초록 ▼

개발 목적 및 필요성
Ｏ 대량 재활용되지 않아 경제적, 환경적 부담이 되고 있는 석탄재를 자원으로 바꾸어 비소성 친환경 시멘트인 지오폴리머의 원료로 사용하고자 함.
Ｏ 석탄 연소부산물이 잘못 관리될 경우 토양 및 지하수 오염원과 같은 위협적인 환경오염원이 될 수 있음. 미연탄소 함량이 높은 굵은 비산재와 바닥재는 거의 재활용되지 않고 매립되고 있음.
Ｏ 재활용이 활발한 혼화재급의 미립 비산재의 양은 제한적이므로 재활용되지 않는 석탄재의 반응성을 높이기 위한 경제적 자원처리 기술이 필요함.
Ｏ 포틀랜드 시멘트는

개발 목적 및 필요성
Ｏ 대량 재활용되지 않아 경제적, 환경적 부담이 되고 있는 석탄재를 자원으로 바꾸어 비소성 친환경 시멘트인 지오폴리머의 원료로 사용하고자 함.
Ｏ 석탄 연소부산물이 잘못 관리될 경우 토양 및 지하수 오염원과 같은 위협적인 환경오염원이 될 수 있음. 미연탄소 함량이 높은 굵은 비산재와 바닥재는 거의 재활용되지 않고 매립되고 있음.
Ｏ 재활용이 활발한 혼화재급의 미립 비산재의 양은 제한적이므로 재활용되지 않는 석탄재의 반응성을 높이기 위한 경제적 자원처리 기술이 필요함.
Ｏ 포틀랜드 시멘트는 석회석, 점토, 셰일 등의 원료를 킬른에서 1,500℃ 고온에서 소성하여 제조됨. 1톤의 시멘트 생산에 900kg 이상의 이산화탄소가 배출됨.시멘트산업은 전 세계 이산화탄소 배출량의 약 8%에 해당하는 양을 배출하는 대표적인 굴뚝산업임.
Ｏ 국내에서 이제까지 수행된 지오폴리머 관련 연구는, 비정량적 접근방법으로 경험에 기초한 배합에 의존하였음. 재현성과 신뢰성이 떨어지며, 과량의 알칼리를 사용하게 되어 비경제적임. 따라서 단기간의 연구과제로만 수행되고 사업화로 이어지지 못하였음.

연구개발결과
Ｏ 지오폴리머는 지오폴리머 겔에서의 Si/Al 비율에 따라 시멘트, 내열재료, 밀폐제, 방사성 폐기물 처분제 등의 다양한 용도로 개발될 수 있음. 기술개발의 연쇄적 파급효과가 크기 때문에 다양한 용도의 지오폴리머 제조기술로 응용될수 있음.
Ｏ 석탄 연소부산물의 정량적 특성평가(비정질, 결정질의 함량과 화학조성) 체계 확립
- 정량분석의 정밀도를 높이기 위한 시료 준비방법, 표준물질을 사용한 비정질 함량의 정확도 향상 (PONKS 법)
- 석탄재의 반응성 계산 및 배합비 계산 프로그램 개발, 등록
- 믹싱방법, 양생공정 비교평가를 통한 지오폴리머 성능 증진으로 최대 120~135MPa 의 초고강도에 해당하는 압축강도 달성
Ｏ 석탄 연소부산물의 정제 및 균질제품화
- 미연탄소 등 미반응 입자들의 제거 및 미분쇄를 통한 반응성 향상
- 물함량에 따른 consistency와 geopolymerization 속도 영향 평가
Ｏ 미연탄소의 농축 및 용도개발
- 미연탄소의 부가가치 향상 공정 (화학적 활성법) 적용으로 활성탄으로의 가공 가능헝 확인
- 미연탄소 자체만으로도 카본블랙과 유사한 결정구조적 특성을 갖고 있어 저급 카본블랙으로 활용 가능
Ｏ Geopolymer Calculator 개발로, 지오폴리머 제조 핵심 원천기술 확보
- 석탄재의 성상과 무관한, 석탄재가 갖고 있는 고유한 반응성에 맞춰 최적의 알칼리 활성화제의 종류와 함량을 계산하여 다양한 Si/Al 비율의 지오폴리머를 제조할 수 있는 기술의 재현성 확보
- 알칼리 활성화제를 필요한 만큼만 사용하는 정량배합에 의해 최적의 배합비율을 도출하여 알칼리 활성화제의 낭비와 백화현상을 사전에 제거,상용화에 성공하였음.
- 나노레벨에서의 기공도 평가를 위한 전자 토모그래피의 적용 (세계 최초)
Ｏ 지오폴리머 용도별 성능향상 기술개발
- 내열 코팅 및 구조재료용 지오폴리머 콘크리트 개말 밍 특성 (호주규격 3시간 이상의 내화성능, 강도, 겉보기 비중, 열전도율) 평가
- 내열성능 향상을 위한 다공성 및 geopolymer composite 개발
- 독성 폐기물 고립 및 고정용 지오폴리머 (Sequential extraction, TEM imaging을 통한 존재형태 및 고정성능 평가)
Ｏ 지오폴리머 제조 생산성 향상 및 실용화 기술 개발
- 지오폴리머 모르타르의 흐름성 평가, 화학적 혼화제의 영향, 양생법에 의한 강도발현 평가
- 지오폴리머 콘크리트의 제조 및 특성 평가

성능사양 및 기술개발 수준
Ｏ 인공경량골재/지오폴리머 복합 고기능성 경량흡음판넬 제조 기술개발
Ｏ 지오폴리머 2차제품 생산을 위한 파일럿 플랜트 구축 및 최적 운용조건 확립 (0.5루베/batch)
Ｏ 경험적 배합에 기초하여 재현성 및 경제성 부족으로 상업화가 되지 못하였던 지오폴리머 제조기술을 한 단계 끌어올려 상업화가 가능한 선진국 수준으로 향상시켰음.
Ｏ 불균질한 석탄재의 정확하고 정량적인 결정질 조성과 함량, 비정질의 함량 및 화학조성을 정밀하게 분석하는 기술이 완성되었음.
Ｏ Bucket test를 통해 실험실 규모에서 점차 증대된 규모에서 믹싱과 상온양생 실험이 진행되었고 이를 통해 기술의 노하우가 축적되어 파일럿 플랜트 규모의 실험 준비가 가능해졌음.
Ｏ 내열 지오폴리머 연구를 통해 내열성능과 압축강도의 최적화 조건을 도출 하였음.
Ｏ 폐기물 재생자원화 경쟁에서 기술우위를 획득하여 환경기술 선진국 진입에 일조할 것임

활용계획
Ｏ 기술이전 계획에 따라 연구기간 동안 도출된 기술을 이전할 계획임. 기업의 녹색인증 취득을 적극 독려하고 지원할 계획임.
Ｏ 중국 특허출원을 계기로 본 기술의 해외진출을 위한 적극적 홍보
Ｏ Nova Science Publishers에서 기획 중인 서적 출판물에 공저자로 참여
Ｏ 특허, 프로그램, 노하우 기술을 바탕으로 관련기업과 꾸준히 상용화 추진
Ｏ 중저준위 방사성 폐기물 처분용 및 산성배수 처분시설용 재료로 개발

( 출처 : 요약서 4p )

Abstract ▼

Ⅳ. Results
◦ Successful conversion of coal ash into feed stock for producing geopolymers
◦ Achievement of 3 hour fire rating and Pb immobilization in geopolymer matrix
◦ Completion of geopolymer production technology based on quantitative optimum mix design
◦ Setup of complete foundation

Ⅳ. Results
◦ Successful conversion of coal ash into feed stock for producing geopolymers
◦ Achievement of 3 hour fire rating and Pb immobilization in geopolymer matrix
◦ Completion of geopolymer production technology based on quantitative optimum mix design
◦ Setup of complete foundation for commercilization of geopolymer production and transfer of technology

( 출처 : SUMMARY 13p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약서 ... 4
• 요약문 ... 8
• SUMMARY ... 12
• 목차 ... 14
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 15
• 1-1. 연구개발 목적 ... 15
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 15
• 1-3. 연구개발 범위 ... 20
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 21
• 2-1. 해외 기술개발 동향 ... 21
• 2-2. 국내 기술개발 동향 ... 41
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 44
• 3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 ... 44
• 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 49
• 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 329
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 334
• 4-1. 목표달성도 ... 334
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 338
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 339
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 339
• 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 339
• 8. 국가과학기술종합정보시스템(NTIS)에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 340
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 341
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 342
• 11. 기타사항 ... 343
• 12. 참고문헌 ... 344
• 끝페이지 ... 357