지구 온난화 막아주는 현무암 시멘트?…이산화탄소 배출량 80% ‘뚝’ [달콤한 사이언스]

건설 토목 공사에서 가장 핵심적으로 사용되는 재료는 시멘트다. 가장 널리 사용되는 포틀랜드 시멘트의 경우 원료는 석회석, 점토, 규석, 철광석, 석고 등이다. 이 중 원료의 80~85%를 차지하는 것이 석회석이다. 문제는 주원료인 석회석을 얻기 위해 대규모 노천광산 채굴이 이뤄지기 때문에 자연 지형과 생태계 파괴가 발생하고 시멘트 생산 과정에서 미세먼지와 분진, 대기오염 물질을 다량 배출해 지구 온난화에도 영향을 미치는 것으로 알려졌다.

이런 상황에서 미국 산타바바라 캘리포니아대(UCSB) 지구 연구소, 버지니아대 토목환경공학과, 브룩헤이븐 국립연구소와 건축 기술 연구 기업 브림스톤 에너지, 웹코어 빌더 공동 연구팀은 시멘트를 만들 때 퇴적암인 석회석 대신 화성암인 현무암이나 반려암을 사용하면 시멘트 산업에서 발생하는 이산화탄소 배출량을 80% 이상 줄일 수 있다고 18일 밝혔다. 더군다나 원료 전환은 현재 설비 수준에서도 충분히 가능하고 이론적으로는 석회석을 쓸 때보다 에너지 소비도 현재의 60% 수준으로 낮출 수 있다고 연구팀은 밝혔다. 이번 연구 결과는 환경 분야 국제학술지 ‘커뮤니케이션즈 서스테이너빌리티’(Communications Sustainability) 5월 15일 자에 실렸다.

현대 건설 현장 거의 모든 곳에서 사용되는 포틀랜드 시멘트는 석회암을 섭씨 1500도 이상의 고온으로 가열해 핵심 성분인 생석회(산화칼슘·CaO) 제작 과정을 거친다. 이 과정에서 화학 반응 부산물로 이산화탄소가 대량 발생한다. 에너지 사용에 따른 배출량을 제외하더라도 시멘트 1t당 약 500㎏의 이산화탄소가 발생한다. 시멘트 산업 전체로 보면 전 세계 온실가스 배출량의 약 4.4%나 차지한다.



연구팀은 기존 지질도를 활용해 칼슘이 풍부한 규산염 암인 현무암, 반려암의 지표 노출 분포와 채굴할 수 있는 매장량을 분석했다.

그 결과, 현재 수준의 시멘트 생산량을 수십만 년 동안 공급할 수 있는 충분한 양이 있다는 것을 확인했다. 연구팀은 규산염 암을 원료로 사용할 경우 에너지 소비량과 이산화탄소 배출량도 계산했다. 이론적 최소 에너지 요구량은 석회암을 이용해 시멘트를 만들었을 때보다 40% 이상 낮은 것으로 확인됐다. 천연가스를 에너지원으로 쓸 경우 시멘트 1t당 최소 이산화탄소 배출량은 석회암 기준 609㎏에서 규산염 암 종류에 따라 43~59㎏으로 크게 줄어드는 것으로 계산됐다.

또 연구팀은 기존 기술로 규산염 암에서 포틀랜드 시멘트를 생산하는 공정을 탐색한 결과 기존 설비로도 충분히 생산이 가능하고 현재처럼 화석연료 중심의 에너지를 사용한다고 하더라도 기존 석회암 이용 생산 때보다 이산화탄소 배출량을 25% 이상 줄일 수 있다고 밝혔다.

제프 프란세비치 UC산타바바라 박사는 “규산염 암은 경제적 가치가 높은 다양한 금속을 포함하고 있어서 시멘트 생산 과정에서 이를 부산물로 회수할 수 있다는 장점도 있다”며 “이번에 개발한 기술로 표준 포틀랜드 시멘트를 생산할 수 있기 때문에 건설 업계가 새로운 소재를 받아들이는 데 필요한 긴 개발·검증·실증 과정을 생략할 수 있다는 것이 가장 큰 강점”이라고 설명했다.

유용하 과학전문기자