이산화탄소를 시멘트. 연료로 재활용

이산화탄소를 시멘트. 연료로 재활용

 

● 이산화탄소를 시멘트. 건설 자재. 연료로 재활용

 

국내에서 2015년부터 탄소 배출권 거래제가 시행되면서 기업들은 이산화탄소 활용 사업에 뛰어들고 있다. 대우 건설과 한국 남동 발전, 극동 ECT 등 6개 기업이 참여한 대우 건설 연구 컨소시엄은 2017년 07월 공장에서 나오는 이산화탄소를 모아 건설 소재로 만드는 생산 시설인 '탄소 자원화 파일럿 플랜트'를 세웠다. 이산화탄소를 알칼리 금속과 반응시키면, 탄산 칼슘이 나오는데, 이를 시멘트와 블록, 지반 강화재 등 건설 자재로 활용하고 있는 것이다. 하루 40t의 이산화탄소를 처리하고, 연간 3만4000t의 건설 소재를 생산할 수 있어 본격 가동할 경우, 경제 효과만 10억원에 이르는 것으로 추산된다.

 

한국 전력은 미생물을 이용해 화력 발전소에서 나오는 온실 가스를 친환경 연료인 메탄 가스로 바꾸는 바이오 메탄화 기술을 개발하고 있다. 한전은 가축 분뇨에서 얻은 메탄 생성균을 대형 탱크에서 배양했다. 여기에 이산화탄소와 수소, 각종 유기 물질을 공급하면 화학 반응을 통해 메탄 가스가 나온다. 2019년까지 원천 기술을 확보해 2023년부터 50메가 와트(MW)급 천연 가스 발전 설비를 세운다는 계획이다.

 

● 광합성 원리 이용해 이산화탄소 자원화

 

최근 온실 가스 저감 연구에서 가장 각광받는 분야는 이산화탄소를 연료로 전환하는 기술이다. 핵심 기술은 빛을 이용해 이산화탄소를 일산화탄소와 산소로 분해하는 광(光) 촉매이다. 광촉매는 빛을 받아들여 화학 반응을 촉진하는 물질이다. 고려대 신소재 화학과 손호진 교수는 2018년 01월 태양광의 적색 빛을 이용해 이산화탄소를 합성 연료로 바꾸는 기술을 개발했다고 국제 학술지 ACS 카랄리시스를 통해 발표했다. 연구진은 식물이 광합성을 할 때, 빛을 포집하는 포피린을 광촉매에 결합했다. 그 결과 햇빛을 받으면, 이산화탄소가 일산화탄소 중간 물질로 바뀌었다. 이는 나중에 합성 연료의 원료가 된다.

 

대구 경북 과학 기술원(DGIST) 인수일 교수는 2017년 11월 이산화탄소의 메탄 전환 효율을 3배 높인 광촉매를 개발했다. 연구팀이 개발한 이산화 티타늄 광촉매는 이산화탄소를 메탄으로 전환하는 효율이 12.49%로, 지금까지 발표된 광촉매 가운데 가장 높다. 포스텍 차형준 교수와 영남대 김창섭 교수 연구팀은 2017년 07월 탄산 무수화 효소라는 촉매를 이용해 이산화탄소와 물을 반응시켜 탄소와 수소가 결합된 새로운 탄산 화합물을 만들어냈다.

 

울산 과학 기술원(UNIST) 이재성 교수는 이산화탄소와 수소를 반응시켜 경유의 주성분인 액화 탄화 수소를 만들 수 있는 촉매를 개발하고 있다. 기존에는 이산화탄소와 수소의 화학 반응으로 메탄이나 메탄올 등 저분자 물질을 만들었다. 하지만, 구리와 철로 구성된 금속 촉매를 개발해 메탄올 보다 탄소 연결 고리가 긴 고분자 디젤 연료를 생산하는 기술을 확보했다. 이 기술은 글로벌 자동차 기업 아우디가 개발한 기술 보다 간편하다. 아우디는 이산화탄소에서 산소를 뗀 일산화탄소를 만드는 과정이 한 번 더 필요한데, 이재성 교수가 개발하는 촉매는 이 반응을 한 번에 일어나도록 한다. 이산화탄소 속의 탄소가 땅이나 바다에 들어가 다시 화석 연료로 되기까지 수백만년의 시간이 걸리지만, 촉매 기술을 이용하면 수분 만에 이산화탄소를 연료로 바꿀 수 있다.

 

● 이산화탄소 모아 자원으로 만드는 시도 증가

 

2018년 04월 13일 영국 런던에서 열린 유엔 산하 국제 해사 기구(IMO) 총회에서 172개 회원국은 전 세계 선박들의 온실 가스 배출량을 2050년까지 현재의 50% 수준으로 감축하는 로드맵에 합의했다. 해마다 선박을 이용한 해운 운송이 늘면서 이산화탄소(CO2) 배출량이 크게 증가하자, 세계 각국이 온실 가스 감축을 위한 행동에 나선 것이다.

 

과학자들은 온실 가스를 분리하는 데 그치지 않고, 이를 연료로 바꾸는 기술까지 개발하고 있다. 울산과학 기술원 이재성 교수는 촉매로 이산화탄소와 수소를 반응시켜 경유의 주성분인 액화 탄화 수소를 만드는 데 성공했다. 세계적으로 이산화탄소 저감 요구가 높아지면서 과학계에서도 온실 가스를 획기적으로 줄이려는 연구를 추진하고 있다. 과거에는 주로 공기에서 이산화탄소를 포집해 바닷 속에 저장했는데, 최근에는 이산화탄소를 모아서 자원으로 만들려는 시도가 늘고 있다. 온실 가스 감축과 자원 재활용이라는 두 마리 토끼를 동시에 잡고 있는 것이다.