생활 폐기물에 이산화탄소 주입해 건설자재 만든다

GIST 박영준 교수팀, 탄소 광물화 제조공정 개발
이산화탄소 저장하고 생활·산업폐기물 처리까지

GIST 박영준 교수팀의 연구결과가 게재된 국제 학술지 'ACS 서스테이너블 케미스트리 앤드 엔지니어링' 12월호 표지논문. GIST 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 음식물 쓰레기나 하수·해양 폐기물에 이산화탄소를 저장해 시멘트, 콘크리트 등 친환경 건설자재로 활용할 수 있는 기술을 개발했다.

광주과학기술원(GIST) 지구·환경공학부 박영준 교수팀은 미국 컬럼비아대 박아형 교수팀과 공동연구를 통해 바이오매스 폐기물을 이용해 고효율 자원 순환형 탄소 광물화를 만드는 공정을 개발했다고 28일 밝혔다.

이번 연구에 참여한 홍수진 연구원은 "이 기술을 활용하면 산업에서 발생한 이산화탄소를 효과적으로 줄이는 동시에 대량으로 배출되는 폐기물을 친환경적인 건설 소재로 전환해 탄소 광물화 공정의 경제성을 향상시킬 수 있다"고 말했다.

탄소 광물화는 이산화탄소 저장과 활용이 동시에 가능한 기술이다. 자연광물 또는 고체 산업폐기물에 포함된 칼슘과 마그네슘 등 알칼리 금속을 추출한다. 이산화탄소와 반응을 통해 탄산칼슘 또는 탄산마그네슘 등의 고체 탄산염을 형성한다.

이렇게 만들어진 고체 탄산염은 온실가스인 이산화탄소를 저장할 뿐 아니라, 시멘트, 콘크리트, 골재 등 다양한 형태의 건설 소재로 활용 가능하다.

일반적 무기산을 이용한 탄소 광물화는 높은 용매 비용, 낮은 추출 효율과 후처리 공정의 어려움 등으로 인해 이산화탄소 저장 효율 및 공정의 경제성 확보에 부담이 되고 있다.

연구진은 이번 연구에서 기존 고비용 무기산을 대체해 대량으로 배출되는 바이오매스 폐기물에서 생성되는 유기산 혼합물을 탄소 광물화 공정에 적용해 칼슘 등 알칼리 금속의 추출 성능을 크게 향상시켰다. 이와 더불어 산업부산물에 포함돼 있는 다양한 형태의 희토류 금속 자원을 선택적으로 회수 했다.

연구진은 바이오매스 폐기물에서 발생되는 휘발성 유기산을 이용해 제강 슬래그에서 유기산 화합물을 추출했다. 이는 지금까지 널리 사용된 무기산에 비해 알칼리 금속 및 희토류 원소들에 대해 높은 추출 효율을 보이는 것으로 나타났다.

이러한 현상은 추출된 금속 원소들과 결합할 수 있는 양이온이 나타내는 유도 효과와 형성 상수 차이가 원인이다.

알킬기 개수가 많아지면 리간드의 전기 음성도가 증가하여 금속 원소와 강하게 결합해 안정화 될 수 있다.

이번 연구에 참여한 홍수진 연구원은 "후속 연구에서 탄소 광물화 기술 기반으로 유용 자원 개발을 통해 2050 탄소중립 자원 순환 경제에 기여할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구결과는 화학공학 분야 상위 10% 이내 학술지인 'ACS 서스테이너블 케미스트리 앤드 엔지니어링(ACS Sustainable Chemistry & Engineering)' 표지 논문으로 21일자에 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자