가까운 - 흑룡강 콘크리트 재료 그룹

Nature Communications 14권, 기사 번호: 4574(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

증가하는 도시 인구와 악화되는 인프라로 인해 콘크리트에 대한 전례 없는 수요가 증가하고 있으며, 콘크리트의 기능적 용량을 충족할 수 있는 대안은 없습니다. 콘크리트 생산, 특히 재료를 서로 접착시키는 수경 시멘트 생산은 세계에서 가장 큰 온실가스(GHG) 배출원 중 하나입니다. 이는 잘 연구된 배출원이지만 이러한 배출을 완화하기 위한 효율적인 구조 설계 결정의 결과는 아직 잘 알려져 있지 않습니다. 여기에서 우리는 제조 및 엔지니어링 결정의 조합으로 시멘트 및 콘크리트 생산에서 발생하는 온실가스 배출량을 76% 이상 줄일 수 있는 잠재력이 있음을 보여줍니다. 이는 2100년에 3.6Gt CO2-eq 배출량 감소에 해당합니다. 시멘트 수요를 최대 65%까지 낮춤으로써 자원 활용을 촉진하여 기타 모든 환경 부담을 줄일 수 있을 것으로 예상됩니다. 이러한 연구 결과는 현재 콘크리트 설계 접근 방식의 유연성이 대체 제조 방법이나 대체 재료에 막대한 자본 투자를 요구하지 않고도 기후 완화에 기여할 수 있음을 보여줍니다.

시멘트 기반 재료는 도시 개발에 필수적이며, 이들의 기능적 용량을 충족하는 대체 재료는 없습니다1,2. 콘크리트 및 모르타르와 같은 재료에는 시멘트가 여러 가지 용도로 사용됩니다(본 명세서에서는 시멘트를 사용하는 모든 복합 재료를 콘크리트라고 하며 이것이 가장 일반적인 용도입니다). 세계 인구가 증가함에 따라 도시 지역의 개발, 유지 및 확장이 증가할 것입니다. 예상 추정에 따르면 2030년까지 약 10억 명(2018년 대비 22% 증가)의 더 많은 사람들이 도시 지역에 거주하게 될 것으로 나타났습니다3. 이러한 도시 성장으로 인해 콘크리트에 대한 수요는 인구 증가 속도를 초과하는 속도로 계속 증가할 것입니다4.

콘크리트는 콘크리트의 주요 구성성분의 광범위한 가용성과 이 재료로 달성할 수 있는 강도 및 내구성으로 인해 많은 토목 기반 시설 및 건축 시스템의 요구를 충족시킬 수 있는 고유한 특성을 갖추고 있습니다1,2. 콘크리트는 잔골재와 거친 골재(모래 및 부서진 암석), 물, 혼화제, 그리고 물과 반응하여 이러한 성분을 서로 접착시켜 인공 복합재를 만드는 수경성 바인더(시멘트)로 구성됩니다. 상당한 온실가스(GHG) 배출은 시멘트 기반 자재 생산으로 인해 발생하며, 전 세계 인위적 CO2 배출의 약 8%에 해당하며, 이는 주로 클링커(시멘트의 전구체) 생산으로 인해 발생합니다. 클링커는 원하는 광물을 생성하기 위해 고온이 필요한 하소 및 담금질 재료로, 열 에너지용 연료와 관련된 배출과 생산 과정에서 석회석 탈탄소화로 인한 화학적 CO2 배출로 이어집니다.

사회는 온난화를 산업화 이전 수준보다 1.5°C로 제한하기 위해 2050년까지 온실가스 배출 순 제로에 도달해야 하며6 이를 위해 시멘트 및 콘크리트7와 같은 "탈탄소화가 어려운" 산업은 완화 경로를 찾아야 합니다. 대체 연료 사용, 보다 효율적인 장비 사용, CCUS(탄소 포집, 활용 및 저장), SCM(보조 시멘트질 재료) 사용을 통한 클링커 수요 감소 등 이러한 배출에 대해 일반적으로 논의되는 완화 전략이 여러 가지 있습니다8,9 . CCUS 기술은 업계에 잘 확립되어 있지 않으며10 대체 시멘트 및 골재가 제안되었지만11,12,13 자원 가용성, 비용 또는 위험 회피 산업으로 인해 효율성이 저하될 수 있습니다14,15. 비판적으로, 동일한 성능을 달성하기 위해 더 적은 양의 재료를 사용하여 재료 효율성을 개선하는 것은 재료 생산으로 인한 환경 영향을 완화하는 핵심 단계입니다16,17,18. 이 단계는 건축 환경에서 발생하는 GHG 배출 문제를 극복하기 위해 저배출 재료 대안과 함께 사용해야 합니다.

46 kg CO2-eq for the column using the ACI-318 code (this is 70% greater emissions than the lowest column emissions using this code); a difference of >63.1 kg CO2-eq (90% between highest and lowest) for the column using Eurocode 2; and a difference of ~51 kg CO2-eq (60% between highest and lowest) for the column using the Indian Standard code. For slabs designed for bending at the ultimate stage, there is a 58–93% difference between the highest and lowest emissions members that meet design code requirements with the same boundary conditions and loading. In slab design (ultimate), there is a larger difference in GHG emissions for low reinforcement ratio than for higher ratio, which suggests that if a low ratio is used, there is increased reliance on high concrete strength or greater cross-sectional area of concrete (slab thickness), which results in higher impact. However, use of excess reinforcement is inefficient due to the significantly higher volumetric impact of the reinforcement. While trends are similar between codes used in different regions, designing slabs per Eurocode 2 and columns per ACI-318 result in the lowest impact. If all countries/regions were to design for the lowest impact per Eurocode 2 and ACI-318 for slabs and columns, respectively, it would result in a reduction of approximately 67 Gt of GHG emissions between 2015–2100 (based on a model of one unit, here defined as1 slab + 4 columns). The authors recognize that this is a simplified model, but nevertheless useful for the argument at hand. Slabs spanning over multiple supports as well as pre- and post-tensioned slabs are common designs that could yield different results than the modeled simply supported slab. Here, it was assumed that 20% of GHG emissions are from concrete used in other applications than columns and slabs, such as in foundations. Further, if we assume a baseline of 30 MPa (the middle of the strength range considered in this work) and median longitudinal reinforcement ratio (slabs, ultimate: 0.26% reinforcement ratio and 0.45 m thickness, slabs cracking: 0.6% reinforcement ratio and 0.34 m thickness, columns: 3.5% reinforcement ratio and 0.18 m column width), then choosing the optimal combination of strength and reinforcement ratio could lower slab emissions by 20–25%, column emissions by 18–22%, and unit emissions by approximately 23% for these three codes. If instead reinforcing steel with a higher environmental impact is used, the resulting reductions are ~20% for slab, ~30% for column and ~21% for a unit (see Methods section for sensitivity analysis). However, the lower environmental impact of reinforcing steel is used in the analysis herein./p>