SCI 상위 5% 저널 게재… 몽골과 벤처기업 설립 추진
UNIST(총장 조무제) 학부생이 ‘포틀랜드 시멘트’를 대체할 수 있는 새로운 ‘무시멘트 결합재’를 개발했다. 이 결합재는 산업 부산물을 원료로 사용, 환경오염을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 경제성도 높다.
UNIST는 도시환경공학부 4학년 전동호 학부생(사진 왼쪽ㆍ 제1저자)과 같은 학부 오재은 지도교수(오른쪽)가 화력발전소에서 석탄을 태우고 남은 재인 ‘플라이 애시(Fly ash)’에 ‘화학적 활성화제(Chemical activator: Ca(OH)2, Na2CO3)’를 첨가시켜 기존 시멘트를 대체할 수 있는 높은 압축강도를 확보했으며, 이런 연구결과를 건설분야 SCI 상위 5% 학술지인 ‘Cement and Concrete Research’ 1월호에 발표했고, 총 2건의 국내 특허도 출원했다고 15일 밝혔다.
최초의 인공시멘트이자 우리나라 건설현장에서 흔히 사용하는 포틀랜드 시멘트는 석회질 원료와 점토질 원료를 적당한 비율로 혼합해 분쇄한 것으로, 시멘트 1톤 제조 시 0.9톤 가량의 이산화탄소가 발생, 매년 전 세계에서 배출되는 이산화탄소 발생량 중 약 7%가 시멘트 제조 과정에서 나오는 등 큰 약점을 갖고 있다.
이에 따라 기존 시멘트를 대체하기 위한 ‘저탄소 무시멘트 결합재’ 개발 연구가 세계적으로 활발히 진행돼 왔지만 대부분 기술들은 ‘포틀랜드 시멘트’보다 제품 단가가 비싼데다 ‘수소이온농도(pH)’가 최고 수치인 14를 넘는 고부식성 용액을 사용해 위험하다.
하지만 이번에 개발한 ‘무시멘트 결합재’는 ‘플라이 애시’를 85% 이상 사용해 이산화탄소 발생량을 기존 시멘트의 15% 수준으로 줄였고, 가격도 국내 포틀랜드 시멘트 대비 80% 수준으로 저렴하다. 또 기존 ‘경화활성화제’보다 부식성이 낮은 재료(Ca(OH)2와 Na2CO3)를 사용해 안전성도 높여 포틀랜드 시멘트처럼 가루 형태로 포대에 담아 판매가 가능하다.
하지만 새로 개발된 ‘무시멘트 결합재’는 빠르게 응결되는 단점이 있어 이를 개선하기 위해 응결시간을 조절하는 기술을 따로 개발, 국내 특허까지 출원했다.
전씨는 “‘무시멘트 결합재’를 사용하면 포틀랜드 시멘트를 전혀 쓰지 않고도 콘크리트 구조물을 건설할 수 있다”며 “시멘트 대부분을 수입하고 있는 몽골, 카자흐스탄 등 중앙아시아 국가의 경우 현지 화력발전소에서 버려지는 부산물로 시멘트 대체재를 만들어 공급할 수 있어 일석이조의 효과를 기대할 수 있다”고 말했다.
이와 관련, UNIST는 현재 몽골 울란바토르시와 몽골과기대가 ‘공동 벤처기업’ 설립을 제안해와 협의 중이며, 방글라데시 다카시의 현지 건설업체와는 ‘무시멘트 결합재’ 생산시설 설립도 추진 중이다.
오 교수는 “건설재료 연구 및 개발은 건설공학에 대한 이해뿐만 아니라 재료과학 및 화학적 지식도 함께 필요하다”면서 “이번 기술 개발은 UNIST의 학문 경계를 허무는 융합연구의 대표성과”라고 말했다.
목상균기자 sgmok@hk.co.kr
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