국가 기간산업인 시멘트 산업은 온실가스 배출량이 높은 대표적인 산업으로, 시멘트 산업에서 배출되는 온실가스는 화석연료의 연소에 의해 발생되는 이산화탄소(Combustion CO2)가 약 40%를 차지하는 특성이 있다. 시멘트 산업에서 배출되는 이산화탄소 감축을 위해 적용할 수 있는 기술은 CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage)기술을 포함한 시멘트 원료 및 연료 전환, 효율 향상 및 폐열 회수 공정 등이 있다.

시멘트 제조를 위해 사용하는 연료로는 유연탄이 주로 사용되며 폐타이어, 폐합성수지 등이 보조연료로 사용된다. 국내 시멘트사들은 순환자원을 활용한 대체 연료 개발 및 실제 산업에 적용하고 있으며, 아직까지는 완벽하게 대체 가능한 방법은 부족한 실정이다.

일반적으로 시멘트 산업에서 사용 가능한 대체연료는 기존 연료 대비 30%까지 대체가 가능한 것으로 알려져 있으며, 폐타이어, 폐유, 폐플라스틱, 종이 및 플라스틱 등을 대체 연료로 사용하고 있다. 하지만 이러한 연료 대체 공정에서는 폐합성수지를 연소할 때 생성되는 염소 성분이 시멘트 소성로에서 고농도로 침적되는 문제점은 물론 시멘트 물성에도 좋지 않은 영향을 주어 염소를 제거하는 설비가 추가로 필요한 단점이 있다.

최근에는 세계적인 탄소중립 정책에 따라 시멘트 산업의 무탄소 연료화를 위한 연구를 유럽 및 일본 등의 주요 국가에서 검토하고 있는 것으로 확인되었다. 일본 정부는 2014년부터 차세대 대체 에너지로써 암모니아 기술개발 연구를 중점적으로 추진 중이며, 일본의 Mitsubishi UBE Cement Corporation(JP)은 시멘트 제조공정에서 클링커 제조를 위한 소성로의 10kW 파일럿에 암모니아 혼소 기술을 적용한 연소 테스트를 시작하였다. 미국은 2020년 ‘수소경제로의 로드맵’을 공개하고 2030년까지 수소 자급률 100% 달성 목표로 2050년까지 연간 수소 생산량 4,100만톤 달성을 목표로 잡고 있다. 미국과 유럽은 수소 생산량이 풍부하여 수소를 이용한 혼소 기술에 대한 연구 개발을 활발히 진행하고 있으며, 반면에 수소 생산량이 적은 일본에서는 이송 및 저장 비용 부담이 상대적으로 적은 암모니아를 이용한 혼소 기술에 집중하고 있는 것으로 확인되었다.

저자 : 김나영, 김영진, 김태형, 조진상*