중국의 시멘트 제조 현대화는 상당한 환경적 이득을 가져옵니다

커뮤니케이션 지구 및 환경 3권, 기사 번호: 276(2022) 이 기사 인용

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중국에서는 지난 수십 년 동안 건설 붐이 일어나 엄청난 양의 시멘트 사용이 이루어졌습니다. 동시에 시멘트 제조 기술도 급속히 업그레이드됐다. 여기에서는 국가 및 지방 수준의 데이터를 기반으로 회귀 모델, 수명주기 평가 및 시나리오 분석을 채택하여 1996년부터 2021년까지 시멘트 제조 기술의 진화 및 환경 영향을 제시합니다. 우리는 새로운 서스펜션 예열기 회전 가마가 기후 변화와 화석 고갈은 시멘트 제조의 주요 환경 부담으로 확인되는 반면, 미립자 물질 배출 감소는 신기술의 가장 두드러진 이점으로 보입니다. 2021년까지 기술 업그레이드를 통해 시멘트 제조로 인한 오염이 25%에서 53%까지 완화되었습니다. 우리의 연구 결과는 보다 지속 가능하고 환경 친화적인 시멘트 산업을 향한 신뢰할 수 있는 경로를 알려주는 데 도움이 될 수 있습니다.

전 세계적으로 최종 에너지 사용과 에너지 및 공정 관련 온실가스 배출의 최대 40%는 시멘트가 필수 성분인 건물 및 건설 활동에서 발생합니다1,2. 도시화와 현대화의 급속한 성장으로 건축 건설에 사용되는 시멘트의 소비와 생산이 눈에 띄게 증가했습니다. 1985년 이후 중국은 최대 시멘트 생산국이 되었으며 3년 동안(즉, 2010년부터 2012년까지) 미국이 20세기 전체에 걸쳐 소비한 시멘트보다 더 많은 시멘트를 소비했습니다3,4. 2018년 중국의 시멘트 생산량은 전 세계 시멘트 생산량의 약 56%를 차지했습니다5.

시멘트 제조 기술(CMT)의 급속한 발전으로 인해 중국은 최근 수십 년 동안 샤프트 가마, 기타 회전 가마(예: 습식 공정 회전 가마, 건식 중공 가마, 수직 예열 가마7) 및 새로운 3개의 주요 시멘트 가마를 활용했습니다. 서스펜션 예열기(NSP) 회전 가마. 2000년 이전에는 수입 장비(예: NSP 로터리 가마)8의 높은 비용으로 인해 샤프트 가마가 지배적인 CMT였습니다. 대규모 생산 능력과 안정적인 제품 품질9을 갖춘 가장 진보된 기술인 NSP 로터리 가마의 시장 점유율은 이 기간 동안 샤프트 가마6,10의 시장 점유율보다 훨씬 낮은 매우 제한적이었습니다. 그러나 경제 호황과 함께 NSP 로터리 가마는 2000년 이후 시멘트 제조 시장에서 인기를 얻기 시작했으며 2010년 이후 지배적이 되었습니다11,12.

중국의 이 엄청난 양의 시멘트 생산 및 소비는 이산화탄소(CO2)13, 질소산화물(NOx)9,14 및 중금속15,16과 같은 심각한 환경 영향을 동반했습니다. 시멘트 제조 공정은 주로 자원 추출, 원료 준비, 클링커 하소, 시멘트 분쇄17,18 및 화석 연료 연소19의 4단계로 구성됩니다. 이러한 제조 단계는 에너지와 천연 자원을 고갈시킬 뿐만 아니라 먼지, 소음 및 오염 물질을 환경에 방출하여 자연 환경과 인간 건강에 심각한 손상을 초래합니다20,21. 다양한 연구에서 시멘트 제조의 환경적 부담을 분석했지만 몇 가지 한계가 남아 있습니다. 첫째, CMT 변환 경로와 그에 따른 중국 환경 영향의 변화는 밝혀지지 않았습니다22,23,24,25. 둘째, 최근 연구에 따르면 시멘트 생산은 기후 변화(CC) 외에도 화석 고갈(FD) 및 광화학적 오존 형성(POF)과 같은 다른 심각한 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 추가 완화 조치를 위한 주요 환경 영향을 식별하려면 보다 포괄적인 분석이 필요합니다. 셋째, CMT3의 분포에는 지방마다 차이가 있지만, 제한된 수의 학자들이 CMT 진화를 연구하거나 지방 차원에서 중국 시멘트 생산의 환경 영향을 추정했습니다30. 토양 및 수질 오염물질(예: 육상 산성화 및 육상 생태독성). 마지막으로, 중국 중앙 정부는 지속 가능하고 조화로운 시멘트 산업을 촉진하기 위해 많은 조치를 취했지만31 지난 수십 년 동안 전반적인 환경 성과는 평가되거나 정량화되지 않았습니다.