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시멘트 산업의 이산화탄소 배출현황 및 환경부하 저감형 재생시멘트 제안
Current State of Carbon Dioxide Emission in Cement Industry and Proposal for the Environment Load Reducing Cement used Inorganic Construction Wastes 원문보기

Magazine of RCR = 한국건설순환자원학회지, v.14 no.1, 2019년, pp.22 - 28  

김낙현 (한양대학교 친환경건축기술연구소)

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 본고는 무기계 건설폐기물을 이용한 환경부하 저감형 재생시멘트 개발연구의 일환으로 개발 가능성 및 이에 따른 환경부하 저감 효과에 대해 소개하였다. 보그식을 통하여 실제 소성 후 생산되는 클링커의 광물조성비를 예측 분석한 결과, 시멘트의 원재료인 석회석의 비율을 85% 이상 함께 사용하지 않는다면 이론상 시멘트 업체에서 기준으로 하는 광물조성 값에 도달하지 못하는 것으로 분석되었다.
  • 본고에서는 LCA (Life Cycle Assessment)기법을 활용하여 무기계 건설폐기물을 이용한 재생시멘트의 환경부하 저감 성능을 평가 하였다. 이때 평가 범위는 시멘트의 제조공정에서 원료 채광 및 생산단계를 제외한 모든 공정은 동일하게 가정하고 원료별 사용량만을 대상으로 국한하여 비교 하였다.
  • 즉, 배합에 있어 만족하는 C3S와 C2S등의 값을 얻기 위해서는 CaO을 다소 포함하고 있는 무기계 건설폐기물이나 천연자원인 석회석의 비율을 높여야 할 것으로 보인다. 본고에서는 석회석의 대체재로 폐천장재와 폐석고보드를 선정하였으나 앞서 우려했던 바와 같이 석회석과 비교 했을 때 동등수준의 CaO을 함유하고 있음에도 불구하고 SO3이 다량 포함되어있어 보그(Bogue)식의 C3S를 예측하는 공식에서 얻고자하는 예측값을 충분히 얻지 못하였다. 이는 추후 재생시멘트 제조에 있어 SO3 함량 조절에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료되며 이를 제거하고 폐기물내 CaO의 비율을 높일 수 있다면 폐천장재와 폐석고보드는 재생시멘트를 개발하는데 있어 크게 적용될 수 있을 것으로 사료된다.
  • 이와 관련하여 건설재료 분야에서는 시멘트의 주원료인 석회석의 대체 재료로 각종 폐기물을 이용한 친환경 시멘트 개발에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다[3, 4]. 이에 본고는 무기계 건설폐기물을 이용한 환경부하 저감형 재생시멘트의 개발 가능성 및 이에 따른 환경부하 저감 효과에 대해 소개하고자 한다.

가설 설정

  • 본고에서는 LCA (Life Cycle Assessment)기법을 활용하여 무기계 건설폐기물을 이용한 재생시멘트의 환경부하 저감 성능을 평가 하였다. 이때 평가 범위는 시멘트의 제조공정에서 원료 채광 및 생산단계를 제외한 모든 공정은 동일하게 가정하고 원료별 사용량만을 대상으로 국한하여 비교 하였다. 분석 대상은 1종 포틀랜드 시멘트와 조합 3의 재생 시멘트와의 지구온난화(GWP), 자원고갈(ADP), 오존층파괴(ODP), 산성화(AP), 부영양화(EP), 광화학적산화물(POCP) 등 6대 환경영향범주별 환경영향을 분석하였으며, 이때 원료 사용량은 [표 7]과 같이 A사의 원료 사용량을 활용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무기계 건설폐기물을 이용한 효과적인 재생 시멘트 개발을 위해 필요한 제도는 무엇인가? 실제 재생시멘트 제조 과정에서 이러한 불순물들은 균질한 품질의 제품생산을 방해 할 뿐만 아니라 품질 관리에 있어서도 어려움의 원인이 될 것이다. 이를 위해 건설폐기물이 반출되는 건설현장에서부터 수집 및 운반에 이르기까지 해당 처리 업체를 잘 관리할 수 있는 매뉴얼 개발 및 인센티브제도 도입 등을 실시하여 실질적으로 건설폐기물의 상성별 분리배출이 잘 이루어질 수 있도록 하는 제도개선이 이루어져야 할 것이다. 건설폐기물이 잘 분류되어 수집이 용이하게 된다면 조금 더 예측 가능하며 균질한 시멘트 대체 자원 확보가 가능할 것으로 기대되며, 이를 활용한 기술 개발이 확보 된다면 재생시멘트 개발뿐만 아니라 건설재료 산업에서의 다양한 제 2차 건설제품의 개발 또한 가능할 것으로 사료된다.
시멘트 제조 공정 중 이산화탄소의 주요 배출요인은 무엇인가? 국내 생산되는 시멘트는 보편적으로 1종 포틀랜드 시멘트가 가장 많이 생산되며 크게 원료공정, 소성공정, 제품생산 공정 단계를 거쳐 생산된다. 시멘트 제조 공정에서 배출되는 이산화탄소의 주요 배출요인은 직접 배출원인으로 고정연소, 이동연소, 공정배출이 있으며 간접 배출원인으로 전기(전력)사용에 대한 배출이 있다. 고정연소는 소성로, 보일러 등과 같은 고정 장비에서의 연료 연소이며 이동연소는 차량, 중장비, 화차 등 수송 장비의 연료 연소를 의미한다.
시멘트란 무엇인가? 시멘트는 석회질과 점토질원료로 미분쇄 혼합된 무기물질의 혼합분말로서 물과 결합하면 화학반응을 일으켜 경화하는 건설산업의 필수 건설 재료이다. 포틀랜드 시멘트의 대표적인 화학성분은 아래 [표 2]과 같이 산화칼슘(CaO) 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화제이철(Fe2O3) 순으로 구성되어 이루어져있다[6].
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참고문헌 (7)

  1. National Greenhouse Gas Inventory Report of Korea, Greenhouse Gas Inventory & Research Center of Korea, (2015). 

  2. Good Practice Guidelines for Estimating Cement Industry GHG Emissions, Korea Energy Agency, (2009). 

  3. Kim, J.H., Tae, S.H. (2016). Theoretical study on the development of environmental load reducing recycled cement utilizing inorganic construction wastes, Architectural institute of Korea, 36(1), 365-366 [in Korean]. 

  4. Kwon E., Ahn J., Cho B., Park D. (2015). A study on development of recycled cement made from waste cementitious powder. Construction and Building Materials, 83, 174-180. 

  5. Waste generation and processing status of the country, Ministry of Environment in Korean, (2016). 

  6. KS L 5201. (2016). Portland cement, Korean Agency for Technology and Standards. 

  7. Oh, D.Y., Takafumi Noguchi, Ryoma kitagaki, Park, W.J. (2014). $CO_2$ emission reduction by reuse of building material waste in the Japanese cement industry, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol 38, 796-810. 

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