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[업글지구과학] 광물자원연구본부 탄소광물화사업단

지구온난화로 인한 기후 위기가 전 세계적인 화두로 떠오르고 있습니다. 지난 수십 년 동안 북극의 빙하가 급격히 줄어들고 혹독한 폭염이 일상이 된 현실에서, 탄소중립은 이제 선택이 아닌 필수가 되었습니다. 이러한 위기 상황을 극복하기 위해 제안된 혁신적인 방법 중 하나가 바로 ‘탄소광물화’ 기술입니다. 이 기술은 대기 중의 이산화탄소를 포집하여 고체 형태의 광물로 전환함으로써 탄소를 영구적으로 격리하는 원리를 바탕으로 합니다. 탄소를 단순히 줄이는 것을 넘어 새로운 자원으로 재탄생시키는 이 과정은 환경 보전과 산업 발전을 동시에 꾀할 수 있는 미래 지향적 해법으로 주목받고 있습니다. 탄소광물화 기술의 상용화를 위해 연구가 활발히 진행 중인 강원도 강릉은 지리적으로 특별한 의미를 지닙니다. 강원도는 전통적으로 석회석 산업이 발달해 있으며, 인근에 대규모 화력발전소와 시멘트 공장들이 밀집해 있는 지역입니다. 이러한 산업 현장들은 역설적으로 이산화탄소가 대량으로 배출되는 지점이기도 합니다. 따라서 탄소가 발생하는 현장에서 즉시 탄소광물화 기술을 적용할 수 있는 최적의 조건을 갖추고 있습니다. 청정 지역의 가치를 지키면서도 산업화 과정에서 발생하는 오염원을 직접 관리할 수 있다는 점이 강릉이 탄소중립 연구의 전초 기지가 된 핵심적인 이유라고 할 수 있습니다. 이 기술의 근간은 과거 21세기를 준비하며 개발되었던 유용자원 재활용 기술에 뿌리를 두고 있습니다. 초기에는 산업폐기물에 포함된 유해 중금속을 안정화하여 환경 오염을 막는 연구에서 시작되었으나, 그 과정에서 이산화탄소를 활용해 중금속을 광물 내부에 가두는 방식이 고안되었습니다. 이는 이산화탄소를 단순한 오염 물질이 아닌, 중금속 장벽을 형성하는 매개체로 활용하게 된 획기적인 전환점이었습니다. 이러한 공정을 거쳐 탄생한 결과물은 경량 골재와 같은 건설 자재로 활용되어 자원 순환의 선순환 구조를 만들어냅니다. 산업폐기물을 자원화하는 동시에 탄소를 격리하는 다목적 기술인 셈입니다. 탄소광물화 기술의 응용 범위는 건설 자재를 넘어 수자원 보호 영역까지 확장됩니다. 급격한 도시화로 인해 비가 내려도 땅으로 흡수되지 못하는 문제가 발생하고 있지만, 탄소광물화 기술로 만든 투수 블록은 이를 해결하는 열쇠가 됩니다. 빗물이 지하수로 원활하게 스며들게 함으로써 도시의 물 순환을 돕고 미래의 물 부족 문제에 선제적으로 대응할 수 있게 합니다. 이는 과학 기술을 통해 환경을 복구하는 속도를 높이려는 실천적 사례입니다. 인간의 활동이 자연을 변화시키는 속도에 맞춰 우리가 이를 얼마나 신속하게 복원할 수 있는지가 미래 환경의 안전성을 결정짓는 핵심 지표가 될 것입니다. 생활 밀착형 탄소중립을 위한 노력은 우리 주변의 일상 폐기물에서도 이루어지고 있습니다. 최근 사회적 문제로 대두된 일회용 종이컵이나 커피박을 탄소광물화 기술과 접목하여 친환경 종이 제품이나 농업용 비료로 재활용하는 연구가 대표적입니다. 특히 커피박 내 박테리아나 바이러스 문제를 이산화탄소 처리를 통해 안전하게 해결함으로써 환경 보호와 실용성을 동시에 확보하고 있습니다. 이러한 기술적 진보는 단순히 거대 담론에 머물던 탄소중립을 시민들의 일상으로 끌어들이는 역할을 합니다. 과학 기술을 통한 가치 창출은 지속 가능한 지구를 만드는 가장 강력한 도구가 될 것입니다.

[연구성과] 온실가스를 미래자원으로 "탄소자원화"

우리나라 온실가스 배출량의 약 95%는 일상생활에 필요한 에너지를 생산하는 발전 공정과 산업 현장에서 발생하고 있습니다. 신재생에너지 도입과 에너지 효율 증대 노력에도 불구하고, 산업 구조상 일정량의 온실가스 배출은 피할 수 없는 현실입니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 등장한 탄소 자원화 기술은 배출된 이산화탄소를 단순한 폐기물이 아닌 새로운 자원으로 재활용하는 혁신적인 개념입니다. 이는 이산화탄소를 포집하여 자동차 연료, 플라스틱, 건축 자재 등 유용한 화학 제품으로 다시 만들어 내는 미래 지향적 기술이라 할 수 있습니다. 탄소 자원화의 첫 단계인 포집 기술은 산업 현장의 굴뚝에서 나오는 배출가스 중 이산화탄소만을 선택적으로 분리해내는 핵심 공정입니다. 현재 액체 흡수제를 사용하는 습식 포집, 고체 흡착제를 활용하는 건식 포집, 그리고 분리막 기술 등이 활발하게 연구되고 있습니다. 우리나라는 보령, 태안, 하동 발전소와 대구 공단 등지에 대규모 포집 장치를 설치하여 기술의 실효성을 검증하는 단계에 있습니다. 이러한 포집 과정을 거쳐야만 비로소 이산화탄소가 유용한 자원으로 변모할 수 있는 물리적 토대가 마련됩니다. 포집된 이산화탄소는 다양한 화학적 전환 과정을 거쳐 우리 삶에 필요한 에너지나 소재로 재탄생합니다. 특히 촉매를 활용해 이산화탄소를 합성 휘발유로 변환하는 기술은 기존의 공정 단계를 획기적으로 줄여 반응 효율을 높이는 데 성공했습니다. 또한, 석유를 원료로 하는 기존 플라스틱 대신 이산화탄소를 기반으로 한 생분해성 고분자 물질을 제조함으로써 환경 오염 문제에 대응하고 있습니다. 이러한 기술들은 이미 국내 대기업에 이전되는 등 산업적 가치를 증명하며 탄소 중립을 위한 실질적인 대안으로 자리 잡고 있습니다. 전기와 빛, 생명체를 이용한 이산화탄소 전환 기술 또한 놀라운 발전을 거듭하고 있습니다. 전극 촉매를 이용해 에틸렌을 생산하거나, 태양광 에너지만으로 포름산을 제조하는 광전환 기술은 외부 에너지 의존도를 낮추는 친환경적인 방식입니다. 특히 미세조류가 이산화탄소를 양분 삼아 성장하는 성질을 활용한 생물 전환 기술은 바이오 연료와 플라스틱 같은 고부가가치 물질을 생산하는 데 효과적입니다. 국내 연구진은 미세조류의 성질을 이용해 우량 균주를 빠르게 선별하는 기술을 확보함으로써 생물 전환 기술의 효율성을 세계적인 수준으로 끌어올렸습니다. 광물화 기술은 이산화탄소를 고체 무기물인 탄산염으로 고정하여 건축 자재 등을 생산하는 방식입니다. 국내에서 개발된 차수성 시멘트 생산 기술은 그 우수성을 인정받아 UN 기후변화협약에서 온실가스 감축의 새로운 방법론으로 승인되기도 했습니다. 이 기술을 실제 공정에 도입하면 시멘트 1톤 생산 시 발생하는 이산화탄소를 수백 킬로그램 이상 감축할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 이처럼 탄소 자원화 기술은 기후 위기를 기회로 바꾸는 강력한 도구입니다. 지속적인 기술 혁신을 통해 우리는 탄소 중립이라는 원대한 목표에 한 걸음 더 가까워질 것입니다.

탄소광물화

[업글지구과학] 광물자원연구본부 탄소광물화사업단

한국지질자원연구원KIGAM iN 실험실

[연구성과] 온실가스를 미래자원으로 "탄소자원화"

한국화학연구원