Sustainable Environmental Design using Eco-friendly Biocement

Abstract

Today, designers have begun to pursue sustainability through the convergence with biology, in addressing environmental issues. This study has explored sustainable environmental design using biocement thorough Microbially induced calcite precipitation (MICP) which is an eco-friendly and promising biotechnology technique. However, most studies have focused on limited fields such as engineering, biotechnology, and geo-technology, which are generally based on engineering properties, and MICP application studies for design applications are very poor. This research has focused on the practical design application study of biocement for sustainable environmental design through following works. 1) Optimization of MICP environmental conditions to improve the strength of biocement for design applications through X-ray diffraction (XRD) analysis, water permeability analysis, and compressive strength test, 2) Material studies of the compatibility of biocement with art materials and waster marble dust for aesthetic properties and material finish improvement, 3) Design an eco-friendly brick module with biodiversity theme using biocement. As the results of the research, biocement has been obtained high compressive strength (3.8*107 N/m2) which was similar to that of high strength concrete (4~10*107 N/m2) and low water permeability. In the aspect of aesthetic and material finish, biocement mixed with waste marble dust has improved the material finish and observed the high compatibility with art materials. In addition, biocement showed the possibility for design application in biodiversity theme. The current research identified biocement has the potential as sustainable design materials with the aspects of strength, less environmental impacts, and aesthetics. ;본 연구는 미생물의 calcite 생성 작용 (Microbially induced calcite precipitation)을 활용하여, 지속 가능한 환경을 위한 biocement의 디자인 응용 연구를 진행하였다. 기존 연구가 대부분 생물 공학적, 지질 공학적 측면에 초점이 맞추어져 있기 때문에 디자인적 측면에서의 MICP 활용 연구를 통해 biocement의 실제 디자인 응용 연구의 기반을 다지는데 기여하고자 하였다. Sporosarcina pasteurii (KCTC 3558) 균주를 사용하였으며, 다음 세 가지 연구를 통하여 MICP의 디자인 응용 연구 가능성을 탐구하였다. 첫 번째, MICP 환경 최적화 연구를 통해 만든 biocement을 가지고X-ray diffraction (XRD) 분석, 물 투수성 분석, 압축 강도 분석을 통해 응용 가능성을 연구하였다. XRD 분석 결과, 가장 안정된 탄산칼슘의 다형체 결정인 calcite가 최적화된 MICP를 통해 만든 biocement 샘플에서 확인되었으며, 압축강도 결과에서 고강도 콘크리트(4~10*107 N/m2)의 강도와 비슷한 압축강도 (3.8*107 N/m2)를 얻었다. 두 번째, 미적 및 재료 마감의 측면에서biocement, biological mortar, 실리카 솔-젤과 미술 재료, 폐 대리석 가루와의 재료 혼합성 연구를 하였으며. MICP의 미적 측면 발전 가능성 및 디자인 재료로서 마감 향상 결과를 얻었다. 세 번째로, 최적화된 MICP 조건과 biocement의 재료 혼합성 연구를 통하여, biocement의 디자인 응용 연구를 진행하였다. 콘크리트의 친환경적인 대체 재료로서 biocement를 가지고 생태계 균형과 도시화의 매개체 컨셉으로 야생벌들의 집이자 사람 거주공간을 위한 환경 디자인 연구를 진행하였으며, 압축 강도, 환경 영향 및 미적 측면에서 지속 가능한 디자인 재료로서의 가능성을 가지고 있다고 판단된다.