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향후 100년 동안 건설부문에서의 CO₂저감 전략
건물 및 운송 인프라와 같은 건축 환경은 현재 전 세계 이산화탄소 배출량의 상당 부분을 차지하지만 새로운 기술은 건축 환경을 탄소원에서 탄소 흡수원으로 변화시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
연구원들은 건설 부문에서 CO2를 줄이거나 포집 및 재사용하는 데 도움이 되는 새로운 재료와 프로세스를 통합할 수 있는 방법에 대한 권장 사항을 발표했습니다.
인간이 CO2를 계속 배출함에 따라 대기로 흘러 들어가 지구를 따뜻하게 하고 기후 변화를 일으키는 등 미국을 비롯한 전 세계 많은 국가들은 탄소 발자국을 줄이기 위해 노력하고 있습니다.
건물과 건설 부문은 약 에너지 관련 전 세계 CO2의 39% 연간 배출량, 건축 환경을 탈탄소화 노력의 주요 초점으로 포지셔닝합니다. 이러한 이유로 미국 연방 지속 가능성 계획은 2045년까지 순 배출 제로 건물을 달성하겠다는 야심 찬 목표를 제시했습니다.
"기후학적으로 볼 때, 우리는 시간이 얼마 남지 않았습니다. 우리는 더 이상 우리가 항상 해왔던 방식으로 계속 건축할 수 없습니다"라고 Global CO2의 이사인 Volker Sick은 말했습니다.
다학제 연구팀은 인프라 수명이 50년에서 100년 사이인 경우가 많기 때문에 건설에 대해 신중하게 생각해야 한다고 강조했습니다.
현재 미국의 노후화된 건축 환경은 지속 가능성 기준에 훨씬 못 미치며 2021년 미국 토목 학회(American Society of Civil Engineers)의 인프라 성적표에서 C-를 받았습니다. 노후화된 인프라를 교체하는 것은 기후 변화 완화를 염두에 두고 건축 환경 개발에 대해 전략적으로 생각할 수 있는 기회를 제공합니다.
"우리의 생활 및 작업 공간은 기후 변화와의 싸움을 근본적으로 변화시킬 수 있으며, 다음 세대를 위해 중추적인 역할을 할 수 있습니다. 이러한 혁신을 수용하는 것은 기술적으로 흥미로울 뿐만 아니라 지속 가능한 미래를 위해 필수적입니다"라고 교신 저자인 Ah-Hyung "Alissa" Park는 말했습니다.
변화하는 기후에 적응하고 새로운 정책을 준수하려면 원자재 채굴에서 철거에 이르기까지 전체 건축 환경 수명 주기에 관여하는 업계 전문가 간의 협업이 필요합니다.
탄소 제로 건물을 달성하거나 건축 환경 CO2를 줄이기 위한 단일 솔루션은 없습니다. 연구팀은 구조물 수명 주기의 4단계(자재 가공, 건설, 건물 사용 및 철거) 동안의 CO2를 줄이거나 포집하는 새로운 기술을 강조합니다.
가공 재료
글로벌 도시화 추세는 콘크리트에 대한 막대한 수요를 창출하지만 콘크리트 구성 요소인 일반 포틀랜드 시멘트와 같은 기존 재료는 시멘트 1톤당 약 0.6톤의 CO2 배출로 탄소 집약도가 높습니다.
석탄 발전소에서 나오는 폐기물인 플라이 애시와 같은 시멘트 보충제는 이미 시멘트를 부분적으로 대체하는 데 사용되고 있어 원자재 채굴의 필요성이 줄어듭니다. 그러나 콘크리트에 대한 많은 수요를 충족하려면 대체 시멘트가 전 세계적으로 풍부하게 제공되어야 합니다.
이러한 이유로 엔지니어들은 마그네슘이 지구의 지각과 해수에서 풍부하게 이용 가능하기 때문에 기존의 칼슘 기반 시멘트가 아닌 마그네슘 기반 시멘트를 개발하고 있습니다. 마그네슘 원료는 전기화학적 경로를 통해 배출 없이 확보할 수 있으며, 마그네슘 기반 시멘트는 폐수 슬러지에서도 포집할 수 있습니다.
철강은 탄소 발자국이 큰 또 다른 수요가 많은 재료입니다. 1.91톤의 CO2를 생산합니다. 조강 주조 톤당. 바이오 섬유, CO2- 기반 고분자 섬유, 탄소 섬유 및 탄소 나노 튜브는 CO2를 줄이는 것을 목표로 하는 강철 대안으로 테스트 되었습니다. 탄소나노튜브는 플라스틱으로 오염된 해조류로 만들 수 있어 폐기물을 업사이클링할 수 있는 추가적인 이점을 제공합니다.
철강 대체품의 발전에도 불구하고 어떤 경우에는 철강의 뛰어난 강도와 연성으로 인해 대체할 수 없습니다. 대신 철강 제조 공정을 변경하면 CO2를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 예로 연료를 코크스 및 석탄에서 가스 및 바이오매스로 전환, 용광로를 효율적인 전기로로 교체, 제강에 수소 통합 등을 들 수 있습니다.
건축
새로운 재료와 함께 새로운 건축 기술이 등장합니다. 일반적으로 3D 프린팅으로 알려진 적층 제조는 폐기물을 최소화하기 위한 린 제조와 함께 위에서 언급한 신소재를 통합한 미래의 건물과 인프라를 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다.
"콘크리트 3D 프린팅은 낮은 CO2 배출 시멘트, CO2 격리 필러 및 비전통적인 바이오 기반 바인더 등과 같은 새로운 재료의 통합을 활용하여 새로운 건설 패러다임을 발전시킬 수 있는 비할 데 없는 기회를 제공합니다.
"이러한 재료는 3D 프린팅의 성능 요구 사항에 부합할 뿐만 아니라 기존 건설 방법의 제약을 뛰어넘는 가능성을 제시합니다"라고 뉴멕시코 대학의 토목, 건설 및 환경 공학과 Gerald May 부서의 저명한 교수이자 리전트 강사인 Mahmoud Taha는 말했습니다.
"가장 큰 장애물은 본질적으로 보수적인 산업 내에서 이러한 돌파구를 촉진하는 데 필요한 상당한 투자에 있습니다"라고 Taha는 덧붙였습니다.
"이산화탄소 포집 및 사용은 기후를 안정화하고 특히 세계의 소외된 지역에 절실히 필요한 일자리를 추가할 수 있는 기회를 제공합니다. 이것들은 모두 신속하고 대규모의 조치가 필요한 긴급한 요구들이다"라고 Sick은 말했습니다.
건물 사용
일단 건설되면 건축 환경은 거주자 또는 활동을 수용하기 위해 계속 에너지를 소비합니다. 미국의 건물은 전기 소비의 3/4을 차지하며, 이는 영향력 있는 에너지 사용 변화를 구현할 수 있는 기회를 제공합니다.
감지 및 계산 기능을 개선하면 건물의 수요 유연성 또는 전력망 상태, 지역 기후 또는 사용자 요구에 따라 에너지 수요를 관리할 수 있는 능력이 향상될 수 있습니다.
다기능 재료는 또한 지붕 및 창문의 태양 전지와 같이 건물의 지속 가능성을 개선하여 현장에서 에너지를 생성하거나 열 조절을 개선하기 위해 단열재로 상변재료를 사용할 수 있습니다.
철거
폐기물 골재의 업사이클링은 낙관적일 수 있습니다. 최대 6기가톤의 CO2를 회수합니다. 2050년까지 매년. 전반적으로 건축 자재의 순환성을 창출하면 지속 가능한 미래 경제가 발전할 것입니다.
탄소 배출 산업에서 탄소 저장 산업으로의 전환을 달성하려면 공급망과 제조 기반을 늘리는 등 기술이 성숙해야 하며, 정책 변화는 경제적 생존을 뒷받침해야 합니다.
이상의 기사는 2024년 5월 20일 TechXplore에 게재된 “Capture and reuse opportunities for CO₂ in the construction sector in the next 100 years”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : https://techxplore.com/news/2024-05-capture-reuse-opportunities-sector-years.html
* 추가정보 출처 : https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenrg.2024.1388516/full