세기원·쌍용 C&E, 시멘트 제조 기술 탄소중립 전환 공동 연구

우리가 일상에서 사용하는 건물과 도로 등 대부분의 기반 시설은 시멘트로 만들어진다. 그러나 시멘트 산업은 공정 과정뿐 아니라 원료 자체에서도 이산화탄소(CO₂)가 발생하는 대표적인 탄소 다배출 산업이다. 시멘트의 핵심 재료인 '클링커'를 만들기 위해서는 석회석을 약 90% 정도 사용한다. 문제는 석회석이 고온에서 분해되면서 이산화탄소(CO2)를 직접 배출하는 구조로 돼있기 때문이다.

한국세라믹기술원과 쌍용 C&E는 시멘트 제조 과정에서 발생하는 이산화탄소를 줄이기 위해 공동 연구를 추진하고 있다고 3일 밝혔다.

특히, 클링커 제조 시 다량의 CO₂를 배출하는 석회석을 대체할 수 있는 '비탄산염 원료'에 주목했다. 이 원료는 구조적으로 이산화탄소를 포함하지 않으며, 고온 가열 과정에서도 CO₂가 발생하지 않아, 시멘트 생산 과정의 구조적 배출을 줄일 수 있는 대안으로 평가되기 때문이다. 대표적인 비탄산염 원료는 철강 공정에서 발생하는 부산물인 슬래그로, 주로 토목 공사용 성토재나 시멘트 혼합재 등으로 재활용되고 있으나, 시멘트 클링커의 주요 원료로 활용하기에는 공정 안정성, 품질 확보 등의 기술적 제약이 존재한다.

이에 세라믹기술원은 산업통상부가 주관하고 한국산업기술기획평가원이 지원하는 '시멘트 원료(석회석) 대체 순환자원 확대 기술개발' 사업을 통해 슬래그를 석회석 대체 원료로 활용하는 클링커 제조기술을 개발해왔다. 그 결과, 연구진은 원료 특성 분석, 품질 및 안전성 검증, 최적 공정 조건 설계 등을 수행하며, 공정 투입 실험 및 상용화를 위한 기술적 기반을 마련하고 있다. 이를 바탕으로 쌍용 C&E는 해당 기술을 실제 생산 현장에 적용해, 포스코 철강 공정에서 발생하는 미세 분말 형태의 슬래그를 석회석 대신 클링커 제조 공정에 투입했다.

공정 투입 연구 초기에는 분말 슬래그가 저장 시설 내부에서 굳어 배출관을 막는 문제가 발생했으나, 저장 직후 수분을 활용한 습식처리 공정을 도입하고 투입 조건을 세밀하게 조정함으로써 이를 해결했다. 2026년 1월부터 안정적인 공정 운전이 가능해졌으며, 개발한 기술의 현장 적용성과 탄소 저감 가능성을 확인했다.

세라믹기술원 추용식 박사는 "이번 성과는 철강 부산물을 시멘트 클링커 원료로 활용함으로써 산업 간 자원순환 구조를 구축한 사례"라며 "비탄산염 원료 적용을 지속 확대해 시멘트 산업의 탄소중립 전환을 앞당기겠다"고 밝혔다. 한편 이번 연구 성과는 한국세라믹기술원의 사업화 지원사업을 통해 달성한 것으로 국제 학술지 Ceramics International 2026년 2월호 온라인에 게재됐다.

강민중기자

한국세라믹기술원과 쌍용 C&E는 시멘트 제조 과정에서 발생하는 이산화탄소를 줄이기 위해 공동 연구를 추진한다. 사진은 습식처리설비 모습.사진=한국세라믹기술원