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소변에서 나온 요소는 레골리스(달 표토) 벽돌의 바인더 역할을 할 수 있다.
사람의 소변에는 리터당 약 9-23g의 요소가 들어있다.
요소는 수소 결합을 파괴하여 수성 혼합물의 점도를 감소시키는 것으로 알려져 있다.

 

기발한 생각 :
우주 비행사의 소변은 달에 구조물을 짓는 데 도움이 될 수 있다.
소변에 포함된 요소가 바인더처럼 작용하고 달의 표토를 안정적으로 형성할 수 있다는 것이 실험으로 밝혀졌다. 현장에서 생산된 소변을 사용하는 경우 표토로 만든 벽돌의 원료를 땅에서 그 곳까지 가지고 갈 필요가 없으므로 비용이 절약되는 장점이 있다.

▲ 미래의 달 정거장을 구축 할 때, 달의 레골리스(표토)와 혼합된 소변은 유용한 건축 자재가 될 수 있다. © ESA/ Foster and Partners

NASA와 유럽 우주국 ESA는 이번에 장기적으로 달로 돌아 가기를 원한다.
달 궤도 정거장 외에도, 그들은 달 표면에 기지를 계획하고 있다. 그러나 이것은 우주 비행사를 방사선 및 진공으로부터 보호하는 동시에 적절한 온도 변화, 미세한 운석 및 방사선을 견딜 수있을 만큼 안정적인 건축 자재를 요구한다.

▲ 거리 측정을위해 세워진 역 반사기; 뒤에는 아폴로 11호 착륙선 NASA Apollo Archive http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/alsj/a11/AS11-40-5952.jpg

건축 자재로서의 Regolith(달의 표토)

가능하면 달의 건물은 현장에서 구할 수 있는 원자재로 만들어야 한다.
우주로 재료를 운송할 때마다 비용이 매우 많이 든다. 이것이 과학자들이 이미 달의 반석에서 적합한 빌딩 블록을 만들기 위해 노력하고 있는 이유다. 독일 연구자들은 태양 난로로 연소하여 이것을 테스트하고 있으며, 다른 프로젝트에서 표토가 3D 인쇄를 사용해 형성되고 있다.

그러나 3D 프린팅을 사용하여 달의 반석을 벽 부분으로 만들려면 물과 가소제 바인더가 필요하다. 인쇄할 때 재료가 쉽게 형성될 수 있지만 균열이 생기지 않고 응고 후에도 안정적으로 유지되는 유일한 방법이다. 나프탈 또는 폴리카르복실레이트는 종종 지구상에서 이런 용도로사용된다. 그러나 이 바인더를 달에서 어디서 구할 수 있을까?

바인더 및 가소제로서의 요소

노르웨이 오스트폴드 대학교(Norwegian Østfold University)의 시마 필레바르(Shima Pilehvar)와 동료들이 최근 특이한 답을 찾았다.
그들은 우주 비행사의 소변을 결합제 공급 업체로 사용할 것을 제안했다.
카르타헤나 폴리테크닉 대학의 공동저자 Ramon Pamies는 다음과 같이 설명한다.
“이 체액의 두 가지 주요 성분은 물과 요소다. 사람의 소변에는 리터당 약 9-23g의 요소가 들어 있다.

그러나, 요소는 수소 결합을 파괴하여 수성 혼합물의 점도를 감소시키는 것으로 알려져 있다. 다시 말해 건축 자재 페이스트를 더 부드럽고 외부충격에 강하게 만든다. 연구팀은 “소변이 가소제 역할을 하면서 동시에 그러한 지오폴리머의 물 요구량을 감소시킨다고 가정하는 것은 타당하다.

▲ 맛이 없어 보이지만 regolith요소 및 물로 만든 3D 프린팅 구조다. © Shima Pilehvar et al. / Journal of Cleaner Production

일반적인 바인더만큼 우수

Pilehvar와 그의 팀은 이제 비교 테스트에서 요소가 바인더로 얼마나 적합한지 테스트했다. 그들은 달 먼지의 대체물로 표토 유사체를 사용하고 물, 요소, 나프탈렌, 폴리카르복실레이트 또는 결합제없이 혼합했다. 그런 다음 재료를 얼마나 잘 인쇄하고 성형 할 수 있는지, 설정하는 데 걸리는 시간 및 온도가 급격히 변할 때 응력에 대해 얼마나 안정적인지 테스트했다.

예상 한 바와 같이, 바인더가 없는 리골리스 혼합물은 거의 사용되지 않았다.
3D 프린팅을 하기에는 너무 단단하고 부서지기 쉬우며 젖었을 때에도 갈라졌다.
반면 소변과의 혼합물은 달랐다. 연구원들에 따르면, 성형되기에는 부드럽지만 모양을 유지할 수 있을 정도로 안정적이었다. 요소는 기존 바인더만큼이나 유용했다.

또한 소변 성분은 다른 측면에서 적합한 첨가제인 것으로 입증되었다.
"요소 혼합물은 초기 압축 안정성이 비교적 높다"라고 필레바(Pilehvar)와 그의 팀은 보고했다. 이 소재는 특히 3D 인쇄에 적합하다. 80도까지 가열하고 몇 사이클의 동결 및 해동 후, 요소-레골리스 혼합물로 제조된 성분은 일반적인 결합제로 제조된 물질만큼 안정하게 유지됐다.

▲ 달 토양의 성분

원료로서의 소변

"이것은 요소가 달 지오폴리머에 유망한 첨가제가 되는 특성을 가지고 있음을 보여준다"고 연구원들은 밝혔다. 따라서 소변을 첨가한 regolith(레골리스)로 만든 달 기반 벽돌을 만들 수 있다. Pilehvar의 동료 안나-레나 코니크센(Anna-Lena Kjoniksen)은 “우리는 이제 요소를 소변에서 추출해야하는지 또는 완전한 소변을 사용할 수 있는지 여부를 테스트해야 한다.”고 말했다.

달에 물이 부족한 경우, 모든 소변을 사용해 레골리스(표토층) 건축 자재를 혼합하는 것이 좋다. 달 북극 분화구의 얼음 퇴적물이나 반석 자체에서 물을 적게 추출해야 하기때문이다.

Journal of Cleaner Production, 2020; doi: 10.1016/j.jclepro.2019.119177
출처: FECYT – Spanish Foundation for Science and Technology
스페인 과학 기술 재단

[더사이언스플러스=문광주]

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