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[콘크리트의 혁명: CO2를 격리하고 강도를 강화] 제조 과정에서 탄산수 기반 솔루션을 사용하여 콘크리트에 이산화탄소(CO2)를 저장하는 혁신적인 방법을 발견

박세훈 | 기사입력 2024/07/04 [10:02]

[콘크리트의 혁명: CO2를 격리하고 강도를 강화] 제조 과정에서 탄산수 기반 솔루션을 사용하여 콘크리트에 이산화탄소(CO2)를 저장하는 혁신적인 방법을 발견

박세훈 | 입력 : 2024/07/04 [10:02]

 

콘크리트의 혁명: CO2를 격리하고 강도를 강화

 

노스웨스턴 대학교가 이끄는 엔지니어 팀은 제조 과정에서 탄산수 기반 솔루션을 사용하여 콘크리트에 이산화탄소(CO2)를 저장하는 혁신적인 방법을 발견했다. 이 새로운 방법은 대기에서 CO2를 격리하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 타협하지 않는 강도와 내구성을 가진 콘크리트를 생산한다.

 

실험실 실험에서 이 공정은 최대 45%의 CO2 격리 효율을 달성했으며, 이는 콘크리트 제조 중에 주입된 CO2의 거의 절반이 포집 및 저장되었음을 의미한다. 이 돌파구는 전 세계 온실 가스 배출량의 8%를 차지하는 시멘트 및 콘크리트 산업의 CO2 배출량을 크게 상쇄할 수 있다.

"시멘트와 콘크리트 산업은 인간이 일으킨 CO2 배출에 크게 기여합니다"라고 연구를 이끈 노스웨스턴의 알레산드로 로타 로리아(Alessandro Rotta Loria)는 말했다. "우리는 이러한 산업과 관련된 CO2 배출량을 낮추고 궁극적으로 시멘트와 콘크리트를 거대한 '탄소 흡수원'으로 바꿀 수 있는 접근 방식을 개발하고 있습니다. 우리는 아직 거기에 도달하지 못했지만 이제 콘크리트 제조 중에 배출되는 CO2의 일부를 바로 이 동일한 재료로 재사용할 수 있는 새로운 방법을 가지고 있습니다. 우리의 솔루션은 기술적으로 간단하여 업계에서 비교적 쉽게 구현할 수 있습니다."

이 연구의 공동 저자이자 CEMEX의 글로벌 연구 개발 담당 부사장인 Davide Zampini는 "시멘트 기반 재료의 탄산화를 가속화하고 강조하는 이러한 접근 방식은 CO2가 핵심 성분이 되는 새로운 클링커 기반 제품을 설계할 수 있는 기회를 제공합니다"라고 덧붙였다.

콘크리트는 물 다음으로 세계에서 가장 많이 소비되는 재료로 인프라에 필수적입니다. 콘크리트를 만들기 위해 작업자는 물, 미세한 골재(모래 등), 거친 골재(자갈 등) 및 모든 재료를 함께 묶는 시멘트를 결합한다. 1970년대부터 연구자들은 콘크리트 내부에 CO2를 저장하는 다양한 방법을 모색해 왔지만 이전 방법에는 상당한 단점이 있었다.

"이전 방법은 고압 CO2 챔버에 단단한 콘크리트 블록을 배치하거나 생산 중에 물, 시멘트 및 골재의 혼합물에 CO2 가스를 주입하는 것이었습니다"라고 Rotta Loria는 설명했다. "그러나 두 방법 모두 CO2 포집 효율이 낮고 에너지 소비가 높으며 콘크리트가 약화되는 경우가 많습니다."

Northwestern의 새로운 접근 방식에서 연구원들은 신선한 콘크리트 탄산화 공정을 활용했다. 모든 재료를 함께 혼합하면서 CO2를 주입하는 대신 먼저 소량의 시멘트 분말과 혼합된 물에 CO2 가스를 주입했다. 그런 다음 이 탄산 현탁액을 나머지 시멘트 및 골재와 혼합하여 제조 과정에서 CO2를 흡수하는 콘크리트를 만들었다.

"우리의 접근 방식에서 탄산화된 시멘트 현탁액은 물, 시멘트 및 골재의 일반적인 혼합물에 비해 점도가 훨씬 낮은 유체입니다"라고 Rotta Loria는 말했다. "이것은 더 빠른 혼합과 빠른 화학 반응을 통해 탄산칼슘 미네랄을 생성합니다. 그 결과 탄산칼슘 광물이 상당히 농축된 콘크리트 제품이 탄생했습니다."

탄산 콘크리트를 분석한 후 Rotta Loria와 그의 동료들은 그 강도가 일반 콘크리트의 내구성에 필적한다는 것을 발견했다. "탄산화 접근법의 전형적인 한계는 강도가 종종 화학 반응의 영향을 받는다는 것입니다." "하지만 우리의 실험에 따르면, 우리는 그 강도가 실제로 훨씬 더 높을 수도 있다는 것을 보여줍니다. 아직 더 테스트해야 하지만 최소한 타협하지 않았다고 말할 수 있습니다. 강도가 변하지 않기 때문에 응용 프로그램도 변경되지 않습니다. 보, 슬래브, 기둥, 기초 등 현재 콘크리트를 사용하는 모든 것에 사용할 수 있습니다."

Zampini는 "이 연구의 결과는 시멘트 기반 재료의 탄산화가 잘 알려진 반응이지만 재료 가공과 관련된 메커니즘에 대한 더 나은 이해를 통해 CO2 흡수를 더욱 최적화할 수 있는 여지가 여전히 있음을 강조합니다"라고 언급했다.

이 새로운 방법은 콘크리트 제조의 탄소 발자국을 줄이는 동시에 재료의 필수 특성을 유지하여 보다 지속 가능한 건설 관행을 위한 길을 닦을 수 있는 유망한 솔루션을 제시한다.  Impact Lab

 

 
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