Basalt-powered cement process could slash energy use and CO2 emissions by 80%
New cement process uses basalt instead of limestone to reduce emissions and energy demand.
Scientists are proposing a new way to make cement by replacing limestone with volcanic rocks like basalt, a shift they say could dramatically cut emissions tied to one of the world’s dirtiest industries.
Researchers from UC Santa Barbara and Brimstone Energy found that calcium-rich silicate rocks could be used to produce Portland cement, the world’s most widely used construction material, while using less energy and releasing far less carbon dioxide than conventional methods.
https://interestingengineering.com/innovation/basalt-cement-limestone-emissions-breakthrough
현무암을 연료로 사용하는 시멘트 제조 공정은
에너지 사용량과 이산화탄소 배출량을 80%까지 줄일 수 있다.
새로운 시멘트 제조 공정은 석회석 대신 현무암을 사용하여 배출량과 에너지 수요를 줄인다
과학자들은 석회석 대신 현무암과 같은 화산암을 사용하여 시멘트를 만드는 새로운 방식을 제안하고 있으며, 이러한 변화가 세계에서 가장 오염이 심한 산업 중 하나인 시멘트 산업과 관련된 배출량을 획기적으로 줄일 수 있다고 주장한다.
UC 샌타바버라와 브림스톤 에너지의 연구진은 칼슘이 풍부한 규산염 암석을 사용하여 세계에서 가장 널리 사용되는 건축 자재인 포틀랜드 시멘트를 생산할 수 있으며, 기존 방식보다 에너지 소비량과 이산화탄소 배출량을 훨씬 줄일 수 있다는 사실을 발견했다.
"일반 대중은 시멘트가 기후 변화의 주요 원인이라는 사실을 거의 인식하지 못하지만, 시멘트 생산으로 인한 이산화탄소 배출량은 전 세계 모든 승용차가 배출하는 양과 비슷합니다."라고 캘리포니아 대학교 샌타바버라 캠퍼스의 지질학자 제프 프랜세비치는 말했다.
연구진은 규산염 암석으로 만든 시멘트는 석회석을 가공하는 데 필요한 에너지의 60% 미만만 필요로 하며, 관련 이산화탄소 배출량은 80% 이상 줄일 수 있다고 계산했다.
석회석 교체
전통적인 포틀랜드 시멘트 생산은 칼슘 함량이 높고 가공이 비교적 용이한 석회석에 의존합니다. 하지만 석회석에는 탄소 함량이 매우 높다는 큰 단점이 있다.
프란체비치는 "하지만 석회석은 절반이 이산화탄소로 이루어져 있는데, 이는 시멘트 생산 과정에서 대기 중으로 방출된다"고 말했다.
현재 시멘트 제조 공정에서는 시멘트의 핵심 성분인 생석회를 만들기 위해 석회석을 1,500°C 이상으로 가열해야 힌다. 이 과정에서 석회석 내부에 갇혀 있던 이산화탄소가 대기 중으로 방출됩니다. 연구자들은 기존 생산 방식이 에너지 집약적인 가열 공정 자체에서 발생하는 배출량을 제외하고도 시멘트 1톤당 약 500kg의 이산화탄소를 배출하는 것으로 추정하고 있다.
이를 피하기 위해 연구팀은 현무암이나 반려암과 같은 칼슘 함량이 높은 규산염 암석을 조사했습니다. 석회암과는 달리 이러한 암석에는 탄소가 거의 함유되어 있지 않아 시멘트 생산 과정에서 주요 배출원을 피할 수 있다.
연구진은 또한 전 세계 시멘트 수요를 충족할 만큼 충분한 현무암 자원이 존재하는지 여부를 조사했다. 지질 지도를 활용한 결과, 현무암 자원은 현재 소비 속도를 기준으로 수십만 년 동안 생산을 지속할 수 있을 만큼 충분히 풍부한 것으로 나타났다.
프란체비치는 "모든 현무암을 쉽게 구할 수 있는 것은 아니지만, 수치를 보면 현무암에서 얻을 수 있는 칼슘은 사실상 무한정으로 존재한다는 것을 알 수 있다"고 말했다.
한 암석에서 나온 금속들
연구진은 배출량 감소 외에도 규산염 암석에는 가공 과정에서 회수할 수 있는 금속이 함유되어 있어 더 광범위한 산업적 이점을 가져올 수 있다고 말한다.
연구팀에 따르면 현무암은 칼슘과 함께 철과 알루미늄을 자연적으로 함유하고 있다. 현무암의 칼슘과 철의 비율은 시멘트와 철강 생산에 필요한 사회적 수요와 매우 유사하여, 동일한 원료에서 여러 산업 자재를 생산할 수 있는 잠재력을 지니고 있다.
연구진은 공정 최적화 없이도 기존 산업 기술과 평균 전력량을 사용하면 표준 석회석 기반 생산 방식에 비해 이산화탄소 배출량을 25% 이상 줄일 수 있다는 사실을 발견했다.
프란체비치는 "건설 산업은 설계부터 시공, 유지보수에 이르기까지 포틀랜드 시멘트를 중심으로 구축되어 있다"며, "표준의 미묘한 변화조차도 세심하게 검토되고 도입되는 데 시간이 오래 걸린다"고 말했다.
연구진은 자신들의 접근 방식의 장점 중 하나는 기존 포틀랜드 시멘트를 그대로 생산할 수 있어 완전히 새로운 재료를 필요로 하지 않고도 기존 공급망 및 건설 관행에 통합될 수 있다는 점이라고 밝혔다.
프란체비치는 "이 논문은 다른 연구자들이 시멘트 탈탄소화를 가속화하기 위한 새로운 기술을 실험해 보라는 촉구와 같다. 칼슘을 다른 암석에서 얻는 것만으로도 자동차만큼 큰 기후 문제를 해결할 수 있는 잠재력이 있기 때문입니다."라고 말했다.
해당 연구는 '커뮤니케이션 지속가능성' 저널에 게재되었다 .
https://interestingengineering.com/innovation/basalt-cement-limestone-emissions-breakthrough
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