| 6차년도 |
1세부: 바이오 제방-신소재 현장 적용 및 상업화규모 생산(TRL: 7) - 바이오신소재 개선 및 최적화 - 바이오신소재 급속보강 효율성 평가 및 타당성 검토 - 시험시공을 통한 신소재-제방 시공법 검증 및 개선 - 친환경 흙 보강제 개발용 바이오폴리머의 상업적 규모 생산2세부: 친환경 신소재를 활용한 고강도 침식 대응 기술 개발 - 하천 제방 보강에 적용 가능한 바이오 신소재 적용기술 개발 - 친환경 신소재를 침식대응 성능 향상 기술 개발 - 바이오 신소재를 활용한 제방 보강 기법의 안정성과 환경성 검증 → 바이오 신소재를 활용한 제방 침식 대응 기술 실용화 - 친환경 신소재를 이용한 제방의 내구성 및 안정성 향상 기술 개발 - 바이오 폴리머 레시피 적용성 검토 - 신소재에 의한 제방 내침식성 확보(허용유속 5m/sec 내외) - 신소재에 의한 제방 보강 제품 개발 - 제방 피복 등에 의한 제방 내구성 향상 기술 개발 - 테스트 베드를 이용한 제방 보강 기법 적용 → 제방 보강용 바이오 신소재 제품 및 시공방법 개발 ○ 침식 대응 성능 평가를 위한 소류력 계측기 개발 및 적용 - 하천 현장 적용을 위한 소류력 계측기 개발 - 개발된 계측기기의 적용 및 침식대응성능 평가 - 현장 모니터링 및 평가 ○ 실규모 소류력 측정을 통한 신소재 신규공법 정량적 평가 - 연구기간 동안 개발한 실험실 규모의 다양한 평가기법을 통해 실규모 실험에 적용 - 개발된 안정성 평가 기법을 통해 실제 하천 적용방안 모색 - 실험실 규모에서 개발된 장치의 실규모 실험으로 Scale-up을 통한 적용성 확대 - 개발된 장치로 실규모 소류력 실측 실험을 통한 한계소류력 검증 및 실제 하천 적용 방안 모색 ※ 하천바닥에 장치를 설치할 경우 하상변화가 발생하거나, 센서 외 다른 부분에서 소류력 손실을 고려한 안정적인 하우징 제작은 필수 - 다양한 장비를 이용해 신소재 신규공법에 대한 정량적 평가 및 실제 하천 적용 방안 모색 ○ 임진강 시험시공구간의 스마트 모니터링 - 시험시공 하천 현장의 정밀한 수리량 조사를 위해 다양한 장비와 기법을 이용한 현장조사 - 테스트베드의 친황경 신소재 적용 공법에 대한 안정성 평가 진행 ○ 임진강 시험시공구간의 한계소류력 실측 - 다양한 장비 및 모니터링을 통해 표면유속, 지형자료, 수리량, 소류력 등 하천 수리 정보를 통해 정량적 평가 - 타 세부와 연계를 통해 테스트 베드 안정성 평가 기법 확립3세부: 친환경 신소재 활용 제방의 환경성 및 안정성평가기술 개발 ○ 바이오 신소재를 활용한 제방 보강 기법의 안정성과 환경성 검증 ○ 친환경 신소재 활용 제방의 환경성 및 안정성 평가 기술 개발 ○ 친환경 신소재를 활용한 제방 보강 기술 개발 - 하천 제방 보강에 적용가능한 바이오 신소재 개발 - 친환경 신소재를 이용한 제방의 내구성 및 안정성 향상 기술 개발 - 바이오 신소재를 활용한 제방 보강 기법의 안정성과 환경성 검증 → 바이오 신소재를 활용한 제방 보강 기술 실용화 ○ 친환경 신소재 제방의 생태성 평가 - 야생 식물종 및 대조 식물종의 친환경 신소재에 대한 발아, 생장, 발달 특성 반응 규명 - 친환경 신소재가 야생식물 개체, 개체군에 미치는 영향 평가 - 친환경 신소재가 식물 군집에 미치는 영향 평가 ○ 바이오 폴리머를 이용한 제방토양의 중금속 안정화기술 적용 - 제방 오염토양 내 중금속의 지구화학적 특성 분석 - 친환경 신소재의 Metal-Binding 특성 분석 - 중금속으로 오염된 제방토에 대한 안정화 실험 수행 - 미량 중금속 안정화 처리 현장시험 수행 ○ 제방 보강 제품의 환경성, 안정성 평가 기술 및 공법 표준화 - 친환경 신소재 제방 공법 환경성 평가 기술 개발 및 적용 - 친환경 신소재 제방 공법 침식, 침투 및 월류 평가 기술 개발 및 적용 - 중·소규모 수리모형실험 - 실규모 제방실험수로 제작 및 실규모 월류 붕괴실험 → 제방월류실험에서 나타난 제방상부 균열문제는 실험체 제작 시 일괄도포 방식 등을 지양하는 등 사전실험을 진행하여 충분한 피드백을 통해 보완
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○ 1세부 협동연구기관 (KAIST) : 1) 바이오폴리머-흙의 성능 평가 2) 바이오폴리머-흙의 내구성 평가 3) 침식저항 향상을 위한 교차결합 레시피 완성 4) 시험시공을 통한 바이오폴리머 레시피 개량(바이오폴리머 종류별 적용성 검토)○ 1세부 위탁연구기관 (UNSW) : 1) 현장적용 가능성 평가 - 바이오신소재 적용 제체토양의 내부침식 거동 및 저항 평가 - 바이오신소재 적용 제체모형에 대한 표면/내부 침식 거동 평가 2) 침식해석을 통한 안정성 검증 - 표면/내부 침식 최소화를 위한 최적 바이오신소재 적용 조건 도출○ 1세부 공동연구기관1 (KICT) : 1) 바이오 신소재 제방 시공법 최적화 - 바이오신소재 습식 분사공법의 시공조건 최적화 2) 바이오 신소재 제방 시공법 완성 - 제방 목적에 맞는 바이오신소재 활용 최적 시공법 도출 및 매뉴얼 작성○ 1세부 공동연구기관2 (글루칸) : 1) 바이오폴리머 대규모 생산 2) 가교제 함유 바이오폴리머 대규모 생산 3) 맞춤형(Custom-made) 바이오폴리머 생산 및 공급○ 2세부 협동연구기관 (KICT) : 피복층 향상/제방보호공 기법 현장 적용, 검증 및 보완, 월류대응제방 기술 개발 준비 - 신소재 호안 시제품 수리안정성 검증 및 보완 - 제방 내구성 향상을 위한 신소재 결합공법 개발 및 검증 - 제방 현장적용 모니터링을 통한 기술 실용화○ 2세부 위탁연구기관 (인제대학교) : 실규모 소류력 측정 및 테스트베드 모니터링○ 3세부 주관연구기관 (광주과학기술원): 친환경 신소재 현장적용 시공 구간 식생 모니터링 및 친환경 신소재 원물질이 식물의 생장에 미치는 영향 분석 - 2세부에서 임진강에 시공한 현장에서 식생 모니터링 - 1세부에서 제공한 신소재(V-type)의 원물질인 β-glucan과 Xanthangum 이용 - Genome project가 완성된 식물체(야생종, 모델식물, 작물)를 이용하여 원물질의 영향을 분석한 뒤 RNA-seq을 통해 분자 수준에서의 자세한 기작 규명○ 3세부 협력연구기관 (전남대학교): - 친환경 신소재 혼합 및 야생종 식생 조합에 따른 생육 및 발달 분석 - 여러 환경 스트레스 요인하에서 친환경 신소재 혼합에 따른 식물 생육 및 변화 분석○ 3세부 협력연구기관 (GIST): - 문헌조사 및 연구대상 제방토 선정 - 토양 내 중금속의 지구화학적 특성 분석 - 친환경 신소재와 중금속간의 Binding capacity 결정 - 제방 오염토양 내 중금속 안정화를 위한 친환경 신소재 적용량 도출 - 토양 내 중금속의 bioavailability 분석 프로토콜 수립 - 소규모 컬럼 실험을 통한 친환경 신소재에 의한 안정화 처리○ 3세부 공동연구기관1(KICT) - 실규모 횡월류 실험수로 설계 및 기초공사 - 제방 축조재료의 기본 물성시험 - 해외 실규모 제방실험 사례 벤치마킹을 통한 횡월류 실험계획 수립 - 실규모 월류 붕괴 실험 수행 - 제체 재료 (점토 등) 변경 - Case 1 : 흙 제방, Case 2 : 흙 제방+식생, Case 3 : 흙 제방+바이오폴리머+식생 - 실규모 횡월류 붕괴 실험 수행 - 횡월류 실험수로 내 Case1, Case 2 동시에 진행 - 실제 흐름조건에서 횡월류 재현을 통한 붕괴메커니즘 및 공법의 성능 검증 - 침투해석 수행(명지대 팀 활용) - 지반공학 전문가와의 협의를 통한 제방 안정성 평가 기준 확립
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| 활용방안 |
○ 종합 의견- 연구 지원을 통해 개발될 친환경 신소재 재료는 국내 시장 뿐만 아니라 해외 시장으로의 진출이 가능하기 때문에 친환경 건설 분야에 대한 국가 브랜드 이미지 제고에 크게 기여할 수 있을 것으로 판단됨- 제방 구축뿐만 아니라 친환경 바이오 계열 신소재의 개발을 통해 다양한 형태로 해외 건설 시장에 진출하여 막대한 이익을 창출할 수 있을 것으로 평가됨. 특히 연간 4억 달러에 이를 것으로 기대되는 동남아 물관리 사업에 참여 시 1% 기술 진출로도 400만 달러 경제적 성과 기대- 바이오 신소재는 미생물 균주와 그 관련 부산물 모두를 지적재산권화 할 수 있는 기술로써 도용이 어려운 고부가가치 상품이 될 가능성이 높음. 신소재 개발을 통한 기술이전, 로열티 등으로 많은 경제적 이익 창출이 가능함- 바이오 신재료를 이용한 건설 기술 선점을 통해 재료-지반 융합 연구에 대한 국내·외 기술 우선 순위 선점과 후속 연구의 활발한 추진 기대- 국토교통부의 수자원분야 예산 중 상당부분이 제방유지관리 및 신설에 투입되고 있으며, 매년 반복되는 홍수피해복구비를 절감시키기 위하여 기존 제방을 유지관리하고 보수·보강하여 성능을 향상시키는 기술을 개발하여 적용함으로써 국가건설예산 절감 가능- 하천에 활용되고 있는 각종 독성재료를 대체할 수 있는 재료를 활용하여 하천시설을 구축함으로써 제방의 환경성 및 친환경성을 증진시킴으로써 녹조, 환경오염에 대한 자정능력 증대로 피해복구비용 절감- 하천제방 보수보강을 위하여 신소재를 적용하는 첫 연구로서 관련 연구분야를 개척하고 선도함으로써, 신수종 연구를 통한 하천시설 관리기술 향상○ 신설 제방 콘크리트 호안 대치 - 신설하는 제방의 경우 기존 콘크리트 호안을 대치하여 제방의 강도 확보 및 환경성 확보 가능 - 기존 호안에 비해 경제성 확보 가능○ 기존 제방 및 중요제방 보강 - 기존 제방 보강시 필요한 부분에 국부적으로 활용 가능 - 제방 세굴에 대한 지속적 효과 확보 가능○ 콘크리트 구조물과 흙 접합부 보강 - 제방 관통구조물이 통문, 통관의 경우 콘크리트와 흙 접합부 보강재로 활용 가능○ 제방 심벽으로 활용 가능 - 중요제방이거나 사질토 제방으로 누수가 우려되는 경우 흙 제방 중심부에 심벽 형태로 설치하여 제방 강도 확보 가능○ 현장 적용 - 실내 실험(건기연 일산 및 안동실험장), 실규모 실험(안동실험장), 현장 시범구간 운영(낙동강 구간 중소하천 등) 등을 통해 안정성과 환경성에 대한 성능 확보 가능○ 실용화 제품화 - 블록, 피복용 소재 등으로 개발하여 상품화 가능○ 원천기술 확보 - 건설기술연구원에서 보유하고 있는 기존 특허를 활용하여 제방 분야의 원천기술로 확대○ 신산업 창출 - 국내 약 1조원 규모의 제방 축조, 국외 제방 축조 등에 적용될 수 있는 신기술로서 기존 콘크리트 제품에 비해 저렴하게 개발할 경우 다양하게 적용 가능
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