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버려진 커피 찌꺼기로 콘크리트 강도 높일 수 있다?
- 철근과 시멘트 같은 원자재 가격의 지속적인 상승으로 건설사의 부담이 가중되고 있다. 이러한 가격 상승은 결국 소비자에게 전달되는 형태가 되고 있다. 그러나 최근 호주의 연구진이 흥미로운 발견을 했다. 버려진 '커피 찌꺼기'를 활용하여 콘크리트의 강도를 향상시키는 기술을 개발한 것이다. 아직 초기 단계이지만, 우리나라 건설 업체들도 이 기술을 활용해보는 것이 좋을 것 같다. 영국 일간지 가디언에 따르면, 호주 로열멜버른공대(RMIT)의 연구팀은 국제학술지 '저널 오브 클리너 프로덕션'에 이러한 기술을 게재했다. 버려진 커피 찌꺼기를 활용한 콘크리트는 강도가 30% 더 높아진다는 연구 결과가 RMIT에서 발표됐다. RMIT의 샤넌 킬마틴-린치(Kilmartin-Lynch) 박사는 "버려지는 커피 찌꺼기와 커피 포드를 가치 있는 재료로 전환하려는 시도로 이 연구를 시작했다"고 밝혔다. 연구팀은 커피 찌꺼기를 바이오차(Biochar)로 전환하여, 이를 콘크리트 제조 과정에서 일부 모래의 대체재로 사용했다. 현재, 연구팀은 지방 의회와 협력하여 다양한 인프라 프로젝트에 참여하고 있으며, 이 기술이 커피 폐기물 처리 문제를 해결하고 천연 모래의 수요 감소에 기여한다면 환경적으로 큰 이점이 될 것이라는 의견을 제시했다. 호주의 '국가식품폐기물 전략 타당성 조사(National Food Waste Strategy Feasibility Study)'에 따르면, 호주의 연간 온실가스 배출량 중 약 3%는 음식 폐기물에서 발생하며, 이 중 약 7만5000톤은 커피 폐기물로 추정된다. RMIT의 라지브 로이찬드 박사( Rajeev Roychand)는 바이오차 제조 과정이 미처리된 커피콩을 로스팅하는 방식과 유사하다고 설명했다. 온실가스의 증가를 피하기 위해 산소가 없는 환경에서 이 과정을 진행하는데, 이를 열분해(Pyrolysis)라고 한다. 열분해의 일반적인 온도는 700~900도 사이지만, 커피 찌꺼기는 약 350도에서 가열될 수 있어 에너지 효율이 좋다. 연구팀은 이를 통해 모래의 15%를 대체할 경우 콘크리트의 강도가 약 29.3% 향상된다고 밝혔다. 린치 박사는 "커피 바이오차는 모래보다 미세한 구조를 가지고 있고, 다공성 특성 때문에 시멘트가 이 다공성 구조와 결합될 수 있다"고 설명했다. 호주에서는 연간 약 7200만 톤의 콘크리트를 생산하기 위해 2880만 톤의 모래가 필요하다. 하지만 커피 찌꺼기로 모래를 완전히 대체하는 것은 현실적으로 불가능하다. 한국에서도 자연환경에서 얻어진 바이오차를 활용한 콘크리트의 탄소중립 활용 및 실용화 연구가 활발히 이루어지고 있다. 콘크리트에 바이오차를 일정 비율로 첨가해 건설 현장에서의 사용 가능성을 조사한 결과, 폐목재, 커피 찌꺼기, 견과류 껍질과 같은 다양한 폐자원이 건축 분야에서의 활용 가능성이 확인되었다. 반면, 호주에서의 커피 찌꺼기를 활용한 연구는 초기 단계에 있으며 내구성 테스트 등 추가 연구가 예정되어 있다. 건설 분야에서 기존 콘크리트를 바이오차를 포함한 콘크리트로 교체할 경우, 온실가스의 배출량을 줄이고 원재료비의 절감이 가능해져 환경적‧경제적 이익을 가져다줄 것으로 기대된다.
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- 산업
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버려진 커피 찌꺼기로 콘크리트 강도 높일 수 있다?
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바나듐 플로우 배터리, 신재생 에너지의 미래를 열다
- 영국의 배터리 기업인 인비니티 에너지 시스템(Invinity Energy Systems PLC, 이하 인비니티)은 바나듐 플로우 배터리를 활용하여 신재생 에너지를 효율적으로 관리하며, 전력 네트워크의 안정성을 강화하는 혁신적인 기술을 개발하는 데 성공했다. 영국 기술전문매체 프로액티브인베스터스에 따르면 바나듐 플로우 베터리 관련 기술은 대용량 에너지 저장 시스템(ESS)으로 구현되어 재생 에너지의 효과적인 활용을 가능하게 한다. 바나듐은 은빛 회색의 금속으로, 강철 제련이나 연소 과정을 통해 얻어지거나 우라늄 광산에서 추출된다. 바나듐 레독스 배터리는 바나듐을 전해액으로 사용하며, 양극과 음극을 별도의 탱크에 저장함으로써 리튬 이온 배터리처럼 화재나 폭발의 위험 없이 안전하게 작동한다. 이러한 배터리는 바나듐 플로우 배터리(VFB) 또는 바나듐 레독스 플로우 배터리(VRFB)로도 알려져 있다. 바나듐 플로우 배터리는 환경에 친화적이며, 장기적인 에너지 저장에 적합하게 설계돼 다양한 응용 분야에서 활용된다. 전력 그리드의 에너지 저장, 재생 가능 에너지의 통합, 급속 충전 인프라 지원, 산업용 에너지 저장 등 여러 분야에서 이 배터리의 활용성이 증명되고 있다. 이 배터리의 주요 장점은 장기적인 에너지 저장 능력, 안정성, 수천 번의 충방전 수명, 그리고 용량 감소가 최소화된 구조다. 또한, 이 배터리는 환경 친화적이고, 재활용이 가능하며, 빠른 충전이 가능하다는 장점도 가지고 있다. 인비니티는 최근 캐나다의 재생 에너지 프로젝트 개발 회사인 엘리멘탈 에너지(Elemental Energy)에 8.4 MWh 바나듐 플로우 배터리 공급 계약을 체결했다. 해당 배터리는 앨버타의 차피스 레이크 솔라 스토리지(Chappice Lake Solar Storage) 프로젝트에서 활용되어, 앨버타 전력망에 경제적이면서도 환경 친화적인 전력을 제공할 예정이다. 이로써 재생 에너지의 효율적 활용과 전력망의 안정성이 강화될 것으로 예상된다. 인비니티는 이런 프로젝트들을 통해 다양한 분야에 걸쳐 안정적이고 지속 가능한 에너지 솔루션을 제공하는 능력을 갖추었음을 증명하고 있다. 바나듐 플로우 배터리는 신재생 에너지 산업의 미래를 밝히는 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
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- IT/바이오
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바나듐 플로우 배터리, 신재생 에너지의 미래를 열다
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'리튬 이온 배터리' 단점 고가와 불안정성에 '고체 전해질' 주목
- 전기자동차부터 휴대폰, 가전제품까지 다양한 분야에서 활용되는 리튬 이온 배터리. 그러나 이 배터리의 높은 가격과 안정성 문제로 고체 전해질 배터리가 대안으로 급부상하고 있다. 현재 국내에서는 SK온이 주도하는 가운데, 세계적으로도 도요타 등 주요 기업들이 고체 전해질 배터리의 연구와 개발에 박차를 가하고 있다. 특히 일본 도호쿠 대학의 연구팀은 이 분야의 연구에서 큰 진전을 이루며 주목받고 있다. 일본 에너지 전문 매체 '에너진'에 따르면, 도호쿠 대학 연구원들은 물리 화학분야 국제 저명 학술지인 '재료 화학(Chemistry of Materials)'에 고체 전해질의 구조가 배터리 성능에 어떤 영향을 주는지 예측 가능한 프레임워크를 공개했다. 고체 전해질(Solid Electrolyte)은 전기를 전도하는 역할을 유지하는 물질 중 하나다. 고체 전해질의 주요 특징은 리튬 이온 배터리의 액체 전해질에 비해 화학적 안정성이 탁월하다. 다시 말하면, 고체 전해질은 배터리의 양극과 음극 사이에서 리튬 이온을 전달하는 역할을 하는 전해질을 고체 형태로 만든 것이다. 액체 전해질에 비해 고체 전해질은 화재 위험이 없고, 온도 변화나 외부 충격에도 강한 장점이 있다. 또한, 분리막이 필요 없어 배터리의 구조를 단순화하고, 에너지 밀도를 높일 수 있다. 고체 전해질은 크게 황화물계, 산화물계, 폴리머계 세 가지 종류로 나눌 수 있다. 황화물계 전해질은 리튬 이온 전도도가 높고, 전극과의 접촉면을 넓게 형성할 수 있는 특징이 있다. 산화물계 전해질은 리튬 이온 전도도는 낮지만, 전기화학적 안정성이 우수하다. 폴리머계 전해질은 기존 액체 전해질과 유사한 제조 공정과 비용 경쟁력을 가지고 있다. 하오 리(Hao Li) WPI-AIMR의 부교수는 "에너지 저장 장치의 개발은 지속 가능한 미래를 보장하는 데 필수"라며 "클로소형 2차 복합 수소화물(CTCH, 리튬 이온 기술을 대체할 고체 전해질)은 리튬 이온 기술의 안전성 및 에너지 밀도 한계를 극복할 수 있는 귀중한 대안"이라고 강조했다. 한편, SK온은 단국대 신소재공학과 박희정 교수 연구팀과 공동으로 새로운 고체 전해질 기술을 선보여 관심을 모았다. 이 연구 팀은 산화물계 고체 전해질 소재인 리튬·란타넘·지르코늄·산소(LLZO)의 첨가물질을 추가해 리튬이온전도도를 기존보다 무려 70% 개선한 것으로 알려졌다. 이러한 기술적 진보는 배터리의 화재 위험 감소와 용량 증대 효과가 있을 것으로 예상된다. 국내외 기업들도 전고체 배터리 시장에 본격 진출하고 있다. SK온과 함께 삼성SDI, LG에너지솔루션은 각각 연구와 개발에 나서고 있으며, 일본의 토요타와 중국의 칭다오에너지 역시 전고체 배터리 기술 개발에 힘쓰고 있다. SK온을 비롯해 삼성SDI는 지난 2022년 국내 최초로 전고체 배터리 파일럿 라인을 착공했다. LG에너지솔루션은 오는 2026년 고분자계 전고체 배터리, 2023년 황화물계 전고체 배터리 양산을 목표로 연구를 진행 중이다. 일본 도요타는 전고체 배터리 관련 특허만 약 1000여개에 달할 만큼, 전고체 배터리 연구에 전념하고 있다. 중국에서는 칭다오에너지가 지난 2018년 100메가와트시 규모의 전고체 배터리 파일럿 생산 공장을 건설한 바 있다. 전고체 배터리는 고체 전해질을 사용한 차세대 배터리로, 꿈의 배터리라고도 불린다. 고체 전해질은 전기차와 에너지 저장 분야의 향후 기술적 파장을 주도할 핵심 기술로 떠오르며, 그 가능성이 무궁무진함을 입증하고 있다.
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'리튬 이온 배터리' 단점 고가와 불안정성에 '고체 전해질' 주목
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