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가로등 없이 스스로 빛을 내는 도로

우리는 매일 길 위를 살아갑니다. 어딜 가도 도로를 지나쳐가고, 어딘가 가기 위해서는 반드시 도로를 통해야하죠. 현재 국내의 도로 연장은 113,405㎞ 이나 됩니다.  전세계적으로 가장 긴 도로망을 가진 나라는 미국인데, 총 658만km(2014년 기준)의 도로 네트워크를 갖추고 있습니다. 중국도 만만치 않은데요. 424만km(2012년 기준)로 미국 다음이며, 또 빠른 속도로 증가하고 있습니다.

밤의 도로를 지나가 본 적이 있으신가요? 드문드문이지만 길을 밝히는 가로등이 서 있습니다. 사람이나 차가 지나가든 그렇지 않든 수많은 도로에 일정한 간격을 두고 불을 밝히고 있죠.  미국의 경우, 건물 및 공공 사용을 위한 조명만 해도 매년 2,620억 킬로와트시(kWh)를 소비하고 있으며, 이는 전체 상업 전력 소비의 약 19%를 차지한다고 합니다. 중국도 사정은 크게 다르지 않겠죠. 이렇게 밤에 도로를 비추는 가로등이 꽤나 많은 에너지를 사용하고 있다는 사실은 많이 지적 되어 왔고, 이를 해결하기 위한 다양한 시도가 계속되고 있습니다. 

도로 네트워크의 가로등으로 인한 환경 부하를 해결하기 위한 대표적인 방법은 전력 소모가 적은 등으로 교체하는 것입니다. 고효율 LED로 조명을 바꾸고, 전원도 태양전지 등 재생에너지를 활용하는 것으로 교체하기도 했죠. 또 한편으로는 가로등 격등제와 같이 일부 조명을 운영하지 않는 전략을 취하기도 합니다.   

오늘은 조금 더 특별하고 지속가능한 방식으로 가로등을 대체하려고 한 시도에 대해 알아보겠습니다.  

스스로 빛을 내는 시멘트

도로가 스스로 빛을 낸다면 어떨까요? 어둠 속에서 길이 빛나고 있다면 가로등이 필요 없지 않을까요? 

‘스스로 빛을 내는 도로’에 대한 고민은 2005년경 멕시코에서 시작되었습니다. 멕시코 산 니콜라스 이달고(San Nicolas Hidalgo) 대학의 연구원 호세 카를로 루비오(Jose Carlos Rubio)는 에너지 효율적인 도로 조명의 필요성을 인식하고, 색다른 방식의 해결책을 찾습니다. 도로이자, 그 자체로 조명이 되는 재료를 개발하고자 한 것이죠. 

이 시도에는 한 가지 큰 문제가 있었는데, 도로의 재료인 시멘트는 내부로 빛을 통과시킬 수 없는 불투명한 재료라는 점이었습니다. 분말 형태의 시멘트는 물을 만나면 수화 반응으로 굳어지는데, 결정 조각이 형성되어 빛 흡수를 차단합니다. 9년 여의 연구 끝에 시멘트의 미세 구조를 수정, 내부에 빛을 통과시킬 수 있는 기술을 개발했으며, 인광 물질을 첨가해 낮동안 빛을 흡수했다 밤이 되면 빛을 방출하는 콘크리트 제조법을 발명해 특허 출원하는데 성공했습니다. 

낮 동안 빛을 흡수한 시멘트는 밤이 되면 전자가 원래 상태로 이완되는 과정에서 빛을 방출합니다. 이런 인광 물질을 활용해 ‘스스로 빛을 내는 도로’는 전기를 사용하지 않고도 12시간 동안 밝은 빛을 제공할 수 있게 됩니다.

이 도로의 이점은 전기를 사용하지 않을 뿐만 아니라, 긴 수명을 보장할 수 있다는 점에 있습니다. 대부분 빛을 내뿜는 합성 인광 재료들은 플라스틱으로 만들어져 수명이 짧습니다. 일반적으로 3년 정도의 시간이 지나면 자외선 장기 노출로 인해 유기물로 분해되고 말죠. 하지만, 시멘트는 그 수명이 100년에 가깝습니다. 또, 원래 도로를 만드는데 사용되는 재료이기 때문에 추가로 무언가를 생산할 필요도 없죠. 때문에 빛을 내는 도로 관련 아이디어가 처음 세상에 나왔을 때 정말 많은 관심을 받았습니다.

언젠가는 도로를 빛내리  

특허는 존재하지만, 빛나는 이 도로는 아직 실용화에 성공하지 못했습니다. 기초 연구는 큰 가능성을 보였지만, 실제 상용화를 위해서는 안정적인 규모로 제조가 가능해야 하는데 아직 이 단계에는 이르지 못했습니다. 

비슷한 경우로 반투명 콘크리트가 있는데요. 빛을 투영하는 반투명 콘크리트의 경우에도 콘크리트 속에 광섬유를 정렬하는 방식으로 빛의 투과하게 만듭니다.  광섬유를 정렬하는 정도에 따라 빛의 투과도가 달라지기 때문에 많은 기술이 요구됩니다. 고가의 광섬유를 다량 사용하면서, 콘크리트 내부에 적절히 배열하는 이 과정에 시공성이 나빠져 제한적으로만 보급되고 있습니다. 

ⓒLitacon

실용화까지 분명한 어려움과 해결해야 할 문제가 있지만 이 ‘빛나는 콘크리트’는 분명히 시도해 볼만한 혁신적인 재료임은 분명합니다. 가로등으로 인한 전력 소모를 획기적으로 줄일 수 있으며, 가로등을 생산하고 유지하는데 소요되는 것들을 만들고 보수할 필요가 없어지기 때문이죠.  우리는 넷제로 시대를 살아가게 될 것이고, 에너지 효율화는 선택이 아닌 필수가 됩니다. 점차 이  빛나는 도로의 쓰임이 많아지게 되길 바랍니다.