R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201717CTAP-C115166-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 초임계이산화탄소(Supercritical Carbon Dioxide)를 활용한 폐콘크리트 및 순환골재의 pH 8.5 이하 중성화 처리기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2016-10-24 ~ 2018-06-21 | |||||
| 연구책임자 | 정철우 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
11명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 200,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 200,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 380,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 380,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 부경대학교 산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
순환골재는 현재 대부분이 성·복토용으로 사용됨에 따라 물과 접하는 부위나 간척지 등에 사용할 경우 pH저감은 반드시 해결해야 하는 문제이며 이를 통해서만 대량사용이 가능하게 된다. 따라서 순환골재를 안전하게 재활용하기 위해서는 환경피해를 최우선적으로 줄일 수 있는 기술의 개발이 매우 필요하다. 현재까지 연구된 순환골재의 pH 저감 방안으로는 다양한 농도의 CO2를 직·간접적으로 분사하거나 교반탱크에 순환골재를 넣어 일정시간 유지시킴으로써 중성화를 기대하는 기술이 대부분이다. 그러나 이러한 기술의 가장 큰 단점은 CO2가 충분하게 순환골재의 부착 모르터에 침투되지 않아 반응성이 낮아지고 일정 시간이 지나면 pH를 회복하면서 근원적인 중성화가 실현되지 못하고 있는 것이다. 따라서 본 연구에서는 CCS 기술 등을 활용하여 포집된 CO2를 폐콘크리트 덩어리 및 순환골재의 pH 저감기술의 원재료로 재사용하는 것으로 CO2를 초임계유체(Supercritical Fluid)로 처리한 후 적용하게 된다. 초임계이산화탄소를 폐콘크리트 덩어리나 순환골재에 접촉시키면 짧은 시간 내에 시멘트 모르타르에 깊숙이 침투하여 반응하면서 pH를 상실하고 중성화 수준까지 될 것으로 예상된다. 수분이 함께 존재하는 경우에는 탄산으로 변환되어 순환골재 내부의 알칼리 성분과 중화작용을 일으킬 수 있어 급격한 중성화를 촉진시킬 수 있을 것으로 사료된다. 이러한 기술은 포집된 CO2의 영구적 광물화 (mineralization of CO2)를 유도하고, 촉진 중성화 반응을 통해 순환골재의 pH를 떨어뜨려, 환경적 문제없이 안전하게 재활용할 수 있게 되므로, 자원순환과 이산화탄소의 저감 및 환경문제 해결의 1석 3조의 효과를 보일 것으로 판단된다. [최종목표] 본 기술은 Supercritical Carbon Dioxide(SCD)를 pH가 12 이상되는 폐콘크리트 덩어리나 순환골재에 침투하도록 하여 짧은 시간 내에 중성화 시키는 것이다. 환경적 요구로 포집된 CO2를 중성화의 재료로 활용하여 폐콘크리트의 pH를 8.5 이하로 낮추는 것을 최종 목표로 하며, 본 기술을 통해 자원순환과 이산화탄소저감 및 골재의 높은 pH로 인한 환경문제도 해결하고자 한다. 따라서 본 연구의 최종 목표는 초임계이산화탄소를 폐콘크리트 덩어리나 순환골재에 접촉시켜 pH가 12 이상 되는 시멘트 모르타르에 깊숙이 침투하도록 하여 짧은 시간 내에 중성화 시킬 수 있는 기술을 개발하는 것이다. 제안된 기술은 CO2의 포집과 포집된 CO2를 초임계 상태의 형태로 중성화에 활용해, 폐콘크리트 및 순환골재의 pH를 8.5 이하로 낮추어, 해안 및 수변의 매립 까지 직접적으로 활용할 수 있는 수준의 순환골재를 생산하는 기술을 확보하는 것을 최종 목표로 하며, 이를 통해 순환골재의 환경문제 해결, 고품질화, 적용성 증대를 통해 자원순환과 이산화탄소저감 및 환경문제 해결의 효과도 동시에 확보하고자 한다. [연구내용 및 범위] 본 연구에서는 CCS 기술 등을 활용하여 포집된 CO2를 폐콘크리트 덩어리 및 순환골재의 pH 저감기술의 원재료로 재사용하는 것으로 CO2를 초임계유체(Supercritical Fluid)로 처리한 후 적용하게 된다. 순수 화학물질이나 혼합물에 표현되는 끓는점, 밀도, 유전상수와 같은 물리화학적 성질들은 고체, 액체 또는 기체와 같은 상태나 특별한 화학종을 표현하는데 사용된다. 그러나 만일 순수한 용매물질이 임계온도(Tc) 이상으로 가열되면 압력을 증가시켜도 액화되기는 불가능하다. 여기에 임계압력(Pc) 이상의 압력을 가하게 되면 유일한 물리화학적 성질로 표현되는 단일상을 형성한다. 이러한 단일상을 초임계유체라 정의하며 유체의 상태는 임계온도와 임계압력에 의해 특정지어지게 된다. 초임계유체들은 기체와 같은(gas like) 전달특성과 액체와 같은(liquid like) 용매성질을 가지며, 온도와 압력을 적당히 조절함으로써 기체에서 액체로 변하는 상경계를 거치지 않고 밀도, 확산도, 유전상수 등과 같은 물리화학적 성질의 특별한 영역에 접근할 수 있다. CO2를 초임계유체로 처리한 Supercritical Carbon Dioxide(이하 SCD)는 31.1℃에 73.8bar의 압력이 가해지면 제조할 수 있다. 이렇게 제조되는 SCD를 폐콘크리트 덩어리나 순환골재에 접촉시키면 짧은 시간 내에 시멘트 모르타르에 깊숙이 침투하여 반응하면서 pH를 상실하고 중성화 수준까지 될 것으로 예상된다. 수분이 함께 존재하는 경우에는 탄산으로 변환되어 순환골재 내부의 알칼리 성분과 중화작용을 일으킬 수 있어 급격한 중성화를 촉진시킬 수 있을 것으로 사료된다. 이러한 기술은 포집된 CO2의 영구적 광물화 (mineralization of CO2)를 유도하고, 촉진 중성화 반응을 통해 순환골재의 pH를 떨어뜨려, 환경적 문제없이 안전하게 재활용할 수 있게 되므로, 자원순환과 이산화탄소의 저감 및 환경문제 해결의 1석 3조의 효과를 보일 것으로 판단된다. 본 연구의 내용 및 범위를 간략화하여 나타내면 다음과 같다. □ 국내·외 순환골재 자원화 현황, 관련 규정, 및 환경피해 방지 관련 기준 검토 - 의무사용 용도에 대한 규모 및 적용량에 대한 분석 실시 - 국내·외 순환골재 사용용도별 관련 규정, 품질기준, 및 환경피해 예방기준 검토 - 품질기준 및 사용용도별 환경적 pH 관리 기준 조사 □ 초임계 이산화탄소를 이용한 순환골재의 최적 중성화 처리기술 개발 - 순환골재 및 침출수 성분 분석 활용 - 공인인증기관의 데이터와 상호 비교 검토 □ Supercritical Carbon Dioxide 제조 및 순환골재 처리기술 개발 - 순환골재 투입 전·후의 골재 성분 비교 분석 - 시험조건의 변화에 따른 중성화 정도 확인 - 현존 중성화 처리기술 대비 효율성 평가 |
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| 색인어 | 한글 | 이산화탄소 포집 | 초임계 이산화탄소 | 중성화 | 순환골재 | 폐콘크리트 |
| 영문 | CO2 capture | supercritical CO2 | carbonation | recycled aggregate | waste concrete | |
| 최종보고서 | (붙임1)최종보고서(보완본)_부경대학교 정철우(기초원천).pdf | |||||