제강슬래그, 도로를 한층 친환경적으로 만들 수 있어
- 기술 / 문광주 기자 / 2026-10-05 10:12:41
4분
- 제조 비용 극복하는 '수명의 힘'… 길어진 도로 수명이 온실가스·미세먼지 대폭 감축
- 단순 재활용을 넘어선 수명주기 평가… 공사 정체와 추가 연료 소비까지 예방
- 초기 비용 높지만 장기적 이득… 35% 에폭시 혼합물로 내구성과 경제성 동시에 확보
도로는 엄청난 양의 골재와 결합재를 소비할 뿐만 아니라, 유지보수, 공사 정체, 손상된 도로면의 구름저항 증가 등으로 인해 수십 년에 걸쳐 에너지 소비와 배출량을 증가시킨다. 철강 산업의 부산물인 제강슬래그가 바로 이 문제를 해결할 수 있다. 제강슬래그는 단단하고 각이 진 특성이 있어 아스팔트 내의 천연 거친 골재를 대체할 수 있다.
문제는 지속 가능한 도로 포장재가 단순히 제조 단계에서만 뛰어난 성과를 보여서는 안 된다는 점이다. 자주 재포장하게 되면 새로운 자재 이동, 공사 차량 통행, 추가 정체를 유발하므로 전체 수명주기(Lifecycle)가 핵심이다. 이번 연구의 기본 시나리오에 따르면, 사용 기간 중 발생하는 간접적인 영향이 전체 배출량의 95.45%, 전체 비용의 60.07%를 차지했다.
긴 수명이 전반적인 평가를 역전시켜
홍콩대학교(HKU) 장샤오링(Xiaoling Zhang) 연구팀은 제강슬래그-에폭시-아스팔트 혼합물(SEAM)을 고해상도 수명주기 모델을 통해 분석했다. 이 모델은 자재 생산, 시공, 노후화, 유지보수뿐만 아니라 교통량, 연료 소비량, 도로망, 지역별 제강슬래그 수급 가능성까지 연계하여 2060년까지의 중국 내 다양한 확산 경로를 산출했다.
연구진은 에폭시 수지 함량이 각각 20%, 35%, 50%인 세 가지 혼합물을 비교했다. 모든 혼합물에서 제강슬래그는 천연 거친 골재를 완전히 대체했다. 기계적 시험 결과, 기존 제강슬래그 아스팔트에 비해 내구성과 구조적 안정성이 더 높은 것으로 나타났다.
하지만 초기 단점도 존재한다. 에폭시 변성 아스팔트 결합재는 계산 기준상 약 4~5배 더 비싸며, SEAM이 완전한 기계적 강도를 확보하려면 7일간의 양생 기간이 필요하다. 이 때문에 단일 사용 기간 내에서는 새로운 포장재의 평가가 오히려 기존 아스팔트보다 좋지 않다. 온실가스, 미세먼지, 비용 집약도가 기존 비교 포장재보다 높게 나오기 때문이다.
그러나 길어진 수명이 이러한 평가를 뒤집는다. 모델에 적용된 수명은 기존 포장재와 20% 에폭시 SEAM이 각각 6년, 35% 혼합물이 15년, 50% 변형 형태가 20년이었다. 수명이 긴 포장재는 교체 주기가 길어진다. 따라서 높은 초기 제조 부담을 여러 해에 걸쳐 분산시키고, 노후화된 도로, 추가 연료 소비, 반복되는 공사로 인해 발생하는 배출량 일부를 방지한다. 모델 분석 결과, 약 35%의 에폭시를 포함한 혼합물이 내구성, 배출 감축, 비용 간의 가장 이상적인 타협점으로 나타났다.
최대 17억 4,000만 톤의 CO₂ 감축 효과
연구진은 이 모델을 중국 본토의 도시 도로망에 적용했다. 적합한 아스팔트 도로의 25%, 50%, 75%, 100%를 SEAM으로 교체하는 시나리오를 계산한 결과, 설정한 분석 기간에 따라 약 4억 3천백만 톤에서 17억4100만 톤의 이산화탄소 상당량(CO₂e)과 3억3000만 kg에서 12억 2천9백만 kg의 미세먼지(PM2.5)를 줄일 수 있는 것으로 산출되었다.
연계된 보건 모델링에 따르면, 미세먼지 배출 감소를 통해 3만1802명에서 12만8980명에 달하는 조기 사망을 예방할 수 있는 것으로 나타났다. 이 수치는 관찰된 역학적 효과가 아니라 확립된 용량-반응 관계를 기반으로 한 시스템 차원의 모델 추정치다. 직접적인 수명주기 비용과 기후·건강상의 수익을 금전적으로 환산하면 전체 순 경제적 이익은 3조4800억 위안(한화 약 692조원)에서 15조 100억 위안(약 3천조)에 달한다.
실제 확산 여부에 달린 잠재력
성(省) 간 제강슬래그 이동 및 운송 과정도 고려되었다. 추가 운송으로 인한 배출이 발생하더라도 모델링된 순효과는 긍정적으로 유지되었다. 고속도로나 간선도로에만 집중적으로 도입하는 것보다 다양한 도로 유형에 균형 있게 적용하는 것이 물동량과 교통 혼잡을 원활하게 분산시켜 더 우수한 성과를 보였다.
다만 이 연구의 한계점도 명확히 인지해야 한다. 모델은 산업계가 즉시 충분한 SEAM을 생산하고 필요한 지역 공급망을 갖출 수 있는지는 반영하지 않았다. 또한 제강슬래그의 경쟁적 타 용도 사용, 교통량·자재 공급·도로 성능의 장기적 변동에 따라 실제 결과는 달라질 수 있다. 따라서 산출된 대규모 국가 단위 절감액은 시나리오상의 잠재력일 뿐, 단기적인 전국 적용에 대한 전망치는 아니다.
그래도 기본 원칙은 주목할 만하다. 도로의 환경 영향 평가에서는 초기 자재 투입량보다 내구성(수명)이 더 중요할 수 있다는 점이다. 제조 초기에는 더 비싸고 배출량이 많더라도, 수선 빈도를 줄임으로써 몇 십 년에 걸쳐 더 경제적이고 친환경적인 도로가 될 수 있다.
출처: Communications Earth &Environment, doi: 10.1038/s43247-026-04056-z
- 제조 비용 극복하는 '수명의 힘'… 길어진 도로 수명이 온실가스·미세먼지 대폭 감축
- 단순 재활용을 넘어선 수명주기 평가… 공사 정체와 추가 연료 소비까지 예방
- 초기 비용 높지만 장기적 이득… 35% 에폭시 혼합물로 내구성과 경제성 동시에 확보
제강슬래그, 도로를 한층 친환경적으로 만들 수 있어
수명이 긴 포장재로 온실가스 배출, 미세먼지 및 비용 절감
폐기물이 도로 건설 자재로 재탄생한다. 중국 도시들을 대상으로 한 새로운 모델 비교 연구에 따르면, 재활용된 제강슬래그를 포함한 아스팔트는 기존 포장재보다 몇십 년에 걸쳐 온실가스와 미세먼지를 훨씬 적게 발생시킬 수 있는 것으로 나타났다. 핵심은 제조 과정뿐만 아니라 길어진 수명에 있다. 수명이 길어짐에 따라 보수 공사, 공사로 인한 교통정체, 추가 연료 소비 발생 빈도가 줄어들기 때문이다.
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| ▲ 제철 슬래그는 제철 산업의 폐기물에서 내구성이 뛰어난 도로 건설 자재로 탈바꿈할 수 있다. 에폭시 변성 아스팔트에서 슬래그는 굵은 천연 골재를 완전히 대체할 수 있으며, 수명이 길어 전체 수명 주기 동안 환경 발자국을 개선할 수 있다. 사잔:dipositphotos |
도로는 엄청난 양의 골재와 결합재를 소비할 뿐만 아니라, 유지보수, 공사 정체, 손상된 도로면의 구름저항 증가 등으로 인해 수십 년에 걸쳐 에너지 소비와 배출량을 증가시킨다. 철강 산업의 부산물인 제강슬래그가 바로 이 문제를 해결할 수 있다. 제강슬래그는 단단하고 각이 진 특성이 있어 아스팔트 내의 천연 거친 골재를 대체할 수 있다.
문제는 지속 가능한 도로 포장재가 단순히 제조 단계에서만 뛰어난 성과를 보여서는 안 된다는 점이다. 자주 재포장하게 되면 새로운 자재 이동, 공사 차량 통행, 추가 정체를 유발하므로 전체 수명주기(Lifecycle)가 핵심이다. 이번 연구의 기본 시나리오에 따르면, 사용 기간 중 발생하는 간접적인 영향이 전체 배출량의 95.45%, 전체 비용의 60.07%를 차지했다.
긴 수명이 전반적인 평가를 역전시켜
홍콩대학교(HKU) 장샤오링(Xiaoling Zhang) 연구팀은 제강슬래그-에폭시-아스팔트 혼합물(SEAM)을 고해상도 수명주기 모델을 통해 분석했다. 이 모델은 자재 생산, 시공, 노후화, 유지보수뿐만 아니라 교통량, 연료 소비량, 도로망, 지역별 제강슬래그 수급 가능성까지 연계하여 2060년까지의 중국 내 다양한 확산 경로를 산출했다.
연구진은 에폭시 수지 함량이 각각 20%, 35%, 50%인 세 가지 혼합물을 비교했다. 모든 혼합물에서 제강슬래그는 천연 거친 골재를 완전히 대체했다. 기계적 시험 결과, 기존 제강슬래그 아스팔트에 비해 내구성과 구조적 안정성이 더 높은 것으로 나타났다.
하지만 초기 단점도 존재한다. 에폭시 변성 아스팔트 결합재는 계산 기준상 약 4~5배 더 비싸며, SEAM이 완전한 기계적 강도를 확보하려면 7일간의 양생 기간이 필요하다. 이 때문에 단일 사용 기간 내에서는 새로운 포장재의 평가가 오히려 기존 아스팔트보다 좋지 않다. 온실가스, 미세먼지, 비용 집약도가 기존 비교 포장재보다 높게 나오기 때문이다.
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| ▲ 선택된 시나리오에서 중국 본토의 SEAM 구현에 따른 전국적인 이점. B) 다양한 도로 교체 옵션에 따른 CO₂e 감축, PM2.5 건강 피해 감소 및 생애주기 비용 절감으로 인한 금전적 이점의 분포. © Zhang et al / Communications Earth & Environment |
그러나 길어진 수명이 이러한 평가를 뒤집는다. 모델에 적용된 수명은 기존 포장재와 20% 에폭시 SEAM이 각각 6년, 35% 혼합물이 15년, 50% 변형 형태가 20년이었다. 수명이 긴 포장재는 교체 주기가 길어진다. 따라서 높은 초기 제조 부담을 여러 해에 걸쳐 분산시키고, 노후화된 도로, 추가 연료 소비, 반복되는 공사로 인해 발생하는 배출량 일부를 방지한다. 모델 분석 결과, 약 35%의 에폭시를 포함한 혼합물이 내구성, 배출 감축, 비용 간의 가장 이상적인 타협점으로 나타났다.
최대 17억 4,000만 톤의 CO₂ 감축 효과
연구진은 이 모델을 중국 본토의 도시 도로망에 적용했다. 적합한 아스팔트 도로의 25%, 50%, 75%, 100%를 SEAM으로 교체하는 시나리오를 계산한 결과, 설정한 분석 기간에 따라 약 4억 3천백만 톤에서 17억4100만 톤의 이산화탄소 상당량(CO₂e)과 3억3000만 kg에서 12억 2천9백만 kg의 미세먼지(PM2.5)를 줄일 수 있는 것으로 산출되었다.
연계된 보건 모델링에 따르면, 미세먼지 배출 감소를 통해 3만1802명에서 12만8980명에 달하는 조기 사망을 예방할 수 있는 것으로 나타났다. 이 수치는 관찰된 역학적 효과가 아니라 확립된 용량-반응 관계를 기반으로 한 시스템 차원의 모델 추정치다. 직접적인 수명주기 비용과 기후·건강상의 수익을 금전적으로 환산하면 전체 순 경제적 이익은 3조4800억 위안(한화 약 692조원)에서 15조 100억 위안(약 3천조)에 달한다.
실제 확산 여부에 달린 잠재력
성(省) 간 제강슬래그 이동 및 운송 과정도 고려되었다. 추가 운송으로 인한 배출이 발생하더라도 모델링된 순효과는 긍정적으로 유지되었다. 고속도로나 간선도로에만 집중적으로 도입하는 것보다 다양한 도로 유형에 균형 있게 적용하는 것이 물동량과 교통 혼잡을 원활하게 분산시켜 더 우수한 성과를 보였다.
다만 이 연구의 한계점도 명확히 인지해야 한다. 모델은 산업계가 즉시 충분한 SEAM을 생산하고 필요한 지역 공급망을 갖출 수 있는지는 반영하지 않았다. 또한 제강슬래그의 경쟁적 타 용도 사용, 교통량·자재 공급·도로 성능의 장기적 변동에 따라 실제 결과는 달라질 수 있다. 따라서 산출된 대규모 국가 단위 절감액은 시나리오상의 잠재력일 뿐, 단기적인 전국 적용에 대한 전망치는 아니다.
그래도 기본 원칙은 주목할 만하다. 도로의 환경 영향 평가에서는 초기 자재 투입량보다 내구성(수명)이 더 중요할 수 있다는 점이다. 제조 초기에는 더 비싸고 배출량이 많더라도, 수선 빈도를 줄임으로써 몇 십 년에 걸쳐 더 경제적이고 친환경적인 도로가 될 수 있다.
출처: Communications Earth &Environment, doi: 10.1038/s43247-026-04056-z
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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