Huynh Trong Phuoc 부교수(칸토 대학교)는 평탄화에 적용되는 폐슬러지와 플라이애시로부터 콘크리트와 유사한 재료에 대한 연구에 참여했습니다.
후인 트롱 푸옥(35세) 부교수는 과학 연구 및 교육 분야에서 이룬 뛰어난 업적으로 2023년 골든 글로브 상을 수상했습니다. 그 중 뛰어난 프로젝트로는 폐슬러지를 이용한 소재 개발이 있습니다.
푸옥 부교수는 7년 전 대만과학기술대학에서 박사학위를 공부할 당시 연구를 진행했다고 말했습니다. 당시 타이베이의 한 폐수 처리 회사에서 공장에서 발생하는 슬러지를 캠퍼스 내 매립지 재료로 활용하기 위한 연구를 지시했습니다.
푸옥 박사와 그의 연구진은 슬러지와 플라이애시, 소량의 시멘트 및 기타 첨가제를 혼합하여 제어된 저강도 재료(CLSM)를 생성하는 공식을 개발했습니다. 추가된 시멘트와 첨가제는 플라이애시와 퇴적물이 화학 반응에 참여할 수 있는 유리한 환경을 조성하여 하중 지지 용량을 갖춘 CLSM 재료를 형성합니다.
대만에서 공부하고 연구하던 시절의 후인 트롱 푸옥 박사(왼쪽에서 두 번째). 사진: NVCC
그는 폐수 처리 시설의 슬러지에는 이산화규소(SiO2)와 산화알루미늄(Al2O3) 함량이 상당히 높은데, 이는 석탄 화력 발전소의 플라이애시 성분과 비슷하다고 말했습니다. 두 물질의 밀도와 입자 구성은 크게 다르지 않으므로 CLSM 물질을 만들기 위해 혼합하기에 매우 적합합니다. "주문 단위의 구체적인 요구 사항에 따라 각 재료 구성 요소의 함량을 조정하여 사용 요구 사항을 충족하는 제품을 얻을 수 있습니다."라고 그는 말했습니다.
연구진은 배출원에서 직접 채취한 슬러지와 재를 실험실로 가져와 추가 처리 없이 바로 사용해 CLSM 소재를 만드는 공정을 개발했습니다.
푸옥 부교수는 특정 조건에 따라서는 습기와 직접 섞거나 건조하게 섞을 수 있다고 말했다(재료는 사용 전에 건조해야 함). 매립지에 사용되는 CLSM 재료의 경우, 그룹은 처리 비용을 절감하기 위해 습식 혼합 방법을 선택했습니다.
연구 목적으로 공장에서 슬러지를 수거하는 단계입니다. 사진: NVCC
연구팀은 수많은 실험실 테스트, 평가, 조정을 거쳐 제품이 사용 요건을 충족하도록 공식을 최적화했습니다. 이 단계는 가장 어렵고 시간이 많이 걸리는 단계로, 설계 계산과 혼합이 필요합니다. 연구팀은 성분의 양을 조금씩 조절할 때마다 제품의 특성이 극적으로 바뀌기 때문에 반복적으로 테스트를 실시해야 했습니다. 또한, 혼합방법이나 과정, 사용하는 장비의 종류 역시 연구 결과에 큰 영향을 미칩니다.
푸옥 부교수는 전통적인 모래 충전재와 비교했을 때 이 둘은 완전히 다른 방법이라고 말했습니다. 일반 모래로 채울 경우, 허용되기 전에 설계 밀도까지 재료를 압축하기 위해 롤링 에너지에 의존합니다. CLSM은 다양한 용도에 맞게 특성을 설계한 콘크리트와 같은 강도가 낮은 재료로서, 사용 요건에 맞게 완전히 조정할 수 있습니다. 품질 요구사항이 높을수록 생산 비용도 높아집니다.
해당 재료는 매립지로서 실제 활용에 큰 잠재력을 가지고 있지만, 이를 일반적인 매립지 재료로 대량 활용하려면 실제 생산 비용을 분석하고 장기적인 환경 영향을 평가해야 한다고 푸옥 부교수는 말했다. 그는 "건설 및 별도 수용을 위한 기술적 요건에 대한 구체적인 기준과 규정이 필요하다"고 말했다. 또한 슬러지 및 플라이애시 원료의 공급원은 품질 면에서 안정적인 회수원을 확보해야 하며, 산업 생산 규모를 갖춘 대량의 매장량을 확보하여 실용화 기반을 마련해야 한다.
연구팀의 CLSM 물질 현미경 사진. 사진: NVCC
이 팀의 연구는 높은 평가를 받았으며 타이베이의 한 정수 처리 시설 부지에 시험용 매립지가 설치되었습니다. 구현 직후의 예비 평가를 통해 설계된 자료 형태가 매우 적용 가능하다는 것이 입증되었습니다. 연구팀은 CLSM 재료의 설계 방법과 시공 방법을 최적화하기 위해 이 재료의 장기적 성능을 추적하기 위해 주기적으로 모니터링과 샘플링을 진행하고 있습니다.
국내에서는 플라이애시와 슬러지를 충진재로 사용하는 것에 대한 연구가 일부 진행되었지만, 과학 논문으로 발표된 연구는 많지 않습니다. 베트남에 적용하려면 국가 예산을 활용한 교량 및 도로 건설 프로젝트에 포함될 재료 기준을 계산하는 기초로 일련의 기술 표준을 개발해야 합니다.
또한, 대규모 프로젝트를 수행하는 데는 원자재의 공급원이 안정성과 연속성을 보장해야 합니다. 플라이애시는 수요를 충족시킬 수 있지만, 푸옥 부교수에 따르면 슬러지의 경우 1~2년에 한 번만 수처리 시스템을 준설하면 되기 때문에 수요를 충족시키기 어렵다고 합니다. 그는 이 문제는 슬러지를 대체할 다른 자원을 사용하는 방법을 연구하거나 원료 비율을 늘리거나 줄여 제조법을 변경해도 요구 사항을 충족시킬 수 있다고 말했습니다. "현재, 소규모 시범 프로젝트를 실시하고, 이후 대량 시행을 위한 기술 표준, 환경 영향 평가 및 기타 절차를 수립하자고 제안하는 교통 건설 회사가 있습니다."라고 Phuoc 부교수가 말했습니다.
하안
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