CO2, 흙으로 돌아가라!

CO₂, 흙으로 돌아가라!   - SBC 테크타임즈 에서 발췌

대규모 발생원에서 배출되는 이산화탄소를 포집해 안정적으로 저장하는 대표적인 이산화탄소 감축 기술이다. 특히 이 가운데 광물탄산화 기술은 단기간에 실용화가 가능하고, 산업 부산물을 탄산화의 원료 물질로 활용할 수 있어 환경문제 해결에 가장 이상적인 방법으로 꼽히고 있다.

빠르고 안정된 처리가 가능한 광물탄산화

이산화탄소 처리 기술 가운데 광물탄산화는 이산화탄소를 칼슘(Ca)이나 마그네슘(Mg)과 같은 양이온을 포함하는 암석, 광물, 산업폐기물 등과 반응시켜 고체 상태의 탄산염광물로 전환해 저장하는 방식이다.
현재 CCS(이산화탄소 포집 및 저장) 기술 연구가 활발히 진행중에 있으나 지중 저장은 저장시설 확보가 쉽지 않은 반면, 광물탄산화법에 의한 이산화탄소 저장법은 신속하게 이산화탄소를 처분할 수 있고 다른 처리 기술에 비해 안정성이 뛰어나다는 장점이 있다. 반면, 비용이 많이 들고, 대량처분이 어렵다는 단점도 있다.
특히 산업부산물을 탄산화의 원료 물질로 활용할 수 있다는 점은 광물탄산화 방법의 가장 큰 장점이다. 국내 철강업체에서 발생하는 정련슬래그는 연간 570만 톤에 이른다. 정련슬래그로부터 산화칼슘(CaO) 성분을 선택적으로 선별, 추출 분리하여 이산화탄소 흡수제를 제조하게 되면 지구온난화 가스인 이산화탄소를 줄일 수 있을 뿐 아니라 폐기물을 산업소재로서 원료화할 수 있어 일석이조다.
특히 광물탄산화 과정에서 얻어지는 부산물인 황산암모늄은 비료의 원료로 사용되며, 생성물인 탄산칼슘은 고가의 건축재로 재활용 가능하므로 경제적인 측면에서 관련 산업에 미치는 파급 효과가 크다.

CO ₂ 절감에 산업부산물 활용까지 일석이조

향후 발생량이 지속적으로 증가할 것으로 예상되는 정련슬래그의 순환 활용 및 고부가가치 원천기술은 산화칼슘이나 산화마그네슘을(MgO)을 주성분으로 하는 미이용 광물자원 및 산업폐기물을 이산화탄소 흡수제 및 산업소재 원료로 순환 활용하는 데 직접 활용될 수 있다. 이산화탄소의 흡수제로는 정련슬래그 외에도 폐석고와 폐콘크리트도 주목을 받고 있다. 산업 부산물로서 발생되는 폐석고와 폐콘크리트는 각각 연간 200만 톤, 2000만 톤을 상회한다. 이것들을 처리하는 데에도 높은 비용이 요구되어 2차적인 환경 문제가 제기되고 있는 상황이다. 폐석고와 폐콘크리트를 탄산화 원료 물질로 활용하면 기업의 환경부담비를 대폭 줄일 수 있게 된다.
현재 규모는 작지만 미래의 중요한 자원으로서 ALC(Autoclaved light weight concrete)가 있다. ALC는 철근과 자갈을 제거한 나머지 부분으로, 배출량과 알칼리 함유율은 높지만 상대적으로 이산화탄소 고정화율은 17%로 가장 적다. 이에 대해 부산석고는 알칼리 함유량은 높지만 배출량이 적다.
현재 EU의 이산화탄소 배출권 구입액을 약 5만원/T이라고 할 때 국내 산업 부산물에 함유된 알칼리성 물질인 산화칼슘 및 산화마그네슘 성분을 모두 탄산염 광물로 변질시킨다면 이론적으로 연간 약 1,000만 톤의 이산화탄소를 저감할 수 있다. 이를 금액으로 환산하면 5천억 원에 해당되는 배출권을 확보할 수 있게 된다. 따라서 석회석 자원 보호는 물론이고 동시에 새로운 산업을 창출하게 되는 효과가 있다.

<사진 1> 광물탄산화는 자연산 광물이나 산업부산물을 원료로
이산화탄소와 반응시켜 이산화탄소를 광물 속에 저장하는 방법이다.

지질자원연구원, 폐석고 이용 광물탄산화 기술 개발

2000년 들어 전 세계적으로 광물탄산화 기술에서 급속한 진전이 보이고 있다. 특히 핀란드에서 연구가 활발히 이루어지고 있다. 핀란드에서는 탄산화 반응으로부터 생긴 열이 반응에 의해 필요한 에너지를 제공할 가능성이 있다는 점에 주목하고 있다. 이 방법은 최근 들어 사문석의 탄산화 반응에 있어 가장 성공적인 연구 성과로 꼽히고 있다.
네덜란드에서도 규회석과 제강슬래그에 대한 실험적인 연구를 시작했고, 스위스에서도 마그네슘 기반의 광물 탄산화 연구를 시작했다. 이 외에도 리투아니아, 이태리, 노르웨이, 에스토니아 및 그리스 등과 같은 나라에서도 이산화탄소의 고정화에 대한 연구를 수행하고 있다. 일본의 경우, 폐시멘트 및 콘크리트의 탄산화 반응 연구를 중점적으로 진행하고 있다.
국내의 경우, 지구 온난화 관련 광물 탄산화에 대해서는 현재까지 연구가 극히 미미한 수준이다. 다만, 이산화탄소의 저감보다는 생성물의 생성에 초점을 맞춘 연구가 수행되어 왔다. 제철 슬래그에 대한 탄산염 광물화 연구결과 보고가 있으며, 한국전력은 ‘오존수를 이용한 이산화탄소의 탄산염 광물화 원료용 사문석 용해 방법’ 에 대해 특허를 출원했다. 이 외에도 포항제철 등에서도 슬래그를 이용한 특허를 출원한 상태이다.
현재 국내에서 광물탄산화 기술을 연구하는 곳은 한국지질자원연구원이 유일하다. 지질자원연구원은 이산화탄소 처분의 중요성을 인식하고 이산화탄소 처분연구실을 신설해 광물탄산화와 지중저장 기술 개발에 힘을 쏟고 있다.
현재 연간 1000톤급 이산화탄소 처분이 가능한 광물탄산화 실험장비를 구축하고 폐석고를 이용한 이산화탄소 광물탄산화 기술 개발에 성공, 2건의 특허를 출원했다. 또한, 현재는 석면을 이용한 광물탄산화 기술도 개발하고 있다.
이러한 기술개발 성과를 바탕으로 내년 하반기 화력발전소에 광물탄산화 기술을 적용할 수 있을 것으로 내다보고 있다.

소재·순환자원 산업에 미치는 영향에 주목

온실가스 고정화 기술 개발은 국내 회사들의 온실가스 의무 감축량을 충당하는 효과적인 대안일 뿐 아니라 나아가 CDM 사업 등을 통한 수익 창출이 가능할 전망이다. 이산화탄소 고형화 기술은 다른 CDS 연구 사업에 비해 이미 핵심 기술을 확보한 기술로서 이러한 기술적인 우위의 확보는 중국 등 관련 산업이 급속도로 팽창하고 있는 주변국가로의 기술이전을 통해 온실가스 배출권의 추가 확보 가능성을 높이고 있다.
특히 이러한 이산화탄소의 탄산화 혹은 고형화 처리기술을 자원 활용기술과 융합할 경우 소재 산업 및 순환자원 산업에 미치는 기술적, 경제적 파급효과가 큰 것으로 예상된다. 이산화탄소 고정화 처리 시스템을 포스코, 화력발전소 등에 인시추 시스템으로 개발하면 이산화탄소 저감을 위한 산업 전반에 미치는 영향은 매우 클 것으로 기대된다.

<사진 2> 폐석고를 이용한 탄산화 반응 결과.
좌측이 원료인 석고, 우측이 반응 후의 방해석 결정이다.