산업폐기물을 활용한 탄소 포집용 알칼리 흡수제의 이산화탄소 흡수 특성 평가

최근들어 화력발전소나 철강 산업에서 발생하는 산업폐기물의 재활용 방법 및 사용처에 대한 연구가 주목을 받고 있다. 기존의 산업폐기물 처리 방법으로는 해안 및 육상 매립으로서 매립지 확보에 어려움이 있고, 매립시 발생하는 침출수 및 분진에 의한 2차적인 환경적 문제가 발생하는 단점이 있다. 이에 산업폐기물을 자원으로써 재활용하려는 방안에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 국내외에서 화력 발전소에서 대량으로 발생하는 플라이애쉬나 철강 산업에서 발생하는 고로슬래그와 같은 폐기물을 주로 활용되는 시멘트를 대신할 수 있는 재료로써 적용하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 이는 최근에 국제적으로 주목을 받고 있는 이산화탄소 방출량을 감소하기 위한 방안 중 하나로 주목받고 있다. 일반적으로 1 ton의 시멘트를 생산할 때 0.8 ton의 이산화탄소가 발생하는 것으로 알려져 있다. 현재 발생하는 석탄회 중 58% 정도를 시멘트 대체물 혹은 콘크리트용 혼화재 등으로 재활용하고 있고, 고로슬래그의 경우는 발생하는 양의 대부분을 재활용하고 있다. 본 연구에서는 활성화시킨 산업폐기물을 적용한 알칼리 흡수제의 탄소 흡수 특성을 확인하였으며, 압축강도를 측정하여 실제 시멘트 대체용으로 활용 가능성을 확보하고자 하였다. 콘크리트 제조 시에 첨가되는 시멘트를 고로슬래그 및 플라이애쉬로 대체함으로써, 시멘트 사용량 저감을 통해 간접적으로 이산화탄소의 배출을 줄이고, 활성화시킨 고로슬래그를 활용하여 직접적으로 이산화탄소를 포집하였다. 탄소 포집용 알칼리 흡수제를 제작함에 있어 시멘트의 역할을 하는 바인더로 고로슬래그 및 플라이애쉬를 적용하였고, 바인더의 수경성 확보를 위해 필요한 활성화제로 수산화칼슘 및 규산나트륨을 투입하였다. 바인더와 활성화제, 증류수를 투입하여 혼합한 알칼리 흡수제는 질소 충진한 항온 챔버에서 24시간 동안 보관하였다. 제조된 알칼리 시멘트의 이산화탄소 흡수 특성은 실험실 규모의 column test를 통해 흡수 실험을 진행하였고, 각 흡수제별로 이산화탄소 흡수량을 산정하여 비교하였다. 또한 시멘트 대체용으로 추후 건설재료로써의 활용가능성을 확인하기 위해 압축강도를 측정하여 대조군인 시멘트를 활용한 시료의 압축강도와 비교하였다. 흡수제별 이산화탄소 흡수량은 플라이애쉬를 활용한 알칼리 흡수제의 경우 43.9 mg-CO2/kg-흡수제 이상, 고로슬래그의 경우는 51.5 mg-CO2/kg-흡수제로 고로슬래그를 활용한 알칼리 흡수제의 이산화탄소 흡착능이 15% 높았고, 대조군인 시멘트를 활용한 시료의 경우 4.3 mg-CO2/kg-흡수제로 흡수가 거의 진행되지 않았다. 추후 건설재료로써의 활용 가능성을 확보하기 위한 압축 강도 실험 결과 플라이애쉬의 경우 10.2 MPa, 고로슬래그의 경우 13.9 MPa의 압축강도를 나타내었다. 본 연구결과 고로슬래그 및 플라이애쉬는 이산화탄소 흡수제 및 시멘트 대체재로써도 활용이 가능할 것으로 사료된다.