이산화탄소로 모래 만든다…친환경 건축 자재로 활용

연구팀이 개발한 이산화탄소를 가두는 모래. 콘크리트를 만드는 재료로 쓰일 수 있다. Northwestern University 제공.

이산화탄소로 콘크리트의 재료가 되는 모래를 만들 수 있다는 점이 확인됐다. 지구온난화 주범으로 꼽히는 이산화탄소를 가치 있게 활용할 수 있는 방안이 제시된 것이다.  

알레산드로 로타 로리아 미국 노스웨스턴대 토목·환경공학과 교수 연구팀은 이산화탄소를 사용해 건축 자재를 만드는 방법을 개발하고 연구 결과를 19일 국제학술지 ‘어드밴스드 서스테이너블 시스템 저널’에 발표했다. 

지구온난화로 공기 중 이산화탄소를 포집해 저장하는 이산화탄소 포집·저장(CCS) 기술이 주목받고 있다. 이 접근 방식은 이산화탄소를 활용하지 못한 채 영구적으로 격리하는 데 그친다. 이산화탄소를 가치 있는 재료로 전환하는 이산화탄소 포집·활용·저장(CCUS) 기술에 대한 연구가 늘고 있다. 

연구팀은 이산화탄소를 일상에 필요한 재료로 전환하는 새로운 전략을 제시했다. 바닷물을 사용해 이산화탄소를 건축 자재로 만들 수 있는 방법이다. 

콘크리트를 구성하는 주요 재료 중 하나는 모래다. 시멘트만으로 충분한 강도를 내기 어려워 모래, 자갈 등을 섞어 콘크리트를 만든다. 현재 콘크리트 재료로 쓰이는 모래는 산, 강바닥, 해안, 해저 등에서 채굴된다. 

연구팀은 “지구를 파헤칠 필요 없이 전기와 이산화탄소를 이용해 바닷물에서 모래와 같은 재료를 만들어낼 수 있다”며 “바닷물은 자연에 존재하는 풍부한 자원”이라고 말했다. 

연구팀은 우선 바닷물에 전극을 삽입해 전류를 흘려 물 분자를 수소 가스와 수산화 이온으로 분리한 뒤 전류가 흐르는 상태에서 이산화탄소를 주입했다. 이 과정에서 물의 화학적 구성이 변화해 중탄산염 이온 농도가 증가했다. 

수산화 이온과 중탄산염 이온은 바닷물에 있는 칼슘, 마그네슘 등 다른 이온과 반응해 탄산칼슘과 수산화마그네슘을 포함한 고체 광물로 변했다. 이 과정에서 탄산칼슘은 즉각적으로 이산화탄소 흡수원 역할을 했고 수산화마그네슘은 이산화탄소와 추가 상호 작용을 통해 탄소를 격리시켰다. 

연구팀은 생성된 광물을 이용해 모래를 만들 수 있다는 점도 확인했다. 전압 및 전류, 이산화탄소의 주입량, 바닷물 재순환 유량 등을 제어해 광물의 크기, 모양, 강도, 다공성 등의 특성을 제어할 수 있다는 점도 확인했다. 

연구팀은 “우리가 만든 광물은 콘크리트 재료인 모래를 대체하는 데 사용될 수 있다”며 “다양한 응용 분야에 적용하는 재료가 될 수 있다는 유연성도 확보했다”고 말했다. 

이어 “해양 생물에게 방해가 되지 않도록 직접 바다에서 광물을 생산하기보다는 확장성이 뛰어난 모듈식 원자로에 생산 시설을 마련할 수 있을 것”이라며 “모듈식 원자로와 콘크리트 공장이 함께 해안선에 위치한다면 원자로의 청정에너지와 바닷물을 이용해 바로 이산화탄소를 광물화하고 공급하는 선순환 시스템을 구축할 수 있을 것”이라고 설명했다. 

<참고 자료> 

doi.org/10.1002/adsu.202400943

[문세영 기자 moon09@donga.com]