탄소포집저장활용 기술로 이산화탄소로 만드는 친환경 모래

미국 노스웨스턴대의 토목 환경공학과 연구팀이 탄소포집저장활용 기술로 이산화탄소를 사용해 건축자재 모래를 만드는 친환경적인 방법을 개발했다. 이는 단순히 탄소를 포집해 저장하는 것을 넘어 탄소포집활용 기술이다. 

 

친환경 건축 자재로 활용되는 이산화탄소로 만든 모래

모래는 콘크리트의 주요 재료다. 이산화탄소로 모래를 만들 수 있다는 점이 확인됐다. 미국 노스웨스턴대의 토목 환경공학과 알레산드로 로타 로리아 교수 연구팀은 이산화탄소를 사용해 건축 자재인 모래를 만드는 방법을 개발했다. 

 

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 시멘트만으로는 강도가 충분하지 않아 모래, 자갈 등을 섞어 콘크리트를 만든다. 모래는 산, 강바닥, 해안과 해저 등 지구를 파헤쳐서 채굴하기 때문에 환경 파괴가 뒤따른다.

 

 그러나 이와는 달리 연구팀의 방법은 전기와 이산화탄소를 이용해 바닷물에서 모래를 만들어 낼 수 있다. 바닷물은 지구에 존재하는 풍부한 자원이다. 

 

 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.

 

이산화탄소로 만든 모래. 동아사이언스

 

 이 과정에서 탄산칼슘은 즉각적으로 이산화탄소 흡수원 역할을 했고 수산화마그네슘은 이 산화탄소와 추가 상호 작용을 통해 탄소를 격리시켰다. 

 

 연구팀은 생성된 광물을 이용해 모래를 만들 수 있다는 점까지 확인했다. 전압 및 전류, 이산화탄소의 주입량, 바닷물 재순환 유량 등을 제어해 광물의 크기, 모양, 강도, 다공성 등의 특성까지 제어하게 되었다. 

 

 연구팀은 우리가 만든 광물은 콘크리트 재료인 모래를 대체하는 수 있다며 다양한 응용 분야에 적용하는 재료가 될 수 있다는 유연성도 확보했다고 덧붙였다. 

 

 이어 해양 생물에게 방해가 되지 않도록 직접 바다에서 광물을 생산하기보다는 확장성이 뛰어난 모듈식 원자로에 생산 시설을 마련할 수 있을 것이라고 말했다.

 

 모듈식 원자로와 콘크리트 공장이 함께 해안선에 위치하면 원자로의 에너지와 바닷물을 이용해 바로 이산화탄소를 광물로 만들고 공급하는 선순환 시스템을 구축할 수 있을 것이라고 설명했다.

 

 연구 결과는 2025년 3월 19일 국제학술지 '어드밴스트 서스테이너블 시스템 저널'에 발표했다. 

 

탄소포집저장 기술을 넘어 탄소포집저장활용 기술로 진화

화석 연료를 사용하면 이산화탄소가 발생한다. 탄소는 온실효과를 내서 온난화를 부추긴다. 온난화 때문에 빙하가 녹으면 빙하에 갇혀있던 탄소가 빠져나와 악순환이 된다. 탄소는 공기 중에 최대 200년까지 머문다. 

 

 지구온난화 때문에 공기 중 이산화탄소를 포집해 저장하는 CCS 기술(CO2, Capture, Storage)이 주목받고 있다. 그러나 이 접근 방식은 이산화탄소를 활용하지 못한 채 탄소를 영구적으로 격리하는 데 그친다. 

 

 CCS는 석유화학단지나 철강회사, 제조사 등 탄소발생 시설에서 탄소를 포집한 뒤 이를 선박이나 파이프로 운송해 해저 등의 지층에 탄소를 다시 주입하는 식으로 저장할 뿐이기 때문이다. 

 

 그래서 한걸음 더 나아가 이산화탄소를 가치 있는 재료로 전환하는 이산화탄소 포집 • 활용 • 저장(CCUS, CO2, Capture, Utilization, Storage) 기술에 대한 연구가 늘고 있다. 위의 연구는 이러한 일환이다. 

 

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맺음말

미국 노스웨스턴대의 토목 환경공학과 연구팀이 탄소포집저장활용 기술로 이산화탄소를 사용해 건축자재 모래를 만드는 친환경적인 방법을 개발했다. 이는 단순히 탄소를 포집해 저장하는 것을 넘어 탄소포집활용 기술이다.