Recycled construction and demolition waste as remineralizers: a sustainable use in the regeneration of degraded soils

매년 전 세계적으로 건축물을 짓고 허무는 과정에서 100억 톤 이상의 폐기물이 발생합니다. 브라질에서만 이 잔해물은 연간 약 1억 톤에 달하며, 이는 종종 매립지로 향하게 되는 부서진 벽돌, 콘 l콘크리트, 모르타르의 거대한 더미입니다. 이 재료의 상당 부분은 분쇄되어 도로 기층이나 새로운 건설 자재로 재사용되지만, 다른 가능성이 떠올랐습니다. 과연 이 잔해물이 지구 자체를 치유하는 데 사용될 수 있을까요? 이 아이디어는 단순한 관찰에 기초합니다. 많은 토양, 특히 열대 지역의 토양은 비와 농경으로 인해 마모되어 식물 성장에 필수적인 미네랄을 잃어버리곤 합니다. 이를 해결하기 위해 농부들은 때때로 '재광질화제(remineralizers)'를 첨가하는데, 이는 칼슘, 칼륨, 철과 같은 영양소를 토양에 천천히 방출하는 가루 형태의 암석입니다. 이러한 재료는 작물을 위한 서서히 방출되는 영양 공급원 역할을 하여, 합성 비료의 막대한 비용과 환경적 발자국 없이 토양의 자연적인 비옥도를 회복하도록 돕습니다. 연구자들이 던진 질문은 도시의 부서진 잔해들이 이와 동일한 목적을 수행하여, 폐기물 문제를 농업을 위한 해결책으로 바꿀 수 있는지였습니다.

이를 알아내기 위해 상파울루 대학교와 카타라오 연방 대학교의 과학자 팀은 브라질의 네 도시인 아라라쿠아라, 피라시카바, 히방 프레투, 카타라오에서 재활용 건설 및 철거 폐기물 샘플을 수집했습니다. 그들은 폐기물 더미 안에 무엇이 들어있는지 단순히 추측하지 않았습니다. 대신 중성자 활성화 분석(neutron activation analysis)이라는 정밀한 화학적 검사를 통해 재료를 조사했습니다. 이 과정에서 샘플은 핵 연구로 내의 중성자와 충돌하며, 이로 인해 재료 내의 원자들이 일시적으로 방사성을 띠게 됩니다. 과학자들은 이 원자들이 다시 안정화될 때 방출되는 특정 에너지의 세기를 측정함으로써, 어떤 원소가 정확히 어떤 양으로 존재하는지를 식별할 수 있었습니다. 이 방법을 통해 그들은 일반적인 영양소부터 희토류 금속에 이르기까지 22가지의 서로 다른 화학 원소를 탐지하여, 각 지역의 폐기물에 대한 완전한 화학적 지문을 제공했습니다.

결과는 폐기물의 구성이 결코 균일하지 않다는 것을 보여주었습니다. 모든 샘플에는 철, 칼슘, 칼륨과 같이 식물 생명에 필수적인 원소들이 포함되어 있었으나, 구체적인 혼합 비율은 출처에 따라 크게 달랐습니다. 예를 들어, 카타라오 시의 샘플은 다른 세 도시의 샘플과 비교했을 때 칼슘과 칼륨 수치가 눈에 띄게 높았으며, 여러 희토류 원소 또한 높은 수준을 보였습니다. 단일 도시 내에서도 서로 다른 폐기물 더미는 뚜렷한 차이를 보였습니다. 이러한 가변성은 재활용 건설 폐기물의 화학적 구성이 지역의 지질학적 특성 및 해당 지역에서 사용된 건물과 재료의 유형과 깊게 연관되어 있음을 시사합니다. 연구진은 칼슘과 철이 샘플에서 가장 풍부한 원소라는 것을 발견했는데, 일부 지역에서는 칼슘이 무게 대비 거의 5%에 달했고 철은 거의 6%에 달했으며, 칼륨 수치는 여러 현장에 걸쳐 넓게 변동했습니다.

안전성은 주요한 관심사였습니다. 폐기물을 농지에 적용하려면 독성 물질이 식량 공급원을 오염시키지 않는다는 것을 보장해야 하기 때문입니다. 연구는 비소나 카드뮴처럼 브라질 법률에 의해 규제되는 중금속 및 기타 유해 원소를 점검했습니다. 분석 결과, 이러한 독성 원소의 수치는 법적 제한치보다 훨씬 낮았으며, 이는 해당 재료가 독성 측면에서 안전하다는 것을 나타냈습니다. 그러나 연구는 또한 광범위한 사용을 위한 중요한 장애물을 강조했습니다. 공식적으로 토양 재광질화제로 분류되기 위해서는, 재료가 제공하는 총 영양소의 양이 특정 최소 기준치를 충족해야 합니다. 카타라오의 폐기물은 이러한 요구 사항을 충족했지만, 나머지 세 도시의 샘 샘플은 특히 칼슘과 칼륨 산화물의 합계 함량이 부족하여 기준에 미치지 못했습니다. 이는 해당 재료가 안전하더라도 자동으로 비료가 되는 것은 아니며, 그 효과는 전적으로 특정 화학적 레시피에 달려 있다는 것을 의미합니다.

연구진은 재활용 건설 폐기물이 퇴화된 토양을 재생하는 도구로서 진정한 가능성을 지니고 있다고 결론지었으나, 이를 하나의 균일한 제품으로 취급해서는 안 된다고 밝혔습니다. 네 도시에서 발견된 화학적 다양성은 한 지역의 잔해 더미는 훌륭한 토양 개량제가 될 수 있는 반면, 불과 몇 마일 떨어진 곳의 잔해 더미는 유용할 만큼 충분한 영양소를 포함하지 않을 수도 있다는 점을 입증합니다. 이러한 발견은 이러한 재료를 농지에 적용하기 전에 신중한 테스트와 선별이 필요함을 강조합니다. 맹목적인 해결책보다는, 건설 폐기물을 농업에 사용하는 미래는 각 지역 공급원의 고유한 화학적 특징을 이해하는 데 달려 있다는 것이 이 연구의 제언입니다. 적절한 유형의 재활용 재료를 적절한 토양에 맞춤으로써, 도시 폐기물의 순환 구조를 완성하는 동시에 우리를 먹여 살리는 땅을 치유하는 것이 가능할 것입니다.