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- 혼합 섬유 폐기물을 시멘트에 직접 혼합할 수 있고, 석회 가마의 연료로도 전환 가능
- 폐의류나 청소용 걸레에서 1.5%의 플라스틱 섬유 콘크리트에 혼합하면 강도 15~20% 증가
- 시멘트의 최대 7.5%를 이 섬유 재로 대체해 재료의 압축 강도를 최대 16%까지 높일 수 있어

섬유 폐기물이 시멘트를 "더 친환경적으로" 만드는 방법
의류 폐기물은 시멘트 생산에 이중으로 활용될 수 있다.

이중 이점:
폐기된 의류는 두 가지 방식으로 시멘트 생산을 더욱 기후 친화적으로 만드는 데 기여할 수 있다. 직접 첨가제로 사용되는 섬유는 콘크리트의 안정성을 높이고 시멘트를 절약한다. 연구원들의 보고에 따르면 섬유 폐기물을 가열하고 탄화시키면 석회 연소 시 화석 연료를 대체하는 데 사용할 수 있다. 이 과정에서 생성되는 재는 시멘트에 첨가될 수 있다. 

▲ 이 콘크리트에는 섬유 잔여물이 포함되어 있다. 잘게 찢긴 섬유는 시멘트의 일부를 대체한다. © 카우나스 공과대학교

시멘트와 콘크리트는 인류에게 가장 중요한 건축 자재 중 하나다. 그러나 석회암에서 시멘트를 생산하는 과정에서는 화학적 변환 과정과 석회 연소에 필요한 가마 모두에서 엄청난 양의 이산화탄소가 배출된다. 따라서 연구원들은 시멘트 생산에서 발생하는 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있는 방법을 오랫동안 연구해 왔다. 여기에는 새로운 생산 방법뿐만 아니라 건축 자재의 시멘트를 폐석, 슬래그, 플라스틱 폐기물 또는 재활용 콘크리트로 부분적으로 대체하는 방법도 포함된다.

"강화제"로서의 섬유

연구진은 이제 이중적인 이점을 가진 대체 소재를 발견했다. 리투아니아 카우나스 대학교의 라이몬다 쿠빌리우테(Raimonda Kubiliūtė)가 이끄는 연구팀은 혼합 섬유 폐기물을 시멘트에 직접 혼합할 수 있을 뿐만 아니라 석회 가마의 연료로도 전환할 수 있다고 보고했다. 이 프로젝트는 현재 중고 의류 및 기타 섬유 폐기물의 극히 일부만이 재사용되거나 재활용되고 있다는 사실에 착안하여 시작되었다. 특히 혼합 섬유는 종종 소각된다.

▲ 시멘트 생산은 막대한 양의 이산화탄소를 배출한다. 콘크리트 재활용을 통해 이러한 배출량을 줄일 수 있다. © SVproduction/Getty Images

따라서 쿠빌리우테와 그의 연구팀은 섬유 폐기물을 시멘트 및 콘크리트 생산에 효과적으로 활용할 수 있는 방법을 모색하고 있다. 한 가지 가능성은 폐기물을 잘게 부수어 콘크리트에 직접 혼합하여 충전재 및 시멘트 대체재로 사용하는 것이다. 초기 실험 결과, 중고 의류나 청소용 걸레에서 1.5%의 플라스틱 섬유를 콘크리트에 혼합하면 강도가 15~20% 증가하고 내동해성도 향상되는 것으로 나타났다고 연구팀은 보고했다.

탄화로 낡은 옷을 연료와 재로 전환

섬유 폐기물을 시멘트에 "더 친환경적으로" 만들 수 있는 또 다른 방법이 있다. 쿠빌리우테와 동료들은 공기가 없는 상태에서 섬유 잔여물을 섭씨 300도까지 가열했다. 연구진은 이 공정을 통해 발열량이 높고 탄소 함량이 높은 과립이 생성된다고 보고했다. 이 과립은 석회 가마의 연료로 사용되어 석탄이나 천연가스 같은 화석 연료를 대체할 수 있다.

▲ 섬유재의 비율이 다양한 시멘트 샘플. © 카우나스 공과대학교

탄소가 함유된 섬유 유물을 태우고 남은 재도 사용할 수 있다. 시멘트에 첨가하면 이산화탄소 배출량을 더욱 줄일 수 있다고 연구진은 설명했다. 초기 실험에서 시멘트의 최대 7.5%를 이 섬유 재로 대체하여 재료의 압축 강도를 최대 16%까지 높일 수 있었다.

쿠빌리우테는 "이 기술 솔루션은 시멘트 생산 과정에서 이산화탄소 배출량을 줄일 뿐만 아니라 섬유 폐기에도 혁신적이고 환경친화적인 접근 방식을 제공한다"고 말했다. 그녀의 프로젝트는 아직 초기 단계이지만, 그녀와 동료들은 이러한 폐기물을 대체 연료로 사용하는 데 큰 잠재력이 있다고 보고 있다.

출처: Kaunas University of Technology

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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