코로나 폐기물, 건축 자재로 재활용
- 지구환경 / 문광주 기자 / 2022-08-30 11:28:44
3'30" 읽기
- 전 세계적으로 매달 거의 1,300억 개의 마스크 사용되고 버려져
- 팬데믹 기간 개인 보호 장비를 통해 매일 평균 5만 4천 톤의 플라스틱 폐기물 생성돼
- 플라스틱 함량 0.03%에서 가장 크게 개선돼, 대조 콘크리트에 비해 내압성은 약 15%
- 탄성은 12%, 굽힘 하중에 대한 저항은 21% 증가
전 세계 사람들은 SARS-CoV-2 코로나바이러스로부터 자신을 보호하기 위해 매달 거의 1,300억 개의 마스크를 사용한다. 의료 분야에서는 코트와 일회용 장갑도 감염으로부터 보호하기 위해 사용된다. 팬데믹 기간 인간은 개인 보호 장비를 통해 매일 평균 5만4천 톤의 플라스틱 폐기물을 생성한다. “우리는 계속해서 늘어나는 코비드-19 폐기물에 대한 스마트 솔루션이 시급하다. 대유행이 끝난 후에도 남아있을 도전"이라고 호주 멜버른 공과대학의 섀넌 킬마틴-린치가 말했다.
콘크리트 보강재로서의 폐기물
여러 연구에서 킬마틴 린치(Kilmartin-Lynch)와 동료 라제브 로이찬드(Rajeev Roychand)가 이끄는 연구팀은 최근 전염병 폐기물을 재활용할 수 있는 방법을 찾았다. 이에 따르면 플라스틱으로 만든 일회용 제품은 재료 특성에 긍정적인 영향을 미친다면 콘크리트와 혼합하여 건설 산업에서 두 번째 기회를 얻을 수 있다. 연구 중 하나에서 다른 용량으로 시멘트 혼합물에 추가된 의료용 보호 가운에 초점을 맞추었다.
모든 영역에서 개선
Kilmartin-Lynch는 "우리 연구에 따르면 적절한 양의 파쇄된 보호 장비를 추가하면 콘크리트의 강도와 내구성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로 말하자면, 이것은 과학자들이 테스트한 모든 특성에 반영되었으며 플라스틱 함량은 0.03%에서 가장 크게 개선되었다. 대조 콘크리트와 대조적으로 내압성은 약 15%, 탄성은 12%, 굽힘 하중에 대한 저항은 21% 증가했다.
또 다른 테스트에서 과학자들은 콘크리트를 통해 전도된 초음파의 종단 속도를 조사해 재료에 공극과 균열이 있는지 확인했다. 결과 속도는 콘크리트의 전체 품질을 나타내며 순수 콘크리트보다 약 2% 더 높았으며 최대 폐기물 추가로 초당 최대값이 4,678미터였다. "이것은 보호 맨틀이 시멘트와 골재 사이의 결합을 지지하여 미세 균열의 형성을 제한한다는 사실 때문일 가능성이 가장 높다"라고 연구자들은 설명했다.
장갑과 마스크도 유익하다.
이전의 두 연구에서 Kilmartin-Lynch의 팀은 일회용 장갑과 안면 마스크가 콘크리트에 미치는 영향을 이미 조사했으며 유사한 긍정적인 결과를 얻었다. 예를 들어, 파쇄된 니트릴 장갑을 부피 기준으로 0.2% 추가하면 재료의 내압성이 약 22% 향상되었다. 같은 양의 분쇄된 마스크를 사용하면 17% 개선되었다.
흥미롭게도 0.25%의 더 높은 용량에서 값은 두 경우 모두에서 다시 감소했다. 따라서 이러한 재활용 플라스틱 재료에 대한 최적의 최대 백분율이 있는 것으로 보인다. 그러나 탄성 및 초음파 전도도 측면에서는 파쇄장갑이나 마스크를 추가해도 콘크리트 물성이 크게 향상되지 않았다.
Win-Win
과학자들은 그들의 연구가 코로나 팬데믹의 생태학적 측면에 긍정적인 영향을 미치기를 바란다. "우리는 모두 거리에 버려져 있는 일회용 마스크를 보았다. 그러나 적절하게 처리되더라도 이러한 폐기물은 단순히 매립지로 끝난다”라며 연구 그룹 리더인 지에 리(Jie Li)는 덧붙였다. “순환 경제 접근 방식을 사용하면 이러한 자재를 매립하지 않고 전체 가치를 실현하고 더 나은 제품을 만들 수 있다. 모든 당사자의 승리가 되십시오.”
다음 단계에서 연구원들은 다양한 보호 장비가 서로 얼마나 혼합될 수 있는지, 그리고 이것이 콘크리트 특성에 어떤 영향을 미치는지 테스트하려고 한다. 또한 파쇄된 부품의 크기도 다양해야 한다. "건설 산업에서 개인 보호 장비의 지속 가능한 사용에 대한 가장 큰 도전 중 하나는 재료의 지속적인 공급이기도 하다. 또한 추가 처리 전에 박테리아 및 바이러스로부터 폐기물을 안전하게 오염 제거할 수 있는 적절한 프로세스를 개발해야 한다"라고 연구팀은 기술했다.
<참고>
Case Studies in Construction Materials, 2022; doi:10.1016/j.cscm.2022.e01408;
Science of the Total Environment 2022, doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.151423
Journal of Cleaner Production, 2021, doi: 10.1016/j.jclepro.2021.126460)
출처: RMIT University
- 전 세계적으로 매달 거의 1,300억 개의 마스크 사용되고 버려져
- 팬데믹 기간 개인 보호 장비를 통해 매일 평균 5만 4천 톤의 플라스틱 폐기물 생성돼
- 플라스틱 함량 0.03%에서 가장 크게 개선돼, 대조 콘크리트에 비해 내압성은 약 15%
- 탄성은 12%, 굽힘 하중에 대한 저항은 21% 증가
오래된 코로나 마스크는 콘크리트를 더 안정적으로 만들었다.
개인 보호 장비를 재활용하여 건축 자재의 탄력성을 높일 수 있다.
코로나 폐기물 재활용:
폐기된 일회용 장갑, 마스크 및 의료 보호 외투는 콘크리트의 재료 특성을 개선하는 데 도움이 될 수 있다. 이러한 파쇄된 플라스틱 재료가 콘크리트에 소량 혼합되면 무엇보다도 내압성 및 탄성이 증가한다. 이 과정은 코로나 팬데믹에 사용된 방대한 양의 플라스틱 기반 보호 장비를 매립하는 대신 자재로 만들 수 있다.
 |
| ▲ 이 콘크리트 조각은 재활용된 보호 장비로 강화되었다. © RMIT University |
전 세계 사람들은 SARS-CoV-2 코로나바이러스로부터 자신을 보호하기 위해 매달 거의 1,300억 개의 마스크를 사용한다. 의료 분야에서는 코트와 일회용 장갑도 감염으로부터 보호하기 위해 사용된다. 팬데믹 기간 인간은 개인 보호 장비를 통해 매일 평균 5만4천 톤의 플라스틱 폐기물을 생성한다. “우리는 계속해서 늘어나는 코비드-19 폐기물에 대한 스마트 솔루션이 시급하다. 대유행이 끝난 후에도 남아있을 도전"이라고 호주 멜버른 공과대학의 섀넌 킬마틴-린치가 말했다.
콘크리트 보강재로서의 폐기물
여러 연구에서 킬마틴 린치(Kilmartin-Lynch)와 동료 라제브 로이찬드(Rajeev Roychand)가 이끄는 연구팀은 최근 전염병 폐기물을 재활용할 수 있는 방법을 찾았다. 이에 따르면 플라스틱으로 만든 일회용 제품은 재료 특성에 긍정적인 영향을 미친다면 콘크리트와 혼합하여 건설 산업에서 두 번째 기회를 얻을 수 있다. 연구 중 하나에서 다른 용량으로 시멘트 혼합물에 추가된 의료용 보호 가운에 초점을 맞추었다.
 |
최대한 응용 위주의 연구를 수행하기 위해 연구팀은 조사를 위해 공장에서 새 보호복을 사용하지 않고 실제로 사용했던 보호 가운을 사용했다. 연구진은 "실험에 코트를 사용하기 전에 96시간 동안 손대지 않은 밀폐 용기에 격리했다"고 밝혔다. 그런 다음 그것들을 씻어서 말리고 폭 5mm, 길이 20mm의 조각으로 자른다. 55%의 폴리프로필렌과 45%의 폴리에틸렌으로 구성된 스트립을 0.01, 0.02, 0.03부피%의 양으로 여러 번 콘크리트에 혼합했다.
 |
| ▲ (a) 제조된 PE/PP 격리 가운 및 (b) 파쇄된 격리 가운 (출처: 관련논문 A sustainable approach on the utilisation of COVID-19 plastic based isolation gowns in structural concrete / Case Studies in Construction Materials,Volume 17, December 2022, e01408) |
모든 영역에서 개선
Kilmartin-Lynch는 "우리 연구에 따르면 적절한 양의 파쇄된 보호 장비를 추가하면 콘크리트의 강도와 내구성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로 말하자면, 이것은 과학자들이 테스트한 모든 특성에 반영되었으며 플라스틱 함량은 0.03%에서 가장 크게 개선되었다. 대조 콘크리트와 대조적으로 내압성은 약 15%, 탄성은 12%, 굽힘 하중에 대한 저항은 21% 증가했다.
또 다른 테스트에서 과학자들은 콘크리트를 통해 전도된 초음파의 종단 속도를 조사해 재료에 공극과 균열이 있는지 확인했다. 결과 속도는 콘크리트의 전체 품질을 나타내며 순수 콘크리트보다 약 2% 더 높았으며 최대 폐기물 추가로 초당 최대값이 4,678미터였다. "이것은 보호 맨틀이 시멘트와 골재 사이의 결합을 지지하여 미세 균열의 형성을 제한한다는 사실 때문일 가능성이 가장 높다"라고 연구자들은 설명했다.
 |
| ▲ 시멘트 매트릭스와 파쇄된 절연 가운의 접착 성능에 대한 SEM-EDS 분석 (a) 파쇄된 절연 가운의 EDS 스펙트럼 1; (b) 시멘트 페이스트의 EDS 스펙트럼 2; (c-d) 500x 및 2000x 배율 수준에서 시멘트 매트릭스와 파쇄된 격리 가운 사이의 ITZ. (출처: 관련논문 Fig 5) |
장갑과 마스크도 유익하다.
이전의 두 연구에서 Kilmartin-Lynch의 팀은 일회용 장갑과 안면 마스크가 콘크리트에 미치는 영향을 이미 조사했으며 유사한 긍정적인 결과를 얻었다. 예를 들어, 파쇄된 니트릴 장갑을 부피 기준으로 0.2% 추가하면 재료의 내압성이 약 22% 향상되었다. 같은 양의 분쇄된 마스크를 사용하면 17% 개선되었다.
흥미롭게도 0.25%의 더 높은 용량에서 값은 두 경우 모두에서 다시 감소했다. 따라서 이러한 재활용 플라스틱 재료에 대한 최적의 최대 백분율이 있는 것으로 보인다. 그러나 탄성 및 초음파 전도도 측면에서는 파쇄장갑이나 마스크를 추가해도 콘크리트 물성이 크게 향상되지 않았다.
Win-Win
과학자들은 그들의 연구가 코로나 팬데믹의 생태학적 측면에 긍정적인 영향을 미치기를 바란다. "우리는 모두 거리에 버려져 있는 일회용 마스크를 보았다. 그러나 적절하게 처리되더라도 이러한 폐기물은 단순히 매립지로 끝난다”라며 연구 그룹 리더인 지에 리(Jie Li)는 덧붙였다. “순환 경제 접근 방식을 사용하면 이러한 자재를 매립하지 않고 전체 가치를 실현하고 더 나은 제품을 만들 수 있다. 모든 당사자의 승리가 되십시오.”
다음 단계에서 연구원들은 다양한 보호 장비가 서로 얼마나 혼합될 수 있는지, 그리고 이것이 콘크리트 특성에 어떤 영향을 미치는지 테스트하려고 한다. 또한 파쇄된 부품의 크기도 다양해야 한다. "건설 산업에서 개인 보호 장비의 지속 가능한 사용에 대한 가장 큰 도전 중 하나는 재료의 지속적인 공급이기도 하다. 또한 추가 처리 전에 박테리아 및 바이러스로부터 폐기물을 안전하게 오염 제거할 수 있는 적절한 프로세스를 개발해야 한다"라고 연구팀은 기술했다.
<참고>
Case Studies in Construction Materials, 2022; doi:10.1016/j.cscm.2022.e01408;
Science of the Total Environment 2022, doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.151423
Journal of Cleaner Production, 2021, doi: 10.1016/j.jclepro.2021.126460)
출처: RMIT University
[더사이언스플러스=문광주 기자] "Green soul, Beautiful Science"
[ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]
