R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202020CTAP-C151965-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 포집 이산화탄소와 폐콘크리트의 영구 광물화 반응 기제를 활용한 제강슬래그 골재 안정화 (수침팽창율 0.1% 이하) 기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2019-04-15 ~ 2020-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 정철우 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
9명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 206,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 206,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 370,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 부경대학교 산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
본 연구는 포집 이산화탄소를 활용하여 폐콘크리트 및 제강슬래그의 영구적 탄산화반응을 촉진시켜 처리된 광물상의 안정성을 높이고, 유해물질의 유출을 억제하여 환경오염 부하를 감소시킬 수 있는 원천 기술이다. 본 연구는 포집 이산화탄소를 영구적 광물화를 통해 소비하여 환경 부하를 억제하고, 산업폐자원의 안정화를 통해 주변 환경오염원을 제거하여, 현재까지 재활용률이 낮은 산업폐자원을 폐기하지 않고 재활용할 수 있다는 측면에서 1석 3조의 친환경적인 기술이다. [최종목표] [최종목표] ○ 포집 이산화탄소와 폐콘크리트의 광물화 반응을 최대화시킬 수 있는 반응 온도·압력 조건을 연구 ○ 이러한 반응 기제를 활용하여 제강슬래그의 급속 중성화 반응을 통한 이산화탄소 저감 및 골재의 안정화 기술을 확보 [세부목표] ○ 본 연구의 최종 목표 (액상 및 초임계상의 포집 이산화탄소 이용 조건) (1) 폐콘크리트의 촉진 중성화반응을 최대한 진행시킬 수 있는 최적 온도 및 압력 조건 제시 (2) 폐콘크리트의 촉진 중성화반응 처리공정 제안 (3) 중성화반응 처리공정을 활용한 제강슬래그 급속 안정화 기술을 확보 (콘크리트용 골재로서의 활용 가능한 수준 만족) (4) 이산화탄소의 영구적 광물화 유도 -용출시험을 진행하여 유해물질의 용출량을 검증 -광물화된 이산화탄소량을 정량 평가하여 배출탄소량 감소에 대한 기여도 평가 (5) 다양한 산업부산물 재료의 안정화에 활용 될 수 있는 기술 개발 ○ 성토재 및 지반채움재로 활용하기 위한 제강슬래그의 안정화 수준은 TCLP (EPA 1311) 및 SPLP (EPA 1312) 시험에 의한 유출도가 규준 이하일 때 만족 ○ 콘크리트용 골재로 활용하기 위해 제강슬래그 안정화 수준은 모르타르 바의 수침팽창율 시험을 진행하여, 28일 침지시험 기준 팽창율 0.1% 이하를 만족 (ASTM C 1260) ○ 본 연구는 이산화탄소를 소비하고 저감하는데 기여하며, 산업폐자원의 안정화를 통해 주변 환경오염원을 제거하여 현재까지 재활용률이 낮은 산업폐자원을 폐기하지 않고 재활용할 수 있다는 측면에서 1석 3조의 친환경적인 기술임 [연구내용 및 범위] [연구개발 내용] ○ 액상 및 초임계상의 포집 이산화탄소를 활용한 폐콘크리트의 촉진 중성화반응에 최적화된 온도·압력 조건 -폐콘크리트 촉진 중성화 처리공정 제안 -TCLP (EPA 1311), SPLP (EPA 1312), 및 pH 시험에 의한 유출도 특성 평가 -영구적 광물화에 의한 폐콘크리트의 이산화탄소 저감량 평가 ○ 포집 이산화탄소를 활용한 촉진 중성화공정이 제강슬래그의 안정화에 미치는 영향 평가 -TCLP (EPA 1311), SPLP (EPA 1312), 및 pH 시험에 의한 유출도 특성 평가 -80°C에서 모르타르 수침팽창시험 진행 (28일 침지 팽창률 0.1% 이하) -ASTM C 1260법에 의한 제강슬래그의 알칼리골재 반응성 시험 -영구적 광물화에 의한 제강슬래그의 이산화탄소 저감량 평가 ○ 본 연구에서 제안하고자 하는 기술은 포집된 이산화탄소를 영구적으로 광물화시키는 탄산화 반응이 폐콘크리트의 안정화에 큰 영향을 미친다는 결과를 바탕으로, 이를 확대 적용시켜 제강슬래그를 비롯한 다양한 형태의 산업폐자원의 안정화에 도움이 될 수 있다는 사실을 증명하고자 함 ○ 이에 따라 본 연구에서는 연구기간의 한계로 안정화를 시키고자 하는 산업폐자원을 폐콘크리트 및 제강슬래그로 한정시켜 적용하고자 함 ○ 안정화 반응에 활용되는 환경은 액상 혹은 초임계상의 이산화탄소 공정으로 매우 반응이 격렬하기 때문에, 대부분의 물질이 용출되어 탄산염의 형태로 침전되거나 다른 용출물질 (Si 혹은 Al 등)과 결합하여 결정성 구조물을 생성할 확률이 매우 높음. 따라서 안정화 반응 후의 재료는 지반의 성토재, 채움재 등으로 활용되어도 주변 환경의 오염 (중금속 용출 및 pH 상승 등) 문제로부터 자유로운 친환경적인 재료로 활용될 수 있음. 따라서 단순 매립이 법적으로 제한을 받는 현재의 상황을 고려하면 매우 높은 중요성을 가짐 ○ 또한 현재 우리나라에서 발생하는 골재 수급의 문제를 고려하면, 산업폐자원의 골재 활용을 위한 안정화 기술 개발이 필수적인 상황임. 따라서 제강슬래그를 포함한 다양한 형태의 산업폐자원의 안정화 기술 개발을 통해 골재 수급의 문제를 해결할 필요성이 있음 ○ 일차적으로 포집 이산화탄소와 폐콘크리트 및 제강슬래그 사이의 상호반응을 이용하여 calcium carbonate, iron carbonate, magnesium carbonate 등의 석출을 유도하고자 함. 이를 통해 이산화탄소를 영구적 광물상으로 변환시켜 이산화탄소의 배출로부터 발생하는 환경 부담을 완화시키고, 제강슬래그의 콘크리트용 골재 및 지반 채움재로서의 활용성을 더욱 증대시키고자 함. 이는 지구 온난화 및 지반의 오염 방지 측면에서 볼 때 환경 친화적인 기술에도 해당되므로 세계적인 선도 기술로써의 연구개발 가치가 충분하다고 판단됨 ○ 최종적으로 정리하면, 본 연구는 다음과 같이 두 가지 항목으로 구성됨 (1) 포집 이산화탄소와 폐콘크리트의 영구 광물화 반응 극대화를 위한 반응 조건 연구 (2) 폐콘크리트에 적용되는 포집 이산화탄소와의 최적 반응 조건이 제강슬래그의 안정화 및 이산화탄소 광물화에 미치는 영향 검증 |
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| 색인어 | 한글 | 포집 CO2 | 중성화 | 제강 슬래그 | 폐자원 재활용 | 환경친화 |
| 영문 | captured CO2 | carbonation | steel slag | waste recycling | environmentally friendly | |
| 최종보고서 | 00-최종보고서 배포본_부경대학교 정철우_21.2.25.pdf | |||||