생활 폐기물을 활용한  

고효율 이산화탄소 광물화 기술 제시

- 철강 산업에서 발생되는 고체 폐기물에 이산화탄소를 저장하여 시멘트, 콘크리트 등 유해물질을 친환경 건설자재로 활용  

- 바이오매스 폐기물로부터 생성되는 유기산을 활용한 자원 순환형 고효율 탄소 광물화 공정 구현 가능성 제시 



□ 지스트(광주과학기술원, 총장 김기선) 지구·환경공학부 박영준 교수 연구팀은 미국 컬럼비아 대학교 박아형 교수 연구팀과 공동연구를 통해 바이오매스 폐기물로부터 생성되는 유기산을 이용하여 고효율 자원 순환형 탄소 광물화* 공정을 제시했다.

* 탄소 광물화: 이산화탄소 저장과 활용이 동시에 가능한 기술로, 자연광물 또는 고체 산업폐기물에 포함된 알칼리 금속(칼슘 및 마그네슘)을 추출하여 이산화탄소와 반응을 통해 탄산칼슘 또는 탄산마그네슘 등의 고체 탄산염을 형성한다. 이렇게 만들어진 고체 탄산염은 온실가스인 이산화탄소를 저장할 뿐 아니라, 시멘트, 콘크리트, 골재 등 다양한 형태의 건설 소재로 활용 가능하다.

∘ 일반적인 무기산을 이용한 탄소 광물화의 경우 높은 용매 비용, 낮은 추출 효율과 후처리 공정의 어려움 등으로 인해 이산화탄소 저장 효율 및 공정의 경제성 확보에 부담이 되고 있다.

□ 본 연구에서는 기존 고비용 무기산을 대체하여 대량으로 배출되는 바이오매스* 폐기물로부터 생성되는 유기산 혼합물을 탄소 광물화 공정에 적용하여 칼슘 등 알칼리 금속의 추출 성능을 크게 향상시켰으며, 이와 더불어 산업부산물에 포함되어 있는 다양한 형태의 희토류 금속 자원을 선택적으로 회수 할 수 있음을 확인했다.

* 바이오매스: 바이오매스(음식물 쓰레기, 하수 폐기물, 해양 폐기물 등) 등 생화학성 폐기물은 혐기성 소화 공정을 통해 휘발성 유기산 화합물을 형성한다. 형성된 유기산 화합물은 중간 물질로서 알코올 및 탄화수소 합성을 통한 연료나 플라스틱 등의 석유화학 제품 생산에 사용될 수 있다.

∘ 연구팀은 바이오매스 폐기물에서 발생되는 휘발성 유기산을 이용하여 제강 슬래그(제강 제조 공정에서 배출되는 폐기물)로부터 바이오매스 유래 유기산 화합물이 지금까지 널리 사용된 무기산에 비해 알칼리 금속 및 희토류 원소들에 대해 높은 추출 효율을 보이는 것을 확인하였다.

□ 이러한 현상은 추출된 금속 원소들과 결합할 수 있는 양이온(리간드)이 나타내는 유도 효과(Inductive effect) 및 형성 상수(Stability constant of complex) 차이에 기인한 것으로, 알킬기 개수가 많아지면 리간드의 전기 음성도가 증가하여 금속 원소와 강하게 결합하여 안정화 될 수 있다.

□ 본 논문의 제1저자인 홍수진 연구원은 “이 기술을 활용하면 산업에서 발생한 이산화탄소를 효과적으로 줄이는 동시에 대량으로 배출되는 폐기물을 친환경적인 건설 소재(시멘트, 콘크리트, 골재 등) 로 전환하여 탄소 광물화 공정의 경제성을 향상시킬 수 있다”며, “후속 연구에서 탄소 광물화 기술 기반으로 유용 자원 개발을 통해 2050 탄소중립 자원 순환 경제에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

□ 지스트 박영준 교수와 컬럼비아 대학교 박아형 교수가 주도하고 지스트 박사과정의 홍수진(제1저자) 연구원이 수행한 이번 연구는 산업통상자원부 에너지국제공동사업의 지원을 받아 수행되었으며, 화학공학 분야 상위 10% 이내 학술지인 ‘ACS Sustainable Chemistry & Engineering’ 표지 논문으로 2020년 12월 21일자에 게재되었다. <끝> 

[그림] 이번 연구결과가 게재된 국제 학술지  

‘ACS 서스테이너블 케미스트리 앤드 엔지니어링’ 12월호 표지논문. [지스트 제공]