석탄재와 이산화탄소로 시멘트를 만든다

ㅡ건설업계 최대 탄소 발자국 하나를 줄이는 신기술

원문 링크 보기: https://www.theearthandi.org/post/using-coal-ash-and-carbon-dioxide-to-make-cement

연구 엔지니어 케이시 존스가 위스콘신주 매디슨에 위치한 알리틱(Alithic) 시범 공장에서 건조 벨트를 점검하고 있다. 이 공장은 대기 중 이산화탄소와 석탄재 및 기타 산업 폐기물을 결합해 저비용 탄소 네거티브 건축자재를 생산한다. ©크리스 허벅/위스콘신 에너지연구소

위스콘신대학교 매디슨 캠퍼스에서 분사된 기업이 주요 산업 오염 물질인 이산화탄소(CO₂)와 석탄재 두 가지를 건축자재로 전환하는 기술을 발전시키고 있다. 이 자재는 기존 시멘트의 핵심 성분을 대체할 수 있으며 콘크리트 생산과 관련된 온실가스 배출을 줄일 수 있다.

위스콘신대 매디슨 캠퍼스 공학자들이 2023년 설립한 알리틱(Alithic)은 공기 중 CO₂를 직접 포집해 석탄재 같은 산업 폐기물과 반응시키는 화학공정을 통해 보조 시멘트질 재료(SCM)를 생산한다. 생성된 광물성 제품은 콘크리트의 결합제로 작용하며, 기존 포틀랜드 시멘트와 동등하거나 경우에 따라 이를 초과하는 강도를 제공하면서도 탄소를 방출하지 않고 격리한다.

콘크리트는 글로벌 인프라의 핵심이지만 동시에 주요 기후 문제가 되기도 한다. 일반 포틀랜드 시멘트는 석회석 고온 소성 및 클링커 생산 시 화석연료 사용으로 인해 전 세계 CO₂ 배출량의 약 7~8%를 차지한다. 반면 알리틱의 공정은 개조된 포집 장치 내에서 상온에서 작동하며, 적은 에너지로 탄소를 고체 광물 형태로 결합시킨다.

두 가지 폐기물 흐름 동시 처리

매디슨의 시범 공장에서 5명의 알리틱 팀은 CO₂를 흡수하는 수산화나트륨 용액 위로 상온의 공기를 통과시키는 공정을 개선 중이다. 이 탄산화 용액은 석탄재나 기타 산업폐기물과 혼합되며, 여기서 CO₂는 규산염 및 칼슘과 결합해 SCM을 형성한다. 벨트 필터가 제품을 건조하는 동시에 알칼리 용액을 재활용한다.

석탄 화력발전소의 부산물인 석탄재는 매립지 및 저류지에서 지하수 오염을 포함한 환경 문제를 초래한다. 알리틱의 접근법은 이 물질을 건설자재로 업사이클링함으로써 두 가지 폐기물 흐름을 동시에 해결한다.

로브 아넥스 교수가 두 가지 별개의 폐기물 흐름에서 유용한 시멘트 원료를 만드는 공정을 설명하고 있다. ©크리스 허벅/위스콘신 에너지연구소

공동 창립자이자 공학 교수인 로브 아넥스에 따르면, 상당한 에너지를 필요로 하는 대부분의 직접 공기 포집 기술과 달리 알리틱의 방법은 비교적 효율적이다. 이 회사는 실험실 개념 검증 단계에서 운영 시범 플랜트로 발전했으며, 현재 앨라배마주 윌슨빌에 위치한 국립 탄소 포집 센터에 톤 단위 파일럿 시설을 건설하기 위한 자금 조달을 진행 중이다.

알리틱의 제품은 클린테크 업계에서 주목받고 있다: 클린테크 그룹이 선정한 지속 가능성 기술혁신 초기단계 기업 50개사에 이름을 올렸으며, 세멕스 벤처스의 친환경 건설 스타트업 경진대회에서 최종 후보에 선정되기도 했다.

초기에는 기업 구매자를 대상으로 285톤의 CO₂ 제거 계약을 체결하는 등 탄소 제거를 비즈니스 모델의 일부로 추진했으나, 현재는 상업용 SCM 판매로 초점을 전환했다. 아넥스가 지적하듯, 내재된 탄소 포집 기술이 가치 있는 차별화 요소임에도 고객들은 기후 혜택보다는 성능과 비용을 주요 동기로 삼는다.

알리틱의 발전은 전 세계적으로 저탄소 시멘트 및 콘크리트 기술혁신이 진행되는 가운데 이루어지고 있다. 여기에는 전기화학적 공정을 통해 CO₂ 배출을 완전히 차단하는 스타트업과 클링커 감축 및 산업 부산물 활용을 위한 업계 노력 등이 포함된다.

이러한 대안들이 성공적으로 확대된다면, 가장 감축이 어려운 분야 중 하나인 건설산업의 탈탄소화에 핵심적인 역할을 수행할 수 있으며, 인프라를 구축하면서 동시에 기후변화에 대응하는 소재로의 전환을 도울 수 있을 것이다.