콘크리트는 생산과정에서 다량의 이산화탄소를 배출하는 시멘트를 사용하기 때문에 반친환경적 재료로 인식되고 있다. 하지만 콘크리트는 사용기간 중 탄산화 과정을 통하여 대기중의 이산화탄소를 흡수한다. 이에 본 연구에서는 기존문헌 고찰을 통하여 1) 콘크리트 내 탄산화 가능한 물질의 농도, 2) 탄산화된 콘크리트의 체적, 3) 이산화탄소 분자량을 이용, 탄산화를 통한 콘크리트의 이산화탄소 흡수량의 정량적 산출 방법을 제시하였다. 또한 콘크리트 생산에 사용되는 재료들의 이산화탄소 배출량 자료를 이용하여 단위 콘크리트 생산에 따른 이산화탄소 배출량을 정량적으로 산출하였다. 이러한 콘크리트의 이산화탄소 흡수량 및 배출량의 정량적 산출방법을 이용하여 실제 사용중인 아파트 건축물 1동을 대상으로 하여 콘크리트의 생산에 따른 배출량과 사용기간에 따른 이산화탄소 흡수량을 정량적으로 산출하여 이산화탄소의 배출량-흡수량 평가를 실시하였다. 그 결과 건축물을 40, 60, 80년 사용시, 사용된 콘크리트의 이산화탄소 배출량 대 흡수량의 비율이 3.65, 4.47, 5.18%로 나타났다. 본 연구는 콘크리트 생산 및 사용에 따른 이산화탄소 배출량-흡수량의 정량적 산정방법에 연구의 목적을 두었으며 이산화탄소 배출량-흡수량 평가 결과 구조물을 80년 사용할 시 약 5.18%로 그 값이 미비하였으나 시멘트의 혼화재 치환율 증가를 통한 배출량 저감과 탄산화 체적 증가를 통한 이산화탄소 흡수량 증가를 통해 배출량-흡수량을 향상시킬 수 있으며, 향후 콘크리트의 이산화탄소 배출량-흡수량 평가에 본 연구의 방법이 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
콘크리트는 생산과정에서 다량의 이산화탄소를 배출하는 시멘트를 사용하기 때문에 반친환경적 재료로 인식되고 있다. 하지만 콘크리트는 사용기간 중 탄산화 과정을 통하여 대기중의 이산화탄소를 흡수한다. 이에 본 연구에서는 기존문헌 고찰을 통하여 1) 콘크리트 내 탄산화 가능한 물질의 농도, 2) 탄산화된 콘크리트의 체적, 3) 이산화탄소 분자량을 이용, 탄산화를 통한 콘크리트의 이산화탄소 흡수량의 정량적 산출 방법을 제시하였다. 또한 콘크리트 생산에 사용되는 재료들의 이산화탄소 배출량 자료를 이용하여 단위 콘크리트 생산에 따른 이산화탄소 배출량을 정량적으로 산출하였다. 이러한 콘크리트의 이산화탄소 흡수량 및 배출량의 정량적 산출방법을 이용하여 실제 사용중인 아파트 건축물 1동을 대상으로 하여 콘크리트의 생산에 따른 배출량과 사용기간에 따른 이산화탄소 흡수량을 정량적으로 산출하여 이산화탄소의 배출량-흡수량 평가를 실시하였다. 그 결과 건축물을 40, 60, 80년 사용시, 사용된 콘크리트의 이산화탄소 배출량 대 흡수량의 비율이 3.65, 4.47, 5.18%로 나타났다. 본 연구는 콘크리트 생산 및 사용에 따른 이산화탄소 배출량-흡수량의 정량적 산정방법에 연구의 목적을 두었으며 이산화탄소 배출량-흡수량 평가 결과 구조물을 80년 사용할 시 약 5.18%로 그 값이 미비하였으나 시멘트의 혼화재 치환율 증가를 통한 배출량 저감과 탄산화 체적 증가를 통한 이산화탄소 흡수량 증가를 통해 배출량-흡수량을 향상시킬 수 있으며, 향후 콘크리트의 이산화탄소 배출량-흡수량 평가에 본 연구의 방법이 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
A concrete is considered unfriendly-environmental material because it uses cement which emits much $CO_2$ during producing process. However, a concrete absorbs $CO_2$ through carbonation process during service life. In this paper how much concrete absorbs $CO_2$ thro...
A concrete is considered unfriendly-environmental material because it uses cement which emits much $CO_2$ during producing process. However, a concrete absorbs $CO_2$ through carbonation process during service life. In this paper how much concrete absorbs $CO_2$ through carbonation was calculated using 1) concentration of carbonatable substances in concrete, 2) carbonated volume of concrete, 3) molecular weight of $CO_2$ based on references and the method was proposed. $CO_2$ emission from producing $1m^3$ concrete was calculated based on $CO_2$ emission datum of materials used in concrete. From using these methods that calculate $CO_2$ emission and absorption of concrete, assessment of $CO_2$ emission-absorption against a real apartment was conducted by subtracting absorption $CO_2$ according to service life from $CO_2$ emission in the process of making concrete. As a result, a ratio of absorption over emission of $CO_2$ through concrete carbonation according to service life 40, 60, 80 years was assessed about 3.65, 4.47, 5.18%. An objective of this study is to propose how to calculate emission - absorption of $CO_2$ from producing and using concrete. Although the result value, emission - absorption of $CO_2$, is 5.18% very low when the service life of an apartment is 80years, the value can be improved by reducing emission from using blended cement such as blast furnace slag or increasing replacement ratio of cement and increasing carbonated volume of concrete from expanding service life of a building. This study may be useful when $CO_2$ emission - absorption of concrete is evaluated in the further study.
A concrete is considered unfriendly-environmental material because it uses cement which emits much $CO_2$ during producing process. However, a concrete absorbs $CO_2$ through carbonation process during service life. In this paper how much concrete absorbs $CO_2$ through carbonation was calculated using 1) concentration of carbonatable substances in concrete, 2) carbonated volume of concrete, 3) molecular weight of $CO_2$ based on references and the method was proposed. $CO_2$ emission from producing $1m^3$ concrete was calculated based on $CO_2$ emission datum of materials used in concrete. From using these methods that calculate $CO_2$ emission and absorption of concrete, assessment of $CO_2$ emission-absorption against a real apartment was conducted by subtracting absorption $CO_2$ according to service life from $CO_2$ emission in the process of making concrete. As a result, a ratio of absorption over emission of $CO_2$ through concrete carbonation according to service life 40, 60, 80 years was assessed about 3.65, 4.47, 5.18%. An objective of this study is to propose how to calculate emission - absorption of $CO_2$ from producing and using concrete. Although the result value, emission - absorption of $CO_2$, is 5.18% very low when the service life of an apartment is 80years, the value can be improved by reducing emission from using blended cement such as blast furnace slag or increasing replacement ratio of cement and increasing carbonated volume of concrete from expanding service life of a building. This study may be useful when $CO_2$ emission - absorption of concrete is evaluated in the further study.
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문제 정의
18%로 사용기간이 길어질수록 건축물의 이산화탄소 흡수량이 증가하였다. 대상 구조물을 80년 사용할 시, 이산화탄소 배출량 대비 흡수량이 약 5.18%로 작은 수치를 나타내지만, 본 연구에서는 콘크리트 사용에 따른 이산화탄소의 배출량과 흡수량을 정량적으로 산정하는 것에 목적과 중요성을 두었다.
본 연구에서는 기존 문헌 고찰을 통하여, 콘크리트 사용기간에 따른 이산화탄소 흡수량을 정량적으로 산출하는 방법에 대하여 연구하였으며, 실제 구조물을 대상으로 이산화탄소의 배출량 및 흡수량을 산정한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
그리고 단위 용적 (1 m3) 콘크리트를 생산하는데 발생되는 이산화탄소 배출량은 콘크리트 배합에 사용되는 각 재료의 이산화탄소 배출량을 참고7)하여 산출하였다. 이상의 이산화탄소 배출량 및 흡수량의 산정방법을 이용하여 현재 사용 중인 실제 아파트 건물을 대상으로 건물 생산에 사용된 콘크리트의 물량을 산출하여 사용된 콘크리트의 이산화탄소의 배출량과 대상 구조물의 사용기간에 따른 이산화탄소 흡수량을 산정하여, 사용기간에 따른 대상 구조물에 사용된 콘크리트의 이산화탄소 배출량-흡수량 평가를 목적으로 하였다.
가설 설정
이러한 콘크리트의 탄산화 과정을 통한 이산화탄소 흡수능력에 주목하여 이를 정량적으로 평가하려는 연구 결과들이 최근 북미와 북유럽 국가들에서 발표되고 있다.2,3) 그러나 탄산화를 통한 이산화탄소 흡수량 산정에 있어 아직까지 정식화된 방법이 없으며 일반적으로 사용되고 있는 식 (1)에서도 연구자들에 따라 이산화탄소와 반응하는 CaO의 비율을 다르게 가정 (Claus Pade는 75%, Gajda는 32~37% 사용)2)하여, 이산화탄소 흡수량의 산정 결과가 상이하다.
식 (2)의 좌변에서 이산화탄소의 몰농도, 그리고 반응하는 수산화칼슘의 몰농도가 같음에 주목하여, 탄산화 현상을 통하여 대기 중으로부터 콘크리트에 흡수되는 이산화탄소의 몰농도가 이산화탄소와 반응을 하는 콘크리트내 반응물질의 몰농도와 같다는 가정하에 콘크리트 내 이산화탄소와 반응을 하는 반응물질 (Ca(OH)2, CSH, C3S, C2S)의 몰농도를 산정하여 탄산화를 통하여 콘크리트가 흡수할 수 있는 대기 중의 이산화탄소 흡수량을 예측하였다. 콘크리트 내 탄산화 가능한 물질의 몰 농도 예측 및 이산화탄소 흡수량 산정 프로세스는 Fig.
제안 방법
을 통하여 콘크리트의 탄산화 현상을 통한 이산화탄소 흡수량의 정량적 산출방법을 새롭게 도출하였다. 그리고 단위 용적 (1 m3) 콘크리트를 생산하는데 발생되는 이산화탄소 배출량은 콘크리트 배합에 사용되는 각 재료의 이산화탄소 배출량을 참고7)하여 산출하였다. 이상의 이산화탄소 배출량 및 흡수량의 산정방법을 이용하여 현재 사용 중인 실제 아파트 건물을 대상으로 건물 생산에 사용된 콘크리트의 물량을 산출하여 사용된 콘크리트의 이산화탄소의 배출량과 대상 구조물의 사용기간에 따른 이산화탄소 흡수량을 산정하여, 사용기간에 따른 대상 구조물에 사용된 콘크리트의 이산화탄소 배출량-흡수량 평가를 목적으로 하였다.
2) 탄산화된 콘크리트의 체적산정을 위하여 콘크리트의 대기 노출면적과 시간경과에 따른 탄산화 깊이가 요구된다. 시간경과에 따른 탄산화 깊이를 계산하기 위해서는 소요시간에 대한 설정이 필요하며 본 연구에서는 40년, 60, 80년의 사용기간에 대한 콘크리트의 강도에 따른 탄산화 깊이를 산정, 이용하였다. 각 강도에 따른 탄산화 깊이 추정에는 식 (21)~(23)의 키시타니, JSCE, 고경택에 의해 제안된 식10)에 대해 비교한 결과 Fig.
콘크리트 생산에 포함되는 각 구성재료의 양과 원단위의 곱의 누적으로 산정하였다. 이렇게 산출된 콘크리트의 단위 체적당 (1 m3) CO2 배출량을 기초로, 건물 생산에 소요된 콘크리트 총 사용량 (건물의 부피와 동일)을 고려하여, 건물의 생산과정에서 소요된 콘크리트 전체 물량에 대한 CO2 배출량을 산출하였다.
이에 본 논문에서는 기존문헌 고찰4-6)을 통하여 콘크리트의 탄산화 현상을 통한 이산화탄소 흡수량의 정량적 산출방법을 새롭게 도출하였다. 그리고 단위 용적 (1 m3) 콘크리트를 생산하는데 발생되는 이산화탄소 배출량은 콘크리트 배합에 사용되는 각 재료의 이산화탄소 배출량을 참고7)하여 산출하였다.
) 콘크리트의 생산에 따라 발생한 이산화탄소 배출량과 동일한 체적의 콘크리트 사용기간에 따른 이산화탄소의 흡수량을 정량적으로 산출, 평가하였다. 콘크리트의 단위 부피 (1 m3) 생산당 이산화탄소 배출량 산정은 일본토목학회 자료7)를 이용하여 콘크리트 구성성분의 단위 사용량에 따른 이산화탄소 배출량 자료를 근거로 산정하였고, 사용기간에 따른 콘크리트의 이산화탄소 흡수량 산정은 Papadakis논문4-6)을 이용하여, 탄산화 가능한 물질들의 몰 농도 산정과 탄산화된 콘크리트의 체적, 이산화탄소의 분자량을 이용하여 임의의 사용기간에 따른 콘크리트의 이산화탄소 흡수량을 산정하였다.
콘크리트의 이산화탄소 배출량-흡수량 평가 방법은 단위 체적 (1 m3) 콘크리트의 생산에 따라 발생한 이산화탄소 배출량과 동일한 체적의 콘크리트 사용기간에 따른 이산화탄소의 흡수량을 정량적으로 산출, 평가하였다. 콘크리트의 단위 부피 (1 m3) 생산당 이산화탄소 배출량 산정은 일본토목학회 자료7)를 이용하여 콘크리트 구성성분의 단위 사용량에 따른 이산화탄소 배출량 자료를 근거로 산정하였고, 사용기간에 따른 콘크리트의 이산화탄소 흡수량 산정은 Papadakis논문4-6)을 이용하여, 탄산화 가능한 물질들의 몰 농도 산정과 탄산화된 콘크리트의 체적, 이산화탄소의 분자량을 이용하여 임의의 사용기간에 따른 콘크리트의 이산화탄소 흡수량을 산정하였다.
대상 데이터
본 연구에서의 평가 대상 아파트는 지상 32층, 옥탑 2층, 지하 1층으로 구성된 아파트 한 동이며, 평가한 건물의 층고는 2.9 m, 총 높이는 104.8 m이다. 건물의 수직 부재의 콘크리트 압축강도는 지하 1층~9층까지 35 MPa, 10~19층이 30 MPa, 20~26층은 27 MPa, 27~Roof는 24 MPa의 4가지로 구분되어 있다.
성능/효과
1) 아파트를 대상으로 콘크리트의 대기 중 노출면적과 사용기간에 따른 탄산화 깊이, 콘크리트 내 탄산화 가능한 물질의 몰 농도를 이용하여, 아파트의 사용 기간에 따른 콘크리트의 이산화탄소 흡수량을 정량적으로 산출할 수 있다.
2) 건물의 사용기간이 길어질수록 콘크리트 사용에 따른 이산화탄소 배출량 대비 흡수량을 증가시킬 수 있다.
2) 탄산화된 콘크리트의 체적산정을 위하여 콘크리트의 대기 노출면적과 시간경과에 따른 탄산화 깊이가 요구된다. 시간경과에 따른 탄산화 깊이를 계산하기 위해서는 소요시간에 대한 설정이 필요하며 본 연구에서는 40년, 60, 80년의 사용기간에 대한 콘크리트의 강도에 따른 탄산화 깊이를 산정, 이용하였다.
3) 혼합시멘트 사용을 통한 이산화탄소 배출량 저감과 건물사용기간 증가 및 대기에 면한 콘크리트 표면적 증가에 의한 이산화탄소 흡수량 증가를 통해 콘크리트의 이산화탄소 배출량-흡수량을 개선할 수 있다.
4) 본 연구의 범위에서 아파트의 CO2 배출량 대비 흡수량 평가는 80년 사용시 약 5.18%로 평가되었다.
대상 구조물을 40년 사용할 시, 이산화탄소 배출량 대비 흡수량은 3.65%였으며, 사용기간이 60년, 80년일때의 이산화탄소 배출량 대비 흡수량은 약 4.47, 5.18%로 사용기간이 길어질수록 건축물의 이산화탄소 흡수량이 증가하였다. 대상 구조물을 80년 사용할 시, 이산화탄소 배출량 대비 흡수량이 약 5.
후속연구
따라서 추후 연구에서, 콘크리트가 대기와 접하는 면적을 증가시키거나, 이산화탄소와 반응을 하는 콘크리트내 성분을 증가, 혹은 대기 중의 이산화탄소 증가량을 고려한 흡수량 산정 등이 고려된다면 콘크리트의 이산화탄소 배출량-흡수량의 정량적 수치를 개선시킬 수 있을 것으로 판단된다.
본 논문은 참고문헌을 바탕으로 단위 콘크리트에 대한 CO2 배출량 및 흡수량을 이론적으로 산출하였으며, 향후 이에 대한 실험평가를 통한 검증 및 보완이 필요하고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지구온난화의 원인은?
최근 유엔산하 정부간기후변화협의체 (IPCC)의 4차 평가보고서에서는 지구온난화는 명백하며 그 원인은 인간 활동으로 인한 온실가스 농도 증가일 가능성이 매우 높다고 지적하고 있다.1) 현재 세계 각국에서는 전 산업부분에서 온실가스인 이산화탄소를 저감하기 위한 노력이 한창 중에 있다.
콘크리트의 이산화탄소 배출량-흡수량 평가 방법은 어떻게 진행되었는가?
콘크리트의 이산화탄소 배출량-흡수량 평가 방법은 단위 체적 (1 m3) 콘크리트의 생산에 따라 발생한 이산화탄소 배출량과 동일한 체적의 콘크리트 사용기간에 따른 이산화탄소의 흡수량을 정량적으로 산출, 평가하였다. 콘크리트의 단위 부피 (1 m3) 생산당 이산화탄소 배출량 산정은 일본토목학회 자료7)를 이용하여 콘크리트 구성성분의 단위 사용량에 따른 이산화탄소 배출량 자료를 근거로 산정하였고, 사용기간에 따른 콘크리트의 이산화탄소 흡수량 산정은 Papadakis논문4-6)을 이용하여, 탄산화 가능한 물질들의 몰 농도 산정과 탄산화된 콘크리트의 체적, 이산화탄소의 분자량을 이용하여 임의의 사용기간에 따른 콘크리트의 이산화탄소 흡수량을 산정하였다.
실제 구조물을 대상으로 이산화탄소의 배출량 및 흡수량을 산정한 결과는?
1) 아파트를 대상으로 콘크리트의 대기 중 노출면적과 사용기간에 따른 탄산화 깊이, 콘크리트 내 탄산화 가능한 물질의 몰 농도를 이용하여, 아파트의 사용 기간에 따른 콘크리트의 이산화탄소 흡수량을 정량적으로 산출할 수 있다.
2) 건물의 사용기간이 길어질수록 콘크리트 사용에 따른 이산화탄소 배출량 대비 흡수량을 증가시킬 수 있다.
3) 혼합시멘트 사용을 통한 이산화탄소 배출량 저감과 건물사용기간 증가 및 대기에 면한 콘크리트 표면적 증가에 의한 이산화탄소 흡수량 증가를 통해 콘크리트의 이산화탄소 배출량-흡수량을 개선할 수 있다.
4) 본 연구의 범위에서 아파트의 CO2 배출량 대비 흡수량 평가는 80년 사용시 약 5.18%로 평가되었다.
본 논문은 참고문헌을 바탕으로 단위 콘크리트에 대한 CO2 배출량 및 흡수량을 이론적으로 산출하였으며, 향후 이에 대한 실험평가를 통한 검증 및 보완이 필요하고 판단된다.
참고문헌 (11)
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Pade, C. and Guimaraes, M., “The CO2 Uptake of Concrete in a 100 Year Perspective,”Cem. & Con. Res., Vol. 37, Issue 9, 2007, pp. 1348-1356.
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Papadakis, Vagelis G., Fardis, Michael N., and Vayenas, Costas G., “Physical and Chemical Characteristics Affecting the Durability of Concrete,”ACI Materials Journal, Vol. 88, No. 2, 1991, pp. 186-196.
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