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Jul 16, 2023

Nature Communications 14권, 기사 번호: 4574(2023) 이 기사 인용

1866년 액세스

16 알트메트릭

측정항목 세부정보

증가하는 도시 인구와 악화되는 인프라로 인해 콘크리트에 대한 전례 없는 수요가 증가하고 있으며, 콘크리트의 기능적 용량을 충족할 수 있는 대안은 없습니다. 콘크리트 생산, 특히 재료를 서로 접착시키는 수경 시멘트 생산은 세계에서 가장 큰 온실가스(GHG) 배출원 중 하나입니다. 이는 잘 연구된 배출원이지만 이러한 배출을 완화하기 위한 효율적인 구조 설계 결정의 결과는 아직 잘 알려져 있지 않습니다. 여기에서 우리는 제조 및 엔지니어링 결정의 조합으로 시멘트 및 콘크리트 생산에서 발생하는 온실가스 배출량을 76% 이상 줄일 수 있는 잠재력이 있음을 보여줍니다. 이는 2100년에 3.6Gt CO2-eq 배출량 감소에 해당합니다. 시멘트 수요를 최대 65%까지 낮춤으로써 자원 활용을 촉진하여 기타 모든 환경 부담을 줄일 수 있을 것으로 예상됩니다. 이러한 연구 결과는 현재 콘크리트 설계 접근 방식의 유연성이 대체 제조 방법이나 대체 재료에 막대한 자본 투자를 요구하지 않고도 기후 완화에 기여할 수 있음을 보여줍니다.

시멘트 기반 재료는 도시 개발에 필수적이며, 이들의 기능적 용량을 충족하는 대체 재료는 없습니다1,2. 콘크리트 및 모르타르와 같은 재료에는 시멘트가 여러 가지 용도로 사용됩니다(본 명세서에서는 시멘트를 사용하는 모든 복합 재료를 콘크리트라고 하며 이것이 가장 일반적인 용도입니다). 세계 인구가 증가함에 따라 도시 지역의 개발, 유지 및 확장이 증가할 것입니다. 예상 추정에 따르면 2030년까지 거의 10억 명(2018년 대비 22% 증가)의 더 많은 사람들이 도시 지역에 거주하게 될 것으로 나타났습니다3. 이러한 도시 성장으로 인해 콘크리트에 대한 수요는 인구 증가 속도를 초과하는 속도로 계속 증가할 것입니다4.

콘크리트는 콘크리트의 주요 구성성분의 광범위한 가용성과 이 재료로 달성할 수 있는 강도 및 내구성으로 인해 많은 토목 기반 시설 및 건축 시스템의 요구를 충족시킬 수 있는 고유한 특성을 갖추고 있습니다1,2. 콘크리트는 잔골재와 거친 ​​골재(모래 및 부서진 암석), 물, 혼화제, 그리고 물과 반응하여 이러한 성분을 서로 접착시켜 인공 복합재를 만드는 수경성 바인더(시멘트)로 구성됩니다. 상당한 온실가스(GHG) 배출은 시멘트 기반 자재 생산으로 인해 발생하며, 전 세계 인위적 CO2 배출의 약 8%에 해당하며, 이는 주로 클링커(시멘트의 전구체) 생산으로 인해 발생합니다. 클링커는 원하는 광물을 생성하기 위해 고온이 필요한 하소 및 담금질 재료로, 열 에너지용 연료와 관련된 배출과 생산 과정에서 석회석 탈탄소화로 인한 화학적 CO2 배출로 이어집니다.

사회는 온난화를 산업화 이전 수준보다 1.5°C로 제한하기 위해 2050년까지 온실가스 배출 순 제로에 도달해야 하며6 이를 위해 시멘트 및 콘크리트7와 같은 "탈탄소화가 어려운" 산업은 완화 경로를 찾아야 합니다. 대체 연료 사용, 보다 효율적인 장비 사용, CCUS(탄소 포집, 활용 및 저장), SCM(보조 시멘트질 재료) 사용을 통한 클링커 수요 감소 등 이러한 배출에 대해 일반적으로 논의되는 완화 전략이 여러 가지 있습니다8,9 . CCUS 기술은 업계에 잘 확립되어 있지 않으며10 대체 시멘트 및 골재가 제안되었지만11,12,13 자원 가용성, 비용 또는 위험 회피 산업으로 인해 효율성이 저하될 수 있습니다14,15. 비판적으로, 동일한 성능을 달성하기 위해 더 적은 양의 재료를 사용하여 재료 효율성을 개선하는 것은 재료 생산으로 인한 환경 영향을 완화하는 핵심 단계입니다16,17,18. 이 단계는 건축 환경에서 발생하는 온실가스 배출 문제를 극복하기 위해 저배출 재료 대안과 함께 사용해야 합니다.