MIT 연구팀, 제로 CO2 시멘트 제조 방법 발견

[데일리e뉴스= 김지원 기자] 세계적으로 널리 사용되는 건축 자재 중 하나인 시멘트는 온실가스 배출의 주범으로 시멘트 생산은 전 세계 탄소 배출량의 약 8%를 차지한다.

최근 매사추세츠공과대학(MIT)의 한 연구팀은 시멘트 생산 시 이산화탄소를 완전히 배출하지 않고 제조과정에서 다른 유용한 제품들까지 만들 수 있는 새로운 시멘트 제조 방법을 발견했다. 

소재 과학 및 엔지니어링의 장(Yet-Ming Chiang) 교수와 박사 연구원 엘리스(Leah Ellis) 연구팀이 지난 16일 저명한 학술연구지 미국국립과학원회보(PNAS)에 발표한 바에 따르면 새로운 공정은 전해조와 전기 화학 공정을 사용한다. 친환경 전기는 현재 시멘트를 생산하는 데 드는 저렴한 비용을 맞출 수 있는 값싼 에너지이자 전기로 시멘트 생산량도 현재와 동일하게 유지할 수 있다.

가장 널리 사용되는 품종인 포틀랜드(Portland) 시멘트는 석회석을 분쇄한 다음 석탄을 태우면서 생성되는 고온에서 모래와 점토로 만들어진다. 이 방법은 석탄 연소와 석회석 가열 시 배출되는 가스, 두 가지 방식으로 이산화탄소를 만들어낸다. 반면 연구팀이 개발한 방법으로는 이 원인들을 모두 없애거나 크게 줄일 수 있다. 

물이 담겨있는 전해조에 2개의 전극을 연결해 물 분자를 원자구조로 나누는 과정에서 하나의 전극에서는 산소 거품, 다른 전극에서는 수소 거품이 만들어진다. 이때 산소 진화 전극은 산(acid)을 생성, 수소 진화 전극은 염기를 생성한다. 

이 공정에서 분쇄된 석회석은 산소 진화 전극에서 산에 의해 용해되고 이산화탄소를 방출하는 반면 석회로 알려진 수산화칼슘은 수소 진화 전극에서 고체로 침전되어 다른 단계로 넘어가면 시멘트로 생성될 수 있다.

장 교수는 "산소 진화 단계에서 생성된 고순도 이산화탄소는 쉽게 격리돼 휘발유를 대체하기 위한 액체연료 같은 부가가치 제품을 생산하는 데 활용할 수 있다"며 "결과적으로 전 과정에서 이산화탄소가 배출되지 않았다"고 말했다. 반대로 종래의 시멘트 공장에서 방출된 이산화탄소는 질소산화물, 황산화물, 일산화탄소 및 다른 물질들로 오염돼 이를 활용할 수 없게 된다.

연구팀의 엘리스는 "공정에서 배출된 수소와 산소가 연료전지 등에서 재결합되거나 연소돼 나머지 공정 전체에 연료를 공급하는 데 충분한 에너지를 생산할 수 있다"며 "이 과정은 수증기 이외에는 아무것도 만들어내지 않는다"고 설명했다.