화학저널

지구온난화를 막기 위해 탄소중립과 에너지 절감이 대세로 자리를 잡은 가운데 시멘트와 콘크리트 대체재가 개발돼 주목받고 있다. 시멘트는 온실가스 대량 배출과 에너지 대량 사용이 문제가 되고 있고, 콘크리트는 폐기물로 배출되면 매립 이외에는 처리 불가능해 문제가 되고 있다.
지오폴리머(Geopolymer)는 시멘트를 대체할 소재로 부상하고 있다.
일본 미쓰이물산 전략연구소에 따르면, 시멘트의 탈탄소 대체 소재로 지오폴리머가 개발되고 있으며 앞으로 시멘트를 대체해 건축자재로 투입될 것으로 예상된다. 지오폴리머는 화력발전소에서 석탄을 연소한 후 배출되는 석탄재로 제조하는 시멘트 대체 건축자재로 실용화를 진행하고 있다.
시멘트는 철강·화학에 버금가는 에너지 다소비형 산업으로 생산과정에서 에너지를 대량 소비하고 대량의 이산화탄소까지 배출함으로써 지구온난화 방지에 걸림돌로 작용하고 있다. 글로벌 이산화탄소 배출 비중은 발전 40%, 산업 24%를 차지하고 있고, 산업부문은 철강 28.0%, 시멘트 6.5% 순으로 파악되고 있다.
지오폴리머는 산업 폐기물인 석탄재를 재활용할 수 있을 뿐만 아니라 시멘트에 비해 이산화탄소 배출량이 70% 이상 적어 상용화가 기대되고 있다.
다만, 내열성·내산성은 시멘트보다 우수하나 제조코스트가 높고 사용자의 저항감이 커 해결해야 할 과제가 되고 있다. 하지만, 물질 고정능력이 우수해 이산화탄소 감축 효과가 크고, 산업 폐기물을 대량 재활용할 수 있다는 측면이 강조되고 있다.
따라서 제조코스트를 낮추면서 실용화율을 높이고 고점성에 따른 거품 발생으로 충전 불량이 발생할 가능성을 줄인다면 상용화 가능성이 충분한 것으로 평가된다.
내구성 확보가 과제인 하수시설, 내열성이 요구되는 방화벽은 지오폴리머 대체가 쉽고, 공장에서 사전 제작·생산하는 건축용 구조체인 기둥, 보, 슬라브, 벽체도 석탄재 인식을 불식시킬 수 있다. 일반 건축물의 프리캐스트(Precast) 패널(콘크리트 타설용 가설 틀로 제조한 콘크리트판), 현장 시공이 용이한 건축용 3D 프린터와 연계하면 장기적으로 시멘트를 대체할 것으로 기대된다.
지오폴리머에 이어 탄소 포집 콘크리트도 부상하고 있다.
일본 다이세이건설은 2022년 11월 제27차 유엔기후변화협약 당사국총회(COP27)가 열린 회의장에서 탄소 배출 제로, 탄소 포집·저장이 가능한 카본 리사이클 콘크리트를 전시해 주목받았다.
콘크리트 1입방미터로 탄소 98-171kg을 포집할 수 있어 30평 개인주택에 적용하면 10년간의 탄소 배출량을 상쇄할 수 있고, 일반 시멘트를 제철고로 슬러그로 대체할 수 있어 일거양득이다. 쓰임새, 강도도 일반 콘크리트에 떨어지지 않는다니 상업화가 기대된다.
특히, 제철 슬러그에 탄산칼슘을 혼합해 생산한다는 점이 눈에 띈다. 탄산칼슘은 소각로, 공장, 발전소 등에서 발생하는 탄소를 흡수해 생산한다.
지오폴리머와 탄소 포집 콘크리트는 에너지 소비를 크게 줄일 수 있고 탄소중립까지 달성할 수 있다는 측면에서 기대가 크다. 물론, 시멘트 산업은 큰 타격을 받을 수 있으나 기존의 시멘트 생산기술을 활용할 수 있다는 점에서 결코 손해가 아닐 것이다.
국내 시멘트 생산기업들과 화학기업들도 탄소중립과 에너지 절감 측면에서 협력을 강화할 것을 기대한다.