첨가제 제조
속건성 3D 프린팅 점토-대마 폴리머, 콘크리트 대체재로 활용
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콘크리트의 환경적 한계: 모래 사용량 및 CO₂ 배출량
콘크리트는 지난 수십 년 동안, 특히 인구 밀도가 높은 도심 환경에서 건설의 중심 자재로 자리 잡았습니다. 저렴한 비용, 사용 편의성, 그리고 확장성 덕분에 벽돌, 석재, 목재를 점진적으로 대체해 왔습니다.
하지만 문제가 없는 것은 아니다.
첫째, 자원 소비 측면에서 지속 가능한 제품과는 거리가 멉니다. 엄청난 양의 모래를 사용하는데, 보고서에 따르면 그 양이 너무 많아 문제가 되고 있습니다. 세계는 "모래가 부족해지고 있다".
출처: 비주얼 캐피탈리스트
시멘트 생산 또한 매우 에너지 집약적인 활동입니다. 거의 전적으로 화석 연료에 의해 가동되기 때문에 막대한 에너지가 소모됩니다. 시멘트 생산은 전 세계 CO₂ 배출량의 8%를 차지합니다..
이는 승용차와 밴에서 배출되는 배출량과 유사합니다. 이는 전 세계 배출량의 10%를 차지합니다.따라서 콘크리트를 더욱 지속 가능하게 만드는 것은 전 세계 모든 자동차를 전기차로 전환하고 친환경 에너지로만 구동하는 것만큼이나 큰 영향을 미칠 것입니다.
점토와 대마를 이용한 3D 프린팅으로 저탄소 콘크리트 대체재를 만드는 방법
전통적인 콘크리트를 대체할 보다 친환경적인 대안을 찾는 노력과 병행하여, 3D 프린팅 원리를 이용하여 집을 짓는다는 아이디어가 나왔습니다..
벽돌 쌓기와 같은 노동 집약적인 방법 대신, 자동화된 3D 프린팅 기계가 벽을 빠르게 조립할 수 있습니다.
하지만 벽체를 인쇄하는 방식이 콘크리트에 필요한 긴 양생 시간을 없애는 것은 아닙니다. 구조물이 완전한 강도를 얻기까지는 여전히 28일의 대기 기간이 필요합니다.
오리건 주립대학교 연구진은 3D 프린팅 기술과 호환되면서도 탄소 배출량을 현저히 줄인 콘크리트 대체재를 개발했습니다.
그들은 연구 결과를 Advanced Composites and Hybrid Materials에 발표했습니다.1 제목 아래 "바이오 기반 첨가제를 사용한 속경화 점토 콘크리트의 3D 프린팅을 통한 지속 가능한 인프라 구축. "
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| 부동산 | 전통적인 시멘트 콘크리트 | 점토-대마 폴리머 콘크리트(OSU) | 저탄소 전해 시멘트(서블라임) |
|---|---|---|---|
| 접합재 | 포틀랜드 시멘트, 가마 소성 클링커 | RICFP를 사용한 아크릴아미드계 고분자 결합제 | 상온에서 제조되는 전해조 기반 시멘트 |
| 바이오 기반/현지 생산 콘텐츠 | 낮음; 주로 채석된 골재 | 무게 기준으로 약 75% 점토, 모래, 대마 섬유, 바이오 숯 함유 | 지역의 칼슘 공급원(산업 부산물, 암석)에 따라 다릅니다. |
| 장착 직후 강도 | 실질적으로 0 MPa이므로 거푸집 공사가 필요합니다. | 3D 프린팅 직후 약 3 MPa의 압력 | 초기 강도 프로필은 아직 규모 조정 및 테스트 중입니다. |
| 구조적 강도가 17~24 MPa에 도달하는 데 걸리는 일수 | 일반적으로 최대 28일 | 약 3일 후 17MPa를 초과합니다. | 목표치는 배합 및 식물 종류에 따라 유사하거나 더 나은 수준입니다. |
| 전체 경화 시간 | 약 28일 | 약 8~14일 (40MPa 이상) | 식물 특성에 맞춰 설계되었으며, 가마 소성 공정을 피하도록 고안되었습니다. |
| CO₂ 배출량과 일반 포틀랜드 시멘트 비교 | 높음 (가마 및 공정 배출물) | 바이오 기반 골재와 시멘트 소성로를 사용하지 않아 비용이 더 낮습니다. | 석회석 소성 과정을 생략하여 비용을 상당히 낮추도록 설계되었습니다. |
| 3D 프린팅 기능 | 지지대 필요, 느린 경화 속도, 제한된 돌출부 | 지지대 없이도 돌출부나 틈새를 자유롭게 출력할 수 있습니다. | 초기 단계; 저탄소 시멘트의 배치 생산에 집중 |
점토-대마 폴리머 내부: RICFP 및 바이오 기반 골재
시멘트는 일반적으로 칼슘, 규소, 알루미늄, 철로 구성되며, 이들을 가마에서 가열한 후 미세한 분말로 갈아서 만듭니다.
대신 연구진은 라디칼 유도 양이온 전면 중합(RICFP)이라는 방법을 사용하여 3D 프린팅이 가능한 점토 기반 건축 자재를 개발했습니다.
이는 세 가지 핵심 화학 성분에 의존합니다.
- 자유 라디칼의 존재 하에서 중합되는 단량체.
- 고분자 가닥들을 서로 연결하는 가교제.
- 고온에서 중합 반응을 시작하는 데 필요한 자유 라디칼을 방출하는 개시제.
연구진은 RICFP 결합제를 점토 골재, 모래, 바이오차, 대마 섬유와 결합하여 압축 강도, 단열성 및 지속 가능성을 향상시켰습니다. 여기에 아크릴아미드(ACR) 단량체, 메틸렌비스아크릴아미드(MBA) 가교제, 과황산암모늄(APS)으로 구성된 결합제를 첨가했습니다.
전체적으로, 이는 무게 기준으로 70~80%의 바이오 기반 소재를 사용하는 데 성공했습니다.
기존 콘크리트보다 뛰어난 강도와 빠른 경화 속도
이 소재가 콘크리트에 비해 제공하는 주요 이점은 특히 3D 프린팅 직후에 더욱 강화된 강도입니다.
3메가파스칼(MPa)의 시공 강도를 갖춘 이 소재는 다층 벽체 및 지붕과 같은 독립형 돌출부 건설을 가능하게 합니다.
이러한 강도는 시간이 지남에 따라 증가하여 매우 견고한 최종 구조물을 만듭니다.
"이 소재는 주거용 구조 콘크리트에 요구되는 강도인 17메가파스칼을 단 3일 만에 넘어서는데, 이는 기존 시멘트 기반 콘크리트가 28일이나 걸리는 것과 비교하면 매우 짧은 기간입니다."
데빈 로치 - 오클라호마 주립대학교 공과대학 기계공학과 조교수
또 다른 장점은 경화 시간입니다. 이 소재는 주거용 구조 콘크리트에 필요한 17MPa 강도에 단 3일 만에 도달합니다. 기존 시멘트 기반 콘크리트가 약 28일 걸리는 것과 비교하면 2주 이내에 완전히 경화됩니다.
연구진은 또한 다양한 3D 프린팅 제작 방법을 테스트했습니다. 그들은 더 높은 강도와 빠른 중합 속도 덕분에 새로운 혼합물이 하부 구조물 없이도 프린팅될 수 있음을 입증했습니다.
이 새로운 방법은 일반적인 모양의 문과 창문을 출력하는 데에도 사용할 수 있으며, 이러한 부분은 일반적으로 콘크리트 3D 프린팅에서 추가 재료나 특수 방법을 필요로 합니다.
"이 소재는 지지대 없이 자립형 구조물을 출력할 수 있는 능력을 갖추고 있으며, 특히 전면 중합 콘크리트를 이용한 다양한 독창적인 출력 기능을 제공합니다."
점토와 대마를 이용한 3D 프린팅이 미래 건축물에 미칠 수 있는 영향은 무엇일까요?
3D 프린팅 주택과 건축 자재는 초기에는 콘크리트를 사용했지만, 이 혁신적인 건축 방식은 앞으로 새로운 재료의 도입으로 더욱 발전할 가능성이 높습니다.
현재로서는 아직 실험 단계이기 때문에 점토-대마-바이오차 기반 소재는 콘크리트보다 가격이 더 비쌉니다.
하지만 3D 프린팅의 효율성 덕분에 더욱 개선되고 건설 비용이 절감된다면 궁극적으로는 기존 재료와 동등한 수준에 도달할 것입니다.
게다가, 탄소세가 시멘트 가격에 큰 영향을 미치기 시작할 경우, 우수한 탄소 배출량 저감 능력은 결정적인 요인이 될 수 있습니다.
시멘트 생산에 투자하기
투자자를 위한 시사점 – 점토-대마 3D 프린팅 및 CRH
점토-대마 폴리머 콘크리트는 아직 연구실 및 시범 단계에 있지만, 건설 탈탄소화, 자동화된 3D 프린팅 건축, 그리고 프로젝트 기간을 단축하는 속경화 소재라는 세 가지 강력한 흐름의 중심에 있습니다. 오리건 주립대학교에서 개발한 이 혼합물은 바이오 기반 골재와 폴리머 화학을 통해 기존 시멘트보다 훨씬 낮은 CO₂ 배출량으로 몇 주가 아닌 며칠 만에 구조적 강도를 구현할 수 있음을 보여줍니다. 공모 시장 투자자들에게 CRH는 이러한 전환에 투자할 수 있는 가장 확실한 방법 중 하나입니다. CRH는 북미 최대의 재활용 기업으로, 이미 대체 연료를 사용하여 시멘트 배출량을 줄이기 시작했으며, Sublime Systems와 같은 저탄소 시멘트 혁신 기업, 탄소 포집 기술, 그리고 AI 기반 배합 최적화에 자본을 투자하고 있습니다. 전해조 기반 시멘트와 첨단 3D 프린팅 배합이 상업적으로 확대된다면, CRH처럼 글로벌 유통망, 자본, 그리고 규제 당국과의 관계를 갖춘 기존 기업들이 이러한 변화에 휘둘리지 않고 주도권을 잡을 수 있는 최적의 위치에 있게 될 것입니다.
CRH: 지속가능한 시멘트 분야의 선도기업이자 탈탄소화 기업
(CRH )
세계적인 시멘트 생산 기업 중 하나인 CRH는 시멘트 건설 산업을 더욱 지속 가능한 산업으로 전환하는 데 중요한 역할을 할 것입니다. CRH는 미국과 유럽 시장 모두에서 건설 자재 공급량 기준 1위를 차지하고 있습니다.
이 회사는 28개국 3,390개 지역에서 78,500명의 직원을 고용하고 있으며, 65년 글로벌 매출의 2023%는 CRH Americas에서 창출될 예정입니다.
CRH는 서방 정부의 인프라 투자 확대가 사업 성장에 도움이 될 것으로 기대하고 있습니다. 재산업화 및 첨단 기술 제조업의 국내 이전 추세 또한 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상됩니다.
출처: CRH
CRH는 일련의 이니셔티브를 통해 지속 가능성 측면에서 큰 진전을 이루었습니다.
- 이 회사는 북미 최대의 재활용 업체로, 2023년에 43.9만 톤의 폐기물과 다른 산업에서 발생하는 부산물을 재활용했습니다.
- 이 회사는 시멘트 공장에서 대체 연료를 36% 사용한 덕분에 2023년에 이산화탄소 배출량을 8% 줄였습니다.
- 30년까지 배출량을 2030년 배출량 대비 2021% 감축하는 것을 목표로 하고 있습니다.
이는 그 자체로 칭찬할 만한 일이지만, 콘크리트 산업의 탄소 배출량을 고려할 때 너무 미흡하고 너무 늦은 조치로 볼 수 있습니다.
다행히 CRH는 해당 분야에 더욱 근본적인 변화를 가져오는 주도적인 역할도 하고 있습니다. 특히, 유럽 콘크리트 거대 기업인 Holcim과 함께 저탄소 시멘트 회사 Sublime에 75만 달러를 투자했습니다..
숭고한 시스템 2020년 MIT에서 분사한 이 회사는 상온에서 시멘트를 생산하기 위해 전해조를 활용하여 에너지와 화석 연료 집약적인 소성로를 대체합니다. 또한 칼슘 원료를 사용할 수 있어 석회석 투입으로 인한 CO₂ 배출을 방지합니다.
서블라임의 홀리오크 첫 상업 시설은 2026년 초에 개장할 예정입니다. 성공적이라고 입증될 경우, 이는 시멘트 산업에 진정한 판도를 바꿀 수 있으며, 대규모 생산이 가능한 저배출 콘크리트의 길을 열어줄 수 있습니다.
CRH는 또한 다른 탈탄소화 및 지속 가능성 스타트업에도 투자했습니다.
- 23.7억 유로 쿨 플래닛 테크놀로지스, 전통적으로 탈탄소화가 어려웠던 산업을 대상으로 탄소 포집 솔루션을 개발합니다.
- CRH 및 기타 투자자가 34.7만 달러를 투자 탄소 업사이클링 기술완전 전기식 광물화 솔루션을 사용하여 시멘트, 플라스틱, 소비재, 비료 및 의약품과 같은 산업 부산물 및 광물에 CO₂를 영구적으로 저장합니다.
- AI크리트이 플랫폼은 지역 콘크리트 생산업체와 협력하여 현지 자재를 최적화하고 AI 분석을 통해 시멘트 사용량을 최소화함으로써 CO₂ 배출량과 콘크리트 생산 비용을 모두 줄이는 '레시피 서비스'입니다.
- FIDO AI의 시리즈 B 펀딩은 AI를 사용하여 물 소비를 줄이고 물 절약을 늘리는 스타트업입니다.
마지막으로, CRH는 또한 투자하고 있습니다. 3D 콘크리트 프린팅(3DCP) 을 통하여 자회사인 아메리믹스.
전반적으로 CRH는 콘크리트 및 건설 산업에서 수익성이 높은 선도 기업이며, 기존 시설에서의 직접적인 활동은 물론, 탈탄소화 및 3D 프린팅을 포함한 차세대 시멘트 및 콘크리트 생산 기술을 개발하는 혁신적인 스타트업에 주요 자본을 제공함으로써 산업의 탈탄소화를 매우 적극적으로 준비하고 있습니다.
CRH(크레딧주) 최신 주식 뉴스 및 동향
참고 연구
1. Nicolas A. Gonsalves 외. 바이오 기반 첨가제를 사용한 급속 경화 점토 콘크리트를 이용한 지속 가능한 인프라의 3D 프린팅. Advanced Composites and Hybrid Materials. 제8권. 2025년 10월 1일. https://link.springer.com/article/10.1007/s42114-025-01456-1
