(Image segmentation and analysis of 3D printed concrete with X-ray micro-computed tomography; (a) 3D reconstructed volume and (b) 2D planar cross-section. Credit: Carbon Capture Science & Technology (2024). DOI: 10.1016/j.ccst.2024.100306)
지구 온난화 문제가 심각해지면서 주목을 받는 기술이 이산화탄소 포집 및 저장 (Carbon Capture & Storage, CCS)입니다. 이미 배출된 이산화탄소의 양이 너무 많고 현재도 배출량을 획기적으로 줄이기 힘든 상태에서 어쩔 수 없이 나오는 이산화탄소를 포집하고 저장하는 기술이 대안으로 떠오른 것입니다. 문제는 포집까지는 어렵지 않은데, 이렇게 얻은 대량의 이산화탄소를 처리할 방법이 마땅치 않다는 것입니다.
과학자들이 주목하는 이산화탄소 저장 방법 중 하나는 콘크리트입니다. 콘크리트의 주 원료인 시멘트는 매년 16억톤의 이산화탄소를 배출하고 있으며 이는 인위적 이산화탄소 배출의 8%를 차지하고 있습니다. 그런 만큼 아예 콘크리트나 시멘트 제조 과정에서 발생한 이산화탄소를 일부라도 주입해 저장하는 방법이 개발 중인 것입니다.
싱가포르 난양 공대 (Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore))의 연구팀은 콘크리트 안에 이산화탄소를 저장하는 기술을 3D 프린팅 기술과 접목했습니다. 3D 프린터로 시멘트 반죽을 출력하는 과정에서 증기와 이산화탄소의 제트를 분사해 내부의 작은 기포를 만들고 여기에 이산화탄소를 저장하면 시간이 지나면서 시멘트 성분과 반응해 고체화 됩니다.
(동영상)
여기서 한 가지 흥미로운 사실은 이산화탄소를 저장한다는 것보다 이렇게 하면 무게 당 강도가 더 강해진다는 것입니다. 이산화탄소를 주입한 3D 프린팅 콘크리트는 그렇지 않은 대조군과 비교해서 압축 강도가 36.8% 강했고 휨에 대한 저항도 45.3%나 강했습니다. 그리고 3D 프린터로 출력하는 과정에서도 50% 정도 출력 효율이 향상됐습니다. 마지막으로 기존의 콘크리트와 비교해서 38% 정도 더 많은 이산화탄소를 흡수하게 만들 수 있었습니다.
이렇게 말하면 다 좋은 것밖에 없어 보이지만, 실제로 내구성이나 비용 등 여러 가지 검증할 부분이 남아 있어 상용화 여부는 좀 더 지켜봐야 알 수 있습니다. 하지만 기본적으로 한 번에 양생하는 기존의 콘크리트보다 약할 수밖에 없는 3D 프린팅 콘크리트의 강도를 더 높일 수 있다는 사실 하나만으로도 흥미로운 기술로 보입니다.
참고
https://techxplore.com/news/2024-12-scientists-3d-concrete-method-captures.html
Sean Gip Lim et al, Carbon capture and sequestration with in-situ CO2 and steam integrated 3D concrete printing, Carbon Capture Science & Technology (2024). DOI: 10.1016/j.ccst.2024.100306
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