새로운 첨가제는 콘크리트를 효과적인 탄소 흡수원으로 바꿀 수 있습니다

Mar 21, 2023

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고강도, 저비용, 제조 용이성 등 현대 건축 자재로서의 콘크리트의 많은 장점에도 불구하고 콘크리트 생산은 현재 전 세계 이산화탄소 배출량의 약 8%를 차지합니다.

MIT 팀의 최근 발견에 따르면 기존 콘크리트 제조 공정에 새로운 재료를 도입하면 콘크리트의 대량 기계적 특성을 변경하지 않고도 탄소 배출량을 크게 줄일 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다.

이 연구 결과는 MIT 토목 및 환경 공학 교수인 Admir Masic과 Franz-Josef Ulm, MIT 박사후 연구원 Damian Stefaniuk와 박사 과정 학생 Marcin Hajduczek, Harvard University Wyss Institute의 James Weaver가 공동으로 작성한 논문으로 PNAS Nexus 저널에 게재되었습니다.

콘크리트는 물 다음으로 세계에서 두 번째로 많이 소비되는 재료이며 현대 기반 시설의 초석을 나타냅니다. 그러나 제조 과정에서 시멘트 생산의 화학적 부산물과 이러한 반응에 연료를 공급하는 데 필요한 에너지로 다량의 이산화탄소가 방출됩니다.

콘크리트 생산과 관련된 배출량의 약 절반은 석유 및 천연 가스와 같은 화석 연료의 연소에서 발생하며, 이는 석회석과 점토 혼합물을 가열하는 데 사용되며 궁극적으로 일반 포틀랜드 시멘트(OPC)로 알려진 친숙한 회색 분말이 됩니다. . 이 가열 과정에 필요한 에너지는 결국 재생 가능한 태양광 또는 풍력 자원에서 생성된 전기로 대체될 수 있지만, 배출의 나머지 절반은 재료 자체에 내재되어 있습니다. 광물 혼합물은 섭씨 1,400도(2,552도) 이상의 온도로 가열됩니다. 화씨), 탄산칼슘과 점토에서 클링커(주로 규산칼슘으로 구성됨)와 이산화탄소의 혼합물로 화학적 변형을 거치며, 이산화탄소는 공기 중으로 빠져나갑니다.

콘크리트 생산 과정에서 OPC가 물, 모래, 자갈 물질과 혼합되면 높은 알칼리성이 되어 탄산염 물질 형태의 이산화탄소를 격리하고 장기간 저장하는 데 이상적인 환경을 조성합니다(이 과정은 다음과 같습니다). 탄산). 콘크리트가 자연적으로 대기로부터 이산화탄소를 흡수할 수 있는 잠재력에도 불구하고, 이러한 반응이 주로 양생된 콘크리트 내에서 일반적으로 발생하면 재료가 약화되고 내부 알칼리도가 낮아져 보강 철근의 부식이 가속화될 수 있습니다. 이러한 프로세스는 궁극적으로 건물의 하중 지지력을 파괴하고 장기적인 기계적 성능에 부정적인 영향을 미칩니다. 따라서 수십 년에 걸쳐 발생할 수 있는 이러한 느린 후기 탄산화 반응은 오랫동안 콘크리트 품질 저하를 가속화하는 바람직하지 않은 경로로 인식되어 왔습니다.

Masic은 "이러한 경화 후 탄산화 반응의 문제는 강철 부식을 방지하는 데 매우 효과적인 접합 매트릭스의 구조와 화학적 성질을 방해하여 품질 저하를 초래한다는 것"이라고 말합니다.

대조적으로, 저자들이 발견한 새로운 이산화탄소 격리 경로는 재료가 경화되기 전, 콘크리트 혼합 및 타설 중 탄산염의 초기 형성에 의존하며, 이는 재료가 경화된 후 이산화탄소 흡수로 인한 해로운 영향을 크게 제거할 수 있습니다.

새로운 공정의 핵심은 간단하고 저렴한 성분, 즉 베이킹 소다라고도 알려진 중탄산나트륨을 추가하는 것입니다. 중탄산나트륨 대체를 사용한 실험실 테스트에서 팀은 시멘트 생산과 관련된 이산화탄소 총량의 최대 15%가 이러한 초기 단계에서 광물화될 수 있음을 입증했습니다. 이는 잠재적으로 재료의 전 세계 탄소 발자국에 상당한 영향을 미칠 수 있을 만큼 충분합니다.