무시멘트 결합재 개발…환경오염·비용 줄인다

UNIST 학부생이 개발

▲무시멘트 결합재의 미세구조.[사진제공=UNIST]

[아시아경제 정종오 기자] 포틀랜드 시멘트를 대체할 수 있는 새로운 결합재가 개발돼 관심을 모으고 있다. 환경오염과 비용을 동시에 줄일 수 있다.

울산과학기술대학교(UNIST, 총장 조무제) 학부생이 '포틀랜드 시멘트'를 대체할 수 있는 새로운 '무시멘트 결합재'를 개발했다. 이번에 개발된 결합재는 산업 부산물을 원료로 사용해 환경오염을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 경제성도 높다.

포틀랜드 시멘트는 최초의 인공시멘트로 가장 보편적으로 사용된다. 시멘트 1톤을 제조했을 때 약 0.9톤의 이산화탄소가 발생해 매년 전 세계에서 배출되는 이산화탄소 발생량 중 약 7%가 시멘트 제조 과정에서 발생된다.

기존 시멘트를 대체하기 위한 '저탄소 무시멘트 결합재' 개발 연구가 활발히 진행돼 왔다. 대부분의 기술들은 '포틀랜드 시멘트'보다 제품 단가가 비싸고 '수소이온농도(pH)'가 최고 수치인 14를 넘는 고부식성 용액을 사용해 위험했다.

UNIST 전동호 학부생(도시환경공학부 4, 제 1저자)과 오재은 지도교수(도시환경공학부)는 화력발전소에서 석탄을 태우고 남은 재인 '플라이 애시(Fly ash)'에 화학적 활성화제(Chemical activator: Ca(OH)2, Na2CO3)를 첨가시켜 높은 압축강도를 확보했다.

'무시멘트 결합재'는 '플라이 애시'를 85% 이상 사용해 이산화탄소 발생량을 기존 시멘트의 15% 수준으로 줄였다. 국내 '포틀랜드 시멘트' 가격 대비 80% 수준으로 저렴하다. 기존 '경화활성화제'보다 부식성이 낮은 재료(Ca(OH)2와 Na2CO3)를 사용해 안전성도 높여 '포틀랜드 시멘트'처럼 가루 형태로 포대에 담아 판매가 가능하다.

새로 개발된 '무시멘트 결합재'는 빠르게 응결되는 단점이 있어 이를 개선하고자 응결시간을 조절하는 기술을 따로 개발해 국내 특허까지 출원했다.

전동호 학부생은 "무시멘트 결합재를 사용하면 포틀랜드 시멘트를 전혀 쓰지 않고도 콘크리트 구조물을 건설할 수 있다"며 "시멘트를 대부분 수입하고 있는 몽골, 카자흐스탄 등의 중앙아시아 국가들의 경우 현지 화력발전소에서 버려지는 부산물로 시멘트 대체재를 만들어 공급할 수 있기 때문에 일석이조의 효과를 기대할 수 있다"고 말했다.

현재 몽골 울란바토르 시청과 몽골과기대가 '공동 벤처기업' 설립을 제안해 협의 중이며 방글라데시 다카 시의 현지 건설업체와는 '무시멘트 결합재' 생산시설 설립도 추진 중이다.

오 교수는 "건설재료 연구와 개발은 건설공학에 대한 이해뿐만 아니라 재료과학과 화학적 지식도 함께 필요하다"며 "이번 기술 개발은 UNIST의 학문 경계를 허무는 융합연구의 대표성과"라고 말했다. 한편 이번 연구결과는 건설 분야 SCI 상위 5% 학술지인 'Cement and Concrete Research' 1월호에 발표됐고 총 2건의 국내 특허도 출원됐다.