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탄소 배출이 매우 적은 콘크리트
케임브리지 대학의 연구원들은 탄소 배출이 매우 적은 콘크리트를 대규모로 생산하는 방법을 개발했으며, 이는 넷 제로로의 전환에 혁신이 될 수 있습니다.
연구진이 "절대적인 기적"이라고 말하는 이 방법은 철강 재활용에 사용되는 전기로 구동되는 아크 용광로를 사용하여 CO2가 부족한 콘크리트를 동시에 재활용합니다.
콘크리트는 물 다음으로 지구상에서 두 번째로 많이 사용되는 재료이며 총 인위적 CO2 배출의 약 7.5%를 차지합니다. 글로벌 수요를 충족하면서 콘크리트 CO2 배출량을 줄이는 확장 가능하고 비용 효율적인 방법은 세계에서 가장 큰 탈탄소화 과제 중 하나입니다.
케임브리지 연구원들은 사용된 시멘트가 불순물을 제거하기 위해 철강 재활용에 사용되며 일반적으로 석회 플럭스를 효과적으로 대체한다는 것을 발견했습니다. 석회 플럭스는 슬래그로 알려진 폐기물로 배출됩니다. 그러나 석회를 사용된 시멘트로 대체함으로써 최종 폐기물은 새로운 콘크리트를 만드는 데 사용할 수 있는 재활용 시멘트를 얻을 수 있습니다.
네이처(Nature) 저널에 보고된 케임브리지 연구진이 개발한 시멘트 재활용 방법은 콘크리트나 철강 생산에 상당한 비용을 추가하지 않으며 석회 플럭스의 필요성이 감소하기 때문에 콘크리트와 강철 모두에서 배출되는 배출량을 크게 줄입니다.
이 프로젝트의 파트너인 재료 가공 연구소(Materials Processing Institute)가 최근 실시한 테스트에 따르면 재활용 시멘트는 전기로(EAF)에서 대규모로 생산할 수 있습니다. 결국, 이 방법은 EAF가 재생가능 에너지로 구동되는 경우 무공해 시멘트를 생산할 수 있습니다.
"우리는 건설 부문의 배출량을 줄일 수 있는 방법에 대해 건설 업계 구성원들과 일련의 워크숍을 개최했습니다"라고 연구를 이끈 케임브리지 공학과의 Julian Allwood 교수는 말했습니다. "이러한 논의에서 많은 훌륭한 아이디어가 나왔지만, 그들이 고려할 수 없거나 고려하지 않으려 했던 한 가지는 시멘트가 없는 세상이었습니다."
콘크리트는 모래, 자갈, 물, 시멘트로 만들어지며 바인더 역할을 합니다. 시멘트는 콘크리트의 작은 비율이지만 콘크리트 CO2 배출량의 거의 90%를 차지합니다. 시멘트는 석회석과 기타 원료를 대형 가마에서 분쇄하여 약 1,450℃로 가열하는 클링커링(clinkering)이라는 공정을 통해 만들어집니다. 이 공정은 재료를 시멘트로 변환하는 과정에서 많은 양의 CO2를 방출합니다.
지난 10년 동안 과학자들은 시멘트 대체품을 조사해 왔으며 콘크리트에 있는 시멘트의 약 절반이 플라이애시와 같은 대체 재료로 대체될 수 있지만 이러한 대안은 경화되기 위해 나머지 시멘트에 의해 화학적으로 활성화되어야 한다는 것을 발견했습니다.
올우드는 "이는 또한 양의 문제이기도 한데, 연간 약 40억 톤에 달하는 글로벌 시멘트 수요를 따라잡을 수 있는 이러한 대안이 물리적으로 충분하지 않다"라고 말했습니다.
"이전 연구에서 오래된 콘크리트를 부수는 것이 가능하다면 모래와 돌을 제거하고 시멘트를 가열하면 수분이 제거되고 다시 클링커가 형성될 것이라는 막연한 아이디어가 있었습니다." 라고 공학부의 제1저자 Cyrille Dunant 박사는 말했습니다.
클링커링 공정에는 열과 산화물의 올바른 조합이 필요하며, 이 모든 산화물은 사용된 시멘트 안에 있지만 재활성화되어야 합니다. 연구원들은 철거 폐기물로 만든 다양한 슬래그를 테스트하고 석회, 알루미나 및 실리카를 첨가했습니다. 슬래그는 재료 가공 연구소의 EAF에서 용강으로 처리되고 급속 냉각되었습니다.
"우리는 시멘트 클링커와 산화철의 조합이 거품이 나고 잘 흐르기 때문에 우수한 제강 슬래그라는 것을 발견했습니다"라고 Dunant는 말했습니다. "그리고 균형을 맞추고 슬래그를 충분히 빨리 냉각시키면 제강 공정에 비용을 추가하지 않고도 재활성화된 시멘트를 얻을 수 있습니다."
이 재활용 공정을 통해 만들어진 시멘트는 기존 시멘트보다 더 높은 수준의 산화철을 함유하고 있지만 연구원들은 이것이 성능에 거의 영향을 미치지 않는다고 말합니다.
케임브리지 일렉트릭 시멘트 공정은 빠르게 확장되고 있으며, 연구원들은 2050년까지 연간 10억 톤을 생산할 수 있을 것으로 예상하며, 이는 현재 연간 시멘트 생산량의 약 4분의 1에 해당합니다.
"탄소 배출이 없는 시멘트를 생산하는 것은 절대적인 기적이지만, 우리는 또한 우리가 사용하는 시멘트와 콘크리트의 양을 줄여야 합니다"라고 Allwood는 말했습니다. "콘크리트는 저렴하고 튼튼하며 거의 모든 곳에서 만들 수 있지만 우리는 너무 많이 사용합니다. 안전성 저하 없이 콘크리트 사용량을 획기적으로 줄일 수 있지만, 이를 위해서는 정치적 의지가 필요하다.
"우리는 Cambridge Electric Cement가 건설 산업의 돌파구가 될 뿐만 아니라 정부가 탄소 배출 제로를 향한 여정에서 혁신의 기회가 에너지 부문을 훨씬 넘어 확장된다는 것을 인식하는 데 도움이 되기를 바랍니다."
이상의 기사는 2024년 5월 22일 TechXplore에 게재된 “Cement recycling method could help solve one of the world's biggest climate challenges”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : https://techxplore.com/news/2024-05-cement-recycling-method-world-biggest.html
* 추가정보 출처 : https://www.nature.com/articles/s41586-024-07338-8