Research
제 21차 유엔기후변화협약 당사국총회(COP21)를 통해 도출된 새로운 온실가스 감축 체제는 금세기 내 지구 평균 기온 상승을 산업화 이전 대비 섭씨 2 도씨 이하로 억제하는 것을 목표로 하며, 우리나라는 2030년까지 (CO2, CH4, N2O 등) 2018년 배출량 대비 40% 감축 목표를 설정하였다. 국제에너지기구(IEA)는 에너지산업 전반에서 온실가스를 감축시킬 수 있는 실현 가능한 시나리오를 검토하여 에너지효율, 재생에너지, 연료전환, 원자핵에너지, CCUS 다섯 가지 기술을 주요 돌파구로 꼽았다. 이 중 CCUS는 온실효과의 주요 원인인 이산화탄소를 대량을 처리할 수 있는 기술로써, 국제사회로부터 기후 협약 2 도씨 시나리오를 이행하기 위한 필수적인 요소로 평가받고 있다. CCUS 기술은 이산화탄소 대량 배출원으로부터(산업체 및 에너지 발전소 등) 이산화탄소를 효과적으로 포집하고(Capture), 이를 영구적으로 격리하거나(Storage & Sequestration), 유용한 자원으로 활용(Utilization)하는 일련의 기술을 일컫는다.
탄소광물화 기술은 CCUS 기술 중 하나로, CO2 와 알칼리 금속 (Ca, Mg) 간의 자발적인 반응을 통해 고체 탄산염 (CaCO3/MgCO3)으로 변환하여 저장하는 기술이다. 고체 탄산염은 열역학적으로 안정하여 CO2의 재방출 우려가 거의 없고, 고품위 물성 제어를 통해 건설, 토목, 소재, 제지, 의약 산업 분야 등 다양한 곳에 활용이 가능하여 주목받고 있다.
탄소광물화 기술은 천연 광물(serpentine, wollastonite, olivine 등)을 포함하여 알칼리 금속이 풍부한 고체 폐기물 (석탄회, 철강 산업 부산물, 생활 폐기물, 전자 폐기물 등)을 원료로 사용할 수 있다. 고체 폐기물을 원료로 활용함으로써 다량의 CO2 저감, 폐기물의 재활용 및 새로운 원료 확보, 매립 비용 절감 등의 상당한 이점을 가지고있다. 고체 폐기물은 전세계적으로 매년 발생량이 약 21.2억 톤이며, 이를 이용하여 탄소광물화 기술을 적용하면 약 300 ~ 550 kg CO2/tonne waste의 저장 가능성이 높아지므로 유망한 기술로 간주된다. 또한, 생성된 고체 탄산염의 결정구조와 순도를 조절하여 고품질 제품을 생산하는 장점을 지니고 있어, CO2 실질 고정화 효과 뿐 아니라 CCUS (탄소 포집, 활용, 저장) 전반적인 비용을 상당 부분 절감할 수 있어 활발한 연구가 이루어지고 있다.
또한, 폐기물에는 산업적으로 유용한 희유금속들 (REEs (Rare Earth Elements), Mn, Ti, Cu, Au 등)이 포함되어 있어, 폐금속 분리와 회수를 통해 자원 재활용 효과와 수입 대체 효과를 얻을 수 있다. 최근 산업 고도화 및 청정 기술 개발로 인해 다양한 금속의 수요가 빠르게 증가하고 있으며, 기존의 고농도 자연 원광 고갈로 경제성을 담보하는 원광 기준 농도가 급격히 감소 (약 1900년 대비 현재 약 1/3 수준) 함에 따라 고체 폐기물 내 금속 자원이 매력적인 대체 자원으로 주목받고 있다.
따라서, 고체 폐기물을 활용한 탄소광물화와 자원 회수 순환경제 기술은 우리나라와 같이 매립 공간이 제한된 환경에서 긍정적인 영향이 기대할 수 있다. 이러한 배경 속에서 탄소에너지시스템 연구실은 고체 폐기물을 활용한 탄소광물화 및 순환경제 기술 연구를 수행하여 net-zero CO2를 달성과 함께 지속가능한 waste-to-resource 공급망을 발전시키는 실용적인 목표를 달성하고자 한다.
