국제기구 유엔(United Nations, UN)에 의하면 급격한 도시인구 증가로 2050년까지 전세계 인구의 약 70%가 도시에 거주할 것이며, 2030년까지는 인구 1천만명 이상되는 ‘메가시티(Mega City)’가 현재 37개에서 43개로 증가할 것이라고 한다. 메가시티 생성 가속화와 함께 기존 개발로 인한 도심 쇠퇴 및 낙후 지역 등이 발생하면서 도시 경쟁력은 그대로 살리되 환경과 인간이 함께 공존할 수 있도록 최적의 정주환경을 제공하는 지속가능한 도시 개발, 즉 ‘도시 지속가능성(Urban Sustainability)’의 중요성이 대두되고 있다. 인구 976만 명에 육박하며 메가시티를 목전에 둔 서울 또한 도시 지속가능성에 중점을 둔 환경 친화적 스마트 도시로 성장하기 위해 ‘서울 도시 재생 사업’을 본격적으로 추진하고 있다.

이와 같은 세계적 흐름에 더불어 화학업계 또한 뛰어난 기술력을 바탕으로 지속가능한 소재 개발 및 혁신적인 신재생 에너지 절감 솔루션을 선보이는 등 국내외 도시 자생력 강화를 위해 다양한 노력을 펼치고 있다.

지속가능한 도로 보호 솔루션 – 바스프 엘라스토페이브 (Elastopave®)

기후변화로 인해 해수면이 상승하고 폭우 및 태풍 등 또한 잦아지며 많은 도시들이 홍수 및 침수 피해를 겪고 있다. 이에 1시간에 1 제곱미터 당 약 4천리터의 물을 흡수할 수 있는 글로벌 화학기업 바스프의 엘라스토페이브(Elastopave®)는 다져진 광물과 폴리우레탄의 적합한 혼합으로 밀폐가 아닌 흡수 목적의 상호연결된 공간을 많이 만들어 높은 다공성을 자랑하는 혁신 소재이다. 통기성이 낮은 아스팔트나 콘크리트 대신, 지속가능한 도로 인프라 구축 대안 소재로 주목받고 있는 엘라스토페이브는 폭우 시 빗물을 자연스럽게 땅밑으로 흘려보내 물 웅덩이 생성 방지 및 도로안전에 기여하며, 배수관 설치 등 기존 도로포장 시 발생하는 다운스트림 비용도 현저히 감소시킬 수 있다.

중국 항저우 정부는 태풍과 인근 첸텐강으로부터의 홍수 및 침수에 대한 피해를 방지하기 위해 ‘스펀지 시티(Sponge City)’ 건축 프로그램을 발표한 바 있으며, 2020년까지 도시 중심지 20%에 바스프의 엘라스토페이브를 적용하기 위한 계획을 밝혔다. 뿐만 아니라 국내에서는 현재 수원시청, 남양주, 서초구, 국회의사당 주변 곳곳에 적용되어 시민들에게 안전한 보도를 제공하고 있다.

지속가능한 태양 에너지 솔루션 – 페로브스카이트(Perovskite) 태양전지

자원 절약과 환경오염 최소화는 지속가능한 도시를 만들기 위한 필수 요소다. 도시 인구와 함께 증가하는 자원 소모 및 오염 배출에 대한 대안으로 다양한 재생에너지원들이 연구되고 있으며, 그 중 태양 에너지는 반영구적인 에너지를 제공함으로써 가장 활발히 연구되고 있는 분야 중 하나다.

이에 한국화학연구원은 이미 30여년 전부터 태양 에너지를 활용하는 태양전지의 가치와 중요성을 인식, 1세대부터 3세대 태양전지에 이르는 전 분야에서 보다 저렴하고 효율 높은 화학소재와 공정개발에 역량을 집중해왔으며, 연구의 결과 중 하나가 최근 주목 받고 있는 페로브스카이트(Perovskite)다.

페로브스카이트는 특별한 구조로 분자를 정렬하여 태양전지에 적용하는 방법으로 기존 태양전지의 낮은 효율성 및 가격 경쟁력을 보완하고자 개발되었다. 이밖에도 원료를 잉크처럼 칠하면 필름 형태의 얇은 전지로 유연하게 구부릴 수 있고 가볍게 제작할 수 있어 도시 빌딩의 벽면이나 자동차 지붕 등 곡면에도 쉽게 설치가 가능하다. 최근 4월에는 새로운 구조의 박막기술을 개발해 내구성 강화는 물론, 태양전지 효율을 24.23%까지 끌어 올리며 고효율 및 고안전성을 입증해 태양 전지 상용화에 대한 기대를 높였다.

지속가능한 온도 제어 솔루션 – 나노창문

지속가능한 도시로 거듭나기 위한 또 다른 중요 요소로 자원 소모에 이르는 에너지 소비 절감을 들 수 있다. 도시 거주자들의 에너지 절약을 실현하기 위한 다양한 솔루션들이 연구되고 있는 가운데 호주국립대(Australian National University, ANU) 과학자들은 빛 투과율을 조절하면서 온도 제어를 할 수 있는 나노 필름을 개발했다. 나노 입자를 이용해 개발된 메타표면(metaspace)은 빛의 파장보다 훨씬 작은 크기의 메타물질로 만든 공간으로, 이를 활용한 나노 필름은 0~100%까지 투과율 조정이 가능해 건물 유리창에 적용시 에너지 절감에 기여할 수 있다.

도시 건물 창문에 적용할 경우 100% 빛을 투과시켜 겨울철 온도 보존이 가능하며 여름철에는 빛을 완전히 차단해 실내 온도를 내릴 수 있어 대형 빌딩 건축에 적용돼 건물을 에너지절감형으로 변신하는데 큰 도움을 줄 수 있다. 또한, 자동차에 활용시 차창의 투명도를 조절하면서 내부의 보온과 냉동 상태를 조절할 수 있는 가능성을 갖추고 있다. 이같이 나노 필름은 가벼우면서 매우 얇고, 손쉽게 가공할 수 있다는 특징을 지니고 있어 다양한 활용이 가능해 현재 상용화를 위한 협의가 진행 중에 있다.

씨스켐닷컴(2019-07-01)