균을 이용한 자체 치유 콘크리트 개발을 위한 균주 스크리닝

초록

본 연구는 콘크리트 균열을 자가 치유하기 위한 새로운 접근법으로, 칼슘 탄산염 침전을 촉진하는 균류를 탐색하였다. 기존 연구에서 곰팡이의 광물화 능력이 보고되었지만, 콘크리트 적용 사례는 없었다. 다양한 균주를 콘크리트 판 위에서 배양한 결과, pH 조절 변이주인 Aspergillus nidulans MAD1445가 높은 알칼리성(pH ≈ 12) 환경에서도 성장하고, 효과적으로 칼슘 탄산염을 형성함을 확인하였다. 이는 균류 기반 자체 치유 콘크리트의 실현 가능성을 제시한다.

상세 분석

이 논문은 콘크리트 균열의 자가 치유를 목표로, 기존의 박테리아 기반 방법이 갖는 한계—특히 저온·저영양 환경에서의 생존력 저하와 미생물 부착 효율 문제—를 보완하기 위해 균류를 후보 물질로 선정한 점이 혁신적이다. 균류는 균사체를 통해 다공성 매트릭스 내부까지 침투할 수 있으며, 대사 과정에서 생성되는 유기산과 효소가 칼슘 이온과 결합해 CaCO₃를 석회화시키는 메커니즘을 갖는다. 연구팀은 먼저 10여 종의 토양 및 해양 곰팡이를 선별하고, 각각을 pH 12 이상의 알칼리성 배지와 실제 콘크리트 표면에 접종하였다. 대부분의 균주는 고pH 환경에서 성장 억제를 보였으나, A. nidulans MAD1445는 pH 조절 변이체로, 세포 외부에서 산성 물질을 분비해 국소 pH를 낮추어 성장 환경을 조성한다. 현미경 및 XRD 분석을 통해 이 균주가 형성한 석회화 물질이 주로 방해석(CaCO₃)임을 확인했으며, 침전물의 부피는 초기 균열 폭의 70% 이상을 메우는 수준이었다. 또한, 균사체가 콘크리트 미세공극에 균일하게 분포함으로써 장기적인 구조적 보강 효과를 기대할 수 있다. 그러나 연구는 실험실 수준의 정적 환경에서 수행되었으며, 실제 현장 적용 시 온도·습도·하중 변동에 대한 내구성 검증이 필요하다. 또한, 균주의 생태학적 안전성—특히 곰팡이 알레르기 및 부식 가능성—에 대한 평가도 필수적이다. 향후 연구에서는 균주 유전자를 조작해 칼슘 석회화 효율을 극대화하고, 콘크리트 혼합물에 균사체를 직접 첨가하는 공정 개발이 요구된다.