콘크리트 시멘트로 자연 친화적인 상태로 만들수 있을까?

1. 콘크리트 시멘트 산업은 탄소 재활용의 중요한 분야

댐, 도로, 블록, 빌딩 등 콘크리트는 몸 주변의 곳에서 사용되고 있습니다. 그 콘크리트의 주요 원료가 되는 것이 시멘트입니다.

시멘트는 그 원료에 도시 폐기물이나 재해 폐기물 등을 활용하고 있습니다. 국내 총 폐기물의 5%(약 3,000만 톤)의 양을 수용, 처리함으로써 지자체의 재해 복구 및 기능 유지에도 크게 공헌하고 있습니다. 이들을 시멘트 제조 공정에서 고온 연소함으로써 원료나 연료로 활용할 수 있습니다.

한편 시멘트산업에서는 국내에서 4,147만 톤(2019년)의 CO2를 배출하고 있기 때문에 CO2대책이 필요하다. 그래서, CO2를 자원으로 파악하여 활용해 가는 「카본 리사이클」기술이 있습니다. 콘크리트 시멘트 산업 분야에서 배출되는 CO2를 재활용할 수 있다면 일본의 배출량 삭감에 큰 영향을 줄 것으로 예상됩니다.

그럼, 어떻게 CO2 배출 삭감을 진행하고 있는지, 우선은 시멘트 분야에서  알아봅시다.

시멘트는, 석회석이나 점토, 또 폐재나 폐 플라스틱 등의 폐기물등의 원료를 조제해, 고온에서 소성한 후에 급속 냉각해, 거기에 석고를 더해 분쇄해 완성됩니다. 고열로 가열하여 냉각하는 과정에서 "클링커"라는 중간 제품이 가능하지만, 이 클링커를 생산할 때 석회석에서 필연적으로 CO2가 배출되어 버립니다.

 

여기에서 배출되는 CO2를 처리하기 위해서는 현재의 기술에서는 대규모의 설비가 필요하고, 처리에너지 등의 비용면도 포함하여 대응이 어렵다고 생각되고 있습니다.

따라서 새로운 연구 개발로서 시멘트 제조 공정에서 CO2를 밖으로 방출하지 않고 효율적으로 CO2를 회수하는 기술 개발에 임합니다. 시멘트 제조 공정에서는, 석회석 등의 원료를 「프리히터」라고 불리는 설비로 가야키하고, 그 위에 「킬른」이라고 불리는 시멘트 소성로로, 1450도의 고온에서 원료를 가열합니다. 시멘트 제조 공정에서 발생하는 원료 유래의 CO2의 대부분은 이 프리히터의 내부에서 발생하고 있다. 이 시스템에 주목해, 프리히터의 부분만을 개조하는 것으로, 시멘트 제조 공정에서 발생하는 원료 유래의 CO2를 80% 이상도 회수해, 그 위에 기존의 킬른 등의 설비를 그대로 활용 가능하게 한다 , 획기적인 기술 개발을 진행합니다.

이러한 프리히터에서의 CO2 회수 기술에 더해, 회수한 CO2를 원료로 하여 폐기물을 리사이클해 시멘트 원료를 제조하는 새로운 기술도 개발 중입니다.전술한 바와 같이, 종래부터, 시멘트의 재료에는 재활용 가능한 폐기물, 예를 들면, 폐타이어, 폐플라스틱, 나무 쓰레기, 건설 발생토, 제철 슬래그, 하수 슬러지 등, 사회에서 발생하는 다양한 폐기물·부산물이 사용되었습니다. 재해 폐기물도 이용되고 있어 실제로 동일본 대지진 등의 재해 폐기물도 시멘트 제조에 도움이 되어 왔습니다.

 

2. CO2를 최대한 흡수하는 콘크리트 기술 개발

다음으로, 콘크리트 분야에서의 CO2 삭감 방법에 대해 소개합시다. 콘크리트는 주원료인 시멘트에 자갈이나 쇄석 등의 골재, 물, 콘크리트의 품질과 강도를 주는 혼화재를 혼합하여 제조됩니다. 

앞으로는 고정화시키는 CO2의 양을 최대화하는 것이 과제가 될 것입니다. 동시에 가능한 한 비용을 낮추는 것도 중요합니다. 현재 일부 상품화되고 있는 CO2를 이용한 콘크리트 제품은 일반적인 콘크리트 제품의 2~3배의 가격 때문에 기존 제품과 같거나 그 이하의 비용을 실현하여 시장에의 보급을 도포하는 것이 요구됩니다 

이러한 과제를 해결하기 위해, CO2를 최대한 고정할 수 있는 재료(골재, 혼화재)의 개발, 이들 재료를 복합하여 이용하는 기술의 개발, 또한 CO2 고정량을 극대화함과 동시에 비용 절감을 실현하는 콘크리트 제조 방법의 확립을 위한 기술 개발도 진행해 나갈 필요가 있습니다.

 

또, 콘크리트는 큰 구조물에 사용되어 강도나 장기적인 내구성이 요구되는 소재이기 때문에, 장기에 걸친 안전성의 확보가 대전제입니다. CO2 고정량을 극대화한 콘크리트에 있어서도, 품질 관리의 수법이나, CO2 고정량의 평가 수법도 확립해 나갈 필요가 있습니다. 현재는 국내에서도 세계에서도 아직 CO2 고정량에 관한 기준이 정해져 있지 않기 때문에, 향후는 검증이나 데이터 수집 등을 행해, 평가 방법의 표준화를 목표로 합니다. CO2를 흡수해 만드는 콘크리트에 대해서는, 비용을 저감해, 품질 관리 수법이나 국제 표준화를 2030년까지 실현해 나갈 계획이 되고 있습니다.

 

3. 최종적으로 자연 친화 실현을 목표로 두다.

시멘트 제조 시에 배출되는 CO2를 회수하여 대기 중으로의 배출을 억제하는 것에 더하여, 회수한 CO2와 폐 콘크리트 등으로부터 칼슘을 추출해, 시멘트 원료로서 재이용할 수 있으면, CO2를 내지 않는다 구조를 구축할 수 있습니다. 또한, 시멘트 제조 공정에서 회수한 CO2나 탄소 리사이클 시멘트를, CO2 배출 삭감·고정량 최대화 콘크리트의 원료로서 이용하고, 그 콘크리트를 이용한 건조물이 해체될 때에는, 그것을 원료로서 재 이용하면 낭비 없이 자원을 활용하는 것도 가능합니다.

장래적으로는, 콘크리트·시멘트 산업뿐만 아니라, 넓게 건설업 전체의 일련의 구조가 되도록 관계자와 제휴해 가는 것으로, 폐기물 등이 순환하는 시스템의 구축을 목표로 합니다. 이를 통해 탄소 중립 사회의 실현과 함께 지속적인 자원 순환 시스템을 실현할 수 있다고 생각합니다.

이와 같이 자원도 CO2도 순환하는 궁극의 「서큘러 이코노미」가 이 분야에서 실천할 수 있으면 탈탄소 사회 실현에 중요한 대처가 됩니다. 우선은 2030년의 실용화를 향해, 각 기술이나 제품의 개발을 산학관 일체가 되어 진행될것입니다.