콘크리트 산업을 탈탄소화하는 4가지 혁신적인 방법

인간은 지구상의 어떤 재료보다 더 많은 콘크리트를 생산합니다. 그것은 현대 문명의 문자 그대로의 기초이며 정당한 이유가 있습니다.

콘크리트는 강하고, 내구성이 있고, 저렴하며 지구상의 거의 모든 커뮤니티에서 사용할 수 있습니다. 그러나 세계의 콘크리트 산업에는 약간의 비밀이 있습니다. 그냥 세계의 이산화탄소 배출량의 8% 이상을 차지하고 있습니다. 이는 항공 관련 배출량의 3배 이상입니다. 아시아 도시가 성장함에 따라 이러한 배출량은 지난 20년간 두 배가 되었고, 수요는 전례 없는 속도로 계속 증가하고 있습니다.

또한 탈탄소화가 가장 어려운 업계 중 하나입니다. 그 이유 중 하나는 제조업체가 일반적으로 지역 밀착형이며 이익률이 낮고 배출량을 줄일 수 있는 기술에 대한 투자가 거의 없기 때문입니다.

그러나 어렵기 때문에 불가능한 것은 아닙니다.

전세계 건축가, 엔지니어, 과학자, 시멘트 및 콘크리트 제조업체는 시멘트와 콘크리트의 이산화탄소 배출량을 크게 줄일 수 있는 몇 가지 새로운 전략과 기술을 조사하고 시험 운영하고 있습니다. 그 중 일부는 콜로라도 대학의 내 팀이 근무하는 것도 포함합니다. 콘크리트의 가장 큰 배출 문제 인 시멘트를 해결하기 위해 모든 천연 미세 조류를 사용하는 방법을 알아내는 것입니다.

100% 시멘트일 필요 없음

콘크리트가 기후에 미치는 영향의 주요 원인은 콘크리트 제조에 사용되는 분말 인 포틀랜드 시멘트의 생산입니다.

시멘트는 탄산 칼슘이 풍부한 석회암을 화씨 2,640도 이상으로 가열하여 만들어집니다. 탄산칼슘은 산화칼슘 또는 생석회와 기후를 온난화시키는 온실가스인 이산화탄소로 분해됩니다. 이 화학 반응은 포틀랜드 시멘트 협회가 “생명의 화학적 사실”이라고 부르며 시멘트 관련 배출량의 약 60 %를 차지합니다. 나머지는 가마를 데우는 에너지입니다.

콘크리트의 이산화탄소 배출량을 줄이는 가장 유망한 단기 전략 중 하나는 콘크리트 혼합물 중 포틀랜드 시멘트의 일부를 대체하기 위해 석탄 공장의 플라이 애쉬, 제철의 슬래그, 소성 점토 같은 재료를 사용하는 것입니다. 이들은 보조 시멘트 기반 재료로 알려져 있습니다.

20% ~ 50% 플라이 애쉬, 슬래그 또는 소성 점토를 사용하면 콘크리트 혼합물의 내포 탄소를 거의 동일한 비율로 줄일 수 있습니다.

또 다른 방법은 시멘트의 일부를 대체하기 위해 소량의 분쇄 된 석회암을 사용하여 모범 사례가되고 있습니다. 엄격한 테스트 후, 캘리포니아 운송국은 최근 프로젝트에서 PLC로 알려진 포틀랜드 석회암 시멘트 혼합물을 허용한다고 발표했습니다. 시멘트 대신 5%에서 15%의 분쇄 석회석을 사용하면 PLC는 배출량을 거의 같은 양으로 줄일 수 있습니다. 캘리포니아 주 결정으로 즉시 다른 주가 PLC 사용을 승인했습니다.

현재 많은 연구자들은 약 55%의 포틀랜드 시멘트, 15%의 분쇄 석회암 및 30%의 소성 점토를 포함한 석회암 소성 점토 시멘트의 채택을 제안하고 있습니다. 배출량을 45% 이상 줄일 수 있습니다.

전기와 이산화탄소 회수가 가능한 것

시멘트 공장은 또한 배출량을 줄이기 위해 탄소 회수 기술과 전기 킬른 테스트를 시작했습니다. 그러나 이산화탄소의 회수는 비용이 많이 들고 시멘트 및 콘크리트 산업의 수요를 충족시키기 위해 기술을 확장하는 것은 쉬운 일이 아닙니다.

킬른의 전기도 같은 장벽에 직면하고 있습니다. 세계에서 가장 에너지 집약적인 프로세스 중 하나를 전기하려면 새로운 기술과 대규모 설비 투자가 필요합니다. 그러나, 연소 관련 배출량 제로라는 약속은 일부 기업가와 시멘트 기업(시멘트 생산에 100% 태양 에너지를 사용하는 데 관심이 있는 기업을 포함)에 충분히 매력적입니다.

의회가 2022년 8월에 통과한 인플레이션 억제법은 이러한 기술 중 일부를 널리 사용하는 데 도움이 될 수 있습니다. 여기에는 장비의 현대화와 탄소 회수 능력의 추가를 위한 자금과 제조자가 배출을 줄이기 위한 세액 공제 인센티브가 포함됩니다.

아마 조류를 사용하여 시멘트를 사용하지 않을 것입니다.

또 다른 전략은 포틀랜드 시멘트를 전혀 포함하지 않는 기능적으로 동등한 재료를 제조하는 것입니다.

콜로라도 대학 볼더의 제 팀은 조류 유래 석회암을 포틀랜드 시멘트 생산에 사용하는 것을 고려하고 있습니다. 이로 인해 시멘트 제조와 관련된 배출량의 60%를 줄일 수 있습니다. 이 기술은 기존 시멘트 생산과 플러그 앤 플레이가 가능하기 때문에 매력적입니다.

콘크리트를 사용하여 회수 된 CO2를 가두십시오.

엔지니어는 또한 회수한 이산화탄소를 콘크리트에 주입하는 실험이나, 콘크리트에 섞는 자갈이나 모래 대신에 이산화탄소로 만들어진 골재를 사용하는 실험도 실시하고 있습니다.

이것은 흥미로운 개념이지만 지금까지 압입으로 인한 이산화탄소의 감소는 제한적이며 이산화탄소를 저장하는 골재의 생산은 아직 확장되지 않았습니다.

증가하는 문제

궁극적으로 시간이 지남에 따라 이러한 기술과 다른 기술이 예상대로 작동하는지 여부를 알 수 있습니다.

확실한 것은 시멘트 및 콘크리트 산업 내에서 해결해야 할 문제가 있으며 특효약 솔루션이 없다는 세계적인 평가가 있다는 것입니다. 늘어나는 인구와 급변하는 기후에 대응하는 당면 과제와 장기적인 과제를 해결하기 위해서는 지역 시장과 글로벌 시장 모두에 맞게 조정된 솔루션 세트가 필요할 수 있습니다. .


Wil Srubar는 콜로라도 대학 볼더의 건축 공학 및 재료 과학 조교수입니다.

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