Research on Water Retentive Ceramic Building Material

| 스기야마 도요히코 일본산업기술종합연구소(AIST) 팀장

도자기 제조는 고대부터 내려온 가장 오래된 산업기술의 하나이다. 도자기 생산은 예전에는 자연과 조화를 더 잘 이루었었고 다양한 재활용 기술을 사용하였었다. 일본에서 사용되는 재유의 원료인 ‘도바이’는 단순히 일반 가정집 부엌에서 발생되는 재를 말한다. 재는 섬유제품 생산에 유용한 알칼리 성분을 추출해 낸 후에 유약을 만드는 데 쓰인다.
오늘날 우리가 사용하는 많은 종류의 물질 중 도자기는 독성이 가장 없고 가장 환경친화적이다. 그러나, 오늘날 도자기가 대량생산 되면서 소성과정에서 이산화탄소 배출 등 환경문제를 야기하고 있다. 저자가 속해 있는 일본 국립 연구소의 도자기 부서의 연구 목표는 에너지 절약(예: 소성온도 낮추기), 재활용, 무독성 도자기(예:납성분 제로, 붕소 제로)이다.
본고에서 다루게 될 주제는 도시환경을 개선하기 위하여 도자기를 사용하는 방법에 대한 연구이다. 도시 열섬 현상 문제와 관련하여 일본의 환경 도자의 최근 동향을 소개하고 논의하고자 한다.

지속가능한 발전과 이산화탄소 문제
지구온난화는 21세기 인류가 당면하고 있는 가장 심각한 문제 중 하나이다. 기후변화협약의 부속 의정서로 1998년 채택된 교토의정서는 미래의 이산화탄소 배출량 감소 목표치를 규정하였다. 그러나 시간이 지나면서 이 계획을 추진하는 데 어려움이 있다는 것이 분명해지고 있다.
<도표 1>은 최근 일본의 이산화탄소 배출량 추이를 보여준다.

 
이 그래프는 일본 환경부 자료에 따른 것이다. 이 그래프는 배출량에서 상당한 변화가 있음을 보여주고 있다. 산업체에서 배출되는 이산화탄소 양은 1990년에서 2005년 기간 동안 거의 변하지 않았다. 단, 운송산업에서 배출된 양은 동 기간 중 18%가 증가하였다. 동일한 기간 중 주택과 상업 시설에서 배출된 양은 40% 증가하였다. 1990년 주택과 상업 시설에서 발생한 이산화탄소 배출량은 2.91억 톤으로 산업체에서 배출된 총량인 4.82억 톤보다 훨씬 적었다. 그러나 2005년도 주택과 상업 시설에서 배출된 양은 4.12억 톤으로 높게 증가한 반면 산업체에서 배출된 양은 4.56억 톤으로 오히려 감소하였다. 총배출량에서 차지하는 주택부문에서의 이산화탄소 배출량은 앞으로도 더욱 더 큰 비중을 차지할 것으로 보인다.
일반적으로 제조업 부문의 경우, 이산화탄소 배출량을 줄이는 노력에 대하여 상당히 큰 혜택이 주어진다. 반면 일반인들의 일상생활에서 이산화탄소를 감소시키는 것은 불편함을 초래하거나 심지어는 생활수준을 떨어뜨리게 하는 경우도 있기 때문에 별 주의를 끌지 못한다. 공공 기관에서는 이 문제에 대한 연구에 우선순위를 두어야 한다.
필자가 속해있는 기관인 지속가능한 발전 소재 연구소Material Research Institute for Sustainable Development는 그와 같은 문제를 집중적으로 연구한다. 우리 연구소의 가장 큰 목표는 최첨단 소재 기술을 활용하여 에너지 절약과 환경 보전을 위한 신소재 및 성분을 포괄적으로 개발하는 것이다. 이 연구의 목적은 지구환경 문제의 핵심인 ‘지속가능한 발전’을 실현하는 것이다. 우리 연구소는 두 개의 주요 프로젝트를 수행하고 있다. 하나는 자동차의 경량화이고 다른 하나는 에너지효율이 높은 건축자재 개발이다. 최근들어 많은 정부기관과 주택건설회사들이 ‘친환경 건물’ 또는 에너지절약 주택에 대하여 연구하고 있다. 연구 결과에 의하면 일반 전기기구를 새로운 에너지 효율적인 제품으로 바꿈으로써 가장 큰 에너지 절감 효과를 가져올 수 있다고 한다. 주요 가전제품 제조사들이 이미 이러한 수요에 부응하여 연구개발에 집중하고 있다. 일반가정에서 에너지가 가장 많이 소비되는 부분은 온수 공급, 조명 및 에어컨이다. 우리 연구소에서는 변환되는 거울, 고성능 처리 목재 소재, 습기 조절 소재 등 건축자재에 관한 고등 연구와 함께 기본적인 연구도 수행하고 있다. 이제부터 우리 연구소에서 수행하고 있는 수분보유 세라믹 건축자재에 관한 연구에 대하여 소개하고자 한다.

수분 보유 자재를 도로 포장 등에 활용
최근 들어, 일본에서는 수분 보유 자재를 도로 포장 자재로 사용하는 것이 커다란 주목을 받고 있다. 수분 보유 자재는 일본의 많은 도시에서 문제가 되고 있는 열섬 현상을 완화시키는 데 효과적이다.
<도표 2>는 이 자재의 메커니즘에 대하여 설명하고 있다. 비가 내리면서 자재에 보유된 수분은 햇볕이 나고 열이 가해지면 증발한다. 증발하는 수분에 흡수되는 잠재적인 열이 주위의 온도를 떨어뜨리는 작용을 한다. 일본에서 이 분야에 대한 초기 연구는 약 15년 전에 아시에 박사와 아사에다 박사를 비롯한 건축 연구진들에 의하여 수행되었다. 그 이후로 다양한 정부기관, 연구소 및 민간회사에서 이분야에 대한 연구가 진행 중이다. 예를 들어 국토 교통성MLIT 간도 지역 개발국은 수분 보유 포장 자재에 대한 현장 실험을 6년 전에 시작하였다. 국토 교통성과 도쿄시는 ‘환경 포장 도쿄 프로젝트’를 수행하였다. 일본 국회의사당 앞의 도로를 포장하는 데 수분 보유 아스팔트가 사용되었다. 8월에서 9월까지 이 도로의 온도를 매일 관찰하였다. 현장 길옆으로 스프링쿨러를 설치하여 매일 짧은 시간동안 도로표면의 온도를 낮추는 데 사용하였다. 이 프로젝트 보고서에 의하면 수분 보유 아스팔트 포장도로의 온도가 도쿄의 다른 포장도로 온도보다 몇 도 낮은 것으로 나타났다. 또 다른 연구 프로젝트에서도 도쿄 기차역 앞의 도로를 대상으로 동일한 실험을 하였다.
수분 보유 자재의 대부분은 아스팔트에 폴리머를 첨가하여 만들었는데 이와 같은 아스팔트의 약점은 내구력이 약하다는 것이다. 도쿄역 앞의 도로 포장이 낡아지는 것이 관찰되었다.
몇몇 정부 산하 세라믹 연구소에서는 수분 보유율이 높은 세라믹 소재를 개발하기 위한 연구를 수행하였다. 수분 함유율이 높은 세라믹 벽돌을 보도, 공공 광장 또는 정원에 사용하여 훌륭한 효과를 볼 수 있을 것이다. 민간 회사에서는 수분 보유 물질을 다양하게 실용적으로 활용하는 방법을 개발해 왔다. 2005년 일본에서 개최된 엑스포의 주제가 환경이었는데 이때 세라믹 벽돌을 실용적으로 활용하는 여러 가지 방법들이 소개되었다. 수분 함유율이 높은 다양한 종류의 포장 재료들이 엑스포 구내 바닥 건축에 사용되었다. 포장 도로 아래에 빗물을 채취하고 저장하여 공급하는 시스템 등 관련 시스템들도 검토되었다.

건축자재로서의 수분 보유 세라믹
열섬 현상을 완화시키는 데 수분 보유 자재의 효율성은 도로 포장시험에서 증명되었다. 포장 분야에서는 수많은 제품들이 개발되고 있기 때문에 수분 보유 제품을 건축자재로 사용하려는 시도가 여러번 있었다. 그러나 많은 어려움이 있었고, 그 중 가장 큰 문제가 높은 비용이었다. 주거용 건물에 사용되는 세라믹 건축자재, 예를 들어 지붕이나 벽 타일 등은 통상 아주 저렴하다. 새로 개발되는 자재는 기존의 경쟁 제품보다 생산비용이 낮아야 한다. 도로나 보도의 포장은 대부분 지방자치제나 중앙정부에서 발주하는 반면 건축자재의 주 고객은 비용에 민감한 개인이다.
건축자재 세라믹의 또 다른 핵심적인 요건은 크기와 형태가 정확해야 한다는 것이다. 두개의 벽돌 간 오차가 단 몇 밀리미터만 되어도 허용할 수 없는 결점이 된다. 허용 가능한 범위는 도로 건설과 같은 토목공사와는 비교도 안 되게 엄격하다. 고성능은 물론이고 미적감각 또한 고객의 마음을 끄는 데 아주 중요하다. 따라서 수준 높은 성형 기술은 수분 보유 건축 재료에게 필수적이다.
건축자재로 유용하게 쓰일 수분 보유 세라믹 제품을 개발하기 위한 첫 단계로 우리 연구소에서는 옥상 발코니의 바닥 타일을 목표로 하고 있다. 만일 수분 함유 벽돌이 이 기능을 만족시킨다면 한여름 찌는듯한 더운 날 발코니의 열을 식혀줄 것이고 붙어 있는 방안의 온도도 낮추어줄 것이다. 수분 함유 타일을 옥상 발코니에 사용하는 경우, 또 다른 효과도 예상된다. 즉, 아래 층 방 천정의 온도도 떨어질 것이다. 일본 가옥에서 옥상 발코니의 바닥에 가장 많이 쓰이는 자재는 FRP(섬유강화플라스틱)와 같은 플라스틱이다. 최근 개정된 일본 가옥의 내화재료에 관한 법에 따라 세라믹 발코니 타일 사용은 더욱 많은 이점을 갖게 되었다.

다음은 수분 함유 자재의 수요를 만족시킬 수 있는 방법을 찾기 위한 연구의 내용에 관하여 상세하게 설명하고자 한다.

수분 함유 세라믹에 관한 기본 연구
건축에 적합한 고성능 자재를 개발하기 위하여 우선 기초적인 연구를 수행하였다. 수분 함유 세라믹에 대한 연구를 시작할 당시에는 그런 재료를 어떻게 분석하는지에 대한 지식이 별로 없었다. 상업적인 수분 보유 제품의 효율성을 검사하기 위하여 실제로 실험을 하는것이 통상적인 방법이었다. 가장 보편적으로 사용되는 기술은 실제 사용하는 상황에서 자재 주위의 온도를 측정하는 것이었다. 그러나 수분 함유 세라믹을 개발하는 연구를 수행함에 있어서 우리는 이와같은 수분 함유 물질을 특성 짓기 위한 표준화된 방법이 필요하였다.
우리는 실험방법을 확립하는 일부터 시작하지 않으면 안 되었다. 예를 들어 수분 보유율을 나타내는 매개변수인 pF값이라고 하는 요소가 있다. pF값은 표본에서 수분을 추출하는 데 필요한 잠재적 에너지 로그이다. 지금까지 pF값은 식물 주위 토양의 수분 함유율을 측정하기 위하여 농업 분야에서 가장 많이 사용되어왔다. 토양의 pF값을 측정하는 방법론, 예를 들어 기계 사용, 표본 준비, 측정 절차 등은 잘 확립되어 있다. 그러나 이 방법을 세라믹 표본에는 그대로 직접 적용할 수 없다. 따라서 우리는 적절한 측정과 표본 준비 방법을 찾아내야만 했다.
수분 보유와 관련된 매개변수가 여러 개 있다. 수분 흡수는 중요한 요인 중 하나이다. 수분 흡수와 증발율 또한 열섬 현상에서 수분 함유 세라믹의 성능을 측정하는 중요한 매개변수이다. 자재의 디자인을 개발하기 위한 연구에서 우리는 기공 크기 분포, 열전도도, 견줌열, 표면 물성 등과 같은 보다 근본적인 성질에 주목을 해야만 했다. 통상적인 현장 실험에서의 측정은 바람, 습기, 구름으로 인한 그늘 등과 같은 기후 변수에 의하여 영향을 받는다. 실험실에서의 증발 관찰은 근본적인 움직임을 측정하기 위하여 수행되었다. 우리팀은 수분 함유 세라믹에서 수분의 움직임을 이해하기 위하여 기본적인 조사에서 관찰된 물성간의 관계를 연구하였다.
이 연구를 위하여 우리는 다양한 기공과 미세구조를 가진 세라믹 소결체 표본들을 준비하였다. <도표 3>에는 우리가 준비한 기공이있는 세라믹 표본들의 예가 나와 있다. 일종의 산업 폐기물인 탄 슬러지 재가 소재로 선정되었다. 평균 지름 25μm의 재활용된 옥상타일 바닥에서 나온 가루를 탄 재의 첨가물로 사용하였다. 건식가압으로 원형과 직사각형의 표본을 만들었다. 표본을 전기 가마에서 섭씨 900도에서 1200도로 소성하였다. 기공율은 두가지 소재의 내용물과 소성온도를 조정하여 통제한다. <도표 4>는 섭씨 1025도 이하에서 소성한 표본들의 벌크 밀도와 겉보기 기공율을 보여준다. 섭씨 1000도에서 소성한 재의 벌크 밀도는 1.63g/cm3이었다. 폐 옥상 타일 첨가율을 10%에서 50%까지 증가시키면 밀도는 감소하였다. 섭씨 1000도에서 소성했을 때 소결체의 수분 흡수율은 0%에서 50%인 재활용된 옥상 타일의 첨가율에 따라 21%에서 29%를 나타내었다. 수분 흡수율로 계산한 겉보기 기공율은 33%-42.6%였다. 섭씨 1100도에서 소성했을 때의 소결 상태는 0%-4%의 수분 흡수율이 보여주는 바와 같이 훌륭했다.
<도표 5>는 섭씨 1025도에서 소성했을 때 표본들의 pF 측정 결과를 보여준다. pF값의 측정은 원심분리기를 사용하였다. 수분 보유율은 원심력을 점진적으로 증가시키면서 회전 건조를 거친 후 측정하였다. pF값 0일 때 수분 함유율은 통상적인 수분 흡수값을 말한다. 수분 흡수율은 폐 옥상 타일 함유율이 높아질수록 증가하였다. 그래프를 보면 회전 건조를 사용하여 4.0 pF까지 탈수를 한 후의 수분 함유율은 모든 표본에서 거의 동일하다는 것을 알 수 있다. 폐 옥상 타일 함유율이 5%-30%일 때 표본의 수분 흡수 증가율은 pF 값이 4.0-3.0일 때 가장 분명하게 나타난다. 폐 옥상 타일 함유율이 높아질수록 pF값이 3.0 이하에서 보유되는 수분의 양은 약간 증가한다. pF값이 높다는 것은 표본이 수분을 더욱 많이 포함하고 있다는 것을 의미한다. 이 실험에서 얻은 정보는 흥미가 있을 뿐만 아니라 소재와 기능적인 제품을 디자인하는 데 유용하였다. 이에 대하여는 잠시 후 설명하기로 하겠다.

<도표 6>은 표본들의 증발율과 수분흡입율을 측정하는 데 사용된 수단과 방법론을 보여준다. 증발율 실험에서는 물에 흠뻑 젖은 표본을 섭씨 40도의 건조 오븐 안에 넣은 후 실내 온도에서 수분 흡입율을 측정하였다. <도표 7>은 섭씨 1025도에서 소성된 표본의 수분 흡입율을 보여준다. 모든 표본에서 수분 흡수는 거의 모든 경우에 첫 5분 안에 진행되었다. 신속한 흡입은 아래로부터 물이 공급되는 수분 함유 세라믹을 사용할 때 장점이 된다. 수분 흡입은 모세관 현상에 의하여 일어나는 것으로 표본의 기공 크기 분포가 이와 같은 흡입율에 영향을 미친다고 생각된다. 이 실험의 결과, 표본이 가지고 있는 한 가지 특징을 알 수 있었다. <도표 8>을 보면 증발 작용 관찰의 결과를 알 수 있다. 이들 표본의 증발율은 서로 다르다. 이 도표로는 명확하게 알 수 없지만 일부 표본의 증발율 그래프에서는 곡선 기울기 변화가 있는데 이는 증발 메커니즘의 변화를 반영하는 것이라고 추측된다. 여기에서 관찰된 증발 작용은 실제로 사용되는 소재의 효과에 직접적으로 관련된다. 다공성 세라믹 표본들은 40℃에서 3시간 정도 건조를 거친 후에 관찰되었다. 30℃에서는 약 5시간 건조하였다.
<도표 9>는 기공 크기 분포 측정치를 보여준다. 섭씨 1025도에서 소성되었으며 폐 옥상 타일 함유량이 50%인 표본에서 1-10 마이크로미터 범위대의 기공들이 가장 많이 집중되어 있음을 알 수 있다. 기공 크기 분포는 수분 보유 소재에서 가장 중요한 요소 중 하나이다. 우리 팀은 기공 크기 분포와 pF값, 증발율 등과 같은 매개변수간의 관계를 분석하였다. 그 결과 여러 가지 흥미 있는 사실과 함께 앞으로 고성능 수분 함유 세라믹 발전에 매우 유용한 새로운 발견을 할 수 있었다. 우리 팀은 현재 실험 결과를 분석 중이다. 분석의 결과는 가까운 장래에 발표될 것이다.

수분 보유 세라믹 건축 자재 개발의 예
앞에서도 언급한 바와 같이 수분 보유 세라믹 건축 자재가 상용화 되기 위해서는 저렴한 생산비용, 높은 품질, 크기의 정확도와 일관성, 고성능 등 여러 조건들을 만족시켜야 한다. 이런 조건을 만족시키기 위하여 우리 팀에서는 두 종류의 기술을 사용하였다. 여기에서 소개하는 연구개발 프로젝트는 일본 국토 교통성의 자금지원을 받아 수행되는 지역 신규 컨소시엄 연구개발 프로젝트Regional New Consortium R&D Projects의 하나이다. 이 프로젝트는 민간기업인 가미세이 사Kamisei Co. Ltd., 정부 산하 연구소토코나메 세라믹 연구소, AITEC, 그리고 내가 속한 연구소인 AIST가 공동 수행하였다.
우리가 첫 연구개발 대상으로 택한 분야는 재활용이었다. 제품은 반드시 산업체에서 배출한 폐 소재를 사용하여 만든다는 계획을 세웠다. 일본에서 옥상 타일을 가장 많이 생산하는 지역은 미카와(산슈)이다. 옥상 타일 생산에서 배출되는 대량의 폐 소재는 미카와 지역에서 항상 문제가 되어왔다는 점을 고려할 때 이들 폐 소재를 우리가 개발할 제품의 주원료로 사용한다는 결정은 당연한 것이었다. 이 같은 재활용은 생산비용을 낮추는 결과를 가져왔다.
두 번째로 집중 연구가 이루어진 분야는 제조 공정이다. 제품은 소성과정을 거치지 않고 생산한다는 계획을 세웠다. 우리가 적용한 기술은 가미세이와 토코나메 세라믹 연구소에서 개발한 것이다. 제품의 강도는 작은 양의 석회물질을 첨가하여 얻었다. 소성을 하지 않고 제품을 생산함으로써 많은 혜택을 얻을 수 있다. 그 중에서도 가장 중요한 이점은 저렴한 비용이다. 또한 제품 크기의 정확도와 일관성도 얻을 수 있다. 소성으로 인한 변형이나 수축은 최종 제품의 크기를 정확하게 관리할 수 없는 어려움을 가져다 준다.
연구를 처음 시작할 당시 우리의 목표치는 다음과 같았다.

쪾 파괴인성 : 1300N
쪾 중량 : 물에 완전히 흠뻑 젖었을 때 60kg/m2
쪾 수분 흡수율 : 총 부피의 20%±(20% of mass) 이상
쪾 크기의 정확도 (길이) : 150mm일 경우 ±0.5mm
쪾 동결 저항성 : 일반 옥상 타일과 동일

이 제품에서 가능한 최고 경도는 소성을 거친 세라믹만큼 높지는 않다. 휨 강도 목표치는 제품 위에서 건장한 체격의 성인 남자가 서있거나 움직여도 끄떡없을 정도의 충분한 내력withstand forces으로 설정하였다. 처음에는 최종 제품의 크기가 15cm×15cm일 것으로 생각하였다. 벽돌을 네 군데 코너에서 받침기둥supports을 이용하여 바닥에서 들어 올리도록 계획하였다. 만일 제품이 목표 경도치를 가진 경우라면 체격이 큰 성인 남자가 벽돌 위에서 뛴다고 하더라도 절대로 금이 가면 안 된다. 이는 휨 강도의 값이 소재의 물성이 아니라 제품의 물성이라는 것을 주지시켜준다. 따라서 제품의 두께가 커지면 강도는 증가할 것이다. 그러나 두께에는 또 다른 제약이있다. 제품이 옥상 발코니 위에 설치될 것이기 때문에 제품의 중량이 건축 및 건물 규정에 명시된 기준을 만족시켜야 한다. 상대적으로 높은 기공율 때문에 제품 자체의 밀도는 아주 낮다. 그러나 제품이 수분을 흡수한 후의 중량이 법적 한도 내에 있어야 한다. 수분 흡수 값은 소재가 주위의 공기를 얼마나 냉각시킬 수 있는지와 관련이 있다. 도로 포장용으로 개발된 제품의 경우에는 대부분 흡수율이 15%이상이다. 우리는 평균치보다 약간 높은 흡수율을 목표로 하였다.

2006년 이 프로젝트를 처음 시작할 당시 우리는 꽤 복잡한 형태의 벽돌을 만들려는 계획을 세웠다. 날개부분이 있거나 측면은 경사지게 만들었다. 제품은 소성하지 않고 압축만으로 형태를 만들도록 계획을 세웠다. 우리가 당면하게 된 첫 번째 어려움은 이와 같은 형태를 어떠한 결점도 없이 만들어내는 것이었다. 이 문제를 해결하기 위하여 우리는 수많은 종류의 원자재를 사용하고 여러 가지 다양한 조합을 실험하였다. 그러나 결국 이 문제는 극복할 수 없는 것으로 판명이 나고 1년에 걸친 실험 끝에 우리는 계획했던 형태를 포기하였다. 형태가 그렇게까지 근본적으로 중요한 문제는 아니었기 때문에 우리는 단순히 직사각형 벽돌로 하기로 하였다. 시행착오를 거치면서 구성비에 관한 많은 유용한 정보를 얻을 수 있었다. 또한 최상의 구성비는 높은 강도를 실현하는 것이라는 점도 알게 되었다. 현재 구성비에 관한 특허를 신청하기 위하여 준비 중이다.
수분 흡수율 목표치는 쉽게 달성되었다. 1년의 노력 끝에 개발된 시험 제품을 AIST의 실험용 건물에 설치하여 효과를 측정하였다. <도표 10> 우리는 벽돌 위와 벽돌 아래의 온도, 강우, 비가 내린 시각과 지속된 시간, 대기 온도와 습도 등에 관한 자료를 수집하였다. <도표 11>은 수집한 자료의 예를 보여준다. 벽돌과 콘크리트의 온도 차이는 12도였다. 최적의 상태에서 가장 큰 차이는 20도가 넘었다. 우리가 개발한 소재의 기본적인 물성들에 대하여는 실험실에서도 측정하였다. <도표 12, 13> 그러나, 옥상 정원에 설치된 벽돌 중 약 20% 가량(<도표 10>)은 지난 겨울 가장 추위가 혹독했던 주간에 결빙으로 인하여 깨져버렸다. 그때 이미 우리는 성형 과정과 구성비를 향상시키기 위한 많은 실험을 통하여 보다 새로운 제품 개발을 완료한 상태였다. 새로운 제품은 일본 산업 기준에 명시된 옥상 타일의 결빙 손실 테스트를 통과할 수 있다. 지난 3월에 우리는 새로운 제품을 실제로 테스트하기 시작하였다. <도표 14> 나는 한국에서 심포지움이 열리는 4월말까지는 성공적인 결과를 보고할 수 있을 것으로 생각한다.
세라믹 벽돌을 또한 일반 주택에서도 실험하였다.<도표 15> 이 실험을 통하여 이들 벽돌이 가장 더운 여름 서너 달 동안, 특히 저녁에 옥상 가까이 있는 방들의 온도를 낮추어 주는 효과가 있다는 것을 알 수 있었다. 발색제를 개발된 소재에 첨가하여 여러 가지 색상의 벽돌 시제품을 개발하였다. <도표 16> 이들 유색 제품은 비소성 제품이 가질수 있는 또 다른 이점을 가진다. 다양한 종류의 생생한 발색제를 사용하여 보다 더 선명한 색상의 제품을 만들 수 있는 것이다. 개발된 세라믹 벽돌의 기본적인 물성은 <도표 17>에 나와 있다. 우리 팀은 현재 마지막 단계의 실용성 테스트를 하고 있는 중이다. 이와 동시에 성능을 개발하기 위한 근본적인 연구도 계속하고 있다.

수분 보유 소재와 관련 기술 전망
열섬 현상을 완화시키기 위한 많은 다양한 연구활동이 진행 중이다. 도시 토목과 건축 분야의 첨단 연구활동에 힘입어 열섬 현상완화 기술과 활용 방안이 개발되고 있다.
도시 빌딩 옥상 정원에 나무를 심는 것은 우리에게 가장 익숙한 접근방법 중 하나이다. 나무심기 운동은 정부의 시책에 따라 추진되었다. 일본의 대도시에는 공원이 극히 적다. 옥상 정원에 나무를 심으면 신선한 환경을 조성하게 될 뿐더러 열섬 현상을 완화시켜주는 효과도 있다. 그러나 전과정평가life cycle assessment 조사 <도표 18> 결과 옥상정원에 나무를 심는 것은 적절한 방법이 아닌 것으로 나타났다. 그 특정한 시나리오를 검토해 보면 조사 결과를 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 지역에 따라 다르기는 하지만 도시에서 사용되는 물을 생산하는 데 드는 비용을 계산해 보아야 한다. 물을 옥상까지 펌프로 끌어올려 정원에 물을 주는 비용은 상당할 것이다. 그것도 1년 내내. 이 점에서 여름에만 물을 공급하면 되는 수분보유 세라믹은 나무를 심는 일보다 훨씬 경제적이다. 그럼에도 불구하고, 나는 초록색 식물은 심적인 효과와 혜택을 주는 것 이외에도 주위환경을 시원하게 만드는 다른 종류의 효과가 있다고 느낀다.
최근에 수분 보유 세라믹 벽돌을 활용하기 위한 기술의 하나로 벽면에 식수 조림을 하는 것에 대한 연구가 진행 중이다. 도자기 생산지의 여러 지방자치단체와 민간기업 연구소에서도 유사한 연구 개발이 진행 중이다.
전과정평가life cycle assessment 조사 결과 열섬 현상을 완화시키는 데 가장 효과적인 방법은 고반사율 도료의 사용인 것으로 나타났다. 이 방법은 저렴한 비용으로 일반적인 도로 포장에 쉽게 적용할 수 있기 때문에 이전부터 사용되어 왔다. 열섬 현상 완화를 위한 고반사율 도료가 전 세계 특히 유럽에서 다양하게 개발되어 판매되고 있다. 육안으로 볼 때 높은 가시광선 반사율은 흰색을 의미하는 것이기는 하지만, 여러 회사들이 적외선 고반사율을 가진 어두운 색 도료를 공급하고 있다. 주택건설회사의 연구원들과 토론을 해 본 결과, 이들 회사에서는 이에 대하여 긍정적이지 않다는 결론을 내렸다. 이들 회사에서는 고반사율 도료가 주위 환경과 이웃들에게 부정적인 영향을 가져올 것으로 생각하고 있었다. 우리 연구소에서도 그와 같은 효과에 대하여 연구를 하고 있다. <도표 19>은 우리 연구소의 실험용 빌딩을 위하여 만든 두가지 색상의 시험 타일 제품을 보여준다.
우리 연구소에서는 90년에 걸친 연구를 통하여 30만여 건의 유약시편test pieces을 축적하고 있다.<도표 20> 현재 유약 데이터베이스를 구축하고 있는 중이다.1) 지금까지 연구를 수행하면서 유약의 분광 반사율에 대하여 수천 번이나 측정을 하였다. 우리는 이 자료가 특정한 반사율 물성을 가진 새로운 유약을 개발하는 데 유용하게 쓰일 것이라고 생각한다.
열섬 현상을 완화시켜 안락한 환경을 만들 수 있는 많은 수단이 있다. 이런 수단들을 실제로 사용하기 위하여 적절한 결합방법을 생각하여야 한다. 환경친화적인 건축 자재에 관한 연구를 촉진하기 위하여 우리 연구소는 다양한 분야의 연구원들이 참여하는 연구 그룹을 조직하였다. 한 건축과 교수가 대부분의 수분 보유 제품들이 상응하는 다른 재료보다 ‘15도 이상 표면의 온도를 낮춘다!’는 광고를 한다는 말이 우리의 관심을 끌었다. 그러나 이 재료는 최적이기는 하나 강한 햇빛이 직접 비치는 여름의 가장 더운 날들이라는 비현실적인 여건에서 얻은 것이다. 이와 같은 여건은 전형적인 것이 아니며 또한 현실적이라고 생각되지도 않는다. 아주 더운 날에는 주거지역에 차양 등을 사용할 수 있을 것이다. 수분 보유 물질을 정확하게 평가하려면 많은 다른 방법도 결합시켜서 좀 더 일반적이고 전형적인 여건에서 테스트를 해야 할 것이다.

우리가 개발한 수분 보유 세라믹 벽돌은 어떤 일정한 여건에서 표면의 온도를 20도까지 내려가게 한다. 이와 같은 성능을 얻기 위하여 벽돌에 보유된 수분이 햇빛 아래에서는 급속히 증발하도록 설계하였다. 벽돌이 다른 여건에서 사용되는 경우에는 증발이 좀 더 느리게 진행되는 것이 더 좋을 수 있다. 우리는 지금 근본적인 분석에서 얻은 결과를 바탕으로 하여 수분 보유 세라믹의 물성을 어떻게 조정할 것인지를 연구 중에 있다.
40여 년 전 필자가 어린 시절 살던 집은 나고야 시에 있었다. 그때만 해도 시내 우리 집 근처에 논이 있었다. 오늘날에는 도시에서 실질적으로 개발이 안 된 땅은 없으며 거의 대부분의 땅은 콘크리트나 아스팔트로 포장이 되어있거나 아니면 콘크리트 빌딩이나 고속도로가 점령하고 있다. 일본에서 생활양식은 너무나 급속도로 변화하였다. 오늘날 일본의 어린이들은 40년 전과는 너무나 다른 환경에서 살고 있다. 자연적인 생활환경이 인공적인 것보다 훨씬 바람직한 것이기는 하지만 대도시 지역에서 그런 환경을 조성하는 것은 어려운 일이다. 필자는 인간이 만드는 미래의 도시 환경이 오늘보다는 좀 더 나아지기를 희망한다.

(본 사이트에는 일부 사진과 표가 생략되었습니다. 자세한 내용은 월간도예 5월호를 참조 바랍니다.)