[탄소중립 건축기술 탐방⑪]“탄소 삼키는 시멘트”…물 대신 CO₂로 굳힌다

롯데건설, 국내 최초 CO₂ 반응경화 시멘트 현장 적용…온실가스 감축 가능성 주목

김영선 건축기술연구팀 수석 “물 대신 이산화탄소로 굳히는 구조…기존 시멘트 공법의 한계 넘어”

상용화 기술 확보에도 제도·비용 장벽 여전…정책 정비 시급

ESG 경영·탄소국경세 대응 수단으로 산업계 주목

“시멘트는 전 세계 온실가스 배출의 약 7%를 차지한다. 그런데 시멘트에 물이 아니라 이산화탄소(CO₂)를 넣어 굳히는 기술이 상용화되면 탄소 배출량의 3분의1을 줄일 수 있다. 게다가 훨씬 더 빨리 굳힐 수 있어 공기도 대폭 단축된다."

급격한 기후 변화와 탄소국경세, 탄소감축 목표의 압박 속에서 시멘트 산업도 전환을 강요받고 있다.굴뚝 산업의 상징이던 시멘트가 이제는 CO₂를 먹는 방식으로 진화하고 있다. 전통 산업의 한계를 넘어 미래의 건설이 환경과 공존할 수 있는지를 실험하는 기술이 나왔다.

◇“물 대신 CO₂로"…시멘트 상식 뒤집는 기술

롯데건설은 최근 산업통상자원부 국책과제를 통해 개발된 'CO₂ 반응경화 시멘트(CSC)' 기술을 건설 현장에 실증 적용했다. 기존 시멘트는 물과 반응해 경화되는 반면 CSC는 물 대신 CO₂와 반응하며 단단해지는 구조다.

지난달 24일 오후 롯데건설 기술연구원에서 만난 김영선 롯데건설 건축기술연구팀 수석(공학박사)은 “기존 포틀랜드 시멘트(OPC)는 수화반응을 통해 굳지만 CSC는 칼슘계 재료가 CO₂와 직접 반응해 탄산칼슘(CaCO₃)을 형성하면서 경화된다"며 “말하자면 시멘트가 스스로 탄소를 '흡수하며' 굳어지는 셈"이라고 설명했다.

생산 과정도 비교적 간단하다. 일반 콘크리트처럼 골재와 함께 배합한 뒤 이를 챔버(밀폐 공간)에 넣고 고농도의 CO₂를 주입하면 경화가 이뤄진다. 주입 농도와 압력 조절에 따라 일반 시멘트가 28일 걸리는 압축강도를 CSC는 1~3일 만에 확보할 수 있다.

CSC 기술은 현재 보도블럭, 벽돌, 염해 방지용 코팅제 등 2차 제품에 우선 적용되고 있다. 오산 세마 오피스텔 외부 조경 블럭(8㎡), 부산롯데타워 외벽(10㎡) 등에 시범 적용됐으며, 모두 KS 기준을 충족했다.

◇1톤당 0.63톤 탄소 감축…기술은 갖췄지만

CSC는 일반 OPC 시멘트 대비 온실가스 감축 효과도 뚜렷하다. OPC는 1톤 생산 시 약 0.92톤의 CO₂를 배출하는 반면, CSC는 석회석 사용 절감과 저온 소성, CO₂ 경화 반응을 통해 약 0.63톤의 탄소 배출을 줄일 수 있다. 훨씬 더 빠르게 굳고, 강도나 내구성 역시 일반 콘크리트에 준하는 수준이다. 공기가 단축되고 그만큼 비용도 줄어든다.

다만, 대량 생산이나 구조물 타설 등 본격적 현장 적용을 위해선 여전히 풀어야 할 과제가 있다. 김영선 수석은 “성능은 확보됐지만, 생산성과 경제성, 운반성 등 다양한 변수를 더 검증해야 한다"며 “기술보다 현장성과 제도적 기반이 더 중요한 시점"이라고 설명했다.

홍성걸 서울대 건축학과 교수도 비슷한 견해를 밝혔다. 그는 “현재 개발된 탄소광물화 시멘트로 이루어진 콘크리트는 초기에 강도 발현 속도가 늦어지는 단점이 있으나, 2~3개월의 양생 기간이 지나면 일반 시멘트 콘크리트와 유사한 강도를 유지한다"고 말했다.

◇“CCS만 인정, CCU는 제외"…제도에 갇힌 기술

기술은 갖춰졌지만 상용화에는 제도라는 벽이 가로막혀 있다. 김 수석은 “정부는 탄소를 저장하는 CCS(이산화탄소 저장) 기술만 제도적으로 인정하고 있고, 우리가 개발한 CCU(이산화탄소 활용) 기술은 아직 반영되지 않고 있다"며 “직접 탄소를 줄이고 고정화시키는 기술임에도 불구하고 제도 밖에 머물고 있는 상황"이라고 지적했다.

이 때문에 상용화를 위한 경제성 확보도 쉽지 않다. 설비 추가, CO₂ 저장 및 주입 비용 등이 건설사에 고스란히 전가되기 때문이다. 김 수석은 “지금처럼 CCU 기술에 대한 지원이나 세제 혜택 없이 상용화만 요구된다면, 탄소를 줄인 기업이 오히려 손해를 보는 구조"라고 말했다.

홍 교수 역시 “관련 자재 사용에 대한 인센티브 제도 도입이 필요하다"며 “예를 들어 공기 증가에 따른 경제적 손실 등을 고려한 정책적 보완이 있어야 한다"고 말했다.

국내에선 지난해부터 청정수소 인정제도가 시행됐지만 CSC 기술을 CO₂ 고정화로 포함시켜보려 한 시도는 아직 받아들여지지 않았다. 제도와 기술의 간극이 좁혀지지 않으면 아무리 좋은 기술도 현장에서 쓰이기 어렵다는 지적이 나온다.

◇건축 전반의 제도 혁신이 열쇠

홍 교수는 탄소중립 건축 실현을 위한 정책 방향에 대해 “에너지 절감을 위한 설계·시공·유지관리 전반에 대한 제도 정비가 필요하다"면서 “탄소저감 자재 개발에 대해 신기술 선정 품목을 확대하고, 시멘트 생산공정의 대대적인 변혁과 대체재 품질 유지를 위한 인증 체계도 함께 마련돼야 한다"고 강조했다.

탄소광물화 시멘트 기술이 '탄소중립 건축'에 포함될 수 있느냐는 질문에는 “이 기술은 탄소를 흡수하는 콘크리트로, 탄소저감을 위한 성공적인 접근으로 볼 수 있다"면서도 “다만 기존 콘크리트에 비해 강도와 내구성이 다소 낮은 값을 나타내는 만큼 적용 범위는 제한적일 수 있고 향후 지속적인 연구와 개선이 필요하다"고 답했다.

◇국내 주요 건설사도 '탈탄소' 전환 박차…“기술이 생존을 가른다"

롯데건설 외에도 국내 주요 건설사들이 탈탄소 기술 확보에 속도를 내고 있다. 삼성물산은 그린수소·SMR(소형모듈원자로)·모듈러 등을 3대 미래 사업으로 삼고, 김천 그린수소 기지 등 국내외 프로젝트를 통해 친환경 에너지 인프라 확대에 나섰다. 특히 3D 모듈러 공법과 디지털트윈 기반 운영 기술을 접목한 스마트 건축 전략으로 ESG 성과 개선을 추진 중이다.

현대건설은 '지속가능한 미래 건설'을 ESG 비전으로 제시하고, 글로벌 원자력·수소 플랜트 시장 진출을 확대하고 있다. 국내 최초로 SMR 기반 수소 플랜트 설계에 나섰으며, CCUS(탄소 포집·활용·저장) 기술도 고도화 중이다. 2045년까지 전사 밸류체인에서 탄소중립을 달성하겠다는 중장기 목표도 설정했다.

DL이앤씨는 탄소 포집 자회사 '카본코'를 통해 CCUS 밸류체인을 구축하고, 북미·유럽 암모니아 사업, SMR 투자 등 글로벌 탄소 저감 사업을 다각도로 전개하고 있다. '지속가능한 글로벌 디벨로퍼'라는 비전 아래 친환경 에너지 분야의 기술 상용화에 집중하고 있다.

대우건설은 OSC(공장 제작 조립공법) 확대와 함께 연료전지·그린수소·BESS(배터리 저장시스템) 등 탄소중립 건축 기반을 다지고 있다. 특히 OSC는 기존 공법 대비 약 40%의 탄소배출 저감 효과가 있는 것으로 분석되며, 공공 부문 확대에 맞춰 인력·설비 투자를 늘리고 있다.

이처럼 각사 모두 “탄소저감은 선택이 아닌 생존 전략"이라는 인식 아래 기술개발에 주력하고 있지만, 공통적으로 제도 기반과 경제성 확보라는 과제를 안고 있다. 전문가들은 “기술 혁신에 맞춘 제도 정비와 함께, 초기 시장 형성을 위한 정책적 지원이 병행돼야 지속가능한 탄소중립 건설 생태계가 자리잡을 수 있다"고 강조한다.

◇유럽은 해체물로 탄소 줄이고, 미국은 도로에서 충전한다

이미 해외에선 탄소중립 실천을 위한 시멘트 관련 기술들이 일반화되고 있다. 김 수석에 따르면 유럽에선 해체 건축물의 잔재에 남은 미반응 시멘트를 공기 중 CO₂와 반응시켜 순환골재로 재활용하고 있다. 미국에서도 콘크리트 구조물에 전기차 무선충전 시스템을 결합하는 등 상상 이상의 기술들이 등장하고 있다.

유럽에서 사용되는 '해체 콘크리트 재탄산화 기술'의 경우 철거된 콘크리트 구조물을 야적해 공기 중 이산화탄소와 자연 반응시키고, 이로 인해 알칼리성을 줄인 뒤 이를 순환골재로 재활용하는 방식으로 이미 상용화됐다.

미국은 한발 더 나아가 콘크리트를 '에너지 플랫폼'으로 확장하고 있다. 김 수석에 따르면 미국 일부 고속도로는 콘크리트 포장 내부에 무선 충전 코일을 내장해 전기차가 주행 중에도 배터리를 충전할 수 있는 파일럿 프로젝트를 운영 중이다. 그는 “해외에선 콘크리트를 단순한 구조재가 아닌 에너지와 환경을 연결하는 융합재료로 보고 있다"고 말했다.

◇탄소중립 기술의 생존 과제와 시장 대응

조주현 건국대 부동산학과 교수는 “탄소 저감 기술은 단순한 친환경을 넘어 앞으로 건설사의 생존과 직결되는 문제"라며 “기후협약과 무역환경 변화 속에서 이러한 기술을 선제적으로 확보한 것은 매우 고무적"이라고 평가했다. 다만 “원가가 지나치게 높을 경우 상용화에 제약이 따르겠지만 비용 부담이 크지 않으면서 탄소 감축 효과가 뚜렷하다면 충분한 시장성이 있을 것"이라고 전망했다.

전 세계가 기후 위기 대응에 나서면서 탄소중립은 이제 선택이 아닌 필수가 됐다. EU가 탄소국경세를 도입하고, 글로벌 건설 발주 시에도 탄소 감축 의무를 점차 강화하는 추세다. 이에 따라 기업들이 얼마나 효과적으로 탄소 배출을 줄이는지가 생존을 좌우하는 중요한 성과 지표로 자리 잡고 있다.

김 수석은 “CO₂ 반응 경화 기술은 하루아침에 탄생한 것이 아니라, 수년간 국내외 공동연구와 다수의 실증 작업을 통해 완성된 기술"이라며 “현재 기술은 충분히 준비돼 있으며 이제는 이를 뒷받침할 수 있는 제도적 기반과 수요처가 함께 성장해야 하는 시점"이라고 강조했다. 그는 또 “기술만으로는 한계가 명확하며 정부와 업계가 함께 제도적 지원과 시장 활성화에 힘써야 탄소중립 건설의 미래가 열릴 것"이라고 덧붙였다.

서예온 기자 pr9028@ekn.kr