지질자원연, 친환경 그린시멘트 기술 한발 앞서간다 [라펜트 조경뉴스]

지질자원연, 친환경 그린시멘트 기술 한발 앞서간다

美 MIT 선정 미래선도 10대 기술 ‘그린콘크리트’ 기술 획기적 원천기술 확보

기술사신문l기사입력2014-12-13

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한국지질자원연구원(원장 김규한, 이하 지질자원연)은 10일(수) 충북 단양군에 위치한 한일시멘트(주) 단양공장에서 국내 최대 부존 광물인 석회석의 고부가가치화를 위한 ‘저탄소 고기능성 그린시멘트’ 사업화 착수 보고와 폐지를 고급용지로 재활용할 수 있는 ‘폐지펄프 In-situ PCC(침강성탄산칼슘) 기술’ 실증화 성공 보고를 위한 행사를 가졌다.

이번 행사는 산업통상자원부 에너지기술평가원(원장 안남성)의 자원개발기술개발사업의 일환으로 지질자원연 광물자원연구본부 선광연구실 안지환 박사(자원환경소재연구단 단장) 연구팀이 한일시멘트(주)(사장 원인상), 한솔제지(주)(사장 이상훈)와 공동 연구개발을 통해 본격적인 사업화 단계에 이른 R&D 성과들을 점검하고, 산업계와 대중에게 알리기 위해 기획됐다.

안지환 박사 연구팀은 2007년부터 ‘산업부산물을 주원료로 하는 조강형 저수축 크링카*’ 제조 원천 기술을 확보하고, 이를 시멘트 실 생산 공정에 적용하기 위해 일 생산량 2톤 규모의 실증화 플랜트(Pilot plant)를 한일시멘트 단양공장에 구축해 2012년 실증화에 성공한 바 있다. 실증화 성공에 이어 올해(2014년) 2월과 10월에 국내 최초로 한일시멘트 단양공장 내 상업용 시멘트 생산 공정을 활용하여 조강형 저수축 크링카 약 6,000톤을 대량 시험 생산하는데 성공했다. 연구팀은 이를 바탕으로 2015년에는 ‘저탄소 고기능성 그린시멘트’ 기술 사업화에 착수할 계획이다.

‘저탄소 고기능성 그린시멘트’ 기술은 기존 조강형 저수축 크링카(시멘트)의 주원료인 석회석을 발전소 바닥재와 알루미늄 제련의 부산물인 보크사이트 잔여물 등 산업부산물로 일부 대체하여 시멘트 제조에 필요한 석회석과 에너지 사용량을 감소시킬 수 있는 기술이다. 이번에 연구팀이 확보한 원천기술은 산업부산물을 활용한 원료 배합기술과 실제 생산공정에서 예열탑의 온도와 압력 등을 제어하는 공정제어기술이다.

이 기술을 적용하면 석회석으로 인해 배출되는 이산화탄소량을 약 2% 감소시킬 수 있어 연간 약 500만 톤의 시멘트 생산 시, 약 10만 톤의 이산화탄소 배출을 감소시킬 수 있다. 이를 통해 2015년 시행예정인 탄소배출권 거래제에 대응하여 약 10억 원의 탄소세 절감이 가능하다.

또한, 기존 크링카 제조온도인 1,450℃보다 약 150℃ 낮은 1300℃의 온도로 생산이 가능하도록 하여, 제조에 필요한 석탄 사용량을 낮춤으로써 약 20%의 에너지 절감 효과도 기대된다.

아울러 저탄소 고기능성 그린시멘트는 기존 시멘트보다 조강성(빨리 굳는 정도)을 향상시킨 반면, 균열을 발생시키는 시멘트의 수축성은 감소시켜 우수한 품질을 확보하였다.

지질자원연과 한일시멘트는 저탄소 고기능성 그린시멘트 사업화를 통해 현재 일본, 중국 등에서 전량 수입에 의존하는 건축, 토목용 특수건설재료인 CSA계 시멘트의 수입대체 및 국산화가 가능할 것으로 전망하고 있다. 또한, 이를 통해 건축, 토목 구조물의 균열저감 및 장수명화 등의 향후 약 500억 원 이상의 경제적 파급효과 발생이 기대된다.

또한, 연구팀은 ‘저탄소 고기능성 그린시멘트’의 사업화를 통해 절약할 수 있는 석회석 원료를 활용하여 폐지를 고급용지로 재활용할 수 있는 기술인 ‘폐지펄프 In-situ PCC(침강성탄산칼슘) 원천기술’을 한일시멘트, 한솔제지와 공동으로 개발하였다.

폐지펄프 In-situ PCC(침강성탄산칼슘) 기술은 신문지 폐지에 침강성탄산칼슘이라는 합성 광물을 생성시켜, 신문지 폐지의 광학적 및 물리적 성질을 향상시키는 기술이다. 이를 통해 신문지를 깨끗한 하얀색을 띄는 고급용지로 재활용할 수 있게 됐다.

국내 제지 산업에서 원자재인 펄프의 수입의존도는 80%에 달하는데, 이번 기술개발을 통한 원천기술 확보로 수입량을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 종이를 만들 때 필요한 목재 등 천연자원의 사용량을 줄일 수 있어 이산화탄소 저감 효과도 기대할 수 있다. 1톤의 제지 원료를 이 기술을 활용한 재생 펄프로 대체할 경우 최대 3천 리터의 물, 31그루의 나무, 4천 kWh의 전력 절감 및 60 파운드의 배기가스 감소가 가능할 것으로 전망한다.

특히 제지산업은 거액의 투자비가 소요되는 자본집약적 대형장치산업으로서 생산 공정을 변형하기 어려운데, 연구팀은 이 점을 감안하여 기존 공정에 적용하기 적합하도록 기술을 개발해 실질적인 상용화가 가능하도록 하였다.

한국지질자원연구원 김규한 원장은 “국내 광물자원 기술개발의 성과를 높이 평가하고 향후 이를 계기로 국가적 차원의 자원개발 기술개발 사업이 더욱 활성화되길 바란다”고 말했다. 아울러 “이 사업과 같이 기업과 정부출연연구원 간 협력을 통해 사업 경쟁력을 높임으로서, 향후 산학연 연계형 산업발전의 모델이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

▲ 저탄소 고기능성 그린시멘트 - 한국지질자원연구원과 한일시멘트㈜는 각 공정별 소성조건(각 예열탑의 온도, 압력, 물질수지, 열수지등)을 모니터링 할 수 있는 실증화 플랜트(Pilot Plant)를 한일시멘트 단양공장에 구축·운영(좌측 위)하였고, 확보된 공정기술을 활용하여, 시중에서 쉽게 유통되고 있는 1종 보통포틀랜드시멘트 크링카를 생산하는 실공정 생산라인을 이용하여, 세계최초로 ‘조강형 저수축 크링카’대량 연속 실생산 기술을 개발하였을 뿐만 아니라, 1종 보통 포틀랜드 시멘트 크링카와의 호환 생산체계 및 기술력을 동시에 확보하였다.

<용어설명>

* 조강형 저수축 크링카 : 크링카는 시멘트의 중간제품을 말하며, 덩어리진 시멘트라고 보면 됨. 시멘트는 굳는 과정에서 수축에 의해 균열이 발생하게 되는데, 이를 해결하기 위해 굳는 속도를 빠르게 하고, 수축을 최소화한 크링카를 조강형 저수축 크링카라 함.