1/1 콘크리트 제조 공정에서 탄산 수성 용액을 사용함으로써 엔지니어들은 이산화탄소를 저장하는 새로운 방법을 발견했습니다. 사진 제공: Alessandro Rotta Loria/Northwestern University
노스웨스턴 대학이 이끄는 엔지니어 팀은 콘크리트 제조 공정에서 탄산화 공정을 사용함으로써 CO2를 유비쿼터스 건축 자재인 콘크리트에 효율적으로 저장하는 새로운 공정을 개발했습니다.
새로운 공정은 콘크리트의 강도와 내구성을 희생하지 않고 CO2를 콘크리트 내로 격리하는 데 도움이 될 수 있습니다.
실험실 실험에서 공정은 최대 45%의 CO2 격리 효율을 달성했습니다. 주입된 CO2의 거의 절반이 포획되어 저장되었습니다.
이 연구는 네이처 포트폴리오(Nature Portfolio)가 발행하는 저널인 커뮤니케이션 머터리얼즈(Communications Materials)에 오늘 게재되었습니다.
"시멘트 및 콘크리트 산업은 인간이 유발하는 CO2에 크게 기여합니다. 우리는 CO2를 낮추는 접근 방식을 개발하기 위해 노력하고 있습니다. 이러한 노력은 결국 시멘트와 콘크리트를 거대한 '탄소 흡수원'으로 만들 수 있습니다. 우리는 아직 거기에 도달하지 못했지만 이제 CO2의 일부를 재사용할 수 있는 새로운 방법이 있습니다. 그리고 우리의 솔루션은 기술적으로 매우 간단하기 때문에 업계에서 비교적 쉽게 구현할 수 있습니다."라고 연구를 이끈 노스웨스턴의 알레산드로 로타 로리아(Alessandro Rotta Loria)가 말했습니다.
이 연구는 Rotta Loria의 실험실과 지속 가능한 건설에 전념하는 글로벌 건축 자재 회사인 CEMEX의 협력으로 이루어졌습니다.
이전 프로세스의 한계
콘크리트는 세계에서 물 다음으로 많이 소비되는 재료 중 하나입니다. 가장 단순한 형태의 콘크리트를 만들기 위해 작업자는 물, 미세한 골재(모래 등), 굵은 골재(자갈 등) 및 시멘트를 결합하여 모든 성분을 함께 섞습니다. 1970년대부터 이전 연구자들은 CO2를 콘크리트 내부에 저장하는 다양한 방법을 탐구했습니다.
CO2를 저장하는 공정은 경화 콘크리트 탄산화 또는 신선한 콘크리트 탄산화 등 두 가지 범주 중 하나에 속합니다. 경화 접근 방식에서는 단단한 콘크리트 블록에 CO2 가스가 고압에서 주입됩니다. 새로운 버전에서 작업자는 콘크리트가 생산되는 동안 물, 시멘트 및 골재의 혼합물에 CO2 가스를 주입합니다.
두 접근법 모두에서, 주입된 CO2의 일부는 시멘트와 반응하여 고체 탄산칼슘 결정이 됩니다. 그러나 두 기술 모두 한계가 있습니다. 그들은 낮은 CO2포획 효율성과 높은 에너지 소비의 한계가 있습니다. 더욱이 생성된 콘크리트가 강도가 종종 약해져 적용가능성을 어렵게 한다는 것입니다.
타협하지 않는 강도
Northwestern의 새로운 접근 방식에서는 모든 재료를 함께 혼합하면서 CO2를 주입하는 대신 소량의 시멘트 분말과 물의 혼합물에 먼저 CO2를 주입했습니다. 그런 다음 탄산 현탁액을 나머지 시멘트 및 골재와 혼합하여 CO2가 흡수된 콘크리트를 얻었습니다.
"우리의 접근 방식에서 탄산화된 시멘트 현탁액은 현재 접근 방식에 관례적으로 사용되는 물, 시멘트 및 골재의 혼합물에 비해 훨씬 낮은 점도 유체입니다."라고 Rotta Loria는 말했습니다. "따라서 우리는 매우 빠르게 혼합할 수 있고 탄산칼슘 광물을 생성하는 화학 반응의 매우 빠른 역학을 활용할 수 있습니다."
탄산 콘크리트를 분석한 후 Rotta Loria와 그의 동료들은 그 강도가 일반 콘크리트의 내구성에 필적한다는 것을 발견했습니다.
"탄산화 접근법의 전형적인 한계는 강도가 종종 화학 반응의 영향을 받는다는 것입니다. 하지만 우리의 실험에 따르면, 우리는 그 강도가 실제로 훨씬 더 높을 수 있다는 것을 보여줍니다. 강도가 변하지 않기 때문에 응용 프로그램도 변경되지 않습니다. 보, 슬래브, 기둥, 기초 등 현재 콘크리트를 사용하는 모든 것에 사용할 수 있습니다."
"이 연구의 결과는 시멘트 기반 재료의 탄산화가 잘 알려진 반응이지만 CO2를 더욱 최적화할 수 있는 여지가 여전히 있음을 강조합니다."라고 Zampini는 말했습니다.
이상의 기사는 2024년 6월 26일 Phys.org에 게재된 “Simple new process stores carbon dioxide in concrete without compromising strength”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : Simple new process stores carbon dioxide in concrete without compromising strength (phys.org)
* 추가정보 출처 : Storing CO2 while strengthening concrete by carbonating its cement in suspension | Communications Materials (nature.com)
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