바이오 벽돌로 콘크리트 탄소배출 줄인다

바이오벽돌•탄소흡수 박테리아•탄소주입 등 신기술 사용 콘크리트 대안제품 만들어

[이코노믹리뷰=홍석윤 기자] 자동차, 비행기, 발전소. 젖소 농장. 과학자들이 기후 온난화를 야기하는 온실 가스를 가장 많이 배출하는 범인으로 지목하는 것들이다. 그런데 중요한 범인이 하나 또 있다. 바로 콘크리트다.

세계에서 가장 널리 사용되는 건설자재인 콘크리트는 단순히 그 생산규모만을 봐도 일반 온실가스인 이산화탄소 배출에 상당 부분을 차지한다. 콘크리트 제조를 위한 시멘트 생산은 석탄 또는 천연가스와 같은 연료를 이용하여 1450 °C 로 분쇄된 석회석, 점토 및 모래를 가열하는 공정이 포함된다. 이 제조공정에서 많은 이산화탄소를 배출하는데, 일반적으로 사용되는 포틀랜드(Portland) 시멘트 1톤 당 650 내지 920 킬로그램의 이산화탄소를 배출한다. 기후변화를 연구해온 런던 싱크탱크 채텀하우스 (Chatham House)에 따르면, 콘크리트의 주요 성분인 시멘트 생산은 전세계적으로 연간 40억톤이 넘으며 전세계 이산화탄소 배출량의 8%를 차지한다.

매사추세츠 공과대학(MIT) 친환경 콘크리트 허브의 제레미 그레고리 박사는 "아마도 우리가 콘크리트보다 더 많이 사용하는 것은 물 뿐일 것"이라고 말한다.

특히 빠르게 성장하는 개발도상국들은 도로, 다리, 댐, 항구 등 인프라를 확장하면서 엄청난 양의 콘크리트를 사용하는데, 그런 엄청난 양의 콘크리트 생산으로 인한 탄소 배출량을 줄이는 것은 지금까지 불가능한 일로 여겨졌다.

콘크리트 생산에서 나오는 탄소 배출량의 절반은 가루로 부순 석회암을 거대한 가마에서 가열시킬 때 발생하는 물질인 ‘클링커’(clinker)"라는 표준 성분을 생산하는 과정에서 나온다. 가마를 가열시키기 위해 많은 양의 화석 연료를 태우는 것도 문제지만 가열 과정에서 석회암이 이산화탄소를 방출하는 것이다.

지금까지 건설회사들은 이 위험한 물질을 실험하는 것을 꺼려해 왔다.

MIT의 그레고리 박사는 "업계에서는 그런 실험이 좋은 결과를 낼 것인지 입증하는데 큰 부담을 느껴왔다”고 말했다.

월스트리트저널(WSJ)이 최근, 이 문제를 해결하기 위해 콘크리트의 대안 제품인 저탄소 대체품을 개발하고 있는 창의적인 기업가들을 소개했다.

바이오콘크리트

노스캐롤라이나의 스타트업 바이오메이슨(BioMason)은 천연 재료로 ‘바이오 벽돌’을 만든다. 이 회사는 미생물을 이용해 시멘트 벽돌을 양성하는데, 이 과정에서 탄소 배출이 전혀 없다. 건축학을 공부한 이 회사의 진저 도시에 CEO는 2000년대부터 벽돌을 양성하기 위한 기술을 연구하기 시작했다.

“수천 번의 반복이 필요한 과정과 추구입니다."

이 회사는 올해 타일 제품을 시장에 출시할 계획이며, 미국 공군과 함께 바이오 콘크리트로 활주로를 건설하는 프로젝트를 진행하고 있다.

콜로라도주 볼더에 있는 콜로라도대학교 연구원들도 이산화탄소를 흡수하는 박테리아를 배양해 석회암의 주성분인 탄산칼슘을 만들어 이를 고체화시키는 공정을 개발했다. 이 과정을 통해 만들어진 벽돌은 자체의 균열을 스스로 수리할 수 있는 능력도 가질 수 있다.

이산화탄소 주입 방식

바이오벽돌을 만드는 또 다른 대안으로 그레고리 박사는 산업 공정에서 채취한 이산화탄소를 시멘트 혼합물에 주입해 가열하지 않고도 석회암 형성 과정과 유사한 석화 과정이 일어나게 할 수 있다고 말한다. 이 방법은 콘크리트를 만드는 과정에서 클링커의 사용을 줄일 수 있고 대기의 탄소를 소모시키는 효과도 거둘 수 있다. 이렇게 만든 제품은 표준 콘크리트와 본질적으로 동일하기 때문에 엔지니어들에게 매력적이다.

캘리포니아대학교 로스앤젤레스의 가우라브 산트 교수는 최근, 시멘트를 생산하는 공장을 포함한 여러 공장에서 배출되는 이산화탄소를 받아서 수산화칼슘, 광물, 물의 혼합물에 주입하는 CO2 콘크리트 LLC(CO2 Concrete LLC)라는 회사를 설립했다.

산트 교수는 이 방법의 큰 장점은 탄소를 혼합시키기 전에 탄소 배출물로부터 순수한 이산화탄소를 추출할(이 과정에서 비용이 많이 들어간다) 필요가 없다는 것이라고 말한다. 한 가지 제약은 복잡한 공정이기 때문에, 일반 콘크리트처럼 현장에서 혼합하여 붓는 것과는 달리 콘크리트를 먼저 생산한 다음에 건축 현장으로 운반되어야 한다는 것이다.

콘크린

2000년대에 영국 엑시터대학교(Exeter University) 공대생이었던 미타르 디모프는 맨체스터 대학교에서 개발한 초강력, 초박형 물질 그래핀(grapheme)에 대해 알게 되었다.

그는 "왜 그런 강력한 물질을 콘크리트에 넣지 않을까”라고 생각했다.

당시 그래핀의 가격은 1kg당 1000달러 정도로 너무 비쌌다. 그러나 최근 몇 년 동안 그래핀 가격이 하락하면서 디모프 박사는 콘크렌이라는 회사를 설립하고 콘크리트에 이 물질을 통합하는 공법을 개발했다. 이 공법을 사용하면 탄소를 배출하는 가열 과정을 거치지 않을 수 있다. 이 회사는 잠재 고객과 협의 중이지만 아직 제품을 출시하지는 않았다.

홍석윤 기자

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