페삭 벤슨 기자 • 2026년 9월 16일
Jerusalem, 2026년 9월 16일 (TPS-IL) — 이스라엘 과학자들이 압축 시 일반 얼음보다 약 10배 강하고 파괴되기 전까지 약 70배 더 많은 에너지를 흡수할 수 있는 새로운 유형의 강화 얼음을 개발했다. 이는 극한의 추운 환경을 위한 새로운 건축 자재로 이어질 수 있는 획기적인 발전이다.
바이오파이크리트(BioPykrete)라고 불리는 이 물질은 얼음과 식물에 구조를 제공하는 천연 물질인 셀룰로스에서 만들어진 작고 단단한 입자인 셀룰로스 나노결정을 결합한다. 특별히 설계된 단백질은 분자 다리 역할을 하여 얼음과 셀룰로스 간의 연결을 강화하고 균열 확산을 방지하는 데 도움을 준다.
2023년 8월 3일, Jerusalem 캠퍼스에 있는 히브리 대학교. 사진 제공: Yoav Dudkevitch/TPS-IL
이 발전은 세계에서 가장 외지고 추운 지역 중 일부에서 발생하는 실질적인 문제, 즉 기존 건축 자재 운송 문제를 해결할 수 있다. 콘크리트, 강철 및 기타 자재는 북극 및 남극 지역으로 운반하기에 무겁고 비싸며 어려운 경우가 많다.
반면 얼음은 풍부하고 현지에서 구할 수 있지만 일반적으로 구조적 용도로 사용하기에는 너무 부서지기 쉽다. 바이오파이크리트는 기존 자재 운송이 특히 어려운 곳에 임시 또는 특수 구조물을 만들 수 있게 할 잠재력이 있다.
동료 검토 저널인 Colloids and Surfaces B: Biointerfaces에 발표된 이 연구는 예루살렘 히브리 대학교의 이도 브라슬라프스키 교수가 주도했다. 연구팀의 다른 구성원들은 스위스의 로잔 연방 공과대학교, 테크니온, 네게브 벤구리온 대학교 출신이었다.
얼음을 더 강하게 만들기
바이오파이크리트가 얼면서 셀룰로스 나노결정은 얼음 내부에 3차원 네트워크를 형성한다. 설계된 단백질은 한 부분이 얼음에, 다른 부분이 셀룰로스에 부착되는 방식으로 두 물질을 분자 수준에서 연결한다.
브라슬라프스키는 “우리는 단순히 섬유를 얼음에 섞는 것을 넘어, 서로 다른 물질이 분자 수준에서 어떻게 연결되는지를 제어하고 싶었다”고 말했다.
이 연결은 물질의 성능에 매우 중요한 것으로 보인다. 실험실 테스트 결과, 바이오파이크리트는 일반 콘크리트 범위의 압축 강도를 달성하여 순수 얼음보다 압축 시 약 10배 더 강한 것으로 나타났다.
그 강도는 더욱 놀라웠다. 바이오파이크리트는 파괴되기 전까지 일반 얼음보다 약 70배 더 많은 에너지를 흡수했다.
연구원들은 또한 설계된 단백질을 사용한 얼음-셀룰로스 복합체와 사용하지 않은 복합체를 비교했다. 단백질을 첨가하자 재료의 강도와 파괴되기 전 흡수할 수 있는 에너지 양이 약 두 배 증가했다.
차이점은 균열이 형성될 때 발생하는 현상에 있다. 일반 얼음에서는 균열이 재료를 통해 빠르게 퍼져 갑자기 부서질 수 있다. 바이오파이크리트에서는 셀룰로스 네트워크가 균열 경로를 방해하는 장애물을 만들고, 단백질은 얼음과 셀룰로스 간의 연결을 강화하여 균열이 보강 네트워크를 찢기 어렵게 만든다.
이 연구는 단백질을 “분자 ‘생체 접착제’”로 설명하며, 강화된 구조가 “기공 수준에서 균열 전파를 멈출 수 있다”고 보고했다.
브라슬라프스키는 “우리는 얼음의 강도뿐만 아니라 어떻게 부서지는지도 바꾸고 있다”며 “갑자기 부서지는 대신 훨씬 더 많은 에너지를 흡수하고 점진적으로 변형될 수 있다”고 말했다.
연구원들은 기존 건축 자재 운송이 어렵고 비용이 많이 드는 북극 및 남극 환경에서의 가능한 응용을 구상하고 있다.
그러나 바이오파이크리트는 아직 콘크리트를 대체할 준비가 된 물질이라기보다는 실험실에서의 개념 증명 단계에 머물러 있다. 반복적인 동결 및 해동, 지속적인 압력 하에서의 성능을 포함하여 장기간에 걸친 성능을 결정하기 위한 추가 연구가 필요하다.
