탄소 흡수하는 바이오숯 활용도 높인 친환경 콘크리트 개발

04/20/23

유기물을 태워 만든 바이오숯(biochar)을 활용해 기존 콘크리트와 강도가 비슷하면서 이산화탄소(CO₂)를 흡수할 수 있는 환경친화적 콘크리트가 개발됐다.

미국 워싱턴주립대학에 따르며 이 대학 토목·환경공학과 교수 스시엔밍 박사가 이끄는 연구팀은 콘크리트 산업의 탄소 배출량을 대폭 줄일 수 있는 친환경 콘크리트를 개발한 결과를 재료공학 학술지 '머티리얼스 레터스'(Materials Letters)에 발표했다.

연구팀은 콘크리트 만드는 과정에서 잔류물이나 장비 등을 씻어낸 폐수를 활용해 강화한 바이오숯에 일반 시멘트를 섞어 새 콘크리트를 만들었다.

바이오숯은 일반 시멘트와 같은 강도에 도달하는 과정에서 대기 중의 CO₂를 총무게의 23%까지 흡수하는 것으로 제시됐다.

스 교수는 "이 콘크리트가 탄소제로 건축 환경을 만드는 데 기여할 것"이라고 했다.

지구촌에서는 매년 40억t(톤)의 콘크리트가 만들어지고 있다.

콘크리트 재료인 시멘트를 생산하려면 연료를 태워 고온 연소하는 과정이 필요하며 이 때문에 인간 활동으로 만들어내는 전체 CO₂의 약 8%에 달하는 양이 배출된다.

CO₂ 배출이 적은 환경친화적 시멘트를 만들기 위해 일부를 바이오숯으로 대체하는 방안이 연구돼왔지만 이를 3% 이상 넣으면 콘크리트 강도가 크게 떨어지는 것이 걸림돌이 돼왔다.

연구팀은 콘크리트를 씻어낸 강한 알칼리성 폐수로 바이오숯을 처리해 최대 30%까지 시멘트에 첨가할 수 있었다고 밝혔다.

바이오숯의 양을 늘렸지만 콘크리트 양생 28일 뒤 강도는 1평방인치 당 4천 파운드에 달하는 일반 시멘트와 비슷한 것으로 나타났다.

연구팀은 콘크리트 잔류물이나 장비를 씻어낸 물이 부식성이 강해 처리하기 까다로운 폐수지만, 이를 칼슘 원으로 재활용해 탄산칼슘으로 된 방해석(方解石) 형성을 유도함으로써 콘크리트가 바이오숯을 결합하게 했다.

연구팀은 칼슘을 다량 함유한 고 알칼리 폐수와 바이오숯의 다공질 구조 간 시너지로 탄산칼슘이 바이오숯에 흡수돼 강도를 높이고, 대기 중 CO₂을 흡수하게 만든다고 설명했다.

스 교수는 "다른 연구팀은 바이오숯으로 시멘트를 대체하는 양이 최대 3%에 그쳤지만 우리는 바이오숯 표면을 다루는 법을 알아내 이를 대폭 늘릴 수 있다는 점을 입증했다"고 했다.

연구팀은 이 물질로 만든 콘크리트는 도로에서는 30년, 교량에서는 75년에 달하는 수명 동안 CO₂를 격리할 것이라고 했다.

연구팀은 현재 관련 기술에 대한 지적재산권 보호를 위해 임시특허를 출원했으며, 규모를 키워 현장실험을 진행하기 위해 건설 분야 제휴사를 물색 중이라고 밝혔다.

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