 레질리언스 연구센터’로 성균관대를 주관으로 최명성 교수는 2그룹 연구책임을 맡아 ‘메가스트럭쳐 지능형 능동대응 다기능 복합재료 및 특성 모니터링 플랫폼’ 연구를 진행한다. 연구센터는 시공 중 건설 안전사고와 구조물 붕괴 사고 발생 시 인공지능 건설 인프라 안전·유지관리 모니터링 기술, 신속대응/급속 복구 기술과 첨단 모빌리티 기술을 접목해 메가스트럭쳐의 전 생애주기 안전진단 및 안전사고 대비 대응 기술을 확보하겠다는 계획이다. 25년 2월 경기도 안성시의 한 고속도로 건설 현장에서 교량이 붕괴하는 사고가 발생해 작업자 10명이 숨지거나 다치는 사고가 발생해, 더 관심을 받은 연구주제이기도 하다. 규모가 큰 토목건축물이다 보니, 안전 검증이나 검진에 한계가 있고, 한번 사고가 나면 그 피해가 커 사고를 예방하거나 사고가 발생해도 최소한의 피해만 발생하게 하는 기술 개발이 필요한데, 최첨단 인공지능을 접목한 재난 안전 연구가 주목받으며 ERC 선정의 영예를 안았다. “정말 우연히 성균관대 동료 교수님이 사업을 제안해주셨고, 처음에는 생소한 인공지능 분야라 망설였지만, 그래도 4차산업 기술이 앞으로의 먹거리가 될 것이라는 생각에 참여를 결정하였습니다. 준비하는 3~4개월 동안 매 주말에 회의하면서 많이 배울 수 있었고, 또 앞으로 우리 연구실의 연구 방향을 재정립하는데 중요한 시간이 되었습니다”라며 “연구재단의 대표적인 장기 연구지원사업인 ERC에 선정돼 영광이며 7년 많게는 10년간 연구책임자와 다양한 사업을 펼칠 예정입니다. 이를 통해 첫 번째는 건설 분야에 AI 기술이 안정적으로 접목되는데 중요한 마중물 역할을 하는 센터, 두 번째는 현재 약 25개 해외 선진기관과 MOU를 맺고 있어서 연간 3~4개 기관과 상호 교류하면서 국제적인 트렌드도 파악하고 국내 기술을 홍보할 수 있는 거점 센터가 되고자 합니다”라고 설명했다.
3년 동안 매년 큰 사업에 선정되며, R&D 연구비 가뭄 시대에 주위의 부러움을 사는 최명성 교수는 굉장히 덤덤히 그 원동력에 관해 소개했다. “저에게 주어진 업무에 소홀함 없이 최선을 다하고 또 전통만 고수하지 않고 빠르게 변화되는 연구환경에 능동적으로 대응하고자 한 마인드가 현재의 좋은 결과로 이어지지 않았나 생각합니다. 그리고 같은 호흡을 하는 우리 연구실 학생들이 정말 최선을 다해 함께 준비한 결과 이런 좋은 성과를 얻은 것 같습니다”
6년 동안 매일 아침 10km 러닝, 건강과 연구의 원동력
건설 분야가 탄소중립, 인공지능 시대에도 변화에 둔한 건 오래된 학문이기 때문일 것이다. 기라성 같은 연구자들과 성과는 뿌리 깊은 학문을 만들었다. 최근 신진연구자들은 최첨단 기술을 접목하고자 무던히 노력하고 있다. 전통과 현대기술은 다윗과 골리앗 같은 규모의 차이가 있지만, 대세를 따라 건설 분야에도 조금씩 파동이 일고 있다. 그 가운데 차별화된 아이디어와 오픈마인드로 건설 분야에 최첨단 기술 융합을 위해 부단히 노력하는 최명성 교수가 빛난다. 그는 근 6년간 매일 아침 10km 러닝을 하며 건강도 챙기고, 복잡한 마음도 다스린다고 밝혔다. “러닝을 하면서 땀을 흠뻑 발산한 다음에 출근하면 하루가 상쾌하고, 더 신기한 것은 그때 학생들이 모두 사랑스럽게 보입니다” 러닝으로 생긴 엔도르핀이 그에게 큐피드의 화살이 된 모양이다. 연구와 제자들이 사랑스러우면, 사랑을 기본으로 한 연구에 거칠 것이 없어 보인다.
현재 최명성 교수가 진행하는 연구들은 앞으로 우리나라 건설 기술의 새바람을 불러올 것이다. 기술의 혁명뿐만 아니라, 인력양성에서도 혁신을 추구하는 그는 올해 첫 박사 제자를 배출하며, 제자에 대한 각별한 애정을 내비치기도 했다. 인공지능을 다룰 줄 아는 건설 전문가 배출을 위해서도 최선을 다하겠다는 최명성 교수다.
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