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- 시멘트 생산은 가장 큰 온실가스 배출원 중 하나. 전 세계 CO2 배출량의 약 8%를 차지
- 시멘트의 최대 40%를 실리콘 망간 생산 시 미세하게 분쇄된 폐기물로 대체
- 슬래그 콘크리트는 시멘트 함량으로 인해 발생하는 CO2 배출량의 최대 95%를 절약

슬래그는 콘크리트를 더욱 기후 친화적으로 만든다.
실리콘 망간 생산 시 발생하는 폐기물은 콘크리트의 CO2 배출을 줄인다.

시멘트 대신 슬래그:
광석 처리 중에 생성된 슬래그는 콘크리트를 보다 기후 친화적으로 만들고 CO2 집약적 시멘트의 필요성을 줄일 수 있다. 노르웨이의 파일럿 테스트에서 나타난 것처럼 콘크리트의 안정성에 영향을 주지 않고 시멘트의 최대 40%를 실리콘 망간 생산 시 미세하게 분쇄된 폐기물로 대체할 수 있다. 슬래그 콘크리트는 시멘트 함량으로 인해 발생하는 CO2 배출량의 최대 95%를 절약한다. 

▲ 철강산업용 실리콘망간을 생산하는 과정에서 발생하는 슬래그 © Eramet/SINTEF

철강 생산과 함께 시멘트 생산은 업계에서 가장 큰 온실가스 배출원 중 하나다. 이는 전 세계 CO2 배출량의 약 8%를 차지한다. 그 이유는 석회석이 연소될 때 탄산칼슘이 산화칼슘으로 전환되어 CO2를 방출하기 때문이다. 또한, 석회 연소에는 많은 양의 에너지가 필요하며, 지금까지는 주로 화석 연료를 사용했다.

따라서 세계는 CO2 포집이나 새로운 생산 공정 등을 통해 시멘트 생산을 보다 기후 친화적으로 만드는 방법을 찾고 있다. 동시에 콘크리트 등 건축자재에서 시멘트의 비율을 줄이기 위한 실험도 진행되고 있다. 이를 위해 시멘트의 일부는 석탄재, 알루미늄 생산 폐기물 또는 플라스틱 폐기물로 대체된다.

시멘트 대체재로서의 지반 슬래그

노르웨이 연구소 SINTEF의 Per Anders Eidem이 이끄는 연구원들은 이제 시멘트를 절약하는 또 다른 방법을 테스트했다. 철강 생산에 중요한 합금제인 실리콘 망간 생산 시 발생하는 잔류물부터 시작된다. 망간 함유 광석에서 이 합금을 생산할 때 실리콘 함유 슬래그가 소위 SiGS(실리카 그린 스톤)라는 폐기물로 생성된다. 이 SiGS 슬래그는 지금까지 일부 산업에서 필러로만 사용되었다. 

▲ 거의 유리처럼 빛나는 이 덩어리는 망간 함유 광석을 처리하면서 남은 슬래그인 실리카 그린 스톤(SiGS)이다. © Eramet

“SiGS 슬래그는 일부 측면에서 철강 산업의 용광로에서 생산되는 슬래그와 유사하다”고 Eidem은 설명한다. "이를 미세한 분말로 분쇄하면 슬래그는 시멘트와 유사하게 작용하는 결합 특성을 갖게 된다." 따라서 Eidem과 그의 팀은 SiGS 슬래그가 콘크리트의 시멘트 대체재로 적합한지와 이로 인해 발생하는 CO2 배출량을 조사했다. 이렇게 하면 돈을 절약할 수 있다.

시멘트 사용량을 40% 줄여도 안정적인 콘크리트

VALSiGS 프로젝트를 위해 연구진은 실리콘 망간 제조업체인 Eramet의 SiGS 슬래그를 사용했다. 그들은 잘게 분쇄된 재료를 두 개의 콘크리트 혼합물, 즉 포장용 돌용 건식 혼합물과 건물 건설에 사용되는 습식 콘크리트 혼합물에 추가했다. 그런 다음 그들은 28일 동안 경화 콘크리트의 안정성을 반복적으로 테스트했다. "이 테스트에서 우리는 콘크리트에 있는 시멘트의 최대 40%를 슬래그로 대체했다"고 Eidem은 말했다.

결과는 다음과 같다.
“두 경우 모두 매우 좋은 결과를 얻었다”고 Eidem은 말했다. 시멘트의 40%를 슬래그로 대체한 경우에도 "SiGS 콘크리트"는 시멘트를 완전히 혼합한 기존 콘크리트만큼 안정적인 것으로 입증되었다. 연구진은 “초기 안정성은 낮지만 28일 후에는 일반 콘크리트 배합만큼 안정해진다”고 말했다. 이는 건식 혼합 포석 혼합물의 경우 특히 그렇다.

▲ 분쇄된 SiGS 슬래그는 결합제 역할을 하며 콘크리트의 시멘트 일부를 대체할 수 있다. © SINTEF

상당한 CO2 절감

또한 긍정적인 점은 슬래그를 추가하면 콘크리트의 기후 발자국이 크게 개선된다는 점이다. 연구원들이 보고한 바와 같이 일반 시멘트는 SiGS 슬래그보다 CO2 배출을 20~25% 더 많이 발생시킨다. 콘크리트에 포함된 시멘트의 40%가 이 슬래그로 대체되면 콘크리트의 CO2 배출량이 크게 감소한다. 팀에서는 최대 95%의 절감 효과도 계산했다. 하지만 이는 생산에 사용되는 에너지 혼합과 같은 다른 요인에 따라 달라진다.

과학자들에 따르면, 그들의 테스트는 시멘트를 대체 바인더로 대체하면 콘크리트를 더욱 기후 친화적으로 만들 수 있음을 확인했다. 프로젝트의 다음 단계는 이제 산업 규모의 테스트가 될 것이며, SiGS 콘크리트는 도로 건설에서도 테스트될 것이다. Eidem과 그의 팀은 또한 다른 슬래그를 콘크리트 첨가제로 테스트할 계획이다.
출처 : SINTEF

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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