MIT 연구원, "친환경" 콘크리트를 위한 새로운 첨가제 개발

MIT 연구원들은 대기 중에 이산화탄소를 덜 방출하는 콘크리트를 만드는 새로운 방법을 발견하고 있습니다.

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콘크리트는 세계에서 두 번째로 많이 소비되는 재료입니다. 물이 먼저입니다. 이는 현대 인프라의 초석이기도 합니다. 도로, 교량, 건물 등 내구성이 뛰어나고 오래 지속되도록 설계된 모든 것을 건설하는 데 사용됩니다. 하지만 단점이 있습니다. 콘크리트를 만들면 시멘트 생산의 화학적 부산물과 이러한 반응에 연료를 공급하는 데 필요한 에너지로 다량의 이산화탄소가 생성됩니다. 매년 전 세계 탄소 배출량의 약 8%가 시멘트 및 콘크리트 제조와 관련이 있습니다.

MIT 연구팀은 콘크리트의 기계적 특성을 변경하지 않고 기존 콘크리트 제조 공정에서 탄소 배출을 크게 줄이는 새로운 재료를 발견했다고 밝혔습니다. 그들의 연구 결과는 3월 28일 PNAS Nexus 저널에 "Cementing CO2 into CSH: A step to 구체적인 탄소 중립성"이라는 눈길을 끄는 제목의 논문으로 게재되었습니다. 저자는 MIT 토목 및 환경 공학 교수 Admir Masic과 Franz-Josef Ulm, MIT 박사후 과정 후보자 Damian Stefaniuk, 박사 과정 학생 Marcin Hajduczek입니다. Harvard University의 Wyss Institute의 James Weaver도 기여했습니다.

시멘트 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 태양열이나 풍력 에너지원에서 생성된 전기로 대체될 수 있지만, 배출의 나머지 절반은 재료 자체에 내재되어 있습니다. 광물 혼합물이 섭씨 1,400도(화씨 2,552도) 이상의 온도로 가열되면 탄산칼슘과 점토에서 클링커(주로 규산칼슘으로 구성됨)와 이산화탄소의 혼합물로 화학적 변형을 겪게 됩니다. 공기.

보도 자료에서 MIT 연구진은 콘크리트 생산 과정에서 OPC가 물, 모래, 자갈 물질과 혼합되면 높은 알칼리성이 되어 실내에서 이산화탄소를 격리하고 장기간 저장하는 데 이상적인 환경을 조성한다고 밝혔습니다. 탄산염 물질의 형태(탄산화라고 알려진 과정). 콘크리트가 자연적으로 대기 중 이산화탄소를 흡수할 수 있는 잠재력에도 불구하고 이러한 반응이 일반적으로 발생하면(주로 경화된 콘크리트 내에서) 재료가 약화되고 내부 알칼리도가 낮아져 보강 철근의 부식이 가속화될 수 있습니다. 이러한 프로세스는 궁극적으로 건물의 하중 지지력을 파괴하고 장기적인 기계적 성능에 부정적인 영향을 미칩니다. 수십 년에 걸쳐 발생할 수 있는 이러한 느리고 후기 단계의 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. 연구진이 발견한 새로운 이산화탄소 격리 경로는 재료가 굳기 전에 콘크리트를 혼합하고 붓는 동안 탄산염이 매우 일찍 형성되는 것에 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 초기 단계에서 광물화될 수 있음을 입증했습니다. 이는 잠재적으로 재료의 전 세계 탄소 발자국에 상당한 영향을 미칠 수 있을 만큼 충분합니다.