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[환경을 위한 연구] '전기 화학'은 시멘트의 '탄소 발자국'을 거의 제로로 줄인다
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[환경을 위한 연구] '전기 화학'은 시멘트의 '탄소 발자국'을 거의 제로로 줄인다
  • 김민철 기자
  • 승인 2019.09.28 20:24
  • 댓글 0
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현재 탄소배출 감소노력은 연도 가스, 대체 연료 또는 추가 시멘트질 탄소 포집 및 저장 포함
이 접근법은 공정의 탄소 배출을 부분적 감소, 완전히 제거 할 수는 없다.
매사추세츠 공과대학교 예밍 치앙 박사, 재생 가능한 무탄소 전기로 동력을 공급하는 전기 분해 과정 개발
[출처=픽사베이]

건설에 필수적인 재료인 '시멘트' 산업은 탄소배출로 인한 환경오염이 매우 심각하다. 

탄소 발자국이 거의 없는 시멘트를 생산할 수 있는 전기 확학 공정을 개발한 미국의 연구자들에 따르면 시멘트 생산을 전기화 될 수 있다면 이 환경오염이 끝날 수 있다고 한다. 

탄소 발자국(炭素-, 영어: carbon footprint)은, 개인 또는 단체가 직접·간접적으로 발생시키는 온실 기체의 총량을 의미한다. 여기에는 이들이 일상 생활에서 사용하는 연료, 전기, 용품 등이 모두 포함된다. 

탄소발자국
일상 속 탄소발자국 [출처=지에스칼텍스]

케미스트리월드에 따르면 전세계 매년 40억 톤의 시멘트가 생산되며 그 생성은 세계 탄소 배출량의 약 8%를 차지한다.

일반적으로 시멘트 생산은 화석 연료를 연소시키는 고온 가마에서 석회석(탄산 칼슘)의 분해되어 이산화탄소를 방출한다. 시멘트의 탄소 배출을 줄이기위한 현재 노력에는 연도 가스, 대체 연료 또는 추가 시멘트질 물질의 탄소 포집 및 저장이 포함된다. 그러나, 이러한 접근법은 공정의 탄소 배출을 부분적으로만 감소시킬 수는 있지만 완전히 제거 할 수는 없다.

[출처=픽사베이]

이 연구를 이끈 매사추세츠 공과대학교의 예밍 치앙 박사는 "세계는 심각하게 탄소를 제거해야하며, 저비용 재생 가능한 전력을 사용하여 모든 것을 전기화하는 방법을 찾을 수 있다면 가장 유망한 방법 중 하나이다."라고 말했다.

그러면서 "이것은 이미 지상 운송과 전기 발전에서 일어나고 있지만, 항공, 시멘트, 제철업 등 일부 산업에서는 이 때 전기를 공급할 수 있는 선택권이 없다."고 했다. 

시멘트 생산의 전기화에 대한 도전으로 치앙과 그의 동료들은 이제 재생 가능한 무탄소 전기로 동력을 공급할 수 있는 전기 분해 과정을 개발했다. 상온에서만 작동할 수 있을 뿐만 아니라 물에서도 작동하여 포틀랜드 시멘트를 생산한다.

이 공정은 먼저 탄산칼슘을 수산화칼슘(석회)분말로 분해하는 전기 화학 반응기를 사용한다. 이 과정은 산소와 수소의 흐름뿐만 아니라 산업계에서 쉽게 포획하고 격리시키거나 사용할 수 있게 해주는 순수한 이산화탄소 흐름을 방출한다. 이어서, 수산화칼슘 분말을 청정 연소 수소 및 제 1 단계로부터 탭핑된 산소를 사용하여 1500 ℃에서 모래 및 점토와 반응시켜 오염 화석 연료를 대체하였다.

치앙은 "그 결과 '전기화된' 시멘트는 포틀랜드 시멘트와 동일했지만 탄소 발자국은 사실상 제로였다. 우리의 목표는 시멘트의 최종 화학에 대해 아무것도 바꾸지 않는 것이었다 "며, "우리는 새로운 종류의 시멘트가 산업계에서 쉽게 채택되지 않고 기후 변화에 실질적인 영향을 미치기위해 깨끗한 기술을 가능한 빨리 구현하는 것이 중요하다는 것을 알고 있다.”고 설명했다. 

그러나 로잔에 있는 스위스 연방 기술 연구소의 건축 재료 연구소장인 재료 화학자 카렌 스크리베너는 회의적이다. "이것은 현재 조사되고 있는 기술에 비해 특별한 이점이 없다"라고 말했다. 더욱이 스크리버너는 "확장성에 대한 자신감이 부족하다. 현대 시멘트 공장은 일반적으로 하루에 1만 톤의 시멘트를 생산한다. 전기 분해에 의한 이러한 생산 규모를 상상하기는 매우 어렵다."고 평가했다.

그러나 치앙은 동의하지 않고 시멘트에 대한 현재 수요에 맞게 이 기술을 확장할 수 있다고 생각한다. "시멘트의 전기 화학 합성은 새로운 시도이며, 많이 시도되지 않았으며, 규모 확대가 결코 쉽지 않다. 우리는 이 작품이 다른 사람들에게 시멘트 산업에 전기를 공급하기 위한 그들만의 창조적인 방법을 고안하도록 영감을 주기를 바란다.”고 했다.

작년 4월 포브스 미디어는 "시멘트를 만드는 것은 온실 가스와 관련하여 지구상에서 가장 오염이 심한 활동 중 하나이다"고 전했다.

기후변화연구그룹 CDP는 시멘트 산업은 세계 배출량의 6%를 차지하는 철강산업에 이어 세 번째로 큰 에너지 소비국이자 두 번째로 많은 산업 배출국이 되고 있다고 밝혔다. 

이 산업이 이렇게 심각한 공해를 일으키는데도 무시되었던 이유는 건설에 필수적인 재료라는 이유 때문이며, 향후 이 산업이 지금보다 최소 두 배 이상 온실가스 감축 노력을 하지 않으면 심각한 규제에 직면할 수 있다고 한다. 

[출처=한국시멘트협회]

 


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