탄소 양생
콘크리트는 지구상에서 물 다음으로 널리 사용되는 소재입니다. 콘크리트의 주재료인 시멘트의 생산량은 2021년 한 해에만 약 43억톤을 기록했습니다. 한편, 시멘트 생산으로 인한 이산화탄소 배출은 연간 전 세계 이산화탄소 배출의 약 7%를 차지합니다.
콘크리트 산업 전반에서 이산화탄소 배출 감축에 대한 강력한 열망이 존재하는 가운데, 아람코는 양생 과정에 이산화탄소를 활용하도록 콘크리트 제조 방식을 혁신하고 있습니다.
기본 구성요소
가장 단순한 형태의 시멘트는 모래, 물, 골재와 결합하여 콘크리트를 생산합니다. 시멘트와 물을 혼합하면 일련의 화학 반응이 일어나고, 혼합물은 굳어져 경화됩니다.
이 과정은 외부 온도부터 혼합물에 함유된 시멘트의 양에 이르기까지 여러 요인의 영향을 받을 수 있습니다. 그러나 결정적인 요인은 콘크리트가 적절한 양의 수분을 유지하고, 최대 강도를 달성하도록 일정 기간 동안 적절한 온도에서 유지되는 것입니다. 콘크리트가 너무 빨리 마르면 강도가 매우 약해지며, 바로 이런 이유로 양생이 필요합니다.
양생의 중요성
양생은 콘크리트 건설에서 중요한 공정으로, 수분 손실을 제어하는 역할을 합니다. 양생은 콘크리트의 강도를 증대할 뿐 아니라, 내구성을 높이고 투수성을 감소시키며 균열 ·동결·해동에 대한 저항성을 높입니다.
증기를 사용하거나 표면에 안개분무를 하는 것부터 습기 손실을 방지하기 위해 양생포나 비닐로 덮는 것까지 양생 방법은 매우 다양합니다. 아람코는 이산화탄소를 활용하여 프리캐스트 콘크리트 양생법을 혁신할 수 있는 기회를 발견했습니다.
윈윈 시나리오
이동식탄소포집이나 산업플랜트 탄소 포집과 같은 기술은 그러한 기술을 적용하는 설비의 대기 중 배출을 방지하여 탄소 배출을 감축할 수 있습니다. 그러나 ‘포집한 이산화탄소로 무엇을 할 것인가’라는 질문은 여전히 남아 있습니다.
포집한 이산화탄소를 지하 깊숙이 격리하거나, 탄소 양생의 경우와 같이 재활용하는 방법을 개발하는 것이 방법이 될 수 있습니다. 이산화탄소 재사용은 탄소순환경제에 기여하는 ‘4R’(재사용, 감축, 제거, 재활용)의 하나입니다. 아람코는 이러한 아이디어를 통해 지속적 경제 성장을 보장하면서 글로벌 배출을 줄일 수 있다고 믿습니다. 그리고 아람코의 탄소 양생 혁신은 이러한 아이디어의 실행을 보여주는 완벽한 예입니다.
이론의 실행
2014년 아람코는 카이스트와 협력하여 탄소 양생 공정에 이산화탄소를 활용할 수 있는 가능성을 연구하는 프로젝트를 시작했습니다. 다음 단계로 아람코는 현지 프리캐스트 기업과 협력하여 포집된 탄소를 정확히 언제 어디에 주입해야 하는지 확인했습니다.
아람코의 아이디어는 최종 제품을 손상시키거나 제품 강도에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 콘크리트 내에 이산화탄소 ‘흡수원’을 만드는 것이었습니다. 이를 실현하기 위해 아람코는 다양한 양생 조합과 이산화탄소 농도를 테스트했습니다. 핵심은 이산화탄소를 증기와 결합하는 것이었으며, 이를 통해 콘크리트 내 이산화탄소 흡수율을 매우 높은 수준인 20%까지 올릴 수 있었습니다.
더 강한 콘크리트를 더 빠르게 생산하다
아람코는 실험실 테스트를 성공적으로 마친 후, 사우디아라비아의 한 프리캐스트 콘크리트 플랜트에 이 기술을 적용했습니다.
아람코의 탄소 양생 콘크리트가 통과해야 했던 가장 중요한 테스트는 기계적 강도 측정이었습니다. 산업 표준은 35MPa이며, 한 배치라도 28일 내에 이 기준을 충족하지 못하면 해당 콘크리트는 전량 사용될 수 없습니다.
아람코의 기술은 단 하루 만에 해당 기준을 충족했을 뿐만 아니라, 기존에 몰드에서 콘크리트를 제거하는 데 걸리던 시간을 16시간에서 절반으로 단축하는 데 기여했습니다.
또한 아람코의 콘크리트는 투수성이 낮으며 염소와 황산염에 대한 저항성이 높아 전통적 콘크리트보다 내구성이 강하며, 이러한 특징은 해양이나 습도가 높은 지역의 건설 공사에 매우 중요합니다.
미래를 건설하다
실험실 환경에서 20% 이산화탄소 흡수율을 달성한 아람코의 기술이 상용화되면 그 잠재력은 엄청날 것입니다.
실제로 전 세계 프리캐스트 콘크리트 산업이 탄소 양생 기술로 전환하면, 연간 최대 2억 4,600만 톤의 이산화탄소를 재활용할 수 있습니다. 이는 약 5,300만 대의 자동차에서 배출되는 배기가스를 줄이는 효과와 같습니다. 아람코는 다음 단계로, 탄소 양생 기술을 벽돌 및 레미콘 생산에도 적용해 시험하는 것을 목표로 하고 있습니다.
시멘트 생산 과정 자체에서 발생하는 이산화탄소가 재사용된다고 상상해보십시오. 그렇게 된다면, 시멘트 업계 전체가 환경에 미치는 영향을 줄이고 저탄소 미래로 전환할 수 있을 것입니다.
