AI 붐이 만들어 낸 수백만톤의 콘크리트 공해 The AI Boom Rests on Billions of Tonnes of Concrete
AI 붐은 수십억 톤의 콘크리트에 기반을 두고 있습니다.
빅데이터는 큰 콘크리트를 의미합니다. 그리고 그것은 기술의 기후 공약을 무너뜨리고 있습니다.
애틀랜타 동쪽으로 올라가는 거대한 데이터 센터인 ATL4로 이어지는 시골길을 따라 수십 대의 주차된 차와 픽업트럭이 좁은 흙길에 힘겹게 기대어 있습니다. 많은 주 외 번호판은 이 거대한 건설 작업을 위해 모인 상인들의 대열을 잘 보여줍니다. 기술 거대 기업, 유틸리티, 정부가 AI 지배를 위한 글로벌 전투에 참여하기 위해 자본 확장에 1조 달러 이상을 예산으로 책정 하면서 데이터 센터는 벙커, 공장, 스컹크워크이며 콘크리트와 전기는 연료와 탄약입니다.
평범한 관찰자에게 데이터 산업은 무형으로 보일 수 있으며, 그 제품은 무게 없는 조각으로 만들어질 수 있습니다. 하지만 DataBank 의 ATL4를 위한 바쁜 공사 현장 옆에 서서 가장 인상 깊은 것은 AI의 하드웨어를 수용하고, 보호하고, 전원을 공급하고, 냉각할 거인의 형상을 형성하는 엄청난 양의 재료(대부분 콘크리트)입니다. 빅 데이터는 거대한 콘크리트입니다. 그리고 그것은 큰 문제를 일으킵니다.
콘크리트는 데이터 센터와 이를 가동하기 위해 건설 중인 발전소의 주요 재료일 뿐만 아니라 세계에서 가장 널리 제조되는 재료인 콘크리트(특히 콘크리트에 들어 있는 시멘트)는 기후 변화 에도 큰 영향을 미쳐 전 세계 온실 가스 배출량의 약 6%를 차지합니다 . 데이터 센터는 너무 많은 콘크리트를 사용하기 때문에 건설 붐이 기술 거대 기업의 탄소 배출 제거 약속을 무너뜨리고 있습니다. Google , Meta , Microsoft가 2030년까지 탄소 중립 또는 탄소 마이너스를 달성하고 Amazon이 2040년까지 달성하겠다고 선언했지만, 이 산업은 이제 잘못된 방향으로 움직이고 있습니다.
작년에 Microsoft의 탄소 배출량은 주로 새로운 데이터 센터의 재료 때문에 30% 이상 증가했습니다. Google의 온실 가스 배출량은 지난 5년 동안 거의 50% 증가했습니다 . 전 세계적으로 데이터 센터가 급증함에 따라 Morgan Stanley는 데이터 센터가 2030년까지 매년 약 25억 톤의 CO 2를 방출할 것으로 예상합니다 . 이는 현재 미국이 모든 출처에서 배출하는 양의 약 40%입니다.
하지만 AI 혁신과 빅데이터 건설 붐이 기술 산업의 하이퍼스케일러에 대한 배출량을 증가시키고 있는 가운데, 콘크리트의 재발명도 이 문제를 해결하는 데 큰 역할을 할 수 있습니다. 지난 10년 동안 혁신의 물결이 일었는데, 그 중 일부는 이윤을 추구하고 일부는 학술 연구실에서 나왔으며, 콘크리트의 탄소 문제를 해결하기 위한 것이었습니다. 시범 공장은 시멘트 공장에서 CO 2를 포집 하여 안전하게 보관하기 위해 가동되고 있습니다. 다른 프로젝트에서는 시멘트에 대한 기후 친화적인 레시피를 만들고 있습니다. 그리고 AI와 기타 계산 도구는 콘크리트에서 시멘트를 덜 사용하고 데이터 센터, 발전소 및 기타 구조물에서 콘크리트를 덜 사용하여 탄소를 획기적으로 줄이는 방법을 밝히고 있습니다.
녹색 콘크리트에 대한 수요는 분명히 증가하고 있습니다. Amazon , Google , Meta , Microsoft는 최근 Open Compute Project Foundation 이 주도하는 이니셔티브에 참여하여 예를 들어 데이터 센터에서 저탄소 콘크리트의 테스트와 배포를 가속화했습니다. 공급도 증가하고 있지만, 성형 가능한 암석에 대한 인류의 엄청난 욕구에 비하면 여전히 미미합니다. 하지만 거대 기술의 녹색 목표가 저탄소 콘크리트 혁신을 촉진하고 이를 위한 강력한 시장을 창출할 수 있다면, 빅데이터의 붐은 결국 지구에 큰 도움이 될 수 있습니다.
하이퍼스케일러 데이터 센터: 콘크리트가 너무 많다
ATL4 건설 현장에서 저는 회사의 크고 친절하고 직설적인 건설 책임자인 Tony Qoori 를 만났습니다 . 그는 이 거대한 건물과 DataBank가 최근에 애틀랜타 지역에 건설했거나 계획 중인 다른 네 개의 건물이 합쳐서 133,000제곱미터(144만 제곱피트)의 바닥 공간을 추가할 것이라고 말했습니다.
그들은 모두 Qoori가 회사의 점점 더 커지는 센터의 건설을 최적화하기 위해 개발한 보편적인 템플릿을 따릅니다. 각 현장에서 트럭은 1,000개가 넘는 조립식 콘크리트 조각, 즉 벽 패널, 기둥 및 기타 구조적 요소를 운반합니다. 근로자들은 정밀하게 측정된 부품을 빠르게 조립합니다. 수백 명의 전기 기술자가 건물에 몰려들어 단 며칠 만에 전선을 연결합니다. 건설 지연으로 인해 AI 전투에서 패배할 수 있으므로 속도가 중요합니다.
그 전투는 새로운 데이터 센터와 바닥 공간에서 측정할 수 있습니다. 미국은 현재 5,000개가 넘는 데이터 센터를 보유하고 있으며 , 상무부는 2030년까지 그 수가 매년 약 450개씩 증가할 것으로 예측합니다. 전 세계적으로 데이터 센터의 수는 현재 10,000개를 넘었으며, 분석가들은 향후 5년 동안 바닥 공간이 2,650만m2 더 늘어날 것으로 예상합니다. 여기 애틀랜타 도시권에서 개발자들은 작년에 이 지역의 데이터 센터 용량을 세 배로 늘릴 프로젝트를 시작했습니다. 예를 들어 Microsoft는 186,000m2 의 단지를 계획하고 있습니다 . 약 100,000개의 랙 장착 서버를 수용할 수 있을 만큼 크고 324메가와트의 전기를 소비합니다.
데이터 센터 붐의 속도는 아무도 더 푸른 시멘트를 기다리지 않는다는 것을 의미합니다. 지금으로선 업계의 만트라는 "빌드, 베이비, 빌드"입니다.
ATL4의 구조 엔지니어인 Aaron Grubbs는 "이러한 프로젝트에서 콘크리트를 대체할 만한 좋은 재료는 없습니다."라고 말합니다. 랙에 탑재된 최신 프로세서는 이전 세대보다 더 크고, 더 무겁고, 더 뜨겁고, 훨씬 더 많은 전력을 소모합니다. 그 결과 "열을 많이 추가하게 됩니다."라고 Grubbs는 말합니다.
1,000개 기업이 친환경 콘크리트를 개발 중
콘크리트는 전기와 전자가 현대 생활에 어떻게 스며들었는지에 대한 이야기에서 눈에 띄는 스타처럼 보이지 않을 수도 있습니다. 구리와 실리콘, 알루미늄과 리튬과 같은 다른 재료는 더 높은 요금을 받습니다. 그러나 콘크리트는 세계 전기 작업에 문자 그대로 없어서는 안 될 기반을 제공합니다. 그것은 발전과 분배를 가능하게 하는 견고하고 안정적이며 내구성이 뛰어나고 내화성이 있는 재료입니다. 그것은 거의 모든 첨단 제조 및 통신의 기반을 형성합니다 . 1세기 전 전력 산업의 급속한 확장에서 사실이었던 것은 오늘날 데이터 산업에도 사실입니다. 기술의 진보는 더 많은 성장과 더 많은 콘크리트를 낳습니다. 각 세대의 프로세서와 메모리가 각 칩에 더 많은 컴퓨팅을 압축하고 초전도 마이크로 회로의 발전으로 데이터 센터의 면적을 줄일 수 있다는 유혹적인 전망이 제기되었지만, Qoori는 그의 건물이 조만간 신발 상자 크기로 줄어들 것이라고 생각하지 않습니다. 그는 "저는 이전에 그런 종류의 변화를 겪었고, 공간에 대한 필요성이 그와 함께 커지는 것 같습니다."라고 말합니다.
무게로 따지면 콘크리트는 특별히 탄소 집약적인 재료가 아닙니다. 예를 들어, 1kg의 강철을 만드는 것은 1kg의 시멘트 보다 약 2.4배 많은 CO 2를 방출합니다 . 하지만 글로벌 건설 산업은 연간 약 350억 톤의 콘크리트를 소비합니다. 이는 지구상의 모든 사람당 약 4톤이며 다른 모든 건축 자재를 합친 것보다 두 배나 많습니다. 그 엄청난 규모와 관련 비용, 그리고 생산자의 엄청난 수가 기후에 대한 위협과 변화에 저항하는 관성을 모두 만들어냅니다.
그러나 변화는 다가오고 있습니다. 프랑스 리옹에 있는 스위스 소재 대기업 홀심( Holcim) 이 운영하는 혁신 센터를 방문했을 때 , 연구 임원들은 시멘트와 콘크리트의 탈탄소화를 위해 노력하는 약 1,000개 회사의 데이터베이스에 대해 말해주었습니다. 아직까지는 전 세계 콘크리트 배출량을 측정할 만큼 충분한 추진력을 가진 회사가 없습니다. 하지만 혁신가들은 데이터 센터의 붐과 각 터빈 기초가 최대 7,500m3의 콘크리트를 사용할 수 있는 새로운 원자로 와 해상 풍력 발전소 와 같은 관련 인프라 가 마침내 실험실, 스타트업, 파일럿 플랜트를 넘어 친환경 시멘트와 콘크리트를 밀어붙일 수 있기를 바라고 있습니다.
시멘트 생산이 왜 이렇게 많은 탄소를 배출하는가
"시멘트"와 "콘크리트"라는 용어는 종종 혼동되지만, 둘은 같은 것이 아닙니다. 업계에서 인기 있는 비유는 시멘트가 콘크리트 케이크의 달걀이라는 것입니다. 기본적인 레시피는 다음과 같습니다. 시멘트를 더 많은 양의 모래와 다른 골재와 섞습니다. 그런 다음 물을 추가하여 시멘트와 화학 반응을 일으킵니다. 시멘트가 모든 구성 요소를 함께 끌어당기는 매트릭스를 형성할 때까지 잠시 기다립니다. 바위처럼 단단한 덩어리로 경화되도록 그대로 두십시오.
전 세계 대부분의 콘크리트에 사용되는 주요 바인더인 포틀랜드 시멘트는 윌리엄 애스프딘이 아버지 조셉이 1824년에 특허를 받은 초기 모르타르를 가지고 작업하던 중 우연히 영국에서 발명했습니다. 100년이 넘는 과학을 통해 시멘트가 콘크리트에서 어떻게 작용하는지에 대한 필수적인 화학적 작용이 밝혀졌지만 새로운 발견으로 인해 여전히 중요한 혁신과 콘크리트가 오래됨에 따라 대기 중 탄소를 흡수하는 방식에 대한 통찰력이 생겨나고 있습니다 .
애스프딘 시대와 마찬가지로 포틀랜드 시멘트를 만드는 과정은 여전히 탄산칼슘의 결정 형태로 만들어진 퇴적 광물인 석회암으로 시작됩니다. 시멘트를 위해 채굴된 석회암의 대부분은 수억 년 전에 바다 생물이 바닷물에서 칼슘과 탄산염을 광물화하여 조개, 뼈, 산호 및 기타 단단한 조각을 만든 데서 유래했습니다.
시멘트 생산업체는 종종 수십 년 분의 돌을 공급할 수 있는 석회암 채석장 옆에 대규모 공장을 짓습니다. 돌은 분쇄된 다음 일반적으로 칼슘, 실리콘, 알루미늄, 철을 포함하는 적은 양의 다른 미네랄과 결합하면서 단계적으로 가열됩니다. 혼합 및 조리에서 나오는 것은 클링커라고 하는 작고 단단한 덩어리입니다. 조금 더 가공, 분쇄 및 혼합하면 이러한 펠릿이 분말 포틀랜드 시멘트로 바뀌는데, 이는 기존 콘크리트 생산에서 배출되는 CO 2 의 약 90%를 차지합니다 [인포그래픽, "더 깨끗한 콘크리트로 가는 길" 참조].
포틀랜드 시멘트의 탈탄소화는 종종 두 가지 제조 공정 때문에 중공업의 "어려운 문제"라고 불립니다. 첫 번째 공정은 연소입니다. 석회암을 클링커로 화학적으로 변형시키기 위해 대형 히터와 가마는 약 1,500°C의 온도를 유지해야 합니다. 현재 이는 석탄, 코크스, 연료유 또는 천연 가스를 태우는 것을 의미하며, 종종 폐플라스틱과 타이어도 함께 태웁니다. 이러한 화재로 인한 배기가스는 시멘트 산업 배출량의 35~50%를 발생시킵니다. 나머지 배출량의 대부분은 탄산칼슘(CaCO3)을 산화칼슘(CaO)으로 화학적으로 변형시켜 방출되는 기체 CO2 에서 비롯됩니다 . 이 공정을 소성이라고 합니다. 이 가스는 보통 대기로 바로 유입됩니다.
반면 콘크리트 생산은 주로 시멘트 가루를 다른 재료와 섞은 다음 슬러리를 굳기 전에 목적지에 신속하게 배달하는 사업입니다. 미국에서 대부분의 콘크리트는 배치 플랜트에서 주문에 따라 준비됩니다. 배치 플랜트는 재료를 합치고 호퍼에서 특수 믹서 트럭으로 분배한 다음 작업 현장으로 운반하는 강화된 재료 창고입니다. 콘크리트는 약 90분 후에는 너무 딱딱해져서 작동할 수 없기 때문에 콘크리트 생산은 매우 지역적입니다. 미국에는 버거킹 레스토랑보다 더 많은 레디믹스 배치 플랜트가 있습니다.
배치 플랜트는 다양한 작업의 요구에 맞게 맞춤화된 수천 가지의 잠재적 혼합물을 제공할 수 있습니다. 100층 건물의 콘크리트는 수영장의 콘크리트와 다릅니다. 모래의 품질과 돌의 크기를 다양하게 조절하고 다양한 화학 물질을 추가할 수 있는 유연성을 갖춘 배치 플랜트는 시멘트 플랜트보다 탄소 배출량을 줄이는 데 더 많은 요령을 가지고 있습니다.
탄소를 포집하는 시멘트 공장
중국은 전 세계에서 생산되고 사용되는 콘크리트의 절반 이상을 차지하지만, 중국 기업은 추적하기 어렵습니다. 중국 외의 상위 3대 다국적 시멘트 생산업체인 Holcim , 독일의 Heidelberg Materials , 멕시코의 Cemex는 CO 2 배출물이 빠져나가기 전에 포집하여 폐기물을 지하 깊숙이 매립하는 시범 프로그램을 시작했습니다. 이를 위해 그들은 석유 및 가스 산업에서 이미 사용되고 있는 탄소 포집 및 저장 (CCS) 기술을 시멘트 공장에 볼트로 고정하고 있습니다.
이러한 시범 프로그램은 수익을 갉아먹지 않고 확장해야 합니다. 수십 년 전 CCS를 시도했을 때 석탄 산업이 피했던 일입니다. 수십억 톤의 CO 2를 매년 안전하게 저장할 정확한 위치에 대한 어려운 질문도 남아 있습니다.
시멘트 생산자에게 CCS의 매력은 기존 공장을 계속 사용하면서도 무역 협회가 2050년까지 달성하겠다고 약속한 탄소 중립을 향해 진전을 이룰 수 있다는 것입니다 . 하지만 전 세계적으로 3,000개가 넘는 공장이 있는데, 모든 공장에 CCS를 추가하려면 엄청난 투자가 필요합니다. 현재 글로벌 공급의 1% 미만 이 저배출 시멘트입니다. 컨설팅 회사인 Accenture는 전체 산업에 탄소 포집을 위한 장비를 갖추는 데 최대 9,000억 달러가 들 수 있다고 추정합니다.
캐나다 에드먼튼에 있는 앨버타 대학교의 지반 공학 교수이자 석유 및 전력 산업에서 탄소 포집을 연구하는 릭 찰라투르닉은 "탄소 포집의 경제성은 괴물 수준"이라고 말합니다 . 하지만 그는 CCS에 일찍 뛰어든 기업에 대한 인센티브를 보고 있습니다. "예를 들어 하이델베르그가 가장 낮은 탄소를 향한 경쟁에서 승리한다면, 저탄소 제품을 요구하는 고객, 즉 하이퍼스케일러와 같은 고객에게 공급할 수 있는 최초의 [시멘트] 회사가 될 것입니다."
시멘트 회사들이 CCS에 수십억 달러를 투자할 가능성은 낮아 보이지만, 관대한 정부 보조금 덕분에 여러 회사가 시범 프로젝트를 시작했습니다. 하이델베르그는 2026년 후반에 에드먼튼 사업에서 CO 2를 포집하여 회사가 주장하는 "세계 최초의 본격적인 순제로 시멘트 공장"으로 전환할 계획을 발표했습니다 . 배기가스는 CO 2를 정제 하고 액체로 압축하는 주유소를 거쳐 화학 공장으로 운반되어 제품으로 전환되거나 고갈된 석유 및 가스 저장고로 운반되어 지하에 주입되며, 그곳에서 한두 시대 동안 그대로 유지되기를 바랍니다.
Chalaturnyk는 연간 100만 톤의 CO 2를 포집하는 것을 목표로 하는 에드먼튼 공장의 규모가 CCS 기술에 합리적인 시험을 제공하기에 충분하다고 말합니다 . 경제성을 증명하는 것은 또 다른 문제입니다. 에드먼튼 프로젝트의 10억 달러 비용의 절반은 캐나다와 앨버타 정부가 지불합니다.
더 깨끗한 콘크리트로 가는 길
빅데이터 건설 붐으로 기술 산업의 배출량이 늘어나면서 콘크리트의 재창조가 이 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.
• 오늘날의 콘크리트 콘크리트로 인한 온실 가스 배출의 대부분은 포틀랜드 시멘트 생산에서 발생하는데, 이는 높은 열을 필요로 하며 이산화탄소(CO 2 )를 공기 중으로 직접 방출합니다.
• 콘크리트의 미래 시멘트 및 콘크리트 생산의 각 단계에서 재료, 에너지 공급 및 콘크리트 사용의 발전은 폐기물과 오염을 줄이는 데 도움이 될 것입니다.
더 깨끗한 콘크리트를 만드는 과정을 보여주는 그림입니다.
미국 에너지부는 이와 비슷하게 하이델베르그에 최대 5억 달러를 제공하여 인디애나주 미첼에 있는 공장에 CCS를 부착하고 공장 아래에 연간 최대 200만 톤의 CO 2를 매립하는 비용을 충당하도록 했습니다. 그리고 유럽 연합은 더 큰 규모로 혁신 기금 에서 15억 유로(16억 달러)에 가까운 금액을 할당하여 회원국 7개국의 시멘트 공장에서 탄소 포집을 지원했습니다.
이러한 테스트는 고무적이지만, 모두 수십 년 전에 콘크리트 수요가 정점에 도달했던 부유한 국가에서 일어나고 있습니다. 중국에서도 콘크리트 생산이 침체되기 시작했습니다. 2040년까지의 글로벌 수요 증가는 인구가 여전히 증가하고 빠르게 도시화되고 있는 덜 부유한 국가에서 발생할 것으로 예상됩니다. Rhodium Group의 예측 에 따르면 , 해당 지역의 시멘트 생산은 현재 세계 공급의 약 30%에서 2050년까지 50%, 세기말 이전에 80%로 증가할 가능성이 높습니다.
그렇다면 부유한 세계의 CCS 기술이 나머지 세계로 확장될까요? 저는 최근 메데인에 있는 그의 사무실에서 콜롬비아의 주요 시멘트 생산업체 인 Cementos Argos 의 CEO인 Juan Esteban Calle Restrepo 와 대화할 때 이에 대해 물었습니다. 그는 솔직했습니다. 그는 "탄소 포집은 미국이나 유럽에서는 효과가 있을지 몰라도, 우리와 같은 나라에서는 그럴 여유가 없습니다."라고 말했습니다.
화학을 통한 더 나은 시멘트
시멘트 공장에서 석회암을 화석 연료 가마로 처리하는 한, 과도한 양의 이산화탄소를 발생시킬 것입니다. 하지만 석회암과 가마를 버릴 방법이 있을 수 있습니다. 연구실과 스타트업은 가열 시 CO 2를 방출하지 않는 소성 카올린 점토와 플라이 애시와 같은 석회암 대체물을 찾아왔습니다 . 카올린 점토는 전 세계적으로 풍부하며 수세기 동안 중국 도자기에 사용되었고 최근에는 화장품과 종이에 사용되었습니다. 석탄 화력 발전소의 지저분하고 독성이 강한 부산물인 플라이 애시는 저렴하고 여전히 널리 이용 가능하며, 많은 지역에서 석탄 발전이 줄어들고 있습니다.
스위스 연방 공과대학 로잔(EPFL)의 카렌 스크리베 너와 동료들은 소성 카올린 점토와 분쇄된 석회암을 소량의 클링커와 혼합한 시멘트를 개발했습니다. 소성 점토는 재생 가능한 에너지원의 전기로 작업을 수행할 수 있을 만큼 낮은 온도에서 수행할 수 있습니다. 다양한 연구에 따르면 LC3로 알려진 이 혼합물은 포틀랜드 시멘트에 비해 전체 배출량을 30~40% 줄일 수 있습니다.
LC3는 포틀랜드 시멘트보다 제조 비용이 저렴하고 거의 모든 일반적인 용도에 적합합니다. 그 결과, 소성 점토 공장이 아프리카, 유럽, 라틴 아메리카 전역에 생겨났습니다. 콜롬비아에서 Cementos Argos는 이미 매년 200만 톤 이상의 제품을 생산하고 있습니다. 세계 경제 포럼의 에너지 및 재료 센터는 LC3를 콘크리트의 탈탄소화에 가장 유망한 것으로 꼽습니다. 이 센터는 시멘트 산업에서 널리 채택하면 "2030년까지 최대 5억 톤의 CO 2 배출을 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다 . " 라고 추산합니다.
환경의 윈윈 상황에서 플라이 애시는 저배출 또는 제로 배출 콘크리트의 빌딩 블록으로도 사용할 수 있으며, 가공 시 발생하는 높은 열로 인해 포함된 독소의 대부분이 중화됩니다. 고대 로마인들은 화산재를 사용하여 느리게 굳지만 내구성 있는 콘크리트를 만들었습니다. 약 2천 년 전에 화산재 기반 시멘트로 지어진 판테온은 여전히 훌륭한 상태를 유지하고 있습니다.
석탄 플라이 애시는 로마 시멘트와 포틀랜드 시멘트와 유사한 반응성을 가진 비용 효율적인 성분입니다. 많은 콘크리트 공장은 이미 콘크리트 혼합물에 신선한 플라이 애시를 추가하여 시멘트의 15~ 35%를 대체하고 있습니다 . 이 재는 콘크리트의 작업성을 개선하고, 그 결과 콘크리트는 처음 몇 달 동안은 그렇게 강하지 않지만 판테온처럼 오래될수록 일반 콘크리트보다 더 강해집니다.
대학 연구실에서 플라이 애시로만 만든 콘크리트를 테스트한 결과, 일부는 실제로 표준 품종보다 성능이 우수하다는 것을 발견했습니다. 15년 이상 전, 몬태나 주립 대학의 연구자들은 신용 조합과 교통 연구 센터의 바닥과 벽에 100% 플라이 애시 로 만든 콘크리트를 사용했습니다. 하지만 성능은 석탄 발전소마다 다른 재의 화학적 구성과 까다로운 제조법을 따르는 것에 크게 좌우됩니다. 석탄 발전소의 폐쇄로 인해 신선한 플라이 애시가 점점 더 희소해지고 더 비싸졌습니다.
이로 인해 매립지에 묻히거나 연못에 버린 플라이애시를 처리하고 사용하는 새로운 방법이 생겨났습니다. 이러한 산업용 매장지는 모든 석탄 발전소가 문을 닫은 후에도 수십 년 동안 콘크리트를 만들기에 충분한 플라이애시를 보유하고 있습니다. 유타에 본사를 둔 Eco Material Technologies는 이제 신선한 플라이애시와 회수된 플라이애시를 모두 재료로 포함하는 시멘트를 생산하고 있습니다. 이 회사는 콘크리트에서 포틀랜드 시멘트의 최대 60%를 대체할 수 있으며 3D 프린팅에 적합한 새로운 품종은 포틀랜드 시멘트를 완전히 대체할 수 있다고 주장합니다.
휴스턴에 있는 신생 기업인 Hive 3D Builders는 저배출 콘크리트를 텍사스의 여러 개발 지역에서 주택을 인쇄 하는 로봇에 공급해 왔습니다. Hive 3D의 CEO인 티모시 란카우는 "우리는 포틀랜드 시멘트를 전혀 사용하지 않습니다."라고 말합니다. "우리는 우리 집이 1,000년 동안 지속되기를 바랍니다."
MIT의 배터리 과학자들이 분사한 신생 기업인 Sublime Systems는 열 대신 전기화학을 사용하여 탄소가 포함되지 않은 암석에서 저탄소 시멘트를 만듭니다. 배터리와 유사하게 Sublime의 공정은 전극과 음극 사이에 전압을 사용하여 규산염과 석회(CaO) 형태의 반응성 칼슘을 분리하는 pH 구배를 생성합니다. 이 회사는 이러한 성분을 혼합하여 휘발성 탄소가 없고 가마나 용광로가 없으며 포틀랜드 시멘트와 비슷한 결합력을 가진 시멘트를 만듭니다.Sublime은 미국 에너지부로부터 8,700만 달러 의 지원을 받아 매사추세츠주 홀리오크에 수력 발전 으로 거의 전적으로 전력을 공급받는 공장을 짓고 있습니다. 이 회사는 최근 마사스 빈야드 해안에서 계획된 대규모 해상 풍력 발전소에 콘크리트를 제공하도록 선정되었습니다
소프트웨어는 콘크리트의 어려운 문제를 해결합니다.
어떤 혁신도 시멘트 산업이 2050년 이전에 탄소 중립이라는 목표를 달성할 수 있게 해줄 가능성은 낮습니다. 새로운 기술은 성숙하고 확장되며 비용 경쟁력을 갖추는 데 시간이 걸립니다. 그동안 ETH 취리히의 구조 엔지니어인 필립 블록은 스마트 엔지니어링이 재료를 보다 적게 사용하여 탄소 배출을 줄일 수 있다고 말합니다.
그의 연구 그룹은 콘크리트 구조물의 강도를 극대화하는 동시에 질량을 최소화하기 위해 기하학을 영리하게 활용하는 디지털 설계 도구를 개발했습니다. 팀의 설계는 고대 사원, 성당, 모스크의 솟아오른 건축 요소(특히, 금고와 아치)에서 시작하여 소형화하고 평평하게 한 다음 콘크리트 바닥과 천장 내부에 3D로 인쇄하거나 성형합니다. 아파트와 사무실 건물의 상층에 적합한 경량 슬래브는 콘크리트와 강철 보강재를 훨씬 적게 사용하고 CO 2 발자국을 80% 줄였습니다.
이렇게 날씬한 디자인에는 숨겨진 마법이 있습니다. 여러 층 건물에서 콘크리트의 많은 질량은 그 위에 있는 재료의 무게를 지탱하는 데만 필요합니다. 따라서 Block의 가벼운 슬래브의 탄소 절감은 건물의 기존 콘크리트 요소의 크기, 비용 및 배출량이 줄어들기 때문에 복합됩니다.
스위스 뒤벤도르프에 있는 실험적인 건물은 블록의 구조적 시스템에 의해 만들어진 바닥, 지붕, 천장을 가지고 있습니다. ETH에서 분사된 스타트업인 Vaulted 는 스위스 추크에서 건설 중인 10층 사무실 건물의 가벼운 바닥을 엔지니어링하고 제작하고 있습니다.
그 나라는 단순히 철거 잔해를 매립하는 것이 아니라 콘크리트를 재활용하고 재사용하는 현명한 방법에서도 선두 주자였습니다. 말하기는 쉽지만 실천하기는 어렵습니다. 콘크리트는 철근이 가득한 튼튼한 재료이기 때문입니다. 하지만 경제적 인센티브가 있습니다. 모래와 석회암과 같은 원자재가 점점 희소해지고 비용이 더 많이 듭니다. 유럽의 일부 관할권에서는 이제 새 건물을 재활용 및 재사용 재료로 만들어야 합니다. 절묘한 모더니스트 건축을 선보이는 Kunsthaus Zürich 박물관의 새로운 증축은 콘크리트의 2%를 제외한 모든 재료에 재활용 재료를 사용합니다 .
새로운 정책이 재활용 재료에 대한 수요를 증가시키고 유럽 전역에서 포틀랜드 시멘트의 미래 사용을 제한할 위기에 처하면서 Holcim은 오래된 콘크리트에서 시멘트 클링커를 회수할 수 있는 재활용 공장을 건설하기 시작했습니다. 최근 파리 외곽의 1960년대 아파트 건물의 철거 잔해를 220유닛 주택 단지의 일부로 바꾸었는데, 100% 재활용 콘크리트 로 만든 최초의 건물이라고 합니다. 이 회사는 유럽의 모든 주요 도시권에 콘크리트 재활용 센터를 건설하고 2030년까지 모든 시멘트에 재활용 재료를 30% 포함할 계획이라고 말합니다 .
저탄소 콘크리트의 추가 혁신은 확실히 올 것입니다. 특히 머신 러닝 의 힘이 문제에 적용됨에 따라 더욱 그렇습니다. 지난 10년 동안, 가능한 콘크리트 혼합물의 광대한 공간을 탐색하기 위한 계산 도구에 대해 보고하는 연구 논문의 수는 기하급수적으로 증가했습니다 . AI가 약물 발견을 가속화하는 데 사용되고 있는 만큼 , 도구는 입증된 시멘트 혼합물의 거대한 데이터베이스에서 학습한 다음 추론을 적용하여 테스트되지 않은 혼합물을 평가합니다.
일리노이 대학과 미국 최대의 민간 콘크리트 생산업체 중 하나인 시카고에 본사를 둔 Ozinga 의 연구원들은 최근 Meta와 협력하여 1,030개의 알려진 콘크리트 혼합물을 AI에 공급했습니다. 이 프로젝트는 일리노이주 DeKalb에 있는 데이터 센터 단지의 일부 구역에 사용될 새로운 혼합물을 만들어냈습니다. AI에서 파생된 콘크리트는 나머지 부지에 사용된 기존 콘크리트보다 탄소 발자국이 40% 낮습니다. Ozinga의 혁신 부사장인 Ryan Cialdella는 선순환을 언급하며 미소를 지었습니다. 데이터 센터에 있는 AI 시스템은 이제 이를 수용하는 콘크리트에서 발생하는 배출물을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
정보화 시대의 지속 가능한 기반
저렴하고 내구성이 뛰어나며 풍부하지만 지속 불가능한 포틀랜드 시멘트로 만든 콘크리트는 현대 기술의 파우스트적 거래 중 하나였습니다. 건설된 세계는 2060년까지 바닥 면적이 두 배로 늘어나 230,000km2, 즉 캘리포니아 면적의 절반 이상이 추가될 예정입니다 . 그 중 많은 부분이 인구가 늘어날 가능성이 있는 20억 명을 수용할 것입니다. 글로벌 운송, 통신, 에너지 및 컴퓨팅 네트워크가 성장함에 따라 새로운 부속물은 콘크리트 위에 놓이게 될 것입니다. 그러나 콘크리트가 변하지 않는다면 우리는 해수면 상승, 화재 및 극한의 날씨와 같은 다가올 기후 혼란으로부터 자신을 보호하기 위해 더 많은 콘크리트를 생산해야 할 것입니다.
데이터 센터의 AI 주도 붐은 그 자체로 이상한 거래입니다. 미래에 AI는 우리가 더욱 번영하는 삶을 살 수 있도록 도울 수도 있고, 우리의 자유, 예의, 고용 기회, 환경을 훼손할 수도 있습니다. 하지만 AI의 데이터 센터가 지구에 강요하는 나쁜 기후 거래에 대한 해결책은 그것을 배치할 의지가 있다면 손에 있습니다. 하이퍼스케일러와 정부는 세계가 사용하는 시멘트와 콘크리트의 종류와 그것들이 만들어지는 방식을 빠르게 바꿀 수 있는 영향력을 가진 몇 안 되는 조직 중 하나입니다. 지속 가능성을 중심으로 콘크리트의 독특한 규모는 세계의 자연 시스템을 보호하는 데 가장 큰 역할을 할 수 있는 몇 안 되는 재료 중 하나입니다. 우리는 콘크리트 없이 살 수 없지만 야심 찬 재창조를 통해 우리는 그것으로 번창할 수 있습니다.
The AI Boom Rests on Billions of Tonnes of Concrete
https://spectrum.ieee.org/green-concrete
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