AI로 수세기 지속되는 탄소 포집 콘크리트 개발
미국 샌디에이고 대학(USC) 바이터비 공학 스쿨의 연구팀이 인공지능(AI) 기반의 혁신적인 모델을 개발해, 수 세기 동안 견고하게 지속되면서 이산화탄소를 흡수하는 새로운 유형의 콘크리트를 가능하게 했다. 이 모델은 수십억 개의 원자를 동시에 시뮬레이션할 수 있어, 전통적인 방법으로는 불가능했던 복잡한 물질 설계와 발견의 가능성을 열었다. 연구팀은 콘크리트 제조 과정에서 발생하는 이산화탄소를 다시 흡수해 환경에 미치는 영향을 줄이려는 연구를 진행 중이다. 이번 연구를 주도한 AI 전문가인 Aiichiro Nakano 교수와 화학공학 및 재료과학 전문가인 Ken-Ichi Nomura 교수는 지난 1월 로스앤젤레스 화재 이후 환경 문제에 대한 깊은 고민을 하게 되면서, 새로운 콘크리트 개발을 위한 프로젝트를 시작했다. 이들은 "Allegro-FM"이라는 AI 기반 시뮬레이션 모델을 개발해, 이산화탄소를 콘크리트에 다시 저장하는 기술을 이론적으로 입증했다. 이 기술을 통해 콘크리트는 탄소 중립을 달성할 수 있으며, 기존 콘크리트보다 훨씬 오래 지속될 수 있는 가능성이 열렸다. 현재 콘크리트 생산은 전 세계 이산화탄소 배출량의 약 8%를 차지하고 있으며, 이는 기후 변화의 주요 원인 중 하나다. 하지만 Allegro-FM은 수십억 개의 원자를 동시에 시뮬레이션해, 다양한 콘크리트 화학 조합을 가상으로 테스트할 수 있다. 이는 실물 실험보다 훨씬 빠르고 비용 효율적인 방식으로 새로운 재료를 개발하는 데 기여할 수 있다. 이 모델의 주요 혁신은 규모와 정확도다. 기존의 분자 시뮬레이션 기법은 수천 또는 수백만 개의 원자만 처리할 수 있었지만, Allegro-FM은 약 40억 개의 원자를 97.5%의 효율로 시뮬레이션했다. 이는 기존 기술보다 약 1,000배 더 큰 컴퓨팅 능력을 나타낸다. 또한, 89개 화학 원소를 포함해 다양한 분야에서의 분자 행동 예측이 가능하다. 이는 콘크리트의 기계적 및 구조적 특성을 시뮬레이션하는 데 유리한 조건을 제공한다. 이 기술은 콘크리트의 내화성과 지속성을 동시에 개선할 수 있다. 기존 콘크리트는 평균 100년 정도 지속되지만, 고대 로마의 콘크리트는 2,000년 이상 사용된 사례가 있다. 연구팀은 이산화탄소를 콘크리트에 재흡수하면, "탄산층"이 형성되어 더 견고한 구조를 만들 수 있다고 설명했다. 이는 환경 문제 해결과 함께 구조물의 수명을 획기적으로 늘리는 효과를 기대할 수 있다. Allegro-FM은 기존의 복잡한 수학적 공식을 대신해 AI 기반의 학습 데이터를 활용해 원자 간 상호작용을 예측할 수 있다. 이는 기존의 수많은 개별 시뮬레이션을 대체해 연구 시간과 자원을 절약한다. 기존의 방법은 특정 물질만 시뮬레이션 가능했지만, Allegro-FM은 주기율표의 거의 모든 원소를 동시에 처리할 수 있다. 이 기술은 고전적인 양자역학 계산을 필요로 하지 않아도, AI가 고정밀 계산을 수행할 수 있어, 대규모 슈퍼컴퓨터의 자원을 절약할 수 있다. 이 연구는 최근 물리화학 저널 'The Journal of Physical Chemistry Letters'에 게재되었으며, 저널의 표지 이미지로도 선정되었다. 연구팀은 향후 더 복잡한 구조와 표면을 시뮬레이션하는 연구를 지속할 계획이다. 평가: 이 기술은 콘크리트 산업의 탄소 배출 문제를 해결할 수 있는 혁신적인 방안으로 주목받고 있다. 전문가들은 이 AI 모델이 재료 과학 분야에서 기존의 연구 방법을 혁신할 수 있을 것으로 기대하고 있으며, 특히 환경 친화적인 건축 자재 개발에 큰 영향을 줄 수 있다고 평가했다. 연구팀은 USC Viterbi 스쿨에서 활동하는 주요 학자들로, 이들의 연구는 AI와 재료 과학의 융합을 통해 새로운 기술 혁신의 가능성을 보여주는 사례로 꼽힌다.