세계는 정말로 모래가 부족해지고 있는가?

 (practical.engineering)
1P by GN⁺ | ★ favorite | 댓글 1개
  • 세계가 모래 자체를 고갈시키고 있다는 설명은 과장에 가깝고, 건설용 모래 문제는 품질·위치·비용·환경 규제가 얽힌 공급 문제에 가까움
  • 콘크리트용 모래는 입자 크기와 분포가 중요하며, 자연 모래가 부족한 지역에서도 큰 암석을 부수고 체로 걸러 제조 모래를 만들 수 있음
  • 둥근 사막 모래는 콘크리트에 쓸 수 없다는 통념은 단순화되어 있으며, 실제 성능은 입자 모양뿐 아니라 작업성과 물-시멘트비에 크게 좌우됨
  • 차고 실험에서는 같은 배합비에서 각진 제조 모래 콘크리트가 3배 강했지만, 같은 작업성을 맞추자 둥근 모래 배합이 물을 30% 덜 써 약 10% 더 강하게 나옴
  • 모래 채취의 부담은 운송비, 하천 채굴의 환경 피해, 규제 준수 비용, 재활용 가능성까지 포함한 공학적·경제적 트레이드오프로 봐야 함

모래 부족론보다 복잡한 건설 재료 문제

  • 모래는 유리, 반도체, 광섬유, 필터, 연마재, 표면 질감, 놀이, 미관 등 여러 용도에 쓰이며, 건설 분야에서는 특히 콘크리트의 핵심 재료임
  • 콘크리트는 물, 시멘트, 자갈, 모래 같은 단순한 재료로 만들 수 있고, 저렴하면서 내구성이 높으며 다양한 형태로 성형 가능함
  • 건설용 모래는 대체로 가까운 곳에서 채굴됨
    • 운송비가 모래 비용에서 큰 비중을 차지함
    • 산지와 사용처의 거리가 경제성에 직접 연결됨
  • 하천 모래는 콘크리트에 적합한 경우가 많지만, 하천 채굴은 수로 특성을 바꿔 상류와 하류 모두에 영향을 줄 수 있음
  • 모래는 지질 과정으로 만들어지는 속도보다 사용 속도가 훨씬 빠른 비재생 자원이지만, 큰 암석을 부수어 건설용 모래를 만드는 방법도 있음

공학에서 모래를 구분하는 기준

  • USDA 토양 삼각도에서는 모래가 85% 이상인 입상 재료를 모래로 분류함
  • 통합토양분류체계(USCS)에서는 입자 크기가 핵심 기준임
    • 입자의 절반 이상이 Number 4 체, 약 5mm를 통과해야 함
    • 입자의 절반을 넘는 양이 Number 200 체, 약 75마이크론보다 작은 체를 통과하면 안 됨
  • 일반적으로 떠올리는 깨끗한 모래는 USCS 기준에서 clean sand에 가까우며, Number 200 체를 통과하는 입자가 12% 미만임
  • 이 기준은 모래가 단일한 재료가 아니라 꽤 넓은 범위의 입상 토양을 포함한다는 점을 보여줌

제조 모래와 둥근 모래의 콘크리트 성능

  • 제조 모래는 큰 암석을 부순 뒤 너무 큰 입자와 너무 작은 입자를 체로 걸러 만들 수 있음
    • 이미 자갈 같은 굵은 골재를 생산하는 채석장과 파쇄 설비가 존재함
    • 경우에 따라 작은 입자는 부산물일 수 있음
    • 하천에서 벗어난 내륙 채굴로 환경 영향을 줄일 가능성이 있음
  • 입자 모양은 콘크리트 강도에 영향을 줌
    • 텀블러로 마모한 모래는 둥글고 매끈한 입자를 가짐
    • 부순 모래는 날카롭고 각진 입자를 가짐
    • 같은 양을 쌓았을 때 둥근 모래는 마찰이 낮아 더 넓게 퍼짐
  • 같은 재료 중량으로 만든 실험 배합에서는 각진 제조 모래 콘크리트가 더 강했음
    • 둥근 모래 콘크리트는 약 2,500 Practical Engineering 단위에서 파괴됨
    • 제조 모래 콘크리트는 약 7,500 단위에서 파괴됨
    • 차고 실험이고 시편은 1개였으며, 로드셀도 보정되지 않았음
  • 기존 연구에서도 다른 조건을 같게 유지하면 잔골재가 각질수록 콘크리트 강도가 높아지는 결과가 나타남

사막 모래 통념과 물-시멘트비

  • 콘크리트는 강도만으로 평가되지 않으며, 굳기 전에는 거푸집에 넣고 다질 수 있는 작업성도 중요함
  • 작업성은 흔히 슬럼프 테스트로 측정함
    • 콘에 콘크리트를 채운 뒤 콘을 들어 올림
    • 콘크리트가 얼마나 주저앉는지로 흐름성을 봄
  • 작업성을 높이기 위해 물을 더 넣으면 콘크리트가 잘 흐르지만, 강도는 낮아짐
    • 시멘트는 물이 증발해 굳는 접착제가 아니라 물을 화학 반응에 포함하며 양생됨
    • 시멘트는 자기 무게의 약 35% 정도 물과 반응할 수 있음
    • 그보다 많은 물은 더 강한 재료가 차지할 수 있는 부피를 대신 차지함
  • 같은 작업성을 기준으로 다시 배합하자 결과가 달라짐
    • 제조 모래 배합은 작업성을 맞추는 데 물 100ml가 필요했음
    • 둥근 모래 배합은 70ml만 필요해 물을 30% 덜 사용함
    • 1주일 뒤 파괴 시험에서 둥근 모래 시편은 4,800 단위, 제조 모래 시편은 4,300 단위에서 파괴됨
  • 둥근 모래가 콘크리트에 부적합하다는 말은 단순화된 통념에 가까움
    • American Concrete Institute bulletin 기준으로는 잔골재의 모양과 질감이 경화 콘크리트 강도에 미치는 영향이 거의 전적으로 결과적인 물-시멘트비와 연결됨
    • Vince Beiser의 책이 인용한 UN 글은 2006년 중국 사막 모래 논문을 근거로 삼았지만, 그 논문은 입자 둥근 정도를 측정하거나 그 특성으로 결과를 해석하지 않았음
    • 해당 논문 결론에는 사막 모래가 콘크리트용 다른 잔골재의 실행 가능한 대안이라는 내용이 포함됨
    • 이 연구의 핵심 쟁점은 입자 모양보다 입도 분포에 가까움

진짜 제약은 비용, 환경 영향, 재료 공급 방식

  • 잔골재는 세계 곳곳에서 발견되며 직접 만들 수도 있지만, 실제 건설에서는 비용이 핵심 제약임
  • 제조 모래는 바로 배합에 넣을 수 있는 천연 재료를 채굴하는 것보다 비쌀 수 있음
    • 작업성을 확보하려면 화학 혼화제 같은 추가 재료가 필요할 수 있음
    • 좋은 품질의 모래를 먼 곳에서 운송하는 것도 비용을 키움
    • 전 세계적으로 엄격해지는 환경 규제를 지키며 채굴하는 비용도 커짐
  • “잔골재가 지구에서 희소해지고 있다”는 표현보다 “모래가 예전보다 훨씬 비싸지고 있다”는 설명이 더 정확함
  • 모래의 낮은 가격과 풍부함은 콘크리트를 많이 쓰는 이유 중 하나이며, 모래 경제성이 바뀌면 공학과 건설 산업도 함께 바뀔 수 있음
  • 다른 재료에서도 공급 방식 변화가 수요와 사용 방식을 바꾼 사례가 있음
    • 산업용 다이아몬드의 99%는 합성 다이아몬드임
    • 전 세계 목재 사용량의 3분의 1 이상은 벌채를 위해 심은 조림지에서 나옴
    • 합판, OSB, 구조용 복합재 같은 공학 목재는 원재료를 더 효율적으로 사용할 수 있음
  • 콘크리트도 부순 뒤 골재로 재활용해 새 콘크리트나 다른 건설 재료에 다시 쓸 수 있음
    • 이는 천연 원천에 대한 수요를 줄일 수 있음
  • 건설 산업에서 모래와 자갈 수요는 커지고 있지만, 문제는 세계가 재료 자체를 다 써버린다는 것보다 조달 비용과 환경·미래 비용을 더 많이 인식하고 반영하는 쪽으로 바뀌고 있다는 점임

함께 보면 좋은 글 β

GN⁺   [-]
Hacker News 의견들

  • 예인선 사업을 시작하고 놀랐던 점은, 한 나라가 모래 수출국이면서 수입국일 수 있다는 것임
    어떤 종류의 모래는 콘크리트용으로 미국에서 바하마로 가고, 다른 종류의 모래는 수족관용으로 바하마에서 미국으로 감
    특수 모래는 규격 배구장을 만드는 데도 쓰임

    • 구식 컴퓨터 프로그래밍 괴짜 입장에서, 같은 포럼에 예인선 사업자도 있다는 게 신기하게 느껴짐
    • 특수 모래는 정말 다양함
      지역 육상연맹의 멀리뛰기 모래 구덩이를 교체할 때, 공장에서 부순 모래가 아니라 강바닥 모래를 써야 한다는 걸 알게 됨
      강물에 계속 쓸리며 날카로운 모서리가 닳아 없어져 찰과상을 덜 일으키기 때문임
      모래는 그냥 모래가 아님
    • 한 나라가 같은 물건을 수출도 하고 수입도 하는 건 꽤 일반적임
      예를 들어 독일도 자동차를 많이 수입하고 많이 수출함
    • 무역은 콘크리트용 모래를 수족관용 모래로 바꾸는 기술임
    • 모래는 아니지만, Colorado가 Rockies를 통과하는 I-70을 건설할 때 세계 각지에서 특수 흙을 수입했다는 글을 읽은 기억이 있음
      현지 흙에서는 찾을 수 없는 여러 물성이 필요했다고 함

  • 인용 가능한 출처인 Beiser의 책과 UN 글이 실수하면, 그 오류가 틀렸는데도 상식처럼 전파되는 패턴이 꽤 흔해 보임
    저자가 깊이 파고들어 여러 단계의 오류를 찾아낸 훌륭한 블로그 글이 많지만, 학계나 Wikipedia가 보는 “인용 가능한” 출처가 아니라는 이유로 잘못된 주장이 계속 퍼짐
    “무엇을 인용 가능한 출처로 볼 것인가” 문제를 푸는 건 복잡하지만, 그 전까지라도 비학술 출처의 잘 조사된 발견과 정정을 인용 가능한 형태로 쉽고 정기적으로 옮길 방법이 필요함

    • Wikipedia에서 “인용 가능한 출처”를 정하는 기준은 좋게 봐도 느슨하고, 나쁘게 보면 악의적으로 쓰일 수 있음
      특히 사회적 사안에서는 특정 관점에 유리하다는 이유로 “부적절한” 출처가 받아들여지는 예가 많음
      STEM 분야는 대체로 괜찮지만, 사람의 삶을 다루는 항목은 중요한 출처 유형이 부족하고 인물 문서에 편향이 많아 신중히 봐야 함
    • BBC 수학·통계 프로그램 More or Less는 이런 통계를 “좀비 통계”라고 부름
      처음에 잘못 인용된 사실이 말맛 좋은 한마디로 유용해서, 여러 번 반박됐는데도 계속 반복되는 현상임

  • Grady는 공학 보도와 다큐멘터리 쪽의 영웅 같은 존재임
    Practical Engineering을 통해 다른 공학 분야에서 세상이 어떻게 돌아가는지 정말 많이 배웠고, 특히 인재가 빠져나가는 속도를 충원 속도가 따라가지 못하는 소외된 분야를 자주 다뤄 줌
    십대들이 그의 영상을 보고 인프라 분야로 가고 싶어질 수 있다는 점이 희망적이고, 요즘 영상 콘텐츠에서 부족한 차분하고 이성적인 관점을 특히 높이 평가함

    • 정말 동의함. 그는 여러 접근법과 트레이드오프를 차분하게 설명함
      전통적인 기자라고 하긴 어렵지만, 저널리즘의 미래가 이런 모습이면 좋겠음
      해당 분야 전문성이 있는 사람들이 자기 분야를 쉽고 명확하게 설명하는 방식임
    • 약 10년 전의 내가 그랬지만, FAANG 보상의 유혹이 너무 강해서 토목공학 전공 1년 뒤 전기공학/컴퓨터과학으로 옮김
      언젠가 이런 인재 재배치의 영향을 정말 체감하게 되고, 토목공학이 더 높은 보수를 받는 직업이 될지 궁금함

  • 아이러니하게도 전혀 다른 “모래 재앙”을 막 맞닥뜨렸음: https://mastodon.social/@mimsical/113232531800424706
    마이크로칩이 되는 실리콘 잉곳을 만드는 도가니는 초고순도 석영 모래로 만들어지는데, 전 세계 공급의 70%가 North Carolina의 한 곳, Spruce Pine에서 나온다는 내용임

    • 전 세계 반도체 공급망의 핵심 노드가 Hurricane Helene의 피해를 입었다는 HN 글이 있었음
      https://news.ycombinator.com/item?id=41701862
    • 빠르게 찾아보면 North Carolina 말고도 그런 재료를 얻을 수 있는 곳이 더 있는 것 같음
      이 광산이 지금 가장 싸서 쓰이는 것뿐이고, 사라지면 모두 대체 공급처로 갈 수 있는 상황인지, 아니면 그 광산이 사라지면 대안이 전혀 없는 상황인지가 궁금함
    • 예술가들이 많이 쓰는 유리 배치, 즉 유리를 만들기 위해 녹이는 원료 조합 중 하나가 Spruce Pine Batch임
    • Spruce Pine은 모래를 쓰는 게 아니라, 페그마타이트에서 큰 석영 결정을 채굴함
    • 6개월쯤 전 HN에 올라온 글에 이런 댓글을 썼음: https://news.ycombinator.com/item?id=39818778
      안타깝게도 North Carolina 서부의 엄청난 피해 때문에 그 가설을 시험해 볼 기회가 생김
      Spruce Pine이 멈춰도 전 세계 반도체 산업에 대한 전체 영향은 비교적 눈에 띄지 않을 것이라는 가설임

  • 정말 흥미로운 영상임
    사막 모래는 건설에 부적합하다는, 보기엔 완전히 조작된 듯한 생각에 정면으로 의문을 제기한 걸 처음 봄
    충분히 검증하지 않은 채 그 생각을 이미 머릿속에 받아들였던 것 같음

  • 독일에서는 햇빛이 많고 바람이 많이 불 때 남는 전기를 처리하려고 오히려 돈을 내는 경우도 있음
    그 저렴한 전기로 암석 파쇄기를 돌려 모래를 더 만들면 어떨까 싶음

    • 전기 가격이 0이거나 음수일 때 활용하는 방안 중 하나는 내화성 고체에 고온 열을 저장하는 것임
      원래 열을 얻으려고 연료를 태우는 사람들이 쓰는 방식으로, 공기를 예열해 필요한 연료를 줄이거나 아예 0으로 만들 수 있음
      내화벽돌은 약 1000°C까지 견디고, MIT에서 나온 스핀오프는 니켈을 도핑한 특수 산화크롬 벽돌을 써서 천연가스-공기 화염 온도에 가까운 1800°C까지 동작시킴
      이 벽돌은 전기 전도성이 있어 스스로 발열체 역할도 할 수 있음
      https://www.fastcompany.com/91129126/these-bricks-conduct-el...
      https://electrifiedthermal.com/
      https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/130800
    • 놀고 있는 설비 자본 비용이, 남에게 전기를 받아 달라고 돈을 내는 비용보다 훨씬 클 가능성이 높음
      가격 변동 폭에 따라서는 배터리가 훨씬 나은 투자가 될 수 있음
    • 이런 기회라면 왜 Bitcoin 채굴자들이 달려들지 않는지 모르겠음
    • 전기가 공짜라고 생산도 공짜가 되는 건 아님
      노동력, 기계 마모, 그리고 그 돈을 다른 데 쓸 기회비용도 있음
      그런 파쇄기를 만들어 놓고 현재로서는 작은 x%의 시간에만 돌리는 건 좋은 투자가 아닐 수 있음
    • 그 기회를 활용하려면 중력 배터리를 설치할 때가 된 듯함

  • 언급된 책은 Vince Beiser의 The World in a Grain: The Story of Sand and How It Transformed Civilization임
    모래라는 갈수록 중요해지고 줄어드는 천연자원, 그리고 그것을 채굴하고 팔고 건설에 쓰며 때로는 그것 때문에 사람을 죽이기도 하는 사람들에 대한 이야기임
    모래 의존이 낳는 심각한 인간적·환경적 비용도 다루고, 미국부터 인도·중국·Dubai의 외딴 지역까지 이동하며 모래가 현대 생활에 왜 중요한지 설명함
    https://www.goodreads.com/book/show/36950075-the-world-in-a-...

    • 이 주제의 다른 책으로 Ed Conway의 Material World: The Six Raw Materials That Shape Modern Civilization가 있음
      https://www.goodreads.com/book/show/112974899-material-world
      모래, 소금, 철, 구리, 석유, 리튬이라는 기본 재료가 수천 년 동안 제국을 만들고 문명을 무너뜨리며 인간의 창의성과 탐욕을 먹여 살렸다는 내용임
      현대 세계는 이것들 없이는 존재할 수 없고, 그것들을 통제하려는 싸움이 미래를 좌우하게 됨

  • “콘크리트는 대부분의 다른 재료를 압도한다”는 말이 맞음
    Wikipedia에 따르면 콘크리트는 물 다음으로 세계에서 두 번째로 많이 쓰이는 물질이라고 함
    콘크리트가 너무 흔한데도 한 번도 제대로 생각해 본 적이 없다는 걸 깨닫고 Wikipedia 문서를 보고 있었는데, 이런 일이 가능하다는 게 놀라움

    • 공기나 나무 같은 건 어떻게 되는지 궁금함
      질량 기준인지 부피 기준인지도 봐야 할 듯함

  • 이 글이 흥미로웠다면 Material World: A Substantial Story of Our Past and Future를 꼭 읽어볼 만함
    지난 몇 년 동안 읽은 책 중 가장 눈이 트이는 책 중 하나였음

    • 동의함. 올해 초에 읽었고 많은 걸 깨닫게 해준 책이었음

  • 몇 년 전 Vietnam으로 휴가를 갔을 때, Mekong강에서 모래를 준설하는 일이 분명 큰 사업처럼 보였음
    모래를 가득 실은 배들이 강을 내려가는 걸 볼 수 있었고, 원래는 보호 대상이라고 들었지만 아무도 멈추지 않는 듯했음
    Vietnam에는 부패가 꽤 많은 것 같았고, 준설로 인한 침식 때문에 집들이 강으로 무너져 들어간다고 들었음

답변달기