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2024-11-22 (금)

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[신소재 신기술(134)] UC 버클리, '뜨거운 이산화탄소 가스 포집' 획기적 기술 개발

산업 공정에서 발생하는 뜨거운 이산화탄소를 포집할 수 있는 혁신적인 기술이 개발됐다. 시멘트나 강철을 생산하는 산업 플랜트는 강력한 온실가스인 이산화탄소를 대량으로 배출하지만, 배기가스가 너무 뜨거워 최첨단 탄소 제거 기술을 사용할 수 없다. 배기가스를 냉각하려면 많은 에너지와 물이 필요하며, 이는 일부 가장 오염이 심한 산업에서 이산화탄소 포집 기술을 도입하는 장벽으로 작용한다. 그런데 UC 버클리의 화학자 연구진이 스펀지처럼 작용해 산업 배기가스와 비슷한 높은 온도에서 이산화탄소를 포집할 수 있는 소재를 발했다. UC 버클리 공식 홈페이지에 따르면, 발견된 소재는 금속-유기 프레임워크(MOF)의 일종으로, 사이언스 저널에 게재됐다. 발전 또는 산업 플랜트 배기가스에서 탄소를 포집하는 주요 방법은 액체 아민을 사용하여 이산화탄소를 흡수하는 것이다. 그러나 이 방법은 섭씨 40~60도 사이에서만 효율적으로 작동한다. 시멘트 제조 및 제강 공장은 200도를 넘는 배기가스를 생성하고 일부 산업 배기가스는 500도에 달한다. 아민이 추가된 MOF 하위 분류를 포함해 현재 시범 운영 중인 새로운 소재는 150도 이상의 온도에서는 분해되거나 덜 효율적이다. 이렇게 뜨거운 이산화탄소를 가져와 기존의 탄소 포집 기술을 적용하려면 적절한 온도로 냉각해야 하고, 비싼 인프라가 필요하다. 이번 연구를 진행한 UC 버클리 커티스 카쉬 박사는 "우리 기술이 탄소 포집 방식을 근본적으로 바꿀 수 있을 것"이라며 "개발된 MOF가 전례 없이 높은 온도에서 이산화탄소를 포집할 수 있다는 것이 입증됐다. 과거의 다공성 소재로는 불가능했던 것"이라고 설명했다. 아민 기반 탄소 포집에 대한 일반 연구에서 벗어나 고온에서도 작동하는 MOF의 새로운 매커니즘을 수립했다는 것이다. 개발된 소재는 다공성 결정질 금속 이온 및 유기 링커 배열을 특징으로 하며, 내부 면적은 스푼당 약 6개의 축구장 크기에 달해 이산화탄소를 흡착하기에 충분히 넓은 면적이다. 연구진은 시뮬레이션에서 새로운 MOF가 평균 20%~30%의 이산화탄소 농도를 보이는 시멘트 및 철강 제조 플랜트의 배출가스와 약 4% 농도의 이산화탄소를 포함한 천연가스 발전소의 배출가스에서 뜨거운 이산화탄소를 포집할 수 있음을 보여주었다. 포집된 이산화탄소를 지하에 저장하거나 연료 또는 기타 부가가치 화학 물질을 만드는 데 사용하는 것은 온실가스를 줄이는 핵심 전략이다. 지구 온난화와 기후 변화에 대응하는 유력한 솔루션으로 각광받고 있다. 재생 에너지 발전과 달리 화석연료를 주로 사용하는 산업 플랜트는 지속 가능성을 확보하는 것이 더욱 어렵기 때문에 이산화탄소 포집이 매우 중요하다. 아민 기반 흡착제는 수십 년 동안 탄소 포집 연구의 초점이었다. MOF는 원래 독일 아우크스부르크 대학교의 연구진이 발견했다. MOF가 이산화탄소로 채워지면 이산화탄소의 분압을 낮추어 제거하거나 탈착할 수 있다. MOF는 재사용한다. 연구진은 MOF를 변형해 다른 가스를 흡착할 수 있는지 추가 확인 작업에 나서고 있다. 이 소재가 더 많은 이산화탄소를 흡착할 수 있도록 기능 개선도 진행하고 있다.
- 경제
2024-11-20
9가지 일상 생활 소재, 매년 790억 달러 기후 피해 입혀

미국의 일상적인 9가지 용품의 생산으로 인한 온실가스 배출로 인해 연간 790억 달러의 기후 비용이 발생하고 있다는 지적이 나왔다. 이 연구 보고서는 최근 IOP퍼블리싱의 환경연구저널(Environmental Research Letters)에 게재됐다고 사이테크데일리가 전했다. 온실가스 배출로 인한 이 같은 막대한 비용은 현재 시장 가치에는 반영되지 않고 있으며, 사실상 탄소 집약적 산업에 대한 막대한 보조금 역할을 하고 있다는 지적이다. 연구를 주도한 UC 데이비스 캠퍼스의 엘리자베스 반 로이젠 박사는 "이런 숨겨진 비용은 탄소 저배출 대체 소재가 산업체에서 자발적으로 채택되지 않는 이유가 된다. 정확한 비용을 계산하고 반영하면 대체 소재 생산 방법을 구현하고 혁신을 주도할 수 있는 경제적 기반을 제공할 수 있다"라고 말했다. 팀의 연구는 아스팔트, 플라스틱, 벽돌, 유리, 시멘트, 석회, 석고, 강철, 알루미늄 등 널리 사용되는 9가지 소재를 조사한 것이다. 연구진은 생산 데이터, 에너지 소비, 배출 요인을 분석하여 각 재료에 대한 에너지 및 공정 관련 이산화탄소 배출량을 통합해 계산했다. 분석 결과 이들 9가지 재료는 2018년 한해 동안 4억 2700만 톤의 이산화탄소를 배출했다. 이러한 배출로 인한 기후 비용을 가격에 반영하면 일부 재료의 비용은 큰 폭으로 증가하게 된다. 비용 증가 폭은 ▲시멘트: 62% ▲석회: 61% ▲석고: 47% ▲철강: 22% ▲플라스틱: 19% 등이다. 철강과 플라스틱의 경우 기후 관련 비용이 시장 가치에서 차지하는 비중이 낮음에도 불구하고 생산량이 워낙 많기 때문에 연간 기후 비용이 각각 200억 달러가 넘는다. 연구진은 기후 관련 비용 계산을 위해 미국 환경보호국(EPA)의 사회적 탄소 비용(SCC) 추정치인 이산화탄소 1톤당 184달러 산정액을 기준으로 했다. 이 수치는 인간의 건강, 농업, 해안 인프라에 미치는 영향을 포함하여 탄소 배출량 증가와 관련해 정량화된 경제적 피해를 모두 합한 것이다. 보고서는 이러한 기후 비용을 재료 가격에 반영하면 저탄소 생산 혁신을 촉진하고 재활용 및 대체 재료의 경쟁력을 높일 수 있다고 주장한다. 예를 들어, 알루미늄과 강철 생산이 전적으로 재생 에너지원으로 전환되면 기후 관련 비용이 각각 95%와 79% 감소하게 된다. 그 만큼 가격을 낮출 수 있다는 의미다. 보고서는 연구 결과의 정책적 의미와 조율된 국제적 행동의 필요성을 강조하고 있다. 이러한 재료 가격의 책정은 미국에서만 발생한 조사이므로 다른 국가로부터의 저비용 탄소 배출 소재의 수입을 증가시킬 수 있다. 탄소 배출을 저렴한 외국 수입품으로 전가할 수 있다는 얘기다. 연구진은 청정 에너지원으로 전환해도 제거할 수 없는 공정 관련 배출(예: 시멘트 및 석회의 화학 반응)을 해결하기 위한 정책이 필요하다고 역설한다. 재활용률 개선, 생산자 책임 확대법, 대체 소재는 모두 탄소 배출량을 줄이는 데 중요한 역할을 수행할 수 있다. 연구진은 특히 개발도상국에서 글로벌 소재 수요가 계속 증가함에 따라, 소재 생산 및 사용이 기후에 미치는 영향을 전 세계적이면서 조율된 방식으로 해결하기 위한 정책 솔루션의 연구가 이어져야 할 것이라고 촉구했다.
- 산업
2024-11-05
건설 혁명! '임팩트 프린팅', 탄소 절감과 효율성을 동시에

3D 프린팅보다 탄소 집약도가 낮고 지속가능한 건설 방법인 '임팩트 프린팅'이 스위스에서 개발됐다. 건설 회사 아이콘(ICON)은 최근 텍사스주 조지타운에 세계 최대 규모의 3D 프린팅 주택을 완공할 예정이라고 발표했다. 물론 이것이 첫 3D 프린팅 주택 프로젝트는 아니다. 미국과 유럽에서는 이미 수백 개의 3D 프린팅 주택이 건설 중이며, 더 많은 주택 프로젝트가 예정돼 있다. 건설 산업에서 3D 프린팅의 성장을 촉진하는 요인은 여러 가지가 있다. 무엇보다 건설 시간을 단축한다. 몇 달이 걸릴 수 있는 주택 건축을 3D 프린터로 며칠 또는 몇 주 안에 건설할 수 있다. 또 기존 방식에 비해 3D 프린팅은 건설 중에 폐기물로 발생하는 재료의 양도 줄인다. 이러한 장점으로 인해 인건비와 자재비가 절감돼 3D 프린팅이 건설 회사의 매력적인 선택지가 되었다. 그런데 스위스 취리히 연방공과대학(ETH) 연구팀은 3D 프린팅보다 훨씬 더 나은 로봇 건설 방법을 개발했다고 밝혔다. ARS테크니카 홈페이지 게시글에 따르면 연구진은 이를 '임팩트 프린팅'이라고 부르는데, 일반 건축 자재 대신 모래, 미사, 점토, 자갈과 같은 자연 재료를 사용해 주택을 만든다. 연구진에 따르면 임팩트 프린팅은 3D 프린팅보다 탄소 집약도가 낮고 훨씬 더 지속 가능하며 저렴하다. 이는 자연 기반 재료가 풍부하고 재활용이 가능하며 저렴한 비용으로 구할 수 있고 건설 현장에서 발굴할 수도 있기 때문이다. 연구진의 일원인 로렌 베이시 박사는 "건설 현장에서 발굴한 일반적인 재료를 이용해 3D 프린팅을 포함한 기존의 건축 방법보다 훨씬 적은 탄소 배출로 저렴하고 효율적으로 사용 가능한 건축 제품으로 활용할 수 있는 로봇 도구와 방법을 개발했다"고 말했다. ◇ 임팩트 프린팅의 작동 원리 발굴된 자재는 건설에 직접 사용할 수 없다. 따라서 임팩트 프린팅 공정을 시작하기 전에 미세하고 거친 입자가 균형을 이루고 사용 편의성과 구조적 강도를 모두 보장하는 자연 재료 혼합물을 준비한다. 점토와 같은 미세한 재료는 바인더(결합제) 역할을 해 입자가 서로 달라붙도록 하고, 모래나 자갈과 같은 거친 재료는 혼합물을 더 안정적이고 강하게 만든다. 이렇게 해서 최적화된 혼합물은 특수하게 설계된 로봇 시스템이 쉽게 운반한다. 다음 단계에서는 디지털 청사진을 준비한다. 3D 프린터와 마찬가지로 로봇 임팩트 프린팅 시스템도 구조물 생산을 위한 디지털 모델이 필요하다. 디지털 청사진이 준비돼 시스템에 업로드되면 로봇 도구가 건설 현장에서 사용할 수 있도록 모바일 플랫폼에 장착된다. 그런 다음 자연 재료의 혼합물을 로봇 도구에 부착된 대형 용기에 넣는다. 용기가 채워지면 시스템이 작동을 시작하고 디지털 모델이 지정한 대로 구조물을 만드는 데 필요한 작업(재료 압출, 절단, 분무)을 수행한다. 이 작업은 구조물이 완성될 때까지 계속된다. 임팩트 프린팅의 건설 과정은 일반적인 건물의 3D 프린팅과는 매우 다르다. 재료 자체는 구조물을 지탱하기에 너무 약하다. 시멘트와 같은 첨가제는 최종 구조가 견딜 수 있는 응력을 두 배로 늘리기 위해 필요하다. 그러나 임팩트 프린팅에 사용되는 로봇 도구는 고속(초당 10m)으로 건축 자재를 증착한다. 그 결과 발생하는 고속 충격은 시멘트같은 결합 재료가 추가되기 전 자연 재료 층 간의 강력한 결합을 촉진한다. 베이시는 "개발된 방법에 따라 만들어진 소재는 이미 더 높은 강도를 가진다. 따라서 첨가제에 덜 의존한다"고 말했다. 연구진은 이 방식을 사용해 2m 높이의 벽을 성공적으로 만들었다. 시멘트와 같은 첨가제에 의존하지 않고도 비슷한 무게의 다른 구조를 지탱할 만큼 충분히 강한 것이 입증됐다. 그러나 더 높은 건물을 지을 경우에는 문제가 다르다. 그래서 현재로서는 최대 2층 정도 높이가 한계라고 한다. ◇ 지구 환경을 살리는 임팩트 프린팅 3D 프린팅은 기업의 인건비를 낮추고 저렴한 주택 건설을 가능하게 한다. 그러나 반드시 지속 가능하거나 환경 친화적인 것은 아니다. 시멘트를 첨가제로 사용하기 때문이다. 시멘트는 전 세계 탄소 배출량의 약 8%를 차지한다. 게다가 시멘트와 모르타르 등을 사용하기 때문에 3D 프린팅 구조물은 일반적으로 재활용할 수 없다. 임팩트 프린팅 방법으로 건설된 구조물의 경우는 시멘트와 같은 첨가제가 필요하지 않고 탄소 집약도가 낮은 자연 재료를 사용하기 때문에 친환경적이다. 연구진은 시멘트보다 덜 해롭고 재활용하기 쉬운 미네랄 안정제를 1~2% 사용한다. 연구진은 향후 첨가제나 안정제를 전혀 사용하지 않는 방법을 연구할 계획이다. 연구진은 이 기술을 조속히 상용화한다는 계획이다. 조립식 자재 제조 방식은 기술적으로 준비가 거의 되었기 때문에 충분히 가능하다는 입장이다. 내년에는 스타트업으로 출범한다는 로드맵도 마련했다. 3년 안에는 제품을 시장에 출시할 것으로 기대하고 있다.
- 산업
2024-11-01
수출입은행, 청정수소 산업 육성 위한 금융 지원 확대⋯"선도국가 도약 발판"

한국수출입은행(이하 '수출입은행')이 대한민국을 청정수소 선도국가로 도약시키기 위한 핵심 전략으로 수소 산업 밸류체인 전반에 대한 금융지원 강화에 나섰다. 17일 수출입은행은 국내 기업의 글로벌 경쟁력 확보와 탄소 감축 목표 달성을 위해 수소 생산, 저장, 운송, 활용에 이르는 전 과정에 대한 금융 지원을 확대한다고 발표했다. 이번 지원 방안의 핵심은 대출 한도 확대 및금리 수수료 우대 정책이다. 수출입은행은 수소 관련 사업에 대한 대출 한도를 최대 10%까지 확대하고, 기업 규모에 따라 금리 및 수수료 감면 혜택을 제공하여 기업들의 자금 부담을 완화할 계획이다. 이를 통해 국내 기업들이 글로벌 수소 시장에서 경쟁 우위를 확보하고, 청정수소 생태계 조성에 적극적으로 참여할 수 있도록 지원한다는 방침이다. 특히, 수소 산업 생태계 기반 조정을 위한 초기 단계 사업 발굴에도 적극적으로 나선다. 시업 타당성 조사 지원 대상 사업 선정시 수소 분야 사업에 가점을 부여하여 초기 사업 개발과 잠재력있는 사업군 확보를 지원한다. 이는 미래 성장 동력으로 주목받는 청정수소 산업의 발전을 가속화하고, 관련 산업 생태계를 조성흐는 데 크게 기여할 것으로 기대된다. 수출입은행 관계자는 "수소 경제 활성화는 탄소 중립 시대를 향한 필수적인 과제"하며, "수충입은행은 기업들의 수요에 부응하는 맞춤형 금융 지원을 통해 국내 청정수소 산업의 경쟁력 강화와 지속 가능한 성장을 뒷받침할 것"이라고 강조했다. 청정수소란 무엇인가? 한편, 청정수소는 생산과정에서 탄소를 거의 배출하지 않는 수소를 말한다. 수소는 생산 방식에 따라 색깔로 구분되는 데, 청정수소는 그린수소와 그레이수소, 블루수소를 포함한다. 먼저 그린수소는 태양광, 풍력 등 재생에너지로 생산한 전기를 이용해 물을 전기 분해하여 생산하는 수소다. 탄소 배출이 없어 가장 이상적인 청정수소로 꼽힌다. 그레이수소는 수소 생산 과정에서 이산화탄소(CO₂)가 발생하는 수소를 말한다. 이러한 방식으로 생산되는 수소는 부생수소, 천연가수 개질 등이 있다. 한국중부발전에 따르면 부생수소는 석유화학 공정이나 철강을 만들 때 발생하는 부산물로 나오는 수소를 말한다. 천연가스 개질은 천연가스를 고온·고압의 수증기로 분해해 수소를 만드는 방식으로 수소 1kg를 생산하는 데 10kg의 이산화탄소가 배출된다. 반면, 블루수소는 천연가스 등 화석 연료를 개질하여 수소를 생산하는 과정(그레이수소 생산 과정)에서 발생하는 이산화탄소를 포집·저장·활용(CCUS) 기술을 통해 탄소를 제거해 생산하는 수소다. 그린수소에 비해 비용이 저렴하지만, CCUS 기술의 완성도에 따라 탄소 배출량이 달라질 수 있다. 높은 성장성 청정수소 산업의 미래는 매우 밝다고 할 수 있다. 전 세계적으로 기후 변화 대응과 탄소 중립 달성을 위해 청정에너지로의 전환이 가속화되면서, 청정수소는 미래 에너지 핵심 요소로 주목받고 있다. 맥킨지 보고서에 따르면, 2050년 전 세계 수소 시장 규모는 약 2940조원에 달할 것으로 예상된다. 특히 청정수소는 정체 수소 시장의 60% 이상을 차지할 것으로 전망된다. 다양한 활용성 청정수소는 전력생산과 운송 연료, 철강이나 화학 등 다양한 분야에서 산업 연료로 활용될 수 있다. 수소는 연료전지를 통해 전력 생산에 활용될 수 있으며 석탄 화력 발전소를 대체해 온실가스 감축에 기여할 수 있다. 또한 수소전기차, 수소트럭, 수소열차, 수소선박, 수소드론 등 다양한 운송 수단의 연료로 사용될 수 있다. 그밖에 철강이나 화학, 시멘트 등 탄소 배출이 많은 산업 공정에서 탄소를 대체하는 원료 및 연료로 사용될 수 있다. 건물에서도 수소의 활용성은 뛰어나다. 가정이나 건물용 연료 전지 시스템에 수소를 활용해 전력과 열을 공급하는 친환경 건물을 구현할 수 있다. 한국 정부는 2019년 '수소 경제 활성화 로드맵'을 발표하고, 수소 생산, 저장, 운송, 활용 등 전 분야에 걸쳐 지원 정책을 추진하고 있다. 미국, 유럽연합(EU), 일본, 중국 등 주요 국가들도 청정수소 산업 육성을 위한 정책과 투자를 확대하고 있다.
- 산업
2024-10-17
삼성전자, 3분기 스마트폰 출하량 1위⋯애플과 격차 줄어

삼성전자가 2024년 3분기 글로벌 스마트폰 출하량에서 애플을 근소하게 앞서며 1위 자리를 지켰다. 그러나 지난해 같은 기간과 비교하면 두 회사의 격차는 크게 줄어든 것으로 나타났다. 시장조사업체 카날리스에 따르면, 삼성전자와 애플은 3분기 글로벌 스마트폰 시장에서 각각 18%의 점유율을 기록했다. 카날리스는 두 회사의 정확한 점유율 차이를 공개하지 않았지만, 지난해 3분기 4%포인트(삼성 21%, 애플 17%)였던 것과 비교하면 격차가 크게 줄어든 것으로 분석된다. 애플은 북미와 유럽 시장에서 프리미엄 스마트폰 판매 호조에 힘입어 역대 최대 3분기 판매량을 달성했다. 카날리스는 코로나19 팬데믹 기간 판매된 구형 아이폰의 교체 주기와 맞물려 애플이 높은 성장세를 보였다고 진단했다. 한편, 중국의 샤오미는 14%의 점유율로 3위를 차지했으며, 오포와 비보가 각각 4위와 5위를 기록했다. 지난해 3분기와 비교하면 샤오미, 오포, 비보 모두 점유율이 증가했다. 전반적으로 2024년 3분기 글로벌 스마트폰 출하량은 신흥 시장의 수요 증가에 힘입어 전년 동기 대비 5% 증가하며 4분기 연속 성장세를 이어갔다. 하지만 2분기 성장률(12%)보다는 둔화된 모습이다. 스마트폰 소비 둔화세 최근 스마트폰 소비가 줄어드는 이유는 다양한 요인이 복합적으로 작용한 결과다. 먼저 경기 침체로 인해 소비자들의 구매력이 감소하면서 고가의 휴대폰 구매를 망설이는 경향이 나타났다. 특히 중국 시장의 경우, 부동산 경기 침체와 맞물려 소비 심리가 크게 위축된 것으로 분석된다. 스마트폰의 성능 향상과 함께 가격 또한 높아지면서 소비자들의 가격 부담이 커졌다. 게다가 최근 스마트폰 시장은 혁신적인 기술 발전이 정체되면서 소비자들의 기대감이 낮아진 것도 소비가 줄어든 요인 중 하나다. 폴더블폰과 새로운 폼팩터가 등장하고 있지만 아직까지는 높은 가격과 기술적 한계로 인해 대중화되지 못하고 있다. 또한 휴대폰의 내구성이 향상되면서 교체 주기가 줄어든 점도 있다. 과거에는 2년 정도마다 휴대폰을 교체하는 것이 일반적이었지만 최근에는 3~4년 이상 사용하는 경우가 많아졌다. 카날리스는 "상위 5개 업체 간 점유율 격차가 줄어들면서 경쟁이 심화되고 있다"며 "시장 상황이 개선되고 있지만, 유럽연합(EU)의 친환경 규제 등 불확실성도 존재한다"고 밝혔다. EU는 2050년까지 탄소 중립을 달성하기 위해 '유럽 그린 딜' 정책을 추진하고 있으며 이를 위한 핵심 전략으로 다양한 친환경 규제를 도입하고 있다. 대표적인 정책으로는 탄소 배출권 거래제(ETS), 탄소 국경 조정 메커니즘(CBAM), 에너지 효율 등이 있다. ETS는 기업들에게 탄소 배출권을 할당하고, 배출량을 초과하는 기업은 배출권을 구매하도록 하는 제도다. CBAM은 EU로 수입되는 제품에 대해 탄소 배출량에 상응하는 관세를 부과하는 제도이다. 2026년부터 철강, 시멘트, 비료 등 탄소 집약적 제품부터 우선적으로 적용될 예정이다. 또한 건물, 가전제품, 자동차 등의 에너지 효율 기준을 강화하고 있다.
- IT/바이오
2024-10-15
[신소재 신기술(120)] 염수 폐수를 콘크리트로 변환하는 혁신 기술 나왔다

핀란드의 오울루 대학교(University of Oulu) 연구진이 알칼리 활성화를 통해 농축 염수를 안정화해 콘크리트로 변환하는 새로운 처리 기술을 개발했다고 전문 매체 아조빌드가 전했다. 개발된 기술은 염수 폐수를 시멘트 바인더에 통합하는 혁신적 솔루션이라는 평가다. 이 연구 결과는 담수화(Desalination) 저널에 게재됐다. 연구 보고서에 따르면 광산 및 산업에서 나오는 염수 폐수를 결합, 광산 매립과 같은 다양한 용도에 사용할 수 있는 다른 유형의 시멘트 바인더를 만들 수 있다. 일종의 신소재 콘크리트인 셈이다. 이를 통해 매우 농축된 소금 용액을 고체 형태로 안전하게 결합, 비용을 절약하고 환경을 개선할 수 있다. 광업, 재가공 및 배터리 생산과 같은 여러 산업 분야에서는 일반적으로 나트륨, 황산염 및 염화물 등 세 가지 요소가 포함된 염수 폐수를 대량으로 생산한다. 이러한 분야는 녹색 친환경 및 디지털 전환이 특히 필요하다. 이러한 염 자체는 환경에 위험하거나 해롭지는 않다. 동일한 염분이 바닷물에도 널리 퍼져 있다. 그러나 발트해의 낮은 염도, 특히 내륙 담수에서는 생물군에 해로울 수 있다. 예를 들어, 지난 2012년 핀란드 광산업체 탈비바라(Talvivaara)의 광산 사고 이후 소금에 오염된 호수는 영구적으로 성층화돼 호수 바닥의 산소 결핍을 초래할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 제안된 기술은 칼슘, 실리콘, 알루미늄이 풍부한 원료를 소금물 및 소량의 수산화나트륨과 결합한다. 결과적으로 콘크리트 바인더로 사용할 수 있는, 충분한 강도를 가진 페이스트가 생산된다. 농축 염수, 나트륨, 황산염 및 염화물의 주요 성분은 고체 구조에서 매우 잘 안정화되고 수용성을 잃는 것으로 밝혀졌다. 수용성을 잃는다는 것은 물에 녹지 않아 견고함을 유지한다는 의미다. 이 연구에서는 또한 알칼리 활성 페이스트의 강도가 염도가 높을수록 증가한다는 사실도 발견했다. 단점은 소금이 부식을 일으킬 수 있기 때문에, 이러한 종류의 콘크리트에는 표준 강철 보강재를 사용할 수 없다는 것이다. 염분에 강한 소재가 필요하다. 채취하고자 하는 금속이나 소재를 분리한 후 광산에 남아 있는 폐기물, 즉 광산 잔여물은 별도의 저장지로 옮겨진다. 이 잔여물에는 종종 알칼리 활성화에 필요한 원소인 칼슘, 실리콘, 알루미늄이 대량으로 포함되어 있다. 광산 잔여물은 콘크리트 및 건설 부문에서 점차 활용이 늘면서 인기를 얻고 있다. 신소재와 광산 수질 정화 연구를 진행하고 있는 오울루 대학교가 이번에 제시한 해법은 건설 부문에 새로운 바람을 일으킬 가능성이 높다고 한다. 한편 이번 연구는 유럽연합(EU)의 '차세대(NextGeneration) EU 프로그램'이 공동으로 자금을 지원하는 카이파(KaiPa) 프로젝트의 일부로 수행됐다.
- IT/바이오
2024-10-14
[신소재 신기술(100)] 지천에 널린 해양 모래(실리카), 전기 응집으로 굳혀 해안 침식 막는다

저전력 전기로 모래의 주성분인 실리카를 응집해 굳혀 장기적으로 해양 해안선을 강화할 수 있으며, 기후 변화와 해수면 상승에 직면해 해안 침식 위협을 크게 줄일 수 있음이 미국 노스웨스턴 대학(Northwestern University) 연구팀의 체계적인 분석 결과 입증됐다고 대학이 홈페이지를 통해 밝혔다. 홈페이지 게시글에 따르면 연구팀은 이번 연구에서 꼬막, 백합, 홍합 등과 같은 조개류를 통해 이 기술 개발의 아이디어를 얻었다고 한다. 조개껍데기에 서식하는 해양 생물이 바닷물에 용해된 미네랄을 사용하여 조개껍질을 만드는 원리다. 연구팀은 이와 마찬가지로 이와 동일한 자연적으로 바닷물에 용해된 미네랄을 바닷가 젖은 모래의 실리카와 융합해 천연 시멘트를 형성했다. 조개와 다른 점은 단 하나다. 조개류는 신체의 대사 에너지를 사용해 껍질을 만들었지만, 천연 시멘트는 인위적인 전기 에너지를 사용해 화학 반응을 촉진했다. 테스트 결과 약한 전류는 바다 모래 속 실리카의 구조를 순식간에 변화시켜 모래를 바위와 같은 고체로 변형시켰다. 연구팀은 이 방법이 전 세계 해안선을 자연적인 방파제로 막아 강화할 수 있는 저렴하며 지속 가능한 솔루션을 제공할 수 있을 것으로 기대했다. 해안 지역에는 세계 인구의 40% 이상이 거주하며, 이들은 기후 변화와 해수면 상승으로 인한 침식으로 큰 위협을 받고 있다. 침식은 기반 시설의 붕괴와 토지 손실을 일으켜 세계적으로 연간 수십억 달러의 피해를 입힌다. 침식을 완화하기 위한 현재의 접근 방식으로는 방파제 등 구조물을 건설하거나 외부 바인더를 지하에 주입하는 것 등이 있다. 연구팀을 이끈 알레산드로 로타 로리아 박사는 "연구 목표는 보호 구조물을 건설할 필요가 없고 실제 시멘트를 사용하지 않고도 해양 물질을 시멘트처럼 만드는 방법을 개발하는 것이었다. 이번 연구에서 바닷가 모래에 약한 전기 자극을 가함으로써 바닷물에 자연적으로 용해된 미네랄을 고체 미네랄 바인더, 즉 천연 시멘트로 변환, 토양을 시멘트로 접합할 수 있음을 체계적이고 기계적으로 증명했다"고 말했다. 기후 변화는 해수면 상승을 일으키는 등 해안선을 침식하는 좋은 조건을 만들었다. 유럽연합 집행위원회(European Commission) 공동연구센터의 2020년 연구에 따르면 2100년까지 지구 해변의 거의 26%가 바다에 잠길 가능성이 높다. 침식을 막기 위해서는 대체로 두 가지 방법이 사용된다. 보호 구조물 및 장벽을 구축하거나 모래로 구성된 해양 토질을 강화하기 위해 땅에 시멘트를 주입하는 것이다. 그러나 여기에는 여러 가지 문제가 수반된다. 매우 비싸며 지속 가능하지 않다. 방파제는 시간이 지나면 벽 아래로 모래가 침식되고 벽이 무너진다. 이를 막기 위해 구조물을 큰 돌로 만들기도 하지만 이 경우 마일당 수백만 달러의 비용이 든다. 이 역시 돌 아래의 모래는 환경적 스트레스를 받아 결국 액화될 수 있다. 암석은 아래로 가라앉는다. 시멘트 등 바인더를 땅에 주입하는 것은 돌이킬 수 없는 환경적 단점을 갖고 있다. 이 또한 높은 압력과 상당한 양의 에너지를 필요로 한다. 이번 연구는 이를 한꺼번에 해결하는 솔루션이라는 평가를 받는다. 바닷물에는 자연적으로 무수한 이온과 용해된 미네랄이 포함되어 있다. 2~3볼트의 약한 전류가 물에 가해지면 화학 반응을 일으킨다. 이는 연체동물이 껍질을 만들 때 사용하는 것과 동일한 일부 미네랄을 고체 탄산칼슘으로 변환한다. 약간 더 높은 4볼트의 전압을 가하면 이들은 주로 수산화마그네슘, 다양한 석재에서 발견되는 유비쿼터스 광물인 하이드로마그네사이트로 전환될 수 있다. 이러한 미네랄이 모래가 있는 곳에서 합쳐지면 접착제처럼 작용해 모래 입자를 함께 묶는다. 연구팀은 이 공정을 일반적인 실리카 및 석회질 모래에서 화산 근처에서 흔히 발견되는 철 모래에 이르기까지 모든 유형의 모래에 적용했다. 결국 모래는 바위처럼 단단히 굳었다. 광물 자체는 콘크리트보다 훨씬 강했고, 그 결과로 생성된 자연적인 콘크리트는 방파제처럼 강하고 단단해지는 것을 확인했다. 로타 로리아는 처리된 모래가 내구성을 유지하여 수십 년 동안 해안선과 재산을 보호할 것이라고 예측했다. 로타 로리아는 또 이 공법은 해양 생물에 부정적인 영향을 미치지 않는다고 강조했다. 공정에 사용된 전압은 너무 약해서 느낄 수 없다. 다른 연구팀도 해저 구조물을 강화하거나 산호초를 복원하기 위해 유사한 과정을 사용했다고 지적했다. 모든 과정에서 바다 생물이 해를 입지 않았다. 더이상 자연 콘크리트가 필요하지 않을 경우, 역으로 이를 다시 되돌릴 수도 있다고 연구팀은 전했다. 배터리의 양극과 음극 전극만 반대로 전환시키면 전기가 미네랄을 용해시켜 다시 바다로 되돌린다는 것이다. 이 공법은 비용 면에서 특히 경쟁력이 뛰어나다. 입방미터당 투입 자본이 3~6달러에 불과하다는 추정이다. 바인더를 사용해 모래를 접착하고 강화하는 과거의 방법은 입방미터당 최대 70달러의 비용이 들었다. 이미 설치된 철근 콘크리트 방파제 파손 부분도 보완활 수 있다. 기존 해안 기반 시설의 대부분은 철근 콘크리트로 만들어져 있으며, 해수면 상승, 침식 및 극한 날씨 등으로 붕괴된다. 시설에 균열이 생길 경우 이번에 개발된 공법을 적용하면 시설을 재구축할 필요가 없어진다. 한 번의 전기 펄스로 파괴된 균열을 고칠 수 있다. 로타 로리아는 연구팀이 개발한 기술의 응용 분야는 셀 수 없이 많다면서 "방파제 아래의 해저를 강화하거나 모래 언덕을 안정화하고 불안정한 토양 경사를 유지할 수도 있다. 또한 보호 구조물, 해양 기초 및 기타 여러 가지 인프라를 강화하는 데 사용할 수 있다. 해안 지역을 보호하기 위해 이 기술을 적용할 수 있는 방법은 수없이 많다"고 강조했다.
- IT/바이오
2024-08-29
[기후의 역습(19)] 건물을 더욱 친환경적으로 만드는 것이 중요한 이유

도시 소음에는 건설 노동자들이 새 건물을 건설하면서 드릴로 뚫고, 망치질하고, 땅을 파는 소음이 포함돼 있다. 전 세계는 매 5일마다 파리 크기 정도의 건축물을 건설하고 있다. 문제는 건물을 건설하고 운영하는 방식이 지속가능하지 않다는 데 있다. 유엔환경계획(UNEP)의 최근 보고서에 따르면 2022년 건물 운영 및 건설로 인한 에너지 관련 탄소 배출량은 10기가톤으로 증가해 역대 최고치를 기록했다. 이는 전 세계 탄소 배출량의 37%에 해당한다. UNEP의 기후 완화 책임자인 루스 쿠토(Ruth Coutto)는 UNEP 공식 홈페이지에 게재한 글에서 “가정, 사무실 및 기타 건물의 탄소 배출을 줄이는 것은 파리 협정의 목표를 달성하고 기후 재앙을 피하는 데 필수적”이라며, 건물 탄소 배출을 줄이는 것이 기후 변화에 대응하기 위한 글로벌 노력의 핵심이 되어야 한다고 강조했다. 홈페이지에 실린 쿠토의 게시글을 요약해 소개한다. 사람들이 살고, 자고, 일하고, 노는 장소인 건물은 탄소의 주요 공급원이다. 이 온실가스는 지구의 대기에 열을 가두어 지구를 달구면서 기후 변화를 주도한다. 건물이 탄소 배출의 주요 원인이 되는 이유는 두 가지가 있다. 첫째, 건물은 난방, 냉방, 조명을 위해 막대한 양의 에너지를 사용한다. UNEP의 건물 및 건설에 대한 글로벌 현황 보고서에 따르면 2022년 건축 부문은 전 세계 전력 소비의 34%를 차지했다. 많은 국가에서 에너지는 연소 시 탄소를 방출하는 석탄이나 석유와 같은 화석연료로 만들어진다. 둘째, 건물은 강철, 시멘트, 알루미늄, 유리로 가득 차 있다. 이들을 제작, 운반, 설치하는 데 많은 에너지가 필요하고, 여기서 다량의 탄소가 배출된다. 여전히 건물 부문의 탈탄소화 길은 멀다. 전 세계 건축 부문 배출은 여전히 증가하고 있으며 보고서는 2021년에서 2022년 사이에 배출이 1% 증가할 것이라고 밝혔다. 별것 아닌 것처럼 보이지만 이는 전 세계 도로에 자동차 1000만 대를 추가하는 것과 같다. 2022년 건물에 사용된 에너지의 6%만이 재생 가능한 에너지원에서 나왔다. 이는 국제에너지기구(IEA)가 구상한 '2030년까지 18%' 목표와는 거리가 멀다. 따라서 건물을 더욱 친환경적으로 만드는 것은 매우 긴급한 현안이다. 2050년까지 존재할 건물의 절반은 아직 건설되지 않은 상태다. 세상이 건물을 짓고 사용하는 방식을 바꾸지 않는 한, 기후 변화에 의미 있게 대처할 가능성은 거의 없을 것이며, 이는 특히 극단적인 날씨로 이어질 것이다. 이는 지구가 감당할 수 없다. 이것이 바로 탄소 배출이 거의 없는 건물이 2030년까지 새로운 표준이 되어야 하는 이유다. 이는 UNEP가 주도하는 건축 부문의 배출을 억제하기 위한 국제적 노력인 건물 혁신(Buildings Breakthrough)의 주요 목표 중 하나다. 인류는 건축 부문 전반에서 발생하는 배출을 모두 줄여야 한다. 운영에서 탄소 배출을 줄이려면 건물의 효율성을 높이고 난방 및 냉방 등에 사용되는 에너지량을 줄여야 한다. 새 건물에 대한 더 높은 에너지 성능 표준 채택, 기존 건물의 개조, 보다 효율적인 기기 사용, 더 나은 에너지 계획 및 시스템 통합이 필요하다. 재생 에너지 사용도 늘려야 한다. 그런 점에서 인류는 건물을 기후 친화적으로 만드는 데 지출하는 투자도 늘려야 한다. 건물 및 건설의 탈탄소 구조에 대한 투자는 2850억 달러에 달했지만, 목표에는 미치지 못했다. 2023년에는 투자가 오히려 소폭 감소했다. UNEP는 탄소 발생 회피, 구조 전환 및 개선이라는 세 가지 솔루션을 제안한다. 먼저 건축 자재를 재사용하고, 더 적은 자재로 건물을 짓고, 보다 순환적인 접근 방식으로 기존 건물의 용도를 변경함으로써 탄소 배출을 회피할 수 있다. 둘째, 목재나 대나무 등 재생 및 지속 가능한 바이오 기반 건축 자재로 전환하는 것이 중요하다. 셋째, 콘크리트, 강철, 알루미늄 등 기존 건축 자재의 탄소 배출을 개선하고 줄여야 한다. 제조 과정에서 재생 에너지를 사용하면 가능하다. 이러한 모든 조치를 결합하면 2050년까지 건물 및 건설 부문에서 탄소 배출 순 제로 달성이 가능해진다. 정부 및 지자체의 역할도 중요하다. 정부는 건물과 건설에 대한 기후 행동 로드맵을 개발하고 시행할 수 있다. 전 세계 161개 국가가 아직 이 작업을 수행하지 않았다. 탈탄소화 구축 투자를 장려하고 지속 가능한 관행과 재료를 통해 탄소를 줄이기 위한 정책을 개발할 수 있다. 또한 오래된 건물의 개조를 촉진할 수도 있다. 국제 협력도 강화해야 한다. 그러면 국가는 건물 부문의 지속 가능한 전환을 달성하고 더 광범위하게는 기후 변화에 관한 파리 협약의 목표를 달성하는 데 결정적인 역할을 할 수 있다.
- 경제
2024-06-28
[신소재 신기술(34)] 수소 저장용 신소재, 칠수소화 세슘(CsH7)과 9수소화 루비듐(RbH9) 합성 화합물

러시아 스콜코보 과학기술연구소(스콜테크·Skoltech) 연구팀과 러시아 과학 아카데미 슈브니코프(shubnikov) 결정체 연구소 및 중국, 일본, 이탈리아 연구 기관의 과학자들은 현재 최고의 수소 저장 물질보다 4배 더 많은 양의 수소 기체를 "흡수"할 수 있는 수소 화학 저장 물질을 발견했다고 테크익스플로어가 17일(현지시간) 보도했다. 이 연구팀이 개발한 합성한 화합물인 칠수소화 세슘(CsH7)과 9수소화 루비듐(RbH9)은 각각 금속 원자당 최대 7개와 9개의 수소를 저장할 수 있는 획기적인 기술이다. 기존 금속 합금기술로는 금속 원자 하나당 약 2개의 수소 원자를 넣을 수 있었다. 수소를 효율적으로 저장하는 방법을 찾는 것은 미래의 지속 가능한 경제에 통합하는 데 매우 중요하다. 적절한 저장 기술을 갖춘 수소는 향후 고온의 산업 공정과 운송에 연료를 공급하고 전력망의 공급과 수요를 균형 있게 조절하는 역할을 할 수 있다. 이번 연구는 학술지 '첨단 에너지 재료(Advanced Energy Materials)'에 게재됐다. 수소는 미래의 저탄소 경제에서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 수소는 재생 가능하게 생산될 수 있고, 연료 전지나 연소를 통해 전기나 열을 생성하는 데 사용될 수 있다. 수소 에너지로 인해 가장 큰 이익을 얻을 수 있는 분야는 제철, 유리 및 시멘트 생산, 화학 산업 등이다. 국제 해운 및 일반적인 운송과 모빌리티 전반도 수소 에너지로 이익을 얻을 수 있다. 그 외에도 수소는 재생 가능 에너지의 불규칙한 공급을 포함해 잉여 에너지를 저장함으로써 전력망의 균형을 유지하는 데 도움이 될 수 있다. 수소 발전의 광범위한 채택을 막는 가장 큰 장애물은 공기보다 14배 가볍고, 반응성이 높으며, 가두기 어렵고 폭발성이 있는 가스인 수소를 저장하는 안전하고 지속 가능하며 경제적인 기술력의 부족이다. 가스 실린더, 튜브, 극저온 탱크 및 파이프 라인에서 수소를 축적하고 운반하려면 압축 또는 액화하거나 수소 분자로 구성된 고체로 변환해야 할 수도 있다. 하지만 이 방법에는 몇 가지 문제점이 있다. 첫째, 이러한 처리에는 매우 많은 비용이 든다. 압축 및 냉장 과정은 최종적으로 수소가 제공하는 총 에너지의 약 20%~40%에 해당하는 에너지를 소비한다. 이는 매우 높은 손실이다. 둘째, 수소는 질량당 가장 에너지 밀도가 높은 화학 연료이지만 너무 가벼워 압축 또는 액화된 천연가스보다 단위 부피당 여전히 약 절반의 에너지를 보유한다. 이는 특히 차량에 불편하다. 셋째, 수소는 가장 작은 분자이기 때문에 컨테이너에서 쉽게 빠져나가고 심지어 금속 벽에도 침투해 벽을 부서지게 하고 균열과 누출을 일으킨다. 연구의 주요 저자 중 한 명인 스콜테크의 재료 과학 및 공학 박사 드미트리 세메노크(Dmitrii Semenok)는 "대안은 화학 저장"이라고 지적했다. 세메노크 박사는 "예를 들어 마그네슘-니켈 및 지르코늄-바나듐 합금과 같은 특정 물질은 금속 원자가 결정 구조를 형성하는 사이의 공극에 수소를 저장할 수 있다. 이러한 축전기는 상대적으로 밀도가 높고 안전하며 필요에 따라 가열 시 빠르게 수소를 방출한다"라고 설명했다. 그는 "하지만 수소를 포집하고 방출하는 데 필요한 조건과 얼마나 많은 충방전 사이클을 견딜 수 있는지에 따라 금속 합금을 조정할 수는 있지만, 금속 원자 하나당 약 2개의 수소 원자를 넣을 수 있다는 상대적으로 엄격한 제한이 있다. 이것이 가장 큰 지표다"라고 부연했다. 세메노크 박사는 "우리가 합성한 화합물인 칠수소화 세슘(세슘 헵타하이드라이드·CsH7)과 9수소화 루비듐(루비듐 비수소화물·RbH9)은 금속 원자당 각각 최대 7개와 9개의 수소 원자를 담고 있다. 이 두 물질은 대기압에서 안정적으로 수소가 풍부한 최초의 물질이 될 것으로 예상되지만, 후자는 추가 확인이 필요하다. 어쨌든 이 화합물에서 수소 원자의 비율은 알려진 모든 수소화물 중에서 가장 높으며 메탄 CH4보다 두 배나 높다"라고 말했다. 이 연구의 수석 연구자인 스코테크의 재료 발견 연구실 책임자 아르템 오가노프(Artem R. Oganov) 교수는 "우리는 수소가 풍부한 암모니아 보란 분말을 세슘 또는 루비듐과 반응시킨다"고 설명했다. 이렇게 하면 세슘 또는 루비듐 아미도보란으로 알려진 염이 생성된다. 열을 가하면 이러한 염이 세슘 또는 루비듐 일수화물과 다량의 수소로 분해된다. 오가노프 박사는 "실험은 대기압의 10만 배에 달하는 압력을 가하는 두 다이아몬드 사이의 셀에서 실행되기 때문에 여분의 수소가 결정 격자 공극으로 강제 이동하여 세슘 헵타하이드라이드와 루비듐 비수소화물(후자는 두 가지 다른 결정 격자 종류)을 형성한다"라고 말했다. 연구팀에 따르면 세슘과 루비듐은 원자의 크기가 커서 결정 구조에서 수소가 차지할 수 있는 빈 공간이 더 커지기 때문에 "예정된 운명"이라고 한다. 이 화합물의 형성은 연구팀의 시뮬레이션과 기본 물리 법칙에 기반한 계산의 예측과 일치했다. 화합물의 존재는 여러 분석 기법을 통해서도 확인됐다. X-선 분석, 라만 분광법, 반사/투과 분광법 등 다양한 분석 기법을 통해 화합물의 존재를 확인했다. 후자는 스콜테크의 하이브리드 포토닉스 연구소의 데니스 산니코프 연구원의 기여로 가능했다. 연구팀은 이제 약 1만기압의 낮은 압력에서 대규모 유압 프레스를 사용해 실험을 반복하여 더 많은 양의 세슘과 루비듐 폴리하이드리드를 얻고, 이 화합물이 지금까지 알려진 다른 폴리하이드리드와 달리 일단 합성되면 대기압에서도 안정적으로 유지되는지 검증할 계획이다.
- 포커스온
2024-04-19
[신소재 신기술(18)] 재충전 가능한 콘크리트 배터리 개발

스웨덴에서 시멘트를 재충전 가능한 배터리로 전환하는 데 성공했다. 과학 기술 전문 매체 쿨다운(TCD)과 ZME 사이언스는 21일(현지시간) 스웨덴 찰머스 공과대학교(Chalmers University of Technology) 과학자들은 전기 전도성 섬유를 시멘트 기반 혼합물에 통합하는 방법을 발견했다며 이같이 보도했다. 찰머스 공과대학교의 연구원들은 세계에서 가장 흔한 건축 자재인 시멘트를 배터리로 전환하는 방법을 개발하고 있다. 이 혁신을 통해 콘크리트 슬래브를 배터리로 바꿀 수 있다. 이 개념은 가정과 건물에 전력을 공급하는 방식을 바꿀 수 있을 뿐만 아니라 시멘트 생산으로 인한 전 세계 대기 오염의 약 9%를 상쇄하는 데 도움이 될 수 있다. 21일 ZME사이언스에 따르면 콘크리트 산업은 대기 중으로 배출되는 탄소의 최대 9%를 차지하는 거대한 탄소 배출원이다. 공해는 치매와 뇌졸중 위험 증가와 관련이 있기 때문에 시멘트 충전 배터리는 더 깨끗한 공기와 더 건강한 정신과 신체를 의미할 수 있다. 이 프로젝트에 참여한 연구원 엠마 장(Emma Zhang) 박사는 "우리는 이 기술을 통해 향후 다층 건물의 전체 구간을 기능성 콘크리트로 만들 수 있을 것이라는 비전을 가지고 있다"고 찰머스의 논문 요약에서 밝혔다. 연구팀은 전통적인 표준 시멘트 제조법에 '소량'의 전기 전도성 탄소 섬유를 추가했다. 이를 통해 콘크리트 혼합물에 전도성과 강도를 더했다. 연구팀은 또한 철과 니켈을 각각 양극과 음극으로 사용하는 '금속 코팅 탄소 섬유 메쉬'도 추가했다. 과학자들이 콘크리트 배터리를 만들려고 시도한 것은 이번이 처음은 아니다. 그러나 이 새로운 방법은 에너지 밀도 측면에서 엄청난 발전을 이뤘다. 질량 대비 콘크리트가 저장할 수 있는 에너지의 양은 기존 배터리만큼 많지는 않지만, 찰머스 보고서에 따르면 다른 콘크리트 배터리 개념보다 최대 10배 더 우수하다. 장 박사는 "우리가 개발한 재충전 가능한 이 특별한 아이디어는 이전에 한 번도 탐구된 적이 없다. 이제 우리는 실험실 규모의 개념 증명을 갖게 됐다"고 밝혔다. 이어 "예를 들어 태양 전지 패널과 결합하여 전기를 공급하고 콘크리트 배터리로 작동하는 센서가 균열이나 부식을 감지할 수 있는 고속도로나 교량의 모니터링 시스템을 위한 에너지원이 될 수도 있다"고 말했다. 연구팀은 6번의 충전-방전 주기를 통해 발명품을 실행하여 콘크리트 배터리 혼합물을 완성했다. 이번 연구 결과는 '빌딩스(Buildings)' 저널에 실렸다. 시멘트 배터리는 실험실에서 테스트되었으며 작동했다. 하지만 에너지 밀도는 그다지 높지 않다. 현재는 평방미터당 7Wh(와트시), 리터당 0.8와트시에 불과하다. 이에 비해 스마트폰과 전기차에 전력을 공급하는 리튬이온 배터리의 에너지 밀도는 무려 250Wh/L~700Wh/L에 달한다. 상업용 배터리보다 시멘트 베터리 밀도가 훨씬 낮지만 콘크리트 건물은 거대하기 때문에 가치가 있다. 이론적으로 새 건물의 대형 콘크리트에 상당한 양의 콘크리트 배터리를저장할 수 있다. 구상되는 시멘트 배터리 애플리케이션은 LED 전원 공급부터 원격 위치의 4G 연결 제공, 심지어 콘크리트 인프라를 부식으로부터 보호하는 것까지 다양하다. 장 박사는 "예를 들어 태양전지 패널과 결합해 전기를 공급하고 콘크리트 배터리로 작동하는 센서는 균열이나 부식을 감지할 수 있는 고속도로나 교량의 모니터링 시스템을 위한 에너지원이 될 수도 있다"고 말했다. 연구팀은 요약문에서 시멘트 배터리의 실험적 조합이 상용화되기 전에 더 많은 테스트가 필요하다는 점을 인정했다. 연구팀의 루핑 탕(Luping Tang) 교수는 "우리는 이 개념이 미래의 건축 자재가 재생 에너지원과 같은 추가 기능을 갖도록 하는 데 크게 기여할 것이라고 확신한다"고 말했다. 한편, 미국 내 전문가들은 에너지 저장 솔루션을 개발하기 위해 자체적인 콘크리트 제조법을 연구하고 있다. 매사추세츠 공과대학의 연구원들은 시멘트, 물, 카본 블랙이라는 물질을 사용해 슈퍼커패시터(또다른 배터리로 전기 에너지를 저정하는 장치)를 만들어 집의 기초를 배터리로 전환하고 있다. 슈퍼커패시티는 화학 반응을 이용하는 배터리와 달리 전극과 전해질 게면에서의 이온 이동이나 표면 화학 반응을 통해서 작동한다. 불과 몇 초 내의 빠른 충전과 방전이 가능하며 수십만 번의 충전과 방전 사이클을 견딜수 있는 긴 수명과 안정성 등이 특징이다. 하지망 아직 배터리만큼 높은 에너지밀도를 가지고 있지 않아 모든 뷴야에 대체할 수 없다. 이러한 발명은 미래를 위한 여러가지 잠재력을 가지고 있다. 그러나 최대 100년까지 지속될 수 있는 콘크리트 구조물의 수명에 맞춰 배터리의 수명을 연장하고 효과적인 재할용 방법을 개발해야 하는 과제를 안고 있다.
- 포커스온
2024-03-22
[신소재 신기술(17)] 탄소 배출량 25만 톤 감소! 탄소 네거티브 복합 데크로 건설 산업의 탄소 발자국 줄이기

건축 자재에 이산화탄소(CO₂)를 저장해 보다 친환경적인 건축 자재를 만드는 혁신적인 기술이 개발됐다. 건물과 건축에 사용되는 자재의 생산은 일반적으로 지구 온난화와 기후 변화에 영향을 미치는 강력한 온실가스인 이산화탄소를 다량 배출한다. 기술 전문매체 테크익스플로어는 18일(현지시간) 과학자들이 새로 개발한 복합 데크는 제조 과정에서 배출되는 이산화탄소보다 더 많은 이산화탄소를 저장함으로써 탄소 네거티브 특성을 구현했다고 보도했다. 이는 기존 복합 데크의 한계를 극복하는 중요한 성과다. 연구팀은 미국 화학회(ACS) 춘계 회의에서 이번 연구 결과를 발표했다. 이 프로젝트의 수석 연구자 중 한 명인 유기 화학자 데이비드 헬데브란트에 따르면 페록 등 몇 가지 유형의 시멘트를 제외하고는 탄소 네거티브 복합재가 거의 없는 상태다. '페록'은 돌과 철을 결합한 것으로 콘크리트 보다 강도가 5배 높은 친환경 차세대 건축자재다. 시멘트 대용품으로 사용되는 친환경 건축 자재인 페록은 주로 폐철강 분진과 유리 분쇄물에서 나온 실리카 등 재활용 재료로 생산된다. 철강 분진은 이산화탄소와 반응해 탄산철을 생성하고, 이것이 응고되면 페록이 된다. 건축, 전체 탄소 배출량의 11% 차지 헬데브란트는 그의 팀이 개발한 복합 데크는 "사용 기간 동안 이산화탄소를 배출하지 않는 최초의 복합 재료 중 하나"라고 말했다. 데이비드 힐데브란트는 미국 태평양 북서부 국립연구소(PNNL)에서 일하며 CO₂ 포집을 위한 특수 액체를 개발하고 있다. 세계그린빌딩위원회에 따르면 건물 건설에 사용되는 자재와 공정은 전체 에너지 관련 탄소 배출량의 11%를 차지한다. 그로 인해 업계에서는 재활용 또는 식물 유래 제품을 사용하는 등 탄소 배출량을 상쇄할 수 있는 건축 자재를 개발하는 데 많은 노력을 기울이고 있다. 그러나 대부분의 경우 이러한 지속 가능한 건축 자재는 기존 자재보다 비싸거나 강도나 내구성과 같은 특성을 따라갈 수 없는 경우가 많다. 건축 자재의 한 유형인 데크는 수십억 달러 규모의 산업이다. 목재 플라스틱 합성물로 만든 데크 보드는 자외선에 의한 손상이 적고 오래 사용할 수 있기 때문에 목재 보드의 대안으로 인기가 높다. 합성 데크는 일반적으로 목재 칩 또는 톱밥과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 같은 플라스틱을 혼합하여 제작한다. 이러한 복합재를 보다 지속가능하게 만들기 위한 대안은 폐기물 또는 태워버릴 수 있는 필러를 사용하는 것이다. 헬데브란트의 동료인 키르티 카파간툴라가는 저품질의 갈탄과 제지 과정에서 남은 목재 유래 제품인 리그닌을 데크 합성물의 충전재로 사용했다. 연구팀은 석탄과 리그닌 입자를 플라스틱과 혼합하여 플라스틱에 부착되게 하기 위해 입자의 표면에 에스테르 기능기를 첨가했다. 헬데브란트는 "에스테르는 본질적으로 카복실산이며, 이는 CO₂가 포집된 상태"라고 설명했다. 연구팀은 이 과정을 검증하기 위해 CO₂와 석탄, 리그닌과 같은 목재 제품에 풍부한 페놀 사이에 새로운 화학 결합을 형성하는 고전적인 화학 반응으로 전환했다. 이 반응을 거친 후 리그닌과 석탄 입자는 무게 기준으로 2~5%의 CO₂를 함유했다. 이어서 연구팀은 이 입자들을 다양한 비율로 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 혼합해 갈색을 띠는 검은색 복합재를 제작하고 그 성질을 평가했다. 필러를 80%까지 포함한 복합재는 CO₂ 함량을 최대화하면서도 국제적인 건축 자재 규정에 부합하는 강도와 내구성을 보였다. 이 소재는 PNNL의 전단 보조 가공 및 압출(ShAPETM) 기계를 사용해 마찰 압출 공정으로 제조됐다. 연구원들은 이 기술을 이용해 데크나 야외 가구에 적합한, 표준 목재 복합재와 유사한 외형과 질감을 지닌 10피트(약 3m) 길이의 복합재 패널을 제작했다. 이 새로운 합성 데크 재료는 우수한 물리적 성질뿐만 아니라, 상당한 경제적 및 환경적 이점을 제공한다. 이 데크는 표준 합성 데크 재료보다 18% 더 저렴하다. 헬데브란트는 이 데크가 제조 과정과 사용 기간 동안 발생하는 이산화탄소 양보다 더 많은 이산화탄소를 저장할 수 있는 능력을 갖추고 있다고 말했다. 미국, 1년간 목재 데크 판매량은? 미국에서 매년 판매되는 데크의 양은 35억 5000만피트(약 108만 2040km)에 달한다. 헬데브란트는 연구팀이 개발한 CO₂ 네거티브 복합 데크가 이를 대체하게 되면, 연간 약 25만 톤의 CO₂를 격리할 수 있으며, 이는 5만4000대의 자동차가 1년 동안 배출하는 CO₂량과 맞먹는다고 설명했다. 연구팀은 향후 더 다양한 복합재 조합을 개발하고 그 특성을 실험할 계획이다. 또한 울타리나 사이딩(건물 외벽 마감재)과 같은 여러 건축 자재에 대한 탄소 네거티브 복합재를 개발할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 동시에, 연구팀은 이 새로운 탄소 네거티브 데크의 상용화를 위해 노력 중이다. 이 혁신적인 데크는 이르면 내년 여름부터 건축 자재 전문 매장에서 판매될 수 있을 것으로 예상된다.
- 포커스온
2024-03-20
[퓨처 Eyes(23)] 콘크리트보다 강하고 환경친화적인 차세대 건축자재 '페록'

기존 콘크리트보다 5배 강하고 이산화탄소(CO₂)를 흡수하는 환경친화적인 건축 자재 페록이 개발됐다. 콘크리트가 건축 자재로 사용되기 시작한 시기는 고대 로마 시대로 거슬러 올라간다. 로마인들은 기원전 3세기경부터 콘크리트를 사용하기 시작했으며, 이를 활용해 수많은 건축물, 교량, 도로 등을 건설했다. 로마 콘크리트는 화산재와 석회석을 혼합한 것으로, 현대 콘크리트의 전신이라 할 수 있다. 그 당시에 건설된 많은 구조물들이 오늘날까지도 남아 있어 그 내구성을 입증하고 있다. 미국 애리조나 대학에서 개발된 '페록(Ferrock)'이라는 새로운 건축 자재가 과학 저널을 통해 최근 또 다시 주목받고 있다. '페록(Ferrock)'은 '철'과 '돌'이 결합된 용어다. 시멘트 대용품으로 사용되는 친환경 건축 자재인 페록은 주로 폐철강 분진과 유리 분쇄물에서 나온 실리카 등 재활용 재료로 생산된다. 철강 분진은 이산화탄소와 반응해 탄산철을 생성하고, 이것이 응고되면 페록이 된다. 미국 매체 쿨다운(TCD)에 따르면 페록은 기존 콘크리트보다 강하면서 환경친화적이라는 특징을 지니고 있어 건물이나 인프라 구조물 설계에 혁신을 가져올 수 있다는 평가를 받고 있다. 강철 분진과 실리카의 혼합물을 철암 및 물과 혼합하고 고농도의 이산화탄소에 노출시키면 페록 경화 과정이 진행된다. 페록의 강도는 일반 포틀랜드 시멘트로 만든 콘크리트의 5배에 달한다. 또한 기존 콘크리트에 비해 더 유연하다. 균열 없이 움직임과 압력을 견디는 페록은 콘크리트에 비해 지진에 의한 압축 하중을 더 많이 견딘다. 일반적으로 페록 강도는 34.5 Mpa(메가파스칼)에서 48 Mpa 사이이며 일부 페록 테스트에서는 69 Mpa에 도달했다. 갓 만들어진 페록은 빠르게 굳으며 최대 강도에 도달하는 데 약 1주일이 걸린다. 페록의 개발은 10여 년 전, 데이비드 스톤 박사 연구원이 시멘트 대체재 개발 대회에서 폐철강 분진을 사용해 우승하면서 시작됐다. 2013년 특허를 획득한 스톤 박사는 '아이언쉘(Iron Shell)' 회사를 설립해 페록 상용화에 나섰다. 스톤 박사는 "실험실에서의 우연한 발견에서 시작됐다"라고 말했다. 보다 지속 가능한 건축 산업 혁신은 짚을 포함한 모든 종류의 재료를 사용하는 전 세계 연구자들의 관심사다. 폐 철강도 바로 여기에 속한다. 건설업계 전문지 사이언스다이렉트(ScienceDirect)에 따르면 페록은 기존 콘크리트보다 압축 강도 13.5%, 인장 강도 20%, 휨 강도 18%가 강하다. 또한 주재료인 철강 분진과 유리 분말을 포함해 페록 제조 과정에 사용되는 재료의 95%는 재활용 재료로 이루어져 비용 효율이 높은 것으로 알려졌다. 아울러 경화 과정에서 특별한 화학 반응을 통해 대기 중 이산화탄소를 흡수해 오염을 줄이는 효과도 있다. 전 세계 시멘트 연간 생산량은 40억 톤이며, 제조 과정에서 지구 대기 오염의 8%를 차지한다고 로이터통신은 전했다. 현재 공개된 페록 사진은 벽돌 모양의 슬라브와 굳어서 벽을 형성하는 슬러리 형태를 보여준다. 보고서는 폐철강 확보 등 과제가 아직 남아있지만 소규모 프로젝트부터 적용 가능하다고 전했다. 페록 외에도 콘크리트보다 더 강한 신소재에 대한 연구는 다양한 분야에서 활발히 이루어지고 있다. 그래핀이나 탄소 나노튜브, 고성능 폴리머,금속 매트릭스 복합 재료 등의 신소재들은 건축, 항공, 자동차 등 여러 산업에서의 응용 가능성을 탐색하고 있다. 먼저 그래핀은 탄소 원자가 2차원 평면상에서 벌집 모양의 격자를 이루는 형태로, 강철보다 약 100배 강하면서도 매우 가벼운 물질이다. 그래핀은 높은 전도성, 유연성, 투명성을 가지며, 이러한 특성으로 인해 전자기기, 에너지 저장 장치, 심지어 건축재료에 이르기까지 광범위한 응용이 기대되고 있다. 탄소 나노튜브(Carbon Nanotubes, CNTs)는 그래핀을 원통형으로 말아 만든 나노스케일의 튜브 형태로, 뛰어난 인장 강도와 탄성 모듈러스를 가지고 있다. 이러한 속성으로 탄소 나노튜브는 항공우주, 군사, 스포츠 용품 등의 고성능 재료에 유용하게 활용될 수 있다. 고성능 폴리머 등 여러 고분자 재료들은 새로운 제조 기술과 결합해 콘크리트보다 훨씬 강하면서도 가벼운 신소재를 만드는 데 사용된다. 이들은 높은 내구성, 우수한 열 저항성 및 화학 저항성을 제공한다. 금속 매트릭스 복합재료(Metal Matrix Composites, MMCs)는 금속을 기반으로 해 다른 금속이나 비금속 재료를 강화재로 추가하여 제작된다. 이러한 복합재료는 원래 금속의 좋은 성질에 강화재의 특성을 더해, 더 높은 강도와 경도, 개선된 내구성을 제공한다. 그밖에 세라믹 매트릭스 복합재료(Ceramic Matrix Composites, CMCs)는 세라믹을 기반으로 하며, 강화재로 탄소 나노튜브나 그래핀 같은 나노물질을 사용할 수 있다. 이들은 높은 온도에서의 안정성, 낮은 밀도, 뛰어난 내마모성 등을 제공한다. 이러한 신소재들은 각각의 독특한 특성으로 인해 콘크리트와 같은 전통적인 건축 재료를 대체하거나, 그 성능을 크게 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 연구와 개발이 계속됨에 따라, 페록과 그래핀 등 신소재들의 생산 비용이 절감되고, 더 넓은 적용 범위와 함께 실용화될 것으로 기대된다.
- 포커스온
2024-02-15
쌍용C&E 상장폐지 추진⋯최대주주 한앤코 주식 전량확보

사모펀드(PEF) 운용사 한앤컴퍼니(한앤코)가 국내 1위 시멘트업체 쌍용C&E의 공개매수를 추진한다. 7017억원에 이르는 규모다. 보유 주식을 제외한 잔여 주식을 모두 인수해 자진 상장폐지에 나서겠다는 계획이다. 5일 투자은행(IB)업계에 따르면 한앤코는 이날부터 유가증권시장에 상장된 쌍용C&E 주식 1억25만4756주를 사들이기로 했다. 발행주식 총수의 20.1%에 이르는 규모다. 공개매수 가격은 주당 7000원으로 책정했다. 지난 2일 종가(6410원)보다 9.2% 높은 가격이다. 전체 매입 규모는 7017억829만원이다. 한앤코는 응모율과 관계없이 응모 주식 전부를 매수할 예정이다. 쌍용C&E가 4785만7142주를 우선 사들이고 초과 수량이 있으면 한앤코가 매수하는 구조다. 한앤코는 특수관계인 등과 공동으로 총 78.79% 지분을 확보하고 있다. 쌍용C&E 2대주주는 지분 5.06%를 보유한 국민연금이다. 공개매수는 다음달 6일까지 31일간 이뤄진다. 공개매수 주관은 NH투자증권이 맡았다. 한앤코는 이번 공개매수로 쌍용C&E 지분 전량을 확보한 뒤 자진 상장폐지에 나선다. 한앤코는 2012년 쌍용C&E(당시 쌍용양회공업) 지분 일부를 취득한 뒤 2016년 1호 블라인드펀드를 추가로 투입해 경영권을 사들였다. 인수에 투입한 자금은 총 1조4375억원이다. PEF가 상장사를 인수한 뒤 공개매수를 거쳐 상장폐지하는 사례는 종종 있다. 단기적인 주주 가치 제고 압박에서 벗어나 중장기적으로 기업 가치를 끌어올리겠다는 의도에서 이루어진다. 한앤코는 앞서 지난해 미용의료기기 업체인 루트로닉을 공개매수한 뒤 상장폐지했다. 또 다른 PEF인 MBK파트너스도 작년 2조5000억원을 들여 오스템임플란트의 공개매수를 진행한 뒤 비상장사로 전환했다. 이번 쌍용C&E 공개매수는 한앤컴퍼니(한앤코)의 승부수로 평가받는다. 그동안 쌍용C&E는 한앤코의 대표적인 '장기 포트폴리오'로 꼽혀왔다. 몇 차례 매각을 타진했지만 길어지면서 본의 아니게 오래 보유하고 있었던 셈이다. 한앤코가 상장폐지라는 강수를 둔 배경이다. 앞으로 '몸 만들기'를 통해 기업 가치를 높이고 본격적인 투자 회수 작업에 들어간다는 계획으로 해석된다. 한앤코는 다음달 6일까지 쌍용C&E 공개매수를 추진해 20.1%를 추가 확보할 계획이다. 공개매수를 마치면 한앤코는 회사 지분 전량을 보유하게 된다. 한앤코가 이 회사 지분을 처음 확보한 것은 2012년이다. 당시 지분 일부를 취득한 뒤 2016년 경영권 지분 46.14%를 인수했다. 이후 유상증자 참여와 2대주주였던 일본 태평양시멘트 지분(32.36%) 확보를 통해 지분율을 78.68%까지 늘렸다. 쌍용C&E는 한앤코의 컨티뉴에이션펀드의 첫 시도라는 점에서도 주목받는다. 이 펀드는 투자 자산을 장기 보유하기 위해 운용사는 그대로 두고 출자자(LP)만 교체하는 것으로, 한앤코가 2022년 국내에서 처음 조성했다. 과거엔 PEF가 기업을 인수하면 펀드 만기 때문에 4~5년 안에 매각해야 했지만 이 펀드를 활용하면 10년 이상 장기 보유도 가능해진다. 한앤코는 회사 밸류업을 위해 주력 사업인 시멘트 위주로 사업을 개편했다. 이를 위해 다른 포트폴리오 기업인 대한시멘트, 한남시멘트, 대한슬래그를 쌍용C&E 종속기업으로 편입했다. 주가도 인수 전과 비교해 두 배로 올랐다. 2016년 초 3000원대 중후반이었던 주가는 한앤코 인수 후 현재 6000원대에서 움직이고 있다.
- 산업
2024-02-05
아파트 분양가, 원자재·인건비 상승에 지난해보다 9천만원↑

올해 아파트 입주자들은 지난해보다 약 9000만원을 더 내고 국민평형 아파트를 분양받은 것으로 조사됐다. 주택도시보증공사(HUG)가 18일 발표한 '민간아파트 분양시장 동향' 보고서에 따르면, 지난 10월 말 기준 전국 아파트 3.3㎡당 분양가는 1681만원으로 지난해 1월(1417만원)에 비해 264만원 상승했다. 전용면적 84㎡(25평형) 기준으로 8976만원 오른 셈이다. 지난해 월평균 분양가는 9월까지 3.3㎡당 1400만원대 수준이었으나 10월 1500만원을 넘어섰고, 올해 들어서는 5월(1613만원) 이후 1600만원대를 유지하고 있다. 권역별로는 5개 지방광역시 및 세종시에서 작년 1월 대비 3.3㎡당 283만원 올라 가장 큰 오름폭을 보였다. 또 기타 지방도시 267만원, 수도권 221만원이 각각 올라 지방의 분양가 상승세가 두드러졌다. 이같은 분양가 상승은 원자재와 인건비 등 비용이 큰 폭으로 올랐기 때문이다. 한국시멘트협회에 따르면 2021년 t당 7만8800원이던 시멘트 7개사의 평균 가격은 올해 11만2000 원으로 3년 사이 42.1%가 급등했다. 레미콘 가격도 루베(레미콘 단위)당 2020년 6만6385원에서 2022년 8만1664원으로 23% 올랐다. 철근 기준 가격도 지난 12월부터 t당 8000 원씩 상승했다. 인건비도 상승세다. 대한건설협회가 발표한 '2023년 건설업 임금실태 조사'에 따르면 하반기 건설업 임금은 26만5516원으로 상반기보다 3.95% 올랐으며, 작년 동기와 비교해선 6.71% 상승한 것으로 나타났다. 원자재나 인건비 상승 추세를 볼 때 분양가는 앞으로도 더 오를 것이라는 관측이 우세하다. 이처럼 분양가가 지속 상승하면서 고분양가 논란이 있던 단지도 청약이 호조를 나타냈다. 수요자들이 앞으로 분양하는 단지는 분양가가 더 오를 수 있다고 판단한 것으로 추정된다. 최근 서울 성동구 용답동에 분양한 '청계리버뷰자이'는 3.3㎡당 평균 분양가가 3995만원으로 고분양가 논란이 일었지만 지난 12일 1순위 청약에서 397가구 모집에 1만8255명이 지원해 평균 45.98대 1의 경쟁률을 기록했다.
- 경제
2023-12-18
로봇 굴삭기, 거대한 돌담 자율 건설 주목

모양이 일정하지 않은 무정형의 바위를 정밀하게 쌓아 벽을 쌓는 작업은 육체적, 정신적으로 매우 힘든 일로 간주된다. 최근에 이러한 작업을 로봇이 수행했다는 사실이 많은 이들에게 놀라움을 주고 있다. 미국의 과학 전문 매체 뉴아틀라스(newatlas)는 스위스의 ETH 취리히 연구소 팀이 개조한 12톤짜리 보행형 로봇 굴삭기에 대해 보도했다. 이 로봇의 이름은 HEAP(자율 목적을 위한 유압식 굴삭기)으로, ‘Menzi Muck M545’ 모델의 보행형 굴삭기다. 이 로봇에는 GNSS GPS(글로벌 위치 결정 시스템), 새시(sash)에 장착된 IMU(관성 측정 장치), 제어 모듈, 그리고 객실 및 굴착 암에 설치된 LiDAR 센서 등이 추가됐다. 이 최신 프로젝트에서 HEAP는 건설 현장을 스캔하고 3D 지도를 작성한 다음, 현장에 버려진 여러 톤의 무게를 가진 바위들의 위치를 파악하는 작업부터 시작했다. 그런 다음 로봇은 각각의 바위를 땅에서 들어올려 머신 비전 기술을 사용하여 각 바위의 무게와 무게 중심을 추정하고 3차원 모양을 기록했다. HEAP의 제어 모듈에서 실행되는 알고리즘은 6미터(20피트) 높이와 65미터(213피트) 길이의 안정적인 건식 석벽을 구축하기 위해 각 바위의 최적 위치를 결정한다. '건식' 석벽이란 모르타르나 접착제 없이 오로지 돌만을 사용하여 쌓은 벽을 의미한다. HEAP는 건물 세션당 약 20~30개의 바위를 배치하여 이러한 벽을 건설했다. 연구원들은 이러한 작업량이 외부에서 공급되는 암석이 사용될 경우, 한 번에 얼마나 많은 양을 처리할 수 있는지를 보여주는 예시라고 말했다. 실험 시스템의 주요 특징 중 하나는 현장에서 조달한 바위나 기타 건축 자재를 사용할 수 있다는 점이다. 이는 다른 위치에서 자재를 가져오는 데 드는 에너지 낭비를 줄일 수 있다. 연구팀은 대규모 건식 석벽을 건설하는 데 최초로 로봇 굴착기를 사용했다. 이들은 인공지능을 탑재한 로봇이 건설업의 생산성을 높이고 지속 가능한 성장을 이끌 것으로 기대하고 있다. 로봇 굴착기는 돌 하나를 쌓는 데 평균 12분 정도 소요된다. 이는 사람이 조종하는 경우보다 약 10% 느린 속도이지만, 로봇이 혼자 모든 작업을 수행할 수 있어 노동력 부족 문제를 해결할 수 있을 것으로 보인다. 특히, 현지에서 구할 수 있는 천연 자재나 재활용 재료를 사용할 수 있기 때문에 환경 부담도 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 이 굴착기를 개발한 취리히 대학교의 후터 교수는 로봇 굴착기로 담을 쌓으면 비슷한 성능의 철근 콘크리트로 담을 쌓는 것 보다 탄소배출을 41% 줄일 수 있다고 설명했다. 한편, 한국생산기술연구원은 지난 2021년 한양대학교, 한국전자기술연구원, 한국기계산업진흥회 등과 함께 재난 현장에서 소방관들의 안전을 보호하면서 어렵고 복잡한 구조 작업을 신속하게 수행할 수 있는 특수 굴삭기를 개발했다. 이 굴삭기는 자체적으로 움직이지는 못하지만, 웨어러블 장치를 통해 조종사가 마치 자신의 팔처럼 작업기를 자유롭게 움직일 수 있도록 설계됐다. 이 장치는 최대 200kg의 대형 장애물을 옮기거나 22mm 두께의 철근을 절단하고, 시멘트 덩어리를 부수거나 샌드위치 패널을 뚫는 등 다양한 작업을 쉽게 수행할 수 있어, 매몰된 인명을 굴삭기보다 빠르게 구조할 수 있다. 이러한 기능은 숙련되지 않은 사람도 직관적으로 조종할 수 있게 해, 재난 상황에서 큰 도움이 될 것으로 기대된다.
- 산업
2023-11-29
호주 기업, 수소 없이도 700°C 열과 전기 생산 기술 특허

기업 활동 중 발생하는 이산화탄소를 최소화하고, 불가피하게 발생하는 이산화탄소에 대해서는 탄소 배출권을 구매하여 실질적인 탄소 배출량을 '0'으로 만드는 '탄소제로' 전략이 주목받고 있다. 이제는 석유 자원이 풍부한 국가들도 이러한 탄소제로 움직임에 동참하며 청정에너지 개발에 적극적으로 나서고 있다. 미국의 경제 전문 매체 포브스는 텍사스주가 세계에서 두 번째로 석유 자원이 풍부함에도 불구하고 호주로부터 수소열 에너지를 도입하려는 배경을 최근 분석했다. 포브스에 따르면, 텍사스주는 기존의 석유나 천연가스 대신 탄소 배출이 적은 청정 에너지 소스에 주목하고 있다. 특히 수소는 청정 에너지로 분류되며, 자동차 엔진에서 연소되거나 전기로 변환될 때 탄소를 배출하지 않는다. 하지만, 높은 온도에서는 산화질소나 질소산화물을 방출할 수 있다. 수소의 생산 방식에 따라 그 환경적 영향이 달라질 수 있다. 메탄을 사용해 제조되는 청색 수소는 비용이 저렴하지만 환경적으로 깨끗하다고 볼 수 없다. 반면, 물을 전기분해하여 만드는 녹색 수소는 비용이 더 들지만 환경에 더 친화적이다. 호주 기업, 뉴멕시코주에 신규 공장 건설 뉴멕시코주는 연소 과정 없이 수소를 열 에너지로 전환하는 새로운 기술을 보유하고 있어, 호주로부터의 수소 도입을 통해 이를 열 에너지로 변환하고자 한다. 이 기술은 중공업에서 바로 사용하거나 거의 모든 전기 응용 분야에서 전기로 변환할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 특히, 연소 과정이 없다는 점은 석탄을 태워 열을 생성하고 전기를 생산하는 전통적인 발전소의 복잡한 기계적 단계를 건너뛸 수 있음을 의미한다. 이러한 접근은 나쁜 탄소 배출을 크게 줄일 수 있는 방법으로, 환경 보호와 지속 가능한 에너지 사용을 위한 중요한 전략 중 하나이다. 호주에 본사를 둔 스타 사이언티픽(Star Scientific)은 2024년 뉴멕시코주 앨버커키에서 새로운 공장 건설을 시작할 계획이라고 발표했다. 이 프로젝트에는 약 1억 달러(약 1297억원)가 투자될 예정이며, 공장은 최대 50에이커 규모의 부지에 10개의 건물로 구성될 예정이다. 이 공장은 연구부터 관리까지 다양한 부서를 아우르며 약 200명의 직원을 고용할 것으로 기대된다. 이번 투자는 뉴멕시코주의 미셸 루잔-그리샴(Michelle Lujan-Grisham) 주지사와 스타 사이언티픽의 글로벌 그룹 회장인 앤드류 호바스(Andrew Horvath)가 지난달 시드니에서 만난 자리에서 발표됐다. 실험 시연서 713°C까지 치솟아 이 회사는 핵융합 연구 중에 흥미로운 발견을 했다. 수소 가스와 산소 가스가 결합하여 물을 형성하도록 촉진하는 동시에 반응에서 상당한 양의 열을 방출하는 새로운 촉매를 발견했다. 이 과정은 물리학이 아닌 화학 반응에 속하며, 두 개의 수소 원자가 헬륨으로 융합되어 핵 에너지를 방출하는 과정과 유사하다. 이러한 원리는 수소 폭탄의 작동 원리를 연상시킨다. 실험실에서 수행된 시연에서는 수소와 산소 유입 파이프를 사용했다. 이 실험에서 온도는 단 몇 분 만에 713°C까지 급상승했으며, 촉매가 뜨거워지며 주황색으로 변하는 현상이 관찰됐다. 이러한 높은 온도는 연소 과정 없이도 일부 산업 공정에 필요한 열을 제공할 수 있어 공정을 단순화하는 데 기여할 수 있다. 이 촉매는 회사의 비밀로 유지되고 있으며, 이미 특허를 받았다. 이 과정은 '헤로(HERO, Hydrogen Energy Release Optimiser)'라고 명명되었으며, 이는 '수소 에너지 방출 최적화'라는 의미를 담고 있다. 이 새로운 기술을 사용하면 집과 사무실의 난방에 최대 700°C까지 필요한 온도를 조절할 수 있다. 또한, 이 과정을 통해 물을 가열하여 증기를 만들고, 그 증기로 터빈을 구동하여 전기를 생산할 수도 있다. 이러한 과정은 석탄 화력 발전소에서 일어나는 과정과 유사하지만, 석탄 연소로 인한 무거운 탄소 배출이 없다는 점에서 차이가 있다. 스타 사이언티픽에 따르면, 기존 발전소에서 석탄 연소 보일러를 이들의 HERO 공정으로 교체하면 탄소 배출량을 크게 줄일 수 있다. 만약 유입되는 수소가 그린수소라면, 전 과정에서 탄소 배출이 전혀 발생하지 않는다. 하지만, 물을 수소와 산소로 전기분해하는 과정은 상당한 에너지를 소모하는 비효율적인 방법일 수 있다. 청색 수소를 사용하는 경우, HERO의 전체 수명에 대한 이점은 명확하지 않다. 이는 청색 수소 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소가 탄소 포집 및 저장(CCS)을 통해 시스템에서 제거되어야 하기 때문이다. 이러한 점들을 고려할 때, HERO 기술의 환경적 이점은 사용되는 수소의 종류에 크게 의존한다고 볼 수 있다. HERO, 수소 연료전지와 장점 공유돼야 수소 연료 전지는 양극과 음극을 갖추고 있으며, 배터리의 작동 원리와 유사한 방식으로 전기를 생산한다. 이 시스템은 고가의 백금 촉매를 사용하는 것이 일반적이다. 연료 전지는 전기와 열을 동시에 생산하지만, 대부분의 경우 열은 크게 활용되지 않는다. HERO는 특히 전력 공급이 작은 것으로 알려진 부문(약 9%)에서 이점을 가져야 한다. 리스타드 에너지(Rystad Energy)의 분석에 따르면, 산업 연소라 불리는 분야(15%)는 전기화를 통해 해결할 수 있으며, 이는 배터리를 사용하는 것이 가능하다. 연료 전지와 HERO는 이러한 분야에서 기회를 포착해야 한다. 연료 전지의 에너지 변환 효율은 약 65%로, 석탄 화력 발전소의 34%와 비교했을 때 상대적으로 높은 편이다. HERO의 효율성은 특정 애플리케이션에서 매우 중요하며, 성능, 비용과 내구성이 입증되면, 운송, 상업 및 주거용 건물의 난방, 가역 그리드 시스템 등 다양한 분야에서 전력이나 열을 공급하는 데 유용하게 사용될 수 있다. 스타 사이언티픽은 HERO에 대해 매우 낙관적이며, 이 기술이 시멘트 공장과 같은 산업 공정에서 필요한 열을 충분히 발생시킬 수 있으며, 장거리 운송이나 화석 연료를 사용하는 중공업 공정과 같이 탈탄소화하기 어려운 부문에서도 유용하게 적용될 수 있다고 강조하고 있다. 이는 탄소 배출을 줄이는 데 중요한 역할을 할 수 있는 혁신으로 평가받고 있다. 뉴멕시코주 주지사 사무실에 따르면 호주의 스타 사이언티픽은 올해 뉴멕시코주에 성공적으로 유치된 싱가포르, 대만, 독일 기업들에 이어 가장 최근에 합류한 국제 기업이다. 제임스 케네이(James Kenney) 뉴멕시코 환경부 장관은 “회사는 수소에 대한 주지사의 낙관적인 접근 방식과 기후 변화 대응에 대한 우리 주의 낙관적인 접근 방식에 매료됐다“고 말했다. 바이오테크, 혁신적인 수소 생산 스타 사이언티픽은 뉴멕시코주에 기반을 둔 수소를 생산하고 판매하는 바이오테크(BayoTech)의 혁신적인 방식에 깊은 인상을 받은 것으로 전해졌다. 바이오테크는 화학 공장 및 정유소에 수소를 공급하는 기존의 대규모 중앙 집중식 공장들보다 더 저렴하고 탄소 배출량이 적은 수소를 생산한다. 이 회사는 깨끗한 천연가스 또는 바이오메탄 소스를 원료로 사용하여 수소를 제조하고 있다. 바이오테크는 지난 11월 2일 미주리주 웬츠빌에 새 수소 허브를 완공했다고 밝혔다. 이 허브는 연간 350톤의 수소를 생산할 수 있는 능력을 가지고 있으며, 이 수소는 연료전지와 산업 공정에 사용될 예정이다. 또 바이오테크는 니콜라(Nikola) 수소 연료 전지로 구동되는 전기 세미 트럭과 뉴 플라이어(New Flyer) 연료전지 버스를 시연했다. 아울러 니콜라와의 파트너십을 통해 니콜라 연료전지 트럭 50대를 구매할 계획을 발표했다. 이러한 발전은 수소 에너지와 관련된 기술의 발전뿐만 아니라, 수소 기반 교통 수단의 상업적 활용 가능성을 더욱 확장시키는 중요한 진전을 나타낸다. 바이오테크의 이번 발표와 계획은 미래의 친환경 교통 수단에 대한 투자와 연구의 중요성을 강조하며, 지속 가능한 에너지 솔루션에 대한 지역 사회와 산업계의 관심을 끌고 있다.
- 산업
2023-11-21
중국, 시멘트 공장 창고 재활용시설 떠 있는 '방주' 공개

사용하지 못하는 의미 있는 공장을 개조해 지역 명물인 카페나 식당을 만들거나, 자동차를 고치는 정비소로 활용하는 등 다양한 시도가 이어지고 있다. 물론 한국의 경우에만 국한되는 것은 아니다. 최근 중국에서도 역사적 가치가 있는 공장을 재활용하는 설계 도안이 공개됐다. 미국 매체 뉴아틀라스(newatlas)에 따르면, 중국 매드아키텍스(MAD Architects)는 지금은 사용하지 않은 상하이의 거대한 시멘트 공장 창고 위에 방주를 연상시키는 복합 용도의 건물을 디자인해 눈길을 끌고 있다. 방주 이미지를 구현할 이 시멘트 공장은 중국 상하이에 위치한 장장 시멘트 공장(Shanghai Zhangjiang Cement Factory)으로, 한때 중국 도시에서 가장 큰 시멘트 공장 중 하나로 꼽혔다. 이번 개조 공사는 대규모 창고에 중점을 뒀다. 1971년에 건설된 이 건물은 선박 가공을 위해 시멘트 공장에 원자재를 보내는 첫 번째 정류장 역할을 해왔다. 2013년에 운영을 중단하기까지 약 50년간 상하이의 도시 건설과 발전을 목격했다. 최근, 중국의 건축가들은 역사적인 산업 상징물인 시멘트 사일로, 가마 테일 타워, 1만미터 사일로 등을 포함하는 공장을 보존하기 위한 공원 클러스터 설계를 의뢰받았다. 이러한 역사적 가치가 있는 산업 건물들을 재개발하고 재사용함으로써, 문화와 스포츠, 창의적 상업 지원 시설 등을 갖춘 복합 캠퍼스로 변모시키는 계획이다. 매드가 수행할 개조 공사는 창고 벽의 산업적 미학을 존중하면서도, 지붕은 '아크(ark, 방주)'라는 이름의 새롭고 다양한 기능을 갖춘 복합 건물로 대체될 예정이다. 공동 작업 공간, 연구실, 다목적 홀, 카페, 대형 건물 등이 포함될 예정이며, 공개적으로 접근 가능한 옥상 공원이 설계되었다. 내부는 대형 금속 계단을 통해 접근 가능하며(엘리베이터 설치도 고려 중), 지상 층에는 조경과 판매 공간이 조성될 예정이다. 또한 기존 창고의 서쪽 벽은 유리벽으로 교체해 햇빛이 들어오는 밝은 공간으로 꾸민다. 건축적으로 복잡한 이 구조는 새로운 기둥, 바닥 트러스, 스패닝 트러스, 대형 스패닝 빔을 추가함으로써 방주가 떠 있는 것 같은 부유 효과를 구현한다. 오래된 벽은 스터드, 강철 와이어 메쉬, 강철 프레임을 사용하여 보강할 계획이다. 건물 내부에서 강변의 경치를 즐길 수 있도록, 오래된 공장 건물의 1층은 강변을 따라 개방되어 수변 광장과 통합될 예정이다. 건물 중앙에는 복도가 설치되어 공원 내의 광장과 강둑을 연결하며, 새로 설계된 다리는 강 양안을 연결해 지역민들이 이 새로운 공공 공간을 더욱 편리하게 이용할 수 있도록 할 것이다. 옥상은 추가적인 도시 공공 공간으로 구상됐다. 사람들은 이 공간에 자유롭게 접근할 수 있으며 멀리 천양강의 경치를 즐길 수 있다. 방주의 처마는 완만하게 기울어져, 건물 높이가 추안강 유역에 미칠 수 있는 압박감을 최소화하는 동시에 옥상 테라스에서 바라보는 전망을 최적화한다. 매드에 따르면, 이 프로젝트는 오래된 구조와 새로운 구조를 결합하여 시간과 물리적 차원에서의 3차원적 계층 구조를 구현함으로써 쇠퇴한 산업 현장에 새로운 활력을 불어넣을 것으로 기대한다. 매드의 공동창업자 마 옌쑹(Ma Yansong)은 "산업 유산은 그 안에 담긴 역사적 가치 때문뿐만 아니라 미래에 역사 의식을 주는 중요한 요소로 보존되고 활용되어야 한다"며 "이에 우리는 산업 미학을 단순히 찬양하고 통합하는 것이 아니라 현재와 미래의 정신에 초점을 맞출 필요가 있다"고 강조했다. 현재 방주 프로젝트는 진행 중이며 오는 2026년 완공될 예정이다.
- 생활경제
2023-11-09
쌍용C&E, 탄소 중립 실현 위해 8천억 규모 설비 투자

쌍용C&E가 시멘트 생산으로 인한 환경 영향을 최소화하고자 2030년까지 약 8000억 원 규모의 대대적인 설비 투자 계획을 6일 발표했다. 이는 국내 시멘트 산업을 선도하는 기업으로서의 자발적인 사회적 책임을 다하기 위한 조치로, 투자를 통해 탄소 배출량과 대기 오염물질의 배출을 대폭 줄이는 것이 목표다. 쌍용C&E는 2030년까지 2018년 대비 탄소 배출량을 25% 이상 감축하고, 2050년까지는 53%까지 감축할 계획을 세웠다. 잔여 배출량은 탄소 포집 기술의 도입 등을 통해 지속해서 줄여나갈 예정이다. 시멘트 산업은 1500℃ 이상의 초고온으로 석회석(CaCO3)을 소성하여 생석회(CaO)를 추출하는 과정에서 상당한 양의 탄소를 배출한다. 시멘트 생산 과정에서는 1500℃ 이상의 초고온 소성 공정을 거치며, 이 과정에서 질소산화물(NOx)의 발생은 불가피한 상황이다. 이로 인해 시멘트 산업은 전기 발전, 철강, 석유화학 산업에 이어 높은 탄소 배출량을 가진 산업 중 하나로 꼽힌다. 쌍용C&E는 시멘트 제품의 생산 과정에서 발생하는 대기 오염 및 기타 환경적 영향을 최소화하기 위해, 관련 설비 투자를 확대할 계획이다. 현재, 질소산화물 저감을 위해 선택적 비촉매환원(SNCR) 설비가 사용되고 있지만, 이 방법의 저감 효율이 낮다는 문제가 있다. 저감 효율을 높이기 위해서는 SCR 설비를 도입하는 것이 필요하지만, 기술적 및 경제적 고려사항으로 인해 도입 과정에 어려움을 겪고 있다. 이에 대응하여 쌍용C&E는 대체 연료 사용 확대, 저탄소 원료 대체율 향상, 새로운 기술 개발 등 다양한 방법을 통해 탄소 배출 감소 목표를 달성할 방침이다. 특히, 소성 공정에서 화석 연료를 대체할 수 있는 다양한 연료 사용을 증대시키는 것이 주요 전략 중 하나다. 쌍용C&E는 지난해까지 이미 약 2200억 원을 투자하여 관련 설비와 인프라를 구축하는 첫 단계의 투자를 마쳤다. 이어서 향후 1400억 원을 추가로 투자하여 화석 연료 사용량을 더욱 줄이는 방안을 모색하고 있으며, 이를 통해 2030년까지는 전 세계 시멘트 업계에서 최초로 탈석탄을 실현하겠다는 계획을 세웠다. 이 회사는 탄소 배출량이 많은 석회석을 대체할 수 있는 생석회의 공급원을 지속적으로 확대하고, 시멘트 공정에 특화된 탄소 포집 기술을 도입하고 활용해 추가적인 탄소 감축을 추진할 예정이다. 더불어 시멘트 제품 생산 과정에서 발생하는 대기오염이나 기타 환경 영향을 최소화하기 위한 설비 투자도 확대한다. 초고온 소성 공정에서 질소산화물(NOx) 배출을 줄이기 위해, 쌍용C&E는 국내외의 다양한 기술을 면밀히 검토하고 있으며, 정부가 주도하는 저감 기술 실증 사업에도 적극적으로 참여할 계획이다. 이 회사는 질소산화물 배출량을 현재 수준에서 30% 이상 줄이겠다는 목표를 세웠다. 제조 공정 중 발생하는 배출 먼지는 여과 효율이 높은 여과집진기를 사용하여 효과적으로 제거하고, 비산 먼지 발생 가능성이 있는 시설에 대해서는 옥내화 등의 방법을 통해 미세먼지 발생을 최소화할 방침이다. 또한, 쌍용C&E는 시멘트 제조 공정 중 순환 자원 사용에 따른 안전성 문제 등의 우려를 해결하기 위해 정부, 이해관계자, 비정부기구(NGO) 등이 함께 참여한 '시멘트 환경관리 선진화 민관포럼'의 연구 결과를 적극적으로 반영할 예정이다. 이현준 쌍용C&E 사장은 이와 관련하여, "시멘트 산업은 탄소 배출량이 많은 특성상 기후 변화에 일정 부분 영향을 미치고 있다는 점을 인정한다"고 말하면서 "그럼에도 불구하고, 우리는 환경 개선을 위한 대규모 투자를 통해 세계적인 목표인 탄소중립을 실현하고 환경 영향을 최소화함으로써 지속 가능한 성장과 발전을 이룰 수 있는 회사로 발돋움하기 위해 적극적으로 노력할 것"이라고 밝혔다.
- 산업
2023-11-06
NBA 스타 릭 폭스, 바하마에 '탄소 흡수 콘크리트' 주택 건축

전 NBA 레이커스의 전설이자 배우인 릭 폭스(54·Rick Fox)가 바하마에 환경친화적인 '탄소 흡수 콘크리트' 주택을 건축했다. 폭스는 총 1000채의 탄소배출 제로 주택을 건설할 계획이다. 미국 경제매체 더 버지(The Verge)는 최근 릭 폭스가 건설한 탄소 흡수 콘크리트 집은 기후 변화 문제 개선에 기여할 것으로 보인다며 이같이 보도했다. 폭스는 지속가능한 건축자재 스타트업 '파르타나(Partanna)'의 CEO이자 공동 창업자다. 벤처캐피털·사모펀드 체루빅 벤처스(Cherubic Ventures)가 파르타나에 투자했다. 체루빅 벤처스는 전 세계 제품 출시 전 단계의 기업에 투자하는 시드 단계 벤처캐피털 회사다. 현재 샌프란시스코, 타이페이, 워털루, 도쿄에 사무실을 두고 있으며, 4억 달러(약 5400억원)의 운용자산(AUM)을 관리하고 있다. 폭스는 바하마에서 탄소중립을 실현하는 이 프로젝트가 성공하면, 현재 대체재인 탄소 흡수 콘크리트를 일반적인 건축 자재로 도입해 건설 산업의 환경오염을 줄일 계획이다. 그는 "나는 헐리우드 경력을 일시 중단하고, 기후 변화에 대응하는 실질적인 해결책을 찾기로 결정했다"고 말했다. 폭스의 주장에 따르면, 콘크리트와 그 주요 성분인 시멘트는 전 세계적인 이산화탄소 배출량의 약 8%를 차지하며, 이는 기후 변화에 큰 영향을 미치고 있다. 폭스는 고향인 바하마에서 겪은 기후 변화의 영향 때문에 이 분야에 뛰어든 것이라고 설명했다. 2019년 허리케인 도리안은 바하마에 큰 피해를 주었으며, 아바코 섬의 주택 75%를 파괴하고 수천 명이 이재민이 되었다. 릭 폭스는 캘리포니아의 건축가 샘 마샬과 함께 과학자들과 협력하여, '파르타나(Partanna)'라는 회사를 공동 창업해, 탄소 집약적인 시멘트를 사용하지 않는 새로운 콘크리트 제조 방법을 개발했다. 파르타나에서 제작한 콘크리트는 전통적인 시멘트 대신 해수 정수 시설에서 얻은 염수와 강철 생산 부산물인 '슬래그'를 기반으로 한다. 이 혼합물은 상온에서도 경화될 수 있어 에너지 소비가 추가로 필요하지 않고, 콘크리트의 바인더 성분이 대기 중의 CO₂를 흡수해서 그 안에 가둔다. 이 콘크리트는 건물이 완공된 후에도 계속해서 CO₂를 흡수할 능력이 있으며, 건물이 철거될 경우에도 흡수된 CO₂를 유지하면서 재사용이 가능하다. 파르타나 측은 이런 유형의 콘크리트와 건물을 '카본 네가티브(carbon negative)'라고 말했다. 예를 들어 약 116m²(약 35평)의 탄소 흡수 콘크리트 건물은 연간 약 5200그루의 성숙한 나무가 흡수하는 양만큼의 CO₂를 흡수할 수 있다고 설명했다. 애리조나 주립 대학의 지속 가능한 공학 및 건축 환경 학교의 드와락 라비쿠마르(Dwarak Ravikumar) 조교수는 파르타나의 폐기물 활용방식 콘크리트에 대해 긍정적인 평가를 내렸다. 그는 "폐기물을 사용하는 것은 좋은 일"이라면서도 "이 기술이 기후에 어떤 전반적인 영향을 미치는지를 정확히 평가하려면, 시스템 전체를 상세하게 분석해야 한다"고 덧붙였다. 라비쿠마르는 파르타나가 탄소 흡수 콘크리트의 환경적 영향과 확장 가능성을 정확히 평가하기 위해 충분한 데이터를 공유해야 한다고 강조했다. 한편 바하마 정부는 파르타나와의 협력을 통해, 내년에 건설 예정인 29채의 주택으로 구성된 커뮤니티 프로젝트로 시작해 총 1000채의 주택을 건설하기로 합의했다. 바하마 나사우에 지어진 첫 번째 주택은 현재 프로토타입 단계로 아직 거주자가 없다. 하지만 앞으로 지어질 주택들은 생애 첫 주택 구매자들을 대상으로 입주자들을 선정할 예정이다. 파르타나의 건축 자재는 사우디아라비아의 홍해 관광 개발에도 사용될 예정으로 알려졌다. 한편, 국내에도 이산화탄소를 흡수할 수 있는 건축 자재를 개발 중인 기업들이 존재한다. 일례로 에코비오는 바다 생물의 껍질에서 추출한 키토산을 활용한 콘크리트를 개발했다. 또 에코콘크리트는 폐플라스틱을 재활용하여 콘크리트를 제작했고, 제이에스콘크리트는 폐석탄재를 재활용한 콘크리트를 개발하고 있다. 유엔은 2030년까지 43%의 탄소배출을 절감한다는 계획을 세웠다. 그러나 현실은 고작 7%의 탄소배출을 줄일 것이라는 전망이다. 그럼에도 기업들이 지속적인 노력을 펼친다면, 건설 분야에서의 온실가스 배출을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 기후 변화에 대응하는 데에도 크게 기여할 것으로 예상된다.
- 생활경제
2023-10-23
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.
- 산업
2023-09-07