지구온난화로 인한 이상기후, 자연재해 등의 피해가 날로 심각해지고 있죠. 지구온난화의 원인인 온실가스는 80% 이상이 이산화탄소로 구성되어 있기 때문에 이산화탄소를 줄이는 것이 지구온난화 해결의 핵심인데요. 하지만 산업화된 현대 사회에서 이산화탄소 배출을 막는 것은 현실적으로 쉽지 않아요. 그래서 최근 주목하는 것이 이미 발생한 이산화탄소를 모으고, 저장해 새로운 자원으로 재활용하는 방법이죠. ‘공기 중에 떠도는 이산화탄소를 재활용한다는 게 정말 가능할까?’ 궁금하실 여러분들을 위해 다양한 이산화탄소 재활용 기술에 대해 소개해 드릴게요 😊
온실가스 배출을 줄임과 동시에 배출된 이산화탄소를 포집 및 저장하거나 나무를 심어 온실가스 배출량을 제로(0)로 만드는 것을 ‘탄소중립’이라고 해요. 2050년까지 탄소 순배출량을 0으로 만드는 것이 탄소중립의 목표죠. 그리고 탄소중립을 실현 가능하게 만드는 것이 바로 이산화탄소를 포집하고, 활용하는 ‘CCU(Carbon Capture, Utilization)’ 기술이에요. 산업 공정에서 배출된 온실가스 중 이산화탄소를 선별해 포집하고, 이를 새로운 자원으로 활용하는 방식이죠. 이산화탄소 포집 시점에 따라 연소 전 포집, 연소 후 포집, 순산소 연소 포집으로 나누어지며, 용도에 따라 생물학적 전환, 화학적 전환, 광물탄산화를 거쳐 건설소재, 화학제품, 연료 등으로 재탄생하게 돼요.
‘CCU’ 이전에는 이산화탄소를 저장하는 ‘CCS(Carbon Capture, Storage)’ 기술이 주를 이루었는데요. 저장 공간 확보가 어렵고, 안정성이 떨어지는 CCS 기술을 보완하기 위해 등장한 것이 바로 CCU예요. 단순히 이산화탄소를 저장하는 CCS와 달리 이산화탄소를 모아 자원으로 활용해 환경을 보호하는 것은 물론 경제적 이익까지 볼 수 있어 매우 유용한 기술이죠. 지구온난화 극복을 위해 전 세계적으로 CCU 기술 개발에 박차를 가하고 있는데요. 테슬라 CEO 일론 머스크, MS 창업자 빌 게이츠 등이 CCU 기술의 중요성을 인식하고, 과감한 투자를 하면서 큰 화제를 모으기도 했답니다.
건축물에 사용되는 콘크리트의 주원료는 시멘트인데요. 시멘트 생산과정에서 배출되는 이산화탄소의 양이 전 세계 이산화탄소 배출량의 5~7%를 차지할 만큼 심각한 상황이에요. 미국의 한 기업에서는 시멘트 원료인 석회(탄산칼슘) 양을 줄이고, 물 대신 이산화탄소를 사용한 시멘트 개발에 성공했어요. 덕분에 시멘트 생산 과정에서 이산화탄소 배출량을 30% 가량 줄였으며, 이산화탄소 사용량은 기존 대비 70%까지 줄일 수 있게 되었죠. 뿐만 아니라 시멘트 경화 과정에서 사용되는 물 소비량도 90% 이상 줄일 수 있어 매우 친환경적이에요.
이산화탄소를 광물과 반응시키는 ‘광물탄산화’ 과정에서 생성된 고체 탄산염을 기존 시멘트를 대체한 건축 자재로 활용할 수도 있는데요. 이렇게 생성된 탄산염은 대기로 이산화탄소 방출이 불가능하고, 물에 잘 녹지 않아 환경에 무해하죠. 국내 건설 업계, 정유 업계에서도 이산화탄소를 시멘트의 원재료인 탄산칼슘으로 바꿀 수 있는 시설을 확충하며 탄소중립에 적극적으로 동참하고 있답니다.
우리가 친환경 소재라고 생각했던 종이의 생산 과정에서 비닐봉지보다 더 많은 이산화탄소가 배출된다는 사실, 알고 계셨나요? 이러한 문제를 해결하기 위해 종이를 만들 때 발생하는 이산화탄소를 다시 종이 제작에 활용하는 기술이 각광받고 있어요. 제지 공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집한 뒤, 종이의 원료 중 하나인 탄산칼슘을 만들어 종이 제작에 재활용하는 거죠. 실제로 2018 평창 동계올림픽 당시 이산화탄소로 만든 친환경 고급 인쇄용지가 사용되어 좋은 평가를 얻기도 했답니다.
식물성 플랑크톤이라 불리는 미세조류는 석유계 원료를 대체할 수 있는 경우가 많아 친환경 소재로 원료로 주목받고 있는데요. 일반 식물과 마찬가지로 햇빛과 이산화탄소를 통해 광합성을 하며 유기물을 생산하는 것이 미세조류의 특징이죠. 이러한 미세조류의 특성을 활용하면 화석연료를 태우면서 발생한 이산화탄소를 다시 연료로 만들 수 있어요. 산업공정에서 배출된 이산화탄소로 미세조류를 배양한 후, 수확 및 건조 과정을 거쳐 바이오매스(화학적 에너지로 이용되는 생물)로 전환하면 바이오디젤, 항공유 등의 연료 생성이 가능하죠. 연료뿐 아니라 지방산, 색소, 동물사료 등을 만들어 화장품, 식품, 의약품 소재로도 활용할 수 있답니다.
국내에서는 석탄화력발전소에서 배출된 이산화탄소를 석탄화력의 대안이 될 수 있는 천연가스의 발전 연료로 만드는 기술을 연구하고 있어요. 메탄을 생성하는 미생물과 화력발전소에서 발생하는 이산화탄소를 서로 화학반응 시켜 연료로 활용 가능한 메탄가스로 전환하는 방식이죠. 이 기술이 확보된다면 태양광, 풍력 등의 신재생에너지에서 만든 잉여 발전량도 미생물 및 이산화탄소와 결합해 메탄가스로 전환이 가능한데요. 날씨에 따라 변하는 풍력, 태양광 발전을 안정적으로 유지할 수 있어 많은 도움이 될 거예요.
이외에도 이산화탄소를 촉매 전환해 생분해 플라스틱의 원료로 사용할 수 있으며, 철광석과의 촉매 전환으로 최고급 윤활유와 화장품 등에 활용되는 고부가 화학물질 알파올레핀을 생산할 수도 있죠. 석유화학 산업의 기초 원료로 옷, 세제, 장난감, LED 필름 등에 활용되는 나프타 역시 이산화탄소 촉매 전환 기술을 통해 연간 1,100만 톤의 온실가스 감축 효과를 볼 수 있어요. 그동안 골칫덩이로 불리던 이산화탄소가 이렇게 다양하게 활용될 수 있다는 것이 정말 반가운데요! 앞으로 또 어떤 이산화탄소 재활용 기술이 개발될지 함께 기대해 보면 좋겠네요 😊
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