거주하는 주택과 관련하여 겨울에는 춥고 여름에는 숨막히게 더우며, 연중 에너지를 지속적으로 소비한다는 것은 누구나 잘 알고 있다. 따라서 보다 개선된 단열기능은 에너지 비용을 절감하면서 더 안락한 환경을 제공하는데 있어 중요하다고 말할 수 있다. 이제 실험실을 통해 새로운 바이오기반의 단열물질이 개발되고 있다.
이와 관련하여 회의적인 사람들은 어떻게 전통적인 단열물질과 비교할 수 있느냐고 반문한다. 그렇지만 점토나 식물 폐기물(Plant Waste)과 같은 바이오기반의 단열물질은 전통적인 소재 대비 훨씬 친환경적이다. 예를 들어, 석유를 기반으로 하는 폴리스타이렌(Polystyrene)과 같은 물질은 많은 에너지를 포함하고 있다. 즉 제품을 생산하기 위해서는 추출 및 제조 공정, 이송 및 처분까지 많은 에너지 비용을 필요로 한다는 의미이다. 여기서 지역적으로 공급이 가능한 식물 폐기물을 활용한다면 단열판을 생산하는데 필요한 에너지를 절반으로 줄일 수 있다. 식물 폐기물은 단열 물질 내부의 CO2를 가두는 추가적인 효과도 있어 전체 탄소발자국(Carbon Footprint) 절감에 도움이 된다.
바이오물질의 혜택에 대해 많은 사람들이 인식을 하면서 ISOBIO라고 불리는 유럽의 프로젝트는 바이오 기반 물질을 활용하는 단열 솔루션을 개발하는데 집중하고 있다. 바이오물질을 활용한 단열의 장점은 바로 안락함에 있다. 건물 사용자가 행복을 느끼면서 건강을 유지하기 위해서는 통기성(Breathability)이 중요하다. 너무 건조하면 거주자들은 눈, 피부, 목 등에 고통을 호소한다. 반대로 습도가 너무 높으면 곰팡이가 발생하게 된다. 프로젝트에 파트너사로 참여하고 있는 스페인 Acciona의 Patricia María Pérez Tarancón은 바이오 기반 단열 물질은 습기를 흡수하는 특성이 있다고 설명한다. 그녀는 "바이오 단열물질은 습기 완충제 역할을 할 수 있다. 이는 환경에 따른 상대습도 변화를 완화하여 에어컨 사용 빈도를 줄이면서 박테리아, 바이러스, 화학반응 및 알레르기, 호흡기 감염의 위험성을 낮출 수 있다"고 덧붙였다.
한 전문가 지적하였듯이 바이오 기반의 물질은 건강과 관련이 있다. 재활용된 목화와 데님에서 단열판을 제조하고 있는 Recovery Insulation사의 David Garlovsky는 "전통적인 단열물질은 이들을 부착하기 위해 사용되는 포름알데히드(Formaldehyde)가 피부질환이나 발암성을 유발할 수 있다는 문제가 있다"고 말한다. Recovery Insulation사는 석회석과 같은 광물 기반의 물질을 사용하는 대신 바이오 기반의 바인더를 개발하고자 한다. ISOBIO 프로젝트의 책임연구원이자 영국 바스대학(University of Bath)에서 저탄소설계와 관련된 강의를 담당하고 있는 Michael Lawrence는 "연구진은 새로운 바이오 기반 바인더를 발굴하고 있다. 보다 세부적으로 바인더를 제조하는 방안이나 바이오 기반 바인더의 물성을 개선하는 방법을 개발하고 있다"고 말한다.
그러나 이 기술을 확대하는데 있어 큰 걸림돌은 바로 비용 문제이다. 연구 컨소시엄은 단열 비용을 15% 절감하거나 건물 생애수명 에너지 비용을 15%까지 낮춰서 이러한 문제를 극복하고자 하였다. 독일 패시브하우스연구소(Passive House Institute)의 Benjamin Krick은 "단열은 주택 거주자들의 지갑에 도움을 준다. 에너지 절감은 초기 투자를 쉽게 회수할 수 있는 방안"이라고 말한다. 그는 일부 바이오 기반 단열물질의 확대에 있어 비용이 문제가 될 수 있지만 짚더미(Straw Bales)와 같이 예외적인 접근방법도 있다고 설명하였다.
비용 이슈를 해결하기 위한 또 다른 방안은 바이오 기반의 단열소재에 대해 부가가치세를 면제하고 현재 이 분야에서 지원되는 보조금을 확대하는 일이다. Lawrence는 앞으로 바이오 기반의 단열이 주류가 될 것이라는 긍정론은 당연한 것이며, 주요 건설회사들이 믿을 수 있는 단열소재를 생산하기를 바라고 있다. 그는 "이 산업은 매우 보수적이기 때문에 이미 제작되었거나 산업화된 물질에 의존하는 경향이 있다. 그러나 환경과 상호작용할 수 있는 바이오 기반의 물질이 더 많은 혜택을 준다는 것을 이해시키는 과정이 중요하다. 바이오 기반 소재와 관련하여 성장하고 있는 틈새 시장이 존재한다"고 말했다.
Straw-insulated houses beat petroleum-based alternatives
Everybody knows one of those houses; freezing cold in winter, stiflingly hot in summer and energy guzzling all year round. Better insulation is the key to recapturing the comfort of home while cutting energy bills.
Now, a new generation of bio-based insulation materials is coming out of research laboratories.
Sceptics will wonder how these materials compare to traditional ones. First, biomaterials such as clay and plant waste are much more environmentally friendly than their counterparts. Indeed, petroleum-based materials, such as polystyrene, have high embodied energy. This is due to the energy costs of petroleum extraction, manufacture, shipping and even disposal.
By using locally sourced plant waste, it may be possible to halve the embodied energy involved in producing insulation panels. Plant waste has the added bonus of locking CO2 inside the insulation material, reducing its overall carbon footprint.
The growing awareness of the benefits of biomaterials has led a European research project, called ISOBIO, to focus on developing insulating solution relying on bio-based aggregates—such as straw or clay.
A strong point with biomaterial insulation is the comfort factor. Breathability is key in keeping a building's occupants happy and healthy. Too dry, and people will suffer from dry eyes, skin and throats. Too humid, mould will make an unwelcome addition to the household.
The hygroscopic properties of bio-based insulation mean that they can absorb and store moisture from the surrounding air, according to project partner Patricia María Pérez Tarancón at Acciona, Madrid, Spain. "The material behaves as a moisture buffer," she says, "This softens the relative humidity changes in the environment, reducing risks from common pollutants such as bacteria, viruses, chemical reactions, allergies and respiratory infections, as well as reducing the need for air-conditioning."
As one expert also points out, bio-based materials can also be a healthier option. "What makes your traditional insulation itchy and carcinogenic is the formaldehyde used to bind it together," says David Garlovsky, founder of the social enterprise Recovery Insulation, which is based in Sheffield, UK, and makes insulation panels from recycled cotton and denim.
Meanwhile, they are also hoping to develop bio-based binders—such as starch and casein—instead of mineral-based products like lime. "We will be exploring novel bio-based binders to see if they will be fit for purpose," says Michael Lawrence, lecturer in low carbon design in the University of Bath, UK, and ISOBIO principal investigator. "We'll also be developing ways of making binders go further, or of improving the characteristics of bio-based binders," he says.
However, cost is a major barrier to widespread adoption of the technology. The research consortium hope to overcome this hurdle by reducing the total cost of insulation by an expected 15% and by reducing the lifetime energy cost of the building by at least 5%.
"Insulation is good for the wallet of home owners," says Benjamin Krick, head of component certification at the Passive House Institute, Darmstadt, Germany, who researched straw bale insulation for his PhD, "The energy saving easily pays back the initial investment." He concedes that cost can be a barrier to the uptake of some bio-based insulations, but notes that "there are some exceptions, like straw bales."
Another way of overcoming cost issues, Garlovsky believes, would be to make bio-based insulations VAT exempt and extend to them the existing subsidies in this sector.
Optimism that bio-based insulation could go mainstream is justified, however, according to Lawrence. His ambition is to produce materials that mainstream construction companies can trust. "The industry is very conservative and likes to rely on manufactured, synthetic, industrialised materials, where they know that one batch is identical to another and that the materials are inert," he says. But "It is important to get across the understanding that materials that interact with the environment can confer great benefits."Lawrence concludes: "There is a very successful and growing niche market for bio-based materials."
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