지구 온난화로 인한 기후변화는 인류가 해결해야 할 가장 시급한 문제 중 하나이다. 지구 온난화로 인한 식량 부족, 더위로 인한 사망, 홍수, 해수면 상승 등의 재해는 먼 미래에 일어날 일이 아닌 현재의 우리 생활에 직·간접적인 영향을 주고 있다. 국제 사회에서는 지구 온난화 방지를 위해 2015년 파리기후변화 협약을 체결하고 다양한 대응 노력을 기울이고 있으나 기후 위기 징후가 현실화하고 있다. 따라서 보다 강력한 온실가스 감축이 필요하며 2100년까지 지구 평균온도 상승을 1.5℃ 이내로 제한하기 위한 ‘2050 탄소중립’ 목표를 설정하였다. 우리나라에서도 2020년 12월 ‘2050 탄소중립’을 목표로 하는 장기저탄소발전전략을 수립하고 실천방안을 발표하였다.

화석연료의 사용이 많은 산업부문은 2030년까지 온실가스 배출량인 481백만 톤의 20.5%인 98.6백만 톤 감축을 목표로 하고 있다. 산업부문 중 시멘트 산업은 약 4천 6백만 톤의 시멘트 생산과 24.7백만 톤의 이산화탄소를 배출하고 있어 강력한 CO₂ 저감 노력이 필요하다. 시멘트 산업에서 배출되는 온실가스는 시멘트 원료로 사용되는 석회석이 열적으로 분해되는 과정에서 발생하는 CO₂(Process CO₂)가 약 60%를 차지하며, 클링커 생산을 위해 사용되는 화석연료 연소 때문에 발생하는 CO₂(Combustion CO₂)가 약 40%를 차지한다. 시멘트 산업에서 배출되는 온실가스 감축 기술 중 석회석 소성을 위해 사용되는 유연탄과 같은 화석연료를 폐합성수지, 바이오매스 등으로 대체하고 이때 발생한 CO₂를 포집하는 것과 동시에 유용한 물질로 전환하는 것이 가장 효과적으로 CO₂를 저감할 수 있는 기술로 부각되고 있다. 유연탄을 폐합성수지로 대체할 경우 시멘트 업계에서는 원가 절감 및 온실가스 감축 효과를 얻을 수 있으며 국가 차원에서는 폐플라스틱 대란을 일부 해소할 수 있는 대안으로 떠오르고 있다. 그러나 폐합성수지를 연소할 때 생성되는 염소 성분(Cl-)이 시멘트 킬른 내에서 지속해서 침적되어 고농도 염소 성분이 함유된 시멘트 킬른 더스트(CKD: Cement Kiln Dust)가 대량 발생하는 문제점이 있다. 본 연구팀은 지정폐기물로 막대한 처리 비용이 필요한 고농도 염소함유 CKD를 이산화탄소 광물화의 원료로 이용할 수 있는 점에 착안하여 시멘트 공정 배출 CO₂와 CKD를 동시에 처리할 수 있는 기술을 개발하였다.

본 연구에서는 하나의 반응장치에서 CO₂ 포집과 동시에 광물화 반응이 진행되는 일체형 반응시스템을 개발하였으며 CO₂ 제거 효율 97.5%, 포집된 CO₂ 전환율 100%를 달성하였다. CO₂로부터 생성된 탄산칼슘은 시멘트 원료로 사용되며 CKD에 고농도로 침적된 KCl은 간단한 수세와 분리공정을 거쳐 전량 비료 원료로 사용할 수 있기 때문에 CCU 기술의 가장 큰 단점인 경제성 문제를 해결할 수 있다. 본 연구팀에 개발한 기술은 시멘트 산업에서 배출되는 CO₂와 지정폐기물인 CKD를 활용한 공정으로 CO₂ 저감과 동시에 유용한 건자재 및 비료 원료를 생산할 수 있다. 또한 폐합성수지 활용 확대의 가장 큰 걸림돌 중 하나인 고농도 염소함유 CKD를 100% 재활용할 수 있어 폐기물 처리 비용을 절감할 수 있으며 국가적으로는 폐플라스틱 대란을 해소할 방안 중 하나이다. 상용공정으로 확대가 용이하고 경제성까지 확보한 개발 기술은 산업부 지원을 받아 ㈜평화엔지니어링, 삼표시멘트, 애니텍, 고등기술연구원, 공주대학교, 경기대학교와 공동으로 연구를 진행하였으며 현재 격상 연구를 준비 중이다. 본 기술은 국내외 시멘트 사에 확대 적용을 통해 탄소중립에 이바지함과 동시에 유사한 문제점을 안고 있는 중국, 베트남 등에 기술 수출이 가능할 것으로 판단된다.

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