호주 로열 멜버른 공과대학(RMIT)의 연구원들은 점토를 유리 폐기물 및 석탄재와 혼합하여 만들 수 있는 특별한 "에너지 스마트 벽돌"을 개발했습니다.
이 벽돌은 대규모 점토 채굴이 필요한 에너지 집약적인 공정인 기존 벽돌 제조의 부정적인 영향을 완화하는 데 도움이 될 수 있으며 CO2 저감에 크게 기여합니다.
RMIT 연구원에 따르면 "전 세계 벽돌 가마는 연간 3억 7,500만 톤의 석탄을 연소 소비하며, 이는 6억 7,500만 톤의 CO2 배출에 해당합니다. 이는 미국 승용차 1억 3천만 대의 연간 이산화탄소 배출량을 합친 것보다 많습니다.
에너지 스마트 브릭은 RCF 폐기물이라는 재료에 의존합니다. 대부분 재활용 과정에서 남은 미세한 유리 조각(92%)과 세라믹 재료, 플라스틱, 종이 및 재가 포함되어 있습니다. 이 폐기물의 대부분은 일반적으로 매립지로 보내져 토양과 수질을 악화시킬 수 있습니다. 그러나 연구 저자들은 "소성 점토 벽돌에 RCF 폐기물을 활용하는 것은 증가하는 글로벌 폐기물 위기에 대한 잠재적인 해결책을 제공하고 매립지에 대한 부담을 줄입니다"라고 지적합니다.
브릭을 "에너지 스마트"하게 만드는 요소
기존 브릭에 비해 새로 개발된 에너지 스마트 브릭은 열전도율이 낮아 열을 더 오래 유지하고 더 균일한 가열을 거칩니다. 이는 더 낮은 소성 온도에서 제조할 수 있음을 의미합니다. 예를 들어, 일반 점토 벽돌은 1,050 ℃에서 소성하는 반면, 에너지 스마트 벽돌은 950 ℃에서 필요한 경도를 달성하여 기존 벽돌 제조에 필요한 에너지의 20%를 절약할 수 있습니다.
실험실에서 생산된 벽돌을 기반으로 그들은 "각 소성 주기는 417톤의 CO2를 줄여 최대 $158,460의 잠재적 가치로 이어졌습니다. 소성 온도가 9.5% 감소한 결과입니다. 따라서 기본적으로 제조업체가 일반 점토 벽돌에서 에너지 스마트 벽돌로 전환하면 수천 달러의 전기 요금을 절약하고 가마에서 CO2를 덜 방출하게 됩니다. 지구의 대기권으로. 매년 약 1조 4천억 개의 브릭을 생산할 것으로 추산되며, 이를 감안하면 상당한 절감 효과를 얻을 수 있습니다.“라고 주장합니다.
그러나 벽돌 제조업체만 혜택을 보는 것은 아닙니다. "열전도율이 낮은 벽돌은 효율적인 열 저장 및 흡수에 기여하여 여름에는 시원한 환경을, 겨울에는 더 따뜻한 편안함을 제공합니다. 이러한 이점은 에어컨의 에너지 절약으로 이어지며 집이나 건물의 거주자에게 혜택을 줍니다."라고 연구 저자들은 설명했습니다.
연구진이 실시한 실험에 따르면 에너지 스마트 벽돌을 사용하여 지은 단층 주택의 거주자는 일반 점토 벽돌로 만든 집에 사는 사람들에 비해 에너지 요금을 최대 5%까지 절약할 수 있습니다.
에너지 스마트 브릭 제작 및 테스트
일반 벽돌은 점토, 물, 모래로 만들어집니다. 그러나 에너지 스마트 벽돌은 20%의 석탄재와 15%의 미세한 유리 폐기물을 사용합니다. 이 RCF 폐기물은 분쇄된 점토 입자와 혼합된 다음 오븐에서 건조됩니다. 그런 다음 건조된 혼합물에 물을 첨가하여 48시간 동안 공기 건조된 녹색 벽돌을 생산합니다.
그런 다음 벽돌을 용광로에 넣어 950 ℃에서 소성하여 최종적으로 원하는 에너지 스마트 벽돌로 만듭니다. "우리는 또한 우리의 공식을 바꾸어서 백색에서 진한 빨강에 색깔의 범위에 있는 경량 벽돌을 제조할 수 있습니다," Dilan Robert, 연구원 중 한 명, RMIT에 부교수를 말했습니다.
연구팀은 벽돌의 강도와 내구성을 테스트하여 일반 점토 벽돌과 비교했습니다. 후자의 압축 강도를 측정했을 때 벽돌은 실패하기 전에 23.1메가파스칼(MPa)을 견뎌냈습니다. 그러나 유리 폐기물이 15%인 벽돌의 경우 31.6MPa로 내구성과 강도가 더 높았습니다.
"100개 이상의 벽돌이 서로 다른 소성 온도에서 제조되었으며 이 연구에서 테스트 되어 건설 표준에 대한 포괄적인 규정 준수를 보장했습니다. RCF 폐기물을 사용하여 950 ℃에서 제조 및 소성된 모든 벽돌은 업계의 규정 준수 및 표준을 초과하여 건설에 대한 적합성을 입증했습니다."
에너지 스마트 벽돌 제조 공정은 호주 표준(Standards Australia)에서 정한 소성 점토 벽돌의 주요 규정 준수 요구 사항도 충족합니다. 또한 "벽돌 생산에 RCF 폐기물을 사용하면 제어 벽돌에 비해 7% 감소하여 온실 가스 배출을 줄일 수 있는 잠재력을 제공합니다."라고 연구 저자들은 덧붙였습니다.
대량 생산이 필요한 시기입니까?
RMIT 연구원들은 완벽한 에너지 스마트 벽돌 배합에 도달하는 데 4년이 걸렸습니다. 그들은 2020년에 에너지 스마트 브릭을 개발하기 시작했습니다. 실험을 위해 RCF 폐기물을 준비하기 위해 그들은 거부된 유리 폐기물을 새로운 유리 포장재로 재활용하는 것을 전문으로 하는 호주 기반 회사인 Visy와 협력했습니다.
Visy는 크기가 3mm보다 작은 유리 조각을 사용하는 방법을 찾기 위해 고군분투하고 있었습니다. 이 조각들을 사용하여 새로운 유리 제품을 만드는 것은 불가능했고, 대부분은 매립지에 버려졌습니다. 따라서 RMIT 팀이 에너지 스마트 벽돌에 대한 아이디어를 가지고 접근했을 때 "회사는 식품 및 음료 포장재로 재활용할 수 없는 재료에 대한 솔루션을 찾게 되어 기뻤습니다."라고 Visy 대표인 Paul Andrich는 보도 자료에서 말했습니다.
에너지 스마트 브릭은 이제 사용할 준비가 되었지만, 연구진에게는 여전히 몇 가지 과제가 남아 있습니다. 예를 들어, 그들은 실험실에서 제한된 수의 벽돌만 생산했습니다. 대량 생산된 벽돌이 실험실 샘플만큼 에너지 효율적이고 친환경적이며 상업적으로 실행 가능한지 여부는 중요한 질문이 될 것입니다.
"우리는 멜버른의 벽돌 제조업체와 협력하여 혁신적인 벽돌의 상용화를 촉진하기 위해 생산 공정을 확장하는 데 집중하고 있습니다"라고 Robert는 말했습니다.
이상의 기사는 2024년 6월 26일 ArsTechnica에 게재된 “Energy-smart bricks need less power to make, are better insulation”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : “Energy-smart” bricks need less power to make, are better insulation | Ars Technica
* 추가정보 출처 : Utilizing rejected contaminants from the paper recycling process in fired clay brick production - ScienceDirect
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