공주대 김진만 교수, 자원재활용 건축재료 개발
폐슬래그 재활용율 75% 이상의 실용화 기술 목표
지식경제부는 글로벌탑 환경기술개발사업의 일환으로 ‘석회석 자원 등을 활용한 저탄소산업 육성사업’을 시행키로 하고 2014년까지 정부출연금과 민간부담금 모두 192억원을 들여 2014년까지 ‘제강 환원슬래그의 고효율 급냉 재활용 기술개발’을 연구키로 했다. 이것은 광역권 연계 협력사업이기도 하다.
김진만 공주대(건축학부) 교수는 이런 슬래그 재활용을 위한 연구 과제의 책임자로 (주)에코마이스터와 함께 ‘급냉 제강 환원 슬래그를 활용한 저탄소 혼화재료 및 시멘트 개발’ 이란 연구를 진행하고 있어 관련업계의 기대를 한 몸에 받고 있다.
‘저탄소 기능성 골재의 실용화 기술 개발’ 과제
김진만 교수는 “연구의 최종 목표는 ‘제강 환원슬래그 급냉 기술’을 확립하고, ‘급냉 환원슬래그를 활용한 저탄소 급결 결합재 및 기능성 골재의 실용화’과제”라면서 “이 연구를 통해 ▲제강 환원슬래그 재활용율 75% 이상 ▲급냉 환원슬래그를 활용한 저탄소 급결 무기결합재 및 기능성 골재로의 활용 기술 개발 ▲5,000톤/월 규모의 환원슬래그 공기 급냉 처리용 Pilot Plant 설치 및 운영 ▲1,000톤/월 규모의 저탄소 급결 무기결합재 제조용 Pilot Plant 설치 및 운영 등을 세부개발 목표로 하고 있다”고 밝혔다.
김진만 교수의 연구 내용은 먼저 ‘제강 환원 슬래그의 광물학적 특성 분석이다. 국내 슬래그의 발생 현황과 물리화학적 특성 분석과 함께 급냉 환원 슬래그의 공학적 특성을 분석하는 것이다.
두 번째는 ‘제강 환원슬래그 급냉 골재의 재활용 기술 개발’이다. 급냉 환원슬래그 골재의 공학적 특성 분석과 급냉 환원 슬래그 골재의 활용 용도 개발한다. 또 급냉 환원슬래그 골재의 장기 내구성을 평가하고 그 용도 개발도 연구한다. 급냉 환원슬래그 골재의 실용도 적용과 매출 증진을 위한 용도 다양화도 동시에 연구한다.
세 번째는 ‘급냉 제강 환원슬래그 골재를 사용한 시멘트 콘크리트 제품 개발’이다. 급냉 환원슬래그 골재의 공학적 특성을 분석하고 건조 골재를 사용하는 시멘트 콘크리트 제품 현황 분석을 한다. 또 급냉 환원슬래그 골재를 사용한 시멘트 콘크리트 제품의 공학적 특성을 분석하고 최적 배합 설계 도출 및 현장 적용성도 평가한다.
네 번째는 ‘급냉 환원슬래그를 이용한 저탄소 급결 무기결합재 기술 개발’이다. 다양한 플랜트에서 유래하는 서냉 환원슬래그의 공학적 특성을 분석하고 환원슬래그를 대상으로 한 공기 급냉 후의 반응 특성 분석을 한다. 또 급냉 환원슬래그 미분말 치환율 변화에 따른 저탄소 급결 무기결합재의 특성 분석을 통해 첨가제 사용에 의한 급결 무기결합재의 최적 성능 구현을 위한 연구를 한다. 또 저탄소 급결 무기결합재의 성능 제어 기술 개발과 내구성능 평가를 통해 배치별 조성 변화를 고려한 품질 안정화 기술 개발을 한다. 이를 통해 저탄소 급결 무기결합재의 용도도 연구한다.
‘Pilot Plant 설치 및 운영’통해 시제품 생산도
다섯 번째는 ‘환원슬래그 공기 급냉 처리용 Pilot Plant 설치 및 운영’이다. 월 5,000톤 규모의 Pilot Plant 공정 설계 및 설치를 통해 Pilot Plant 공정별 품질 변화를 검토해 운전 조건 최적화를 연구한다. 또한 Pilot Plant 의 물질 수지 및 매뉴얼을 작성하고 이를 토대로 Pilot Plant에 의한 시제품을 생산한다.
여섯 번째는 ‘급냉 환원슬래그를 이용한 저탄소 급결 무기결합재 제조용 Pilot Plant 설치 및 운영’연구이다. 제조 공정 월 1,000톤 규모의 Pilot Plant 공정 설계 및 설치를 통해 Pilot Plant 설치 및 운영을 통해 Pilot Plant 공정별 품질 변화를 분석한다. 이를 통해 운전 조건 최적화를 연구하고 Pilot Plant의 물질 수지 및 매뉴얼 작성과 시제품을 생산한다.
마지막으로 ‘개발 제품의 사업화 계획 수립’ 연구이다. 개발 대상 제품의 시장성을 분석을 통해 사업화 계획을 수립하는 것이다.
김진만 교수는 연구개발 에 따른 기대 성과를 “폐기되었던 제강 환원슬래그의 순환활용기술 개발과 아토마이징 제강 환원슬래그를 이용한 제품의 경쟁력 확보와 저탄소 급결 무기결합재 제조 기술 확보”라면서 “제철 슬래그 종류별 처리 기술을 확립하고 급냉 플랜트의 실증화를 통한 슬래그 순환활용 기술의 고도화 실현과 급냉 골재의 제조 기술 확립을 기할 수 있다”고 강조했다.
김진만 교수는 이외에도 ▲경제성을 갖는 저탄소 급결 무기결합재 제조 기술 확보 ▲경쟁력 있는 기업 육성을 통한 신규인력의 고용 ▲시멘트화 기술 개발을 통한 CA계 급결 무기결합재 원료 수입 대체 ▲급냉에 의한 전기로슬래그 순환활용 기술의 수출 ▲폐기물 재활용율 향상 ▲기존 매립지 부족 현상 및 환경오염 방지 ▲이산화탄소 저감형 시멘트 제조 기술 확보 ▲침출수 및 소음, 먼지 발생 저감을 통한 환경오염이 없는 순환활용 기술의 실증화 등 다양한 성과를 기대할 수 있다고 설명했다.
김진만 교수, “건축재료 재활용 연구에 집중”
이 연구를 주도한 김진만 교수는 공주대 ‘친환경콘크리트 연구소’ 소장을 겸임하고 있다. 전공이 건축재료여서 친환경 건축재료 개발에 깊은 관심을 기울이고 있다. 그는 박사학위 논문은 ‘고강도 콘크리트 연구’였지만 1997년부터 건축재료 재활용에 대한 연구를 계속해 왔다. 또 건설순환자원학회 부회장도 맡고 있어 재활용기술 개발과 확산에도 많은 노력을 하고 있다.
김진만 교수는 “화학, 신소재, 전기, 바이오 등 다양한 분야에서 서로 융합해 재활용 기술이 개발되고 있지만, 건설 분야는 재활용률이 떨어진다”고 분석했다.
그는 “예전에는 새로운 것, 강도나 매끄러운 콘크리트 등에만 관심이 있었다”면서 “자동차 타이어의 경우 약 99%가 그대로 방치되는 등 심각한 자연훼손이 계속되고 있어 이제는 연구 활동도 재활용을 어떻게 할 수 있는지에 중점을 두고 있다”고 말했다.
김 교수는 건축재로 분야에서 재활용률을 높이기 위한 연구를 오랫동안 해 왔다. 특히 2001년부터 제철산업 발달로 인한 슬래그 재활용을 위한 연구를 집중적으로 하고 있었다. 그래서 이번 연구의 가장 적임자일 것이다.
김진만 교수는 “본 기술이 실용화되면 비용을 들여 폐기했던 폐기물을 무기계 결합재화 하므로 CO2 발생의 주범인 시멘트의 사용량을 크게 저감시킬 수 있는 새로운 자원을 확보하는 것이 가능하다”면서 “지구온난화 현상의 저감 및 콘크리트의 환경성능 증대에도 크게 기여할 수 있을 것으로 예측한다”고 강조했다.
김 교수는 이어 “건축재료가 그동안 높은 환경부하 산업이었던 만큼 앞으로는 중장기적인 환경 개선 대책 마련과 녹색성장을 위한 노력에 책임을 다해야 한다”면서 “앞으로도 사회를 이끌어 갈 지식인인 학생들이 친환경 기술력에 관심을 가지고 소비적이지 않은 신소재 개발 등에 주력하기를 바란다”고 말했다.
김진만 교수는 “자신의 능력을 개발해 한우물에 집중적으로 파고들어 세상에 뭔가 남길 것”을 후배들에게 바랐다.
지구온난화 현상으로 기상이변과 각종 재난이 수시로 닥치고 있는 이때 저탄소 녹색성장의 중요한 연구과제인 자원재활용에 대한 연구에 매진하고 있는 김진만 교수. 그의 연구 성과가 앞으로 우리나라 산업 발전은 물론 지구환경 개선의 한 전기를 마련해줄 것으로 업계와 건축학계의 주목을 받고 있다.
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