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과제기본정보

초임계 CO2를 활용한 레미콘 회수수(상징수)의 CO2 다량 고정화 처리 및 자원순환형 시멘트 2차 제품/콘크리트의 양생기술 개발1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 21CTAP-C164096-01
국가과학표준분류 1순위 원자력 | None | None 적용분야 건설업
2순위 None | None | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 None | None | None 과제유형 기초
과제명 초임계 CO2를 활용한 레미콘 회수수(상징수)의 CO2 다량 고정화 처리 및 자원순환형 시멘트 2차 제품/콘크리트의 양생기술 개발
주관연구기관 (학교)대진대학교산학협력단
총괄연구 책임자 성명 류동우
소속 대진대학교 직위 교수
전화번호 031-539-2011 FAX 031-539-1930
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2021-04-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
1차년도 160,000,000 0 0 0 160,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 본 연구는 연 평균 4천만톤 이상의 CO2를 배출하는 시멘트 산업에서의 CO2 배출 절감 및 레미콘 산업에서의 산업폐기물(슬러지 고형분, 회수모래, 회수자갈) 활용방안을 도출하기 위하여 CO2를 초임계유체(Supercritical Fluid) 상태로 처리하여 높은 용해력과 반응속도에 기반한 초임계 CO2 Lean Carbonation 기술을 연계하여 산업폐기물의 자원순환을 통한 건설폐기물의 Zero Emission에 기여하는 창의적이고 환경친화적인 Upcycling 실현을 위한 연구임.
최종목표 본 연구는 초임계 CO2(Supercritical Carbon Dioxide)를 활용하여 레미콘 회수수(상징수)의 CO2 다량 고정(소비)화 기술 개발 및 산업폐기물(슬러지 고형분, 회수모래, 회수자갈 등)을 주재료로 한 자원순환형 시멘트 2차 제품/콘크리트의 양생기술 개발을 통한 건설폐기물의 유효활용 증대를 목표로 함.
○초임계 CO2를 활용한 레미콘 회수수(상징수)의 CO2 고정(소비)화 기술 개발
○산업폐기물(슬러지 고형분, 회수모래, 회수자갈 등)을 주재료로 한 자원순환형 시멘트 2차 제품/콘크리트의 초임계 CO2 양생기술 개발
연구내용 및 범위 PlanⅠ. 초임계 CO2를 활용한 레미콘 회수수(상징수)의 CO2 다량 고정(소비)화 기술 개발
1차년도 : 레미콘 회수수(상징수)의 CO2 다량 고정화를 위한 기초적 특성 평가
□ 레미콘 회수수(상징수)의 기초적 특성 분석
- OPC 100% 회수수의 기초적 특성 분석
- 회수수(상징수)의 계절별/출하량별 회수수의 특성분석(IC 분석)
□ 초임계 CO2 Reactor Design
- 온도·압력·반응속도 및 CO2 투입/회수량 등의 제어가 가능한 초임계 CO2 Reactor Design
- 온도 : 0℃≤T≤80℃, 압력 : 0bar≤P≤200bar
□ 초임계 CO2를 활용하여 온도·압력·반응시간 제어에 따른 회수수(상징수)의 반응생성물(CaCO3)의 최대 석출조건 평가
- 온도조건(0℃≤T≤80℃), 압력조건(60bar≤P≤200bar), 반응시간(1hr≤t≤24hr)
- CaCO3 석출량(XPS, FT-IR, TG-DTA 정량분석)

2차년도 : 초임계 CO2를 활용한 Lean Carbonation 적용 레미콘 회수수(상징수)의 CO2 다량 고정(소비)화 기술 개발
□ 고품위 CaCO3 생산을 위한 초임계 CO2 반응조건(온도·압력·반응시간) 최적화
- CaCO3 결정성상 분석 : SEM, TG-DTA, XRD
□ 초임계 CO2 Lean Carbonation을 통한 레미콘 회수수(상징수)의 CO2 고정량 정량 평가
- CaCO3 생성량
- TG-DTA, XPS. FT-IR
□ 레미콘 공장 Pilot 구축을 위한 초임계 CO2 Reactor Design
- 밀폐식 반응기의 투입 전 CO2량 및 반응 후 잔류 CO2량 측정기술 개발

PlanⅡ. 산업폐기물(슬러지 고형분, 회수모래, 회수자갈 등)을 주재료로 한 자원순환형 시멘트 2차 제품/콘크리트의 초임계 CO2 양생기술 개발
1차년도 : 자원순환형 페이스트 및 모르타르의 최적배합 정립 및 양생조건에 따른 역학적 특성/내구성 평가
□ 자원순환형 페이스트 및 모르타르의 최적 배합정립
- 8MPa 이상(KS F 4004 : 콘크리트 벽돌)
- 목표슬럼프 : 150mm 이상
- 고로슬래그 미분말 치환율 : 20~80%
- 플라이애시 치환율 : 10~30%
□ 자원순환형 페이스트 및 모르타르의 양생조건에 따른 역학적 특성/내구성 평가
- 전처리(기중양생, 증기양생), 촉진탄산화양생(고농도 CO2 촉진양생(CO2 농도 20%), Lean Carbonation)
- 열화인자 침투저항성(염해, 중성화)
□ 자원순환형 페이스트 및 모르타르의 미세구조 정량분석
- 미세구조 정량분석 : SEM, TG-DTA, XRD

2차년도 : 자원순환형 콘크리트의 최적 배합정립 및 양생조건에 따른 역학적 특성/내구성 평가
□ 자원순환형 콘크리트의 최적 배합정립
- 27MPa 이상
- 목표슬럼프 : 150mm 이상
- 고로슬래그 미분말 치환율 : 20~80%
- 플라이애시 치환율 : 10~30%
□ 자원순환형 콘크리트의 양생조건에 따른 역학적 특성/내구성 평가
- 전처리(기중양생, 증기양생), 촉진탄산화양생(고농도 CO2 촉진양생(CO2 농도 20%), Lean Carbonation)
- 열화인자 침투저항성(염해, 중성화)
□ 자원순환형 콘크리트의 미세구조 정량분석
- 미세구조 정량분석 : SEM, TG-DTA, XRD
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 ○초임계 CO2를 활용한 레미콘 회수수(상징수)의 CO2 다량 고정(소비)화를 위한 기초적 특성 평가
○자원순환형 페이스트 및 모르타르의 최적배합 정립 및 양생조건에 따른 역학적 특성/내구성 평가
○초임계 CO2를 활용한 레미콘 회수수(상징수)의 CO2 다량 고정(소비)화를 위한 기초적 특성 평가
- 레미콘 회수수(상징수)의 기초적 특성 분석
- 초임계 CO2 Reactor Design
- 초임계 CO2를 활용하여 온도·압력·반응시간 제어에 따른 회수수(상징수)의 반응생성물(CaCO3) 최대 석출조건 평가

○자원순환형 페이스트 및 모르타르의 최적배합 정립 및 양생조건에 따른 역학적 특성/내구성 평가
- 자원순환형 페이스트 및 모르타르의 최적 배합정립
- 자원순환형 페이스트 및 모르타르의 양생조건에 따른 역학적 특성/내구성 평가
- 자원순환형 페이스트 및 모르타르의 미세구조 정량분석
연구성과 기술적 기대성과 - 초임계 CO2 적용으로 인한 레미콘 회수수의 CO2 다량 고정화 기술 제시 가능
- 비용과 공정상의 이유로 사용되고 있는 슬러지 고형분의 시멘트 2차 제품/콘크리트로서의 활용방안 제시로 안정적인 레미콘 품질관리의 확보 가능
- 국내외 관련특허 및 기술력 선점으로 관련기술의 해외기술이전을 통한 건설재료산업의 고부가가치 창출
사회 경제적 파급효과 - 현재 시멘트 산업의 경우 매년 과도한 온실가스 배출로 인한 1,000억원 이상의 환경부담금을 지불하고 있으며, 탄소배출거래권 3차 계획기간이 실시됨에 따라 유상할당 비율이 증가하여 온실가스 배출이 현 수준을 유지한다면 시멘트 업계에서 지불해야할 환경부담금은 더욱 증가할 것으로 예측됨.
- 시멘트 산업에서 배출하는 CO2의 다량 소비가 가능해지므로 건설분야에서 발생하는 CO2의 대량 삭감 가능
- 산업폐기물(슬러지 고형분, 회수모래, 회수자갈 등)의 재자원화로 인한 폐기물 처리비 감소 및 자원순환형 건축재료 생산기술을 통한 매출확대 기대
- 건설폐기물(순환골재, 회수수) 재활용 기술 개발을 통한 지속가능한 자원순환구조 실현(건설재료의 Zero Emission화 기여)
- 산업폐기물인 회수수의 친환경적 처리와 함께 시멘트 생산시 자체 발생하는 CO2 배출량 상쇄 가능
활용방안 □본 연구의 최종성과물은 초임계 CO2를 활용한 레미콘 회수수(상징수)의 CO2 다량 고정화 기술 및 산업폐기물(슬러지 고형분, 회수모래, 회수자갈 등)을 주재료로 한 자원순환형 콘크리트의 양생기술 개발임
□온실가스 감축 의무화(유상 할당분 증가)에 따른 시멘트 및 레미콘 업계의 CO2 전환 기술이전(사업화)로 온실가스 배출권 거래제 활성화 시 수익창출 기대
□초임계 CO2 촉진 탄산화를 통한 고품위 CaCO3 제조기술 개발로 수입대체효과 및 광물탄산화가 가능한 산업 분야에 기술 확대 가능
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 초임계 CO2 회수수 슬러지 고형분 CO2 고정 양생기술
영문 Supercritical Carbon Dioxide Recycling Water Sludge Solid Carbon Dioxide fixation Curing Technology
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