이산화탄소 먹는 콘크리트…연간 50만톤 탄소 감축

한국건설기술연구원

한국건설기술연구원이 개발한 이산화탄소 나노버블 배합수 제조 장치. 건기연 제공.

나노미터 크기의 기포를 활용해 이산화탄소를 콘크리트 안에 저장할 수 있는 기술이 국내 최초로 개발됐다. 탄소중립에 도움이 될 뿐 아니라 콘크리트 강도를 높이고 시멘트 사용량을 줄이는 부수적인 효과도 볼 수 있다. 

한국건설기술연구원은 박정준 구조연구본부 연구위원 연구팀이 지구온난화 원인 중 하나인 이산화탄소를 콘크리트 내에 저장하는 ‘나노버블을 활용한 CO2 먹는 콘크리트(CEC)’를 개발했다고 26일 밝혔다.

콘크리트는 생산 과정에서 막대한 양의 이산화탄소가 발생한다. 전 세계에서 가장 많이 사용하는 인공재료인 콘크리트 생산으로 인한 온실가스 발생량은 전체 발생량의 5%에 이른다. 

콘크리트에서 배출되는 탄소를 막기 위해 CCUS 기술이 적용되고 있다. CCUS 기술은 이산화탄소(Carbon)를 포집(Capture)하고 활용(Utilization) 및 저장(Storage)하는 기술이다. 

CCUS 기술을 콘크리트에 적용한 ‘CCU 콘크리트’는 이산화탄소를 콘크리트 생산에 활용하는 기술이다. 포집된 이산화탄소와 콘크리트 반응으로 광물탄산화가 진행되면 이산화탄소가 탄산염광물로 전환돼 콘크리트 내부에 영구적으로 저장된다.

탄산염광물이 콘크리트 미세조직 밀도를 높여 일반 콘크리트보다 강도와 내구성이 향상된다. 이산화탄소 저장소일 뿐 아니라 콘크리트 성능 향상, 시멘트 사용량 감소 등 부가적인 효과도 기대할 수 있는 기술이다. 

연구팀이 개발한 CEC는 콘크리트로 만들어진 건물이 이산화탄소를 흡수·저장하고 콘크리트의 압축 강도와 내구성을 향상시키는 기술이다. 연구팀은 나노버블(나노미터 크기 기포)을 사용해 일반 대기압 조건에서도 이산화탄소를 고농도로 저장할 수 있는 이산화탄소 나노버블수를 개발했다. 이산화탄소 나노버블수는 다량의 나노버블이 존재하는 물에 이산화탄소가 고농도로 용해된 물이다. 연구팀은 물 대신 이산화탄소 나노버블수를 산업부산물과 함께 섞어 콘크리트를 생산했다. 

연구팀이 개발한 기술로 1㎥의 콘크리트를 생산하면 1.0~1.8kg의 이산화탄소를 콘크리트 내부에 저장할 수 있다. 이는 이산화탄소 직접 주입 기술 분야의 세계 선도 기업인 캐나다 카본큐어사의 직접 주입법에 의한 이산화탄소 저장량과 유사한 수준이다. 

연구팀은 이산화탄소 반응성이 높은 산업부산물을 사용해 시멘트 사용량을 절약할 수 있는 최적의 온습도 조건 및 배합기술도 개발했다. 기존 대비 콘크리트 생산에 더 적은 에너지가 소모되면서도 기존과 동등한 수준 이상의 압축 강도를 확보하는 방법이다. 

김병석 건기연 원장은 “개발된 기술은 국내 레미콘 시장에서 연간 50만 톤 이상의 이산화탄소를 감축하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대한다”며 “원천기술의 상용화를 통해서 건설 분야의 탄소중립을 앞당길 수 있는 과학기술이 될 것”이라고 말했다.

[문세영 기자 moon09@donga.com]