환경부 용역사업 최종 보고 토양 내 CO2 저장기술 개발사업 타당성 연구 2009. 12. 21.

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1 환경부 용역사업 최종 보고 토양 내 CO2 저장기술 개발사업 타당성 연구

2 CO2 광물 탄산화 기술개발의 당위성 CCS 기술로서, ‘CO2 광물 탄산화’의 현실적인 문제점과 극복 방안은?
▪ 국내는 저장 site 부족: 신뢰성 및 저장 용량의 부족 → 지중 저장 외에 대안이 필요! ▪ 국내 원료 광물은 부족하지만, 산업부산물은 연간 5,000만톤 이상으로 풍부 → 국내 여건상 산업 부산물을 이용한 광물 탄산화 기술개발의 타당성이 있음! CCS 기술로서, ‘CO2 광물 탄산화’의 현실적인 문제점과 극복 방안은? 경제성이 많이 떨어지는 기술 아닌가? 포집후 해외 저장 등의 방안이 더 현실적이지 않은가? 해외에서도 연구개발이 활발하지 않은 것 같고, 국내연구개발 경험이 일천하지 않은가? 왜 우리가 CO2 광물 탄산화 기술을 개발해야 하는가? 추진 명분/당위성?

3 “기술은 개발할 수 있으나, 지질(여건)은 개발할 수 없다.” 각 나라에 맞는 CCS 전략과 기술개발이 필요하다.
핵심 질문에 대한 답변 요약 (1) 기술의 경제성? → 광물 이용시 공정의 경제성은 높지 않은 것으로 알려져 있지만, 산업부산물을 이용할 경우 경제성이 없다고 예단할 수 없으며, 많은 신기술들이 개발 중. (2) 해외에서도 연구개발이 활발하지 않은 것처럼 보이고, 국내 연구개발 경험이 일천하지 않은가? → 소규모 연구 진행 및 연구 중단의 이유는 ‘기술의 경제성’에 대한 의문 때문으로 보임 기술 자체의 R&D 단계가 Research Phase 로 선진국과의 기술 격차가 크지 않음 단기간(10년 이내) 집중적인 투자로 ‘기술 선진국’으로 도약이 가능한 기술 분야임. (3) 포집후 해외 저장 등의 방안이 더 현실적이지 않은가? → 포집 이후 저장 문제를 외국에 의존함으로써 CO2 문제 해결에 있어 저장지가 많은 나라에 종속될 우려 다양한 저장 기술의 portfolio 를 구성하여, 전체 CCS 기술의 risk 를 분산시켜야 함. (4) 왜 우리가 CO2 광물 탄산화 기술을 개발해야 하는가? 추진 명분/당위성? → 국내 여건상 탄산화에 의한 산업부산물 처리 및 CO2 저장이 상대적으로 유리한 조건 우리나라에 특화된 CCS 기술을 개발함으로써 지리적/산업적 여건이 유사한 국가에 기술 수출 가능. “기술은 개발할 수 있으나, 지질(여건)은 개발할 수 없다.” 각 나라에 맞는 CCS 전략과 기술개발이 필요하다.

4 목차 1. 국내외 기술개발 동향 미국/유럽/호주/일본 국내 연구 동향 2. 광물 탄산화 적용 분야 천연광물
산업부산물: 고로 및 제강 슬래그, 니켈제련 슬래그, 폐콘크리트, 폐석면, 비산재, 3. 기술개발 추진 계획 비전 및 목표 추진 체계 및 전략 기술개발 로드맵 시범 사업 계획 기술 개발 항목 4. 기대효과 5. 결론 및 제언 ※ 첨부: 세부 기술 항목의 목표 및 필요성

5 1. 국내외 기술개발 동향

6 미국 주요 연구 그룹 – 대학/국책연구소를 중심으로 연구 진행.
AISI CO2 Breakthrough Program: US DOE + Companies Phase I(<2008): Concept Discovery and Assessment, 2008년까지의 결과 : 4개의 초기 프로젝트 중 2개의 프로젝트가 CO2 광물 탄산화와 관련 (현재 연구 중단 상태이나 재평가후 추후 추진 가능성도 있음) Klaus S. Lackner - Columbia Univ. ▪’90년대 LANL 에서 CO2 광물 탄산화 연구를 꾸준히 진행해 왔음. ▪ CO2 sequestering using ultramafic rocks and residue chrysotile asbestos William K. O’Connor - NETL ▪ 2000년대 초 ARC에서 CO2 광물 탄산화 관련 연구(주로 천연 광물)를 진행함. (DOE 내에서 Mineral Carbonation Study Program 등). ▪ Direct Mineral Carbonation (w/ carbonic acid), Carbonation using a direct aqueous process, Supercritical CO2 Mineral Carbonation Prof. Lackner at Columbia U. 2년 35만불 광물 CO2 격리와 철광석 생산을 융합하는 제철 공정 설계 (Integrating Steel Production with Mineral Carbon Sequestration) Prof. Richards at MUST 46.5만불 제철공정 슬래그를 이용한 CO2 포집 및 격리공정 개발 (Geological Sequestration of CO2 by Hydrogen Carbonate Formation with Reclaimed Slag) 대학/국책연구소를 중심으로 광물 탄산화 연구 수행, 산업계에서도 연구를 진행했음. ⇒ 지리적 여건으로 주로 천연 광물을 이용한 광물 탄산화 연구 수행이 많음. - NETL: National Energy Technology Lab. - DOE: Department of Energy - LANL: Los Alamos National Lab. - ARC: Albany Research Center - AISI: American lron and Steel Institute - MUST: Missouri Univ. of Sci. & Tech.

7 핀란드 주요 연구 그룹 지중 저장 CCS 기술에 대한 의견 지리적/기술적 어려움으로 CCS 대안 기술 모색 중
지중저장 CCS 기술 - Monitoring/ 가스 누출 위험 등의 기술적 어려움 외에도 한국/Finland 등은 지질학적으로 잠재성이 적음. Finland 의 CCS 기술개발 - 지질학적 여건 및 연구개발의 장애 극복이 용이하지 않아, 다른 CCS 기술개발을 고려해야 함. 광물 탄산화도 하나의 선택이 될 수 있음. Prof. Zevenhoven Åbo Akademi University ▪ 정부의 연구비로 일부 연구를 진행 중이나, 소규모 실험실 수준의 연구. ▪ Ni 또는 Cu 광에서 채광되는 부산 serpentinite 광물(Finland 중부) Prof. Fogelhom Helsinki University of Technology ▪ 금속 용출 용액 선정이 중요한 연구 테마(Ca 용출 선택도 향상 등). ▪ Steel slag 을 이용한 CaCO3 제조 연구. Sebastian Teir VTT Technical Centre of Finland ▪ VTT 에서는 Finland 에서의 CCS 기술의 타당성 연구 진행 중. 연구 방향이 완전히 정해진 상태는 아님. 지리적/기술적 어려움으로 CCS 대안 기술 모색 중 (검토 대상으로 광물 탄산화도 포함됨.) * VTT: 핀란드 내의 한국의 KIST에 해당하는 연구기관

8 일본 일본의 CCS 정책 주요 연구 그룹 산업계에서 활용할 수 있는 광물 탄산화 기술 개발에 노력하고 있음.
일본의 CCS 정책은 CO2 분리/회수 분야, CO2 지중저장, CO2 해양저장의 3개 분야로 나누어져 있으며, 2015~2020년 기술개발의 실적용을 목표로 하고 있음. ‘CO2 광물 탄산화 기술’ 은 CO2 전환 및 유효이용 분야로 화학적 변환의 관점에서 연구를 진행 알칼리 토금속을 이용하여 CO2를 탄산염으로 고정하는 기술 규산염 등의 풍화 프로세스의 인위적 촉진 기술 주요 연구 그룹 산업계에서 활용할 수 있는 광물 탄산화 기술 개발에 노력하고 있음. 폐시멘트/폐콘크리트/concrete sludge 의 탄산화 반응(산업부산물을 활용 분야의 선두권). 탄산화 대상에 따라서는 경제성이 좋다는 평가를 내리고 있음(토쿄대, 폐콘크리트). Katsunoi Yogo RITE ▪ Chemical Research Group 중심 소규모 기초 연구(2000년대 중반). 현재는 중단. ▪ ‘CO2 광물 탄산화’ 관련 국제 공동 연구 제안(RIST)에 대해 내부 논의 중. Yukio Yanagisawa - Univ. of Tokyo ▪ 폐콘크리트/concrete sludge 등을 이용한 새로운 탄산화 기술 개발 중. ▪ Concrete sludge 재활용 공정 bench-scale 실험 연구를 실시 중( , Kawashima – Nippon Concrete Industries)

9 국외 기술개발 현황 요약 ▪ 기초 연구를 대학 및 국가연구소에서 다수 수행(Columbia U, NETL 등). ▪ 철강업계와 같은 산업계도 CO2 저감의 한 전략으로 연구를 진행했음(AISI). ▪ 산업부산물(슬래그, 폐콘크리트) 대상 기술개발 수행 (토쿄대, 관련 산업체 등) 국제 공동 협력 가능 미국 NETL 도 협력 가능할 것으로 보임. ▪ 소규모의 연구그룹들이 정부 및 민간의 지원으로 실험실 수준의 연구 진행. (핀란드, 네덜란드) ACEME 격년으로 개최 ▪ CCS 기술/정책에서는 주도적이나, CO2 광물 탄산화는 상대적으로 빈약. ▪ CO2 지중 저장에 초점을 맞추고 있음. ⇒ GCCSI 추진 ACEME : Mineral carbonation 에 관련된 신생 국제학회 (2006, 매2년)

10 세계적 연구개발/정책 동향의 시사점 정책적 관점 기술적 관점 종합 및 시사점
CCS 기술은 민간/정부/학계 대부분 지중 저장(geologic storage)을 가장 현실적 방안으로 판단함. ‘CO2 광물 탄산화 기술’은 유럽/일본을 중심으로 관심이 증대되고 있음. 국가 주도로 대규모 연구개발 사업을 진행하는 예는 찾기 어려움. 기술적 관점 핵심 요소 기술은 ‘전처리’, ‘금속의 용출 용액 선정’, ‘공정 최적화’, ‘고속 탄산화 기술’ 등. 탄산화 기술: 공정 경제성 향상을 위한 indirect carbonation 연구가 주요 추세임. 종합 및 시사점 전세계적으로 약 20여 개의 소규모 연구그룹 파악됨. 지리적 여건에 따라 주 연구대상인 원료 물질(cf. 미국/천연광물, 일본/산업부산물)이 다름. 연구개발의 단계는 실험실 규모의 연구인 Research Phase로 파악됨. 선진기술 조기습득을 위한 국제공동 연구 추진: 기초 연구 단계로 연구 협력에 개방적임(핀란드, 일본). 많은 경우 광물 탄산화 관련 연구 중단 이유는 공정의 경제성 때문으로 파악됨.  최근 경제성 향상을 위한 신기술 및 공정 개발이 시도되고 있음. ⇒ 전체 탄산화 공정의 경제성은 아직 미흡한 수준이나, 이를 극복하기 위한 신공정이 개발이 진행 중. ⇒ 각 나라별 여건에 적합한 CO2 storage 기술 확보가 중요하며, 우리나라는 CO2 저장 실현을 위해 ‘CO2 광물 탄산화’ 기술 개발 필요.

11 국내 기술개발 현황 및 수준 ▪ 지구 온난화 관련한 광물 탄산화 연구 수행 미미 ~ 주로 실험실 규모의 연구 수행
~ 정부/연구자들 대부분 ‘CCS 기술’ 을 논할 때는 거의 지중저장(geologic formation) 을 염두에 둠 (세계적으로 공통된 인식 ← 상대적으로 많은 저장 용량, 실증 설비 등의 존재) ~ CO2의 저감보다는 탄산화에 의한 탄산염 광물의 생성에 초점을 맞춘 연구 수행 ▪ 전세계적인 기술 개발 단계는 Research Phase로 선진 기술과의 격차는 크지 않은 것으로 판단됨. ▪ 한국지질자원연구원(KIGAM)을 중심으로 2007년 이후 실질적 연구개발 착수 ~ 최근까지 예비 기초 연구 수행, 자체 funding에 의한 연구 진행 ▪ 2009년부터 지식경제부 지원(사업비: 7억/3년) ~ KIGAM(참여대학: 연세대, 인천대, 서남대)을 중심으로 과제 수행 중(수행 중인 유일한 국가과제) ~ 대상물질: 천연광물(규회석, 회장암) 및 일부 산업 부산물 2010년 지경부 온실가스 저감 기술 개발 항목에 ‘광물 탄산화 기술’이 중장기 로드맵 후보로 포함됨. 교과부 주도의 ‘Korea CCS 2020’ 프로젝트 (사업비: 2,300억/9년)를 사업단 규모로 기획 중에 있음.

12 국내 CCS 기술 개발 여건 < 국내 지중 저장 여건 >
국내 지질학적 여건으로 on-shore/off-shore CO2 저장 불명확 저장 후보지에 대한 연구가 수행 중에 있으나 답보 상태 CO2 포집 위주의 연구 수행으로 CO2 저장 및 활용 방안 연구 미흡 최근 Korea CCS 2020 (교과부), 온실가스 저감 사업(지경부)을 기획 중에 있음. CO2 해양지중저장기술개발사업(국토부) 추진 중. 국내 저장 혹은 국외 이송 후 저장 등에 대한 명확한 답은 없음. 그러면 CCS 해결책이 나올 때 까지 CO2 포집 연구만 할 것 인가? 우리나라 실정에 맞는 해결책(CCS 대안) 모색 국내 산업 구조로 인하여 매년 다량의 산업 부산물(폐기물) 발생 ↓ + CO2 광물 탄산화에 의한 CO2 저장

13 국내 여건에서의 지중 저장 vs. 광물 탄산화 Geological Storage Mineral Carbonation
CO2 사양 Guideline: 95% 이상 Control: H2O  hydrate 생성 방지 H2S, SOx, NOx 등 제어 필요 순도는 높으면 좋으나 특별한 제한 없음. 배가스 내 CO2를 포집하지 않고 직접 탄산화 반응에 사용 가능. CO2 이송 CO2 발생원과 저장 site 사이의 거리는 지중저장의 경제성에 있어 가장 큰 변수임. 발생원에서 포집된 CO2를 활용하여 근거리 내에서 탄산화 반응을 수행할 수 있으므로 이송 비용이 적음. CO2 저장 대상물 초기 투자비 규모 큼 ~저장 site 탐사 및 주입정 drilling 등 지질학적 구조 초기 투자비 적음 반응 원료 분쇄/선별 등 전처리 필요 산업부산물(폐기물) 등 다양한 대상 물질 고압 주입을 위한 초기 투자 필요 1,000m 이하 지하에 주입하기 위한 고압 공정 (100bar 이상) 필요. 지중 내에서 고온/고압에 의해 장기간에 걸쳐 반응 진행 고온/고압 반응을 위한 초기 시설 투자 필요 고속 탄산화를 위해서는 고온/고압 필요 ⇒ 에너지 추가 소요 Monitoring Measuring & Verification 장기간에 걸쳐 CO2 누설 여부에 대한 검증 필요 (모니터링 비용: 0.1~0.3$/t-CO2) 이러한 검증을 통해 CO2 저감량 평가됨 탄산화에 의해 CO2가 안정한 광물 탄산염으로 고정되어 처리됨으로 CO2 누설에 대한 검증이 필요 없음. 탄산화 광물 재활용할 수 없음. 재활용 가능 대중의 공감대도 경제성의 문제와 함께 고려해야 함. 다른 나라의 수입된 CO2 저장하는 문제에 있어 과연 일반 대중들이 쉽게 받아들여 줄 수 있나?

14 ? 지중 저장 vs. 광물 탄산화 비용 예측 Geological Storage Mineral Carbonation 1.
($/t-CO2) Mineral Carbonation 1. CO2 포집 30~50 0 ~ 50 2. CO2 이송 30~60 1) < 5 (CO2 이송 거리) (5,000~8,000km) (100km 내외) 3. CO2 저장 0.5~8 50~100 2) 4. Monitoring Measuring & Verification 0.1~0.3 × 5. 탄산화 광물 - α 3) 6. 폐기물 처리 - b 4) Total 60~120 55~155 (– α -β) ※ 비고: 최대 5000km 기준, IPCC: $30, RITE: $60 Mineral Carbonation에 의한 CO2 저장(IPCC): 채광 비용 포함. 전처리 및 탄산화 반응 조건에 따라 비용 차이 큼. α: 고부가가치의 CaCO3 가격이 10~30만원/톤 β: 산업 폐기물 처리에 수반되는 비용(예: 폐콘크리트 2만원/톤, 석면 30~60만원/톤) ?

15 환경부(토양지하수과) 사업 추진 당위성 환경부에서 initiative를 잡고 flagship project를 수행하여야 하는 당위성 CO2 광물 탄산화 기술 개발을 CO2 고정화 관점에서만 파악할 것이 아니라, 원료 물질 수급에서부터 탄산화물 및 부산물 처리까지 종합적으로 관장하여야 함. 원료 물질(광물/산업부산물)의 토양/지하수 오염 사전 예방 및 처리 가능 탄산화물 및 탄산화 공정에 따른 부산물(탄산화되지 않은 물질 등)의 처리 및 활용은 토양/지하수 등 환경 문제와 밀접한 연관이 있음: 토양 및 폐광산 복원 등. CO2 탄산화 기술은 CO2 의 저장 뿐 아니라, 동시에 환경 문제 해결의 방안이 될 수 있음 산업 부산물의 친환경적, 경제적 재활용 석면 오염 토양의 복원 및 석면 함유 폐기물의 무해화 처리 등. 사업 추진 시 기대 효과 국내 여건에 맞는 CO2 저장 기술 확보로 국가 CO2 감축에 기여 광물 탄산화 기술에 의한 새로운 환경 산업 창출 산업 부산물의 탄산화로 재활용시 환경 오염 사전 예방 석면 문제의 근원적 대책 확보 가능

16 2. 광물 탄산화 적용 분야

17 ( 장점 ) ( 단점 ) 광물 탄산화 ⇒ 경제성 확보 방안 필요! (IPCC 2005)
Stabilization of CO2 as mineral carbonates via chemical reaction with metal oxides (MO, M=Mg, Ca, Fe) releasing heat. (IPCC 2005) ( 장점 ) 광물화에 필요한 반응물질이 풍부(전세계) 안정적인 고체상으로 CO2를 영구적으로 저장 가능 ( 단점 ) 다른 저장 기술(지중저장)에 비해 에너지 다소비 공정(고가의 처리 비용 소요) & 저장 규모가 상대적으로 작음. ⇒ 경제성 확보 방안 필요!

18 ⇒ 이러한 경제성 해결 요인을 찾는 것이 “광물 탄산화 기술 개발”의 초점이 될 것임.
광물 탄산화의 경제성 문제 경제성 저해 요인 광물 탄산화를 위한 원료 물질 확보를 위한 채광 등으로 2차 환경 오염 발생으로 인한 비용 발생 원료 물질 전처리(파쇄 및 선별)로 인한 추가 다량의 에너지 비용 발생 가혹한 탄산화 반응 조건(고온/고압 등)으로 인한 고가의 장치 투자비 발생 고체 상 물질 처리로 인한 비연속 회분식(batch) 공정으로 대량 연속 처리 어려움  대량 처리를 위한 장치의 대형화로 고가의 설비 투자 발생 경제성 해결 요인 탄산화 반응 조건 혁신을 통한 저비용/고효율의 신기술 및 공정 개발(예/일본의 폐콘크리트 처리 공정) 탄산화 반응 가속화 및 연속 공정 개발 산업 부산물 및 폐기물 활용을 통한 폐기물 처리 비용 저감 탄산화된 생산물의 부가가치 향상을 통한 이익 창출 환경 개선 비용 저감 토양 복원 및 광미 및 폐석면광 처리를 통한 주거 환경 개선 폐기물에 의한 지하수 오염 방지 ⇒ 이러한 경제성 해결 요인을 찾는 것이 “광물 탄산화 기술 개발”의 초점이 될 것임.

19 광물 탄산화 요소 기술 감람석(Olivine) 천연 광물 사문석(Serpentine) 전처리 규회석(Wollastonite)
탄산화 반응 고로/제강 슬래그 반응 공정 설계 니켈제련 슬래그 탄산화물 용도 산업 부산물 폐콘크리트 환경 영향 평가 폐석면 경제성 평가 비산재 폐석고/폐내화물

20 천연 광물 + SiO2 … + Heat CO2 (Ca or Mg)CO3 Mg Ca 사문석(Serpentine)
감람석(Olivine) 규회석(Wollastonite) CO2 (Ca or Mg)CO3 + SiO2 … + Heat (생성열: ~0.07t-C/t-Ca) 천연 광물을 이용한 광물 탄산화 국내 천연 광물 매장량 빈약  대량의 CO2 처리 한계 천연 광물의 경우 오랜 시간 동안 구조가 안정화되어 있어, 이를 탄산화시키기 위해서는 가혹한 전처리 필요 반응물을 분쇄에 의해 미립화하기 위해 다량의 에너지 소요(CO2 발생) 다수를 차지하는 Mg를 포함하는 탄산화 대상 광물은 Ca에 비해 반응 속도 및 탄산화물의 활용 용도 면에서 효용 가치가 떨어짐.

21 사문석(serpentine) Mg3Si2O5(OH)4 ⇒ 천연 광물을 이용한 탄산화는 광물 매장량의 한계!
천연 광물을 이용한 CO2 처리 가능량 천연광물 알칼리함유량 [%] 추정매장량 [만톤] CO2 고정화율 CO2 고정화량 사문석(serpentine) Mg3Si2O5(OH)4 43.7 1,800 48.1 866 감람석(olivine) Mg2SiO4 57.3 - 63.0 규회석(wollastonite) CaSiO3 43.3 540 34.0 184 활석(talc) Mg3Si4O10(OH)2 31.9 770 35.1 270 계  3,110 1,320 ⇒ 천연 광물을 이용한 탄산화는 광물 매장량의 한계! ↓ 발생되는 CO2에 대한 지속적인 저장 불가능

22 폐내화물 발생량: POSCO 내에서 ~4만톤/년 미만으로 소량 발생(검토 대상에서 제외)
산업 부산물 대상 물질 제강 슬래그, 니켈제련 슬래그, 폐콘크리트, 폐석면, 비산재, 폐석고, 폐내화물,…. 발생원 부산물 비고 제철/제련소 제철 슬래그 30~ 60% MgO, CaO 니켈제련슬래그 30~ 35% MgO, CaO 건축 폐기물 폐콘크리트/시멘트 15~45% CaO 폐석면 ~47% MgO 광산 석면광 ~ 47% Mg (사문석광) 발전소, 소각로 비산재 2~35% CaO 기타 폐내화물, 폐석고 등 40~60% MgO, CaO 폐내화물 발생량: POSCO 내에서 ~4만톤/년 미만으로 소량 발생(검토 대상에서 제외)

23 제철 슬래그 발생 현황 조성 기존 용도 일관제철소(고로/전기로), 전기로 업체
건설용: 노반재, 토목용 골재, 항만 및 해양용 건설 자재 암면 원료, 규산질 비료 시멘트 클링커 원료 연안 생태계 환경 복원 (한국철강협회, 2008) 슬래그 종류 비율(%) 발생량(톤) 발생업체 고로 슬래그 53.2 10,228,000 POSCO 제강 슬래그 46.8 8,990,000 POSCO, 현대제철, 동국제강, 한국철강, YK스틸, 포스코특수강, 세아베스틸, 대한제강, 환영철강, 한국제강 합  계 100 19,218,000 SiO2 CaO MgO Al2O3 T-Fe S 고로 슬래그 33.1 40.0 8.6 13.7 0.4 1.04 제강 슬래그 11.2 41.5 6.5 1.4 20.0

24 제철 슬래그를 이용한 탄산화 < 연구 현황 > 슬래그의 탄산화 반응 슬래그를 이용한 CO2 처리 가능량
해양활용을 목적으로 slag aging 처리 용출된 Ca2+를 이용하여 대기 중 CO2 포집 탄산화에 의해 경질 탄산염까지 제조 슬래그를 이용한 CO2 처리 가능량 발생량 (ton/year) CO2 처리 가능량 (ton/year) 고로 슬래그 10,228,000 4,602,600 제강 슬래그 8,990,000 4,037,800 19,218,000 8,640,400

25 (자료: 부품소재종합정보망/www.mctnet.org)
폐콘크리트 발생 현황 노후 건축물, 토목 구조물 발생량: ~3,000만톤/년 (2015년경, 1억톤/년 상회 예상) 조성 기존 용도 콘크리트용, 레미콘용 골재, 시멘트 벽돌 및 블록 노반재, 보조 기층용, 농로보수용 복토용, 매립재료 < 폐콘크리트 발생 추이 > (CHERIC/자원재활용 연구회 2005) SiO2 CaO MgO Al2O3 Fe2O3 K2O Ig. oss SO3 골 재 72.2 4.1 1.5 12.3 3.0 1.1 1.9 - 미분말 62.4 14.7 1.4 7.5 2.0 1.0 10.8 순환형 14.2 44.1 3.2 1.2 33.7 0.7 (자료: 부품소재종합정보망/

26 폐콘크리트 탄산화 공정 에너지 비교(규회석 vs. 폐콘크리트)
<초산을 이용한 탄산화 공정> Power Consumption [MW] 규회석(Wollastonite) 폐콘크리트 CO2 Separation 5.56(27.28) 5.56(40.0) CO2 Compression 4.65(22.82) 4.65(33.5) Pulverization 5.29(25.96) - ( - ) Extraction 1.27(6.23) 0.07(0.5) Crystallization(deposition) 2.60(12.76) 2.60(18.7) CaCO3 Separation 1.01(4.96) 1.01(7.3) Total 20.38(100) 13.89(100)

27 폐콘크리트를 이용한 자원화 (The Japan Journal, 2004)
폐콘크리트를 이용한 탄산화 처리 폐콘크리트의 탄산화 반응 Ca(OH)2 + CO2  CaCO3 + H2O 폐콘크리트를 이용한 CO2 처리 가능량 폐콘크리트를 이용한 자원화 (The Japan Journal, 2004) 발생량 (ton/year) CO2 처리 가능량 (ton/year) 폐콘크리트 30,000,000 5,100,000

28 폐석면 발생 현황 조성 폐건축물 내/외장재 및 석면 폐광 지역 석면 폐기물: ~70만톤/년
폐기물관리법 개정 (2008년 7월 1일)에 따라 석면 1%이상 함유된 물질은 모두 지정폐기물로 규정됨. Group 종류 화학식 사문석계 (蛇紋石, Serpentine) -크리소타일(Chrysotile, 백석면) Mg3Si2O5(OH)4 (M.W.: 277.1) 각섬석계 (角閃石, Amphibole) -크리시돌라이트(crocidolite, 청석면) -아모사이트(amosite, 갈석면) -악티노라이트(actinolite) -안소필라이트(anthophyllite) -트레모라이트(tremolite) A0or1B2C5T8O22(OH,F,Cl)2 A=K, Na;  B=Fe, Mn, Mg, Ca;  C=Al, Cr, Ti, Fe, Mg;  T=Si, ,Al, Cr, Fe, Ti

29 석면 처리로 인한 2차 환경 오염 발생 우려 및 대량의 에너지 소비
폐석면 처리 현황 기존 처리 현황 ① 단순 매립 처리 매립에 의한 환경 오염 발생 가능성 및 매립지 확보 문제 ② 결합제를 사용하여 고형화 후 매립 처리 시멘트계 재료를 결합재로 사용하여 고형화 후 매리 처리 단순 매립 처리에서 발생할 수 있는 단기적인 환경 오염 문제는 줄일 수 있으나, 장기적인 환경 오염 및 매립지 확보 문제 ③ 고온 용융에 의한 무해화 처리 1,500℃ 이상의 고온에서 처리하므로 전력이나 화석 연료 등 대량의 에너지를 사용하기 때문에 환경적 부담이 큼.  대량의 에너지 소비 석면을 고온 용융 처리한 후에는 슬래그화되어 노반재 콘크리트 골재 석면 골재 등으로 재이용 가능 석면 처리로 인한 2차 환경 오염 발생 우려 및 대량의 에너지 소비  효과적인 석면 처리 기술 개발 필요

30 석면을 이용한 탄산화 처리 석면 오염 토양 복원 사업 적용 백석면(Chrysotile)의 탄산화 반응 기대효과
Mg3Si2O5(OH)4 + 3CO2  3MgCO3 + 2SiO2 +2H2O ∴ ⇒ 백석면 1톤 탄산화  0.476톤-CO2 소모  기대효과 석면 무해화  환경 문제 해결 광물에 의한 이산화탄소 저장  CDM 사업 자원으로 재활용: 건축용 자재, 산업 원료, 광산 복원 등 신규 환경 산업: 50만톤/년 처리 시 ⇒ 1500~3000억/년 + α (기존 폐석면 처리 비용 산정: 30~60만원/톤) <국내 석면광 분포> 석면 오염 토양 복원 사업 적용

31 산업 부산물 탄산화에 의한 CO2 처리 가능량(요약)
(Ca, Mg)SiO3(s) + CO2(g)  (Ca, Mg)CO3(s) + SiO2  산업 부산물 발생량 (ton/year) CO2 처리 가능량 (ton/year) 제철 슬래그 고로 슬래그 10,228,000 4,602,600 제강 슬래그 8,990,000 4,037,800 니켈제련 슬래그 1,000,000 369,000 폐콘크리트 30,000,000 5,100,000 폐석면 87,470 41,700 비산재 Coal ash 5,800,000 293,500 MSWI ash   400,000  62,120 폐석고 3,700,000 960,000 56,505,470 15,466,720 ⇒ 매년 지속적으로 광물 탄산화 가능한 대량의 산업 부산물 발생 (국내 산업 부산물 발생 특징) ↓ 발생되는 CO2의 지속적인 처리 가능

32 광물 탄산화 요소 기술 분류 분류 핵심 요소 기술 원료 물질 천연광물 산업부산물 탄산화 반응 전처리 반응 경로 반응 속도
핵심 요소 기술 원료 물질 천연광물 ▪ Olivine ▪ Serpentine/석면광 ▪ Wollastonite ▪ 기타 광물: Zeolite, Anothosite, … 산업부산물 ▪ 고로/제강 슬래그/Ni 제련 슬래그 ▪ 폐내화물(제철/유리/시멘트…) ▪ 폐석고 ▪ 폐콘크리트 ▪ 폐석면 ▪ 비산재/소각회분 ▪ 기타 산업 부산물: 동물뼈 등 Ca/Mg source 발굴 탄산화 반응 전처리  ▪ 원료 물질 전처리: Grinding, 열처리 등 ▪ 경제적인 전처리 방법? ▪ CO2 전처리? Phase? 반응 경로 ▪ Direct Carbonation ▪ Indirect Carbonation ▪ Other routes? 반응 속도 ▪ 용출 수율/선택도 증대를 위한 용액 선택 ▪ 고속 용출을 위한 신기술? 공정 통합 ▪ 공정 최적화 기술 ▪ 경제성 증대를 위한 신공정 탄산화물 활용 최종 탄산화물  ▪ 순도/수율/색깔? ▪ 탄산화물의 부가가치 향상 방안 활용처(market) 개발  ▪ 광산 복원/기존 산업재 대체 등 ▪ 새로운 탄산화물 사용처 개발 – 경제성 확보를 위한 고부가가치의 신시장 개발 환경 영향 평가 ▪ 탄산화물 활용 및 처분에 따른 지하수-토양 오염 방지 ▪ 탄산화물 활용 및 처분에 따른 환경 영향 평가

33 탄산화 대상 물질에 대한 개발 우선 순위 평가 “제철슬래그, 폐콘크리트, 폐석면 을 이용한 탄산화 기술을 우선적으로 개발”
※수준 - ◎: 매우 높음(5), ○: 높음(4), △: 중간(3), ∨: 낮음(2), ×: 아주 낮음(1) 천연광물 산업 부산물 사문석/규회석/감람석/ 제철 슬래그 폐콘크리트 폐석면 비산재 기타(폐석고/폐내화물) CO2 저장 잠재량 ∨ ◎ >1Mt <0.1Mt △ ~0.1Mt ○ ~1Mt 기술 개발 용이성 (Alkali함유량) 개발 기술의 적용성 (제철소) (양회업계) (폐광산 등) (발전사) 기업 참여 가능성 × (포스코) 기타 환경적 잇점 합계 10 17 16 11 14 “제철슬래그, 폐콘크리트, 폐석면 을 이용한 탄산화 기술을 우선적으로 개발”

34 우선 개발되어야 할 핵심 요소 기술(선택과 집중)
분류 핵심 요소 기술 원료 물질 산업부산물 ▪ 제철 슬래그 ▪ 폐콘크리트 ▪ 폐석면 탄산화 반응 (고속 탄산화) 전처리  ▪ 원료 물질 전처리 반응 경로 ▪ 간접 탄산화 반응 반응 속도 ▪ 용출 수율/선택도 증대를 위한 용액 선택 공정 통합 ▪ 공정 최적화 기술 탄산화물 활용 용도 개발 ▪ 적용 사양: 순도/수율/색깔 ▪ 탄산화물의 부가가치 향상 방안 제철 슬래그 폐콘크리트 폐석면 탄산화 반응 반응 공정 설계 전처리 탄산화물 활용

35 “현재의 CO2 광물 탄산화 기술보다 경제성 있는 신기술 개발”
기술의 비전 “현재의 CO2 광물 탄산화 기술보다 경제성 있는 신기술 개발” ▪ 전처리 공정의 저에너지 기술 개발 - 배가스 중 CO2 를 포집, 농축하는 공정보다 진보된 개념의 기술 개발 (배가스를 직접 이용한 CO2 광물 탄산화 기술 개발) : Concrete sludge 의 탄산화 - 원료 물질의 전처리 공정 ▪ 고속 탄산화 기술의 개발 - 신 개념의 고속 탄산화 기술 개발(저온/저압에서의 탄산화 기술, 촉매 및 첨가제 개발 등) - 금속 (Ca/Mg) 용출 용액의 개발 ▪ 공정 최적화 기술의 개발 - CO2 배출 공정(연소) 혹은 탄산화 공정중 발생열을 최대한 활용하는 heat integration 기술 - 공정 시뮬레이션 등을 통한 공정 최적화 기술 ▪ 최종 산물(탄산화물)의 이용으로 경제성 증대 - 탄산화물 이용 시장의 적극적 발굴 : 고순도/저순도 등 시장에 따른 portfolio 구성으로 시장 공략 및 창출 방안 도출 - 공정중 발생하는 부산물을 이용한 경제성 증대

36 3. 기술 개발 추진 계획

37 “CO2 광물 탄산화는 국가적 온실 가스 대응 전략의 주요 분야”
비전 및 목표 광물 탄산화 기술로 국가 온실가스 감축 목표 달성 및 신사업 창출 비전 우리 나라를 광물 탄산화 기술의 글로벌 선도 국가로 자리매김 CO2 탄산화하여 토양에 영구 저장하는 경제성 있는 원천 기술의 개발 산업 부산물을 이용한 광물 탄산화의 실증 및 이를 통한 연간 500만톤의 CO2 저장 기술 확립 목표 토양 복원 등 탄산염 광물의 용도를 개발, CO2 광물 탄산화 기술을 통한 신성장 동력의 창출 “CO2 광물 탄산화는 국가적 온실 가스 대응 전략의 주요 분야”

38 (전처리/탄산화반응/탄산화물 사양/영향평가 등 신전처리,고속탄산화 기술 등 개발)
기술 개발 추진 체계 1단계(3년) 기초연구 2단계(2년) Pilot Plant 시범사업 연구 정부/학계주도 -국제 공동 연구 추진 핵심 요소 기술 개발 (전처리/탄산화반응/탄산화물 사양/영향평가 등 신전처리,고속탄산화 기술 등 개발) 시범 사업 – 제강 슬래그 탄산화 공정 탄산화물 사양 조사 및 반응 경로 탐색 기초 연구 산업부산물 (제강슬래그, 폐콘크리트, 폐석면 등) 원료물질 조사/분석/선정 (천연광물) 탄산화물 활용 기술 및 환경 영향 평가 원료별 전처리 기술 개발 원료별 고속 탄산화 기술 개발 반응 메커니즘 규명 단위 공정에 대한 최적화 탄산화물 활용 시장 파악 탄산화물 용도별 사양 및 사용량 (산관협동) Bench-scale 기술적 가능성 확인 및 탄산화 요소 기술 확보 Bench-scale 연구 Pilot 건설/시운전 Scale-up에 대비한 세부 전략 수립 산업계 적극 참여 유도 0.5 t-CO2/day 급 Pilot Plant 설계 및 건설 공정 Simulator 개발 및 적용 0.5 t-CO2/day 급 Pilot Plant 운전 및 최적화 기술 가치 향상 방안 및 경제성 확보 방안 수립 Pilot 운전/최적화 Scale-up 자료 확보 및 Demo Plant 연구 전략 수립 기술 사업화 참여기업 유도 탄산화물 활용 사업화/시장 개척 CO2 광물 탄산화 기술의 상용화 기반 구축 기술이전

39 CCS,기술에 대한 사회적 인식 제고 및 관련 법/제도 정비
기술 개발 로드맵 1 단계 2 단계 최종 목표 2011 2012 2013 2014 2015 연차별소요예산 (단위: 억원, 괄호안은 시범사업예산) 30 (10) 70 (55) 60 (15) 10 총 200억원 핵심 요소 기술 개발 연구 - 원료 물질 선정 및 전처리 - 탄산화 반응 Bench-scale 연구: scale-up 대비 방안 경제성 증대를 위한 핵심 기술 개발 - 고속 탄산화 - 공정 최적화 등 원천기술 개발 요소기술 확보 핵심 요소 기술 개발 연구 - 탄산화물의 활용 - 환경영향 평가 시범사업 기초 연구 Bench-scale Pilot 건설 및 운전 기술이전 사업화방안 Pilot Plant 설계 P/P 건설 및 운전 - Simulator 개발 - 운전조건 수립 P/P 운전 최적화 - 문제점 파악/해결 방안 - 경제성 확보 방안 - 공정 환경 영향 평가 Pilot Plant 기술 개발 기술적 검증 경제성 확보 (규모: 0.5톤/일) 인프라 및 적용 방안 확립 CCS,기술에 대한 사회적 인식 제고 및 관련 법/제도 정비 포집 분야와 연계한 통합 공정 개발 기반 구축 광물탄산화 기술에 의한 산업화 기반 구축 상용화 기반 구축

40 연구 사업 추진 체계 지경부 국토부 교과부 녹색성장위원회 환경부 사업단 대학/연구기관 산업체 공공기관 국제협력 - 국내 대학
- 토양지하수과 - 환경보건정책과 - 기후변화협력과 - 물환경정책과 - 국토환경평가과 - 자원순환정책과 - 폐자원 관리과 - 자원재활용과 < 환경부 관련 부서 > 사업단 대학/연구기관 산업체 공공기관 국제협력 - 국내 대학 - 한국지질자원연구원 - Tokyo Univ. - Colombia Univ. - Åbo Akademi Univ. - Helsinki Univ. - POSCO - 현대제철 - 동국제강 - 쌍용양회 - 한일시멘트 - 석탄화력발전소 - 한국광해관리공단 - 산업안전보건연구원 - 한국환경자원공사 - 환경관리공단 - 한국환경산업연구원 - 한국환경정책평가연구원 - RITE (Japan) - VTT (Finland) - ECN (Netherland) - NETL (U.S.A.) - ARC (U.S.A.)

41 Research Hub for CO2 Mineral Carbonation
추진 전략 Research Hub for CO2 Mineral Carbonation 국내 산업 부산물의 광물 탄산화 기술 개발에 연구 역량 집중 – 연구개발 초기단계부터 산업체와 consortium 형성으로 상용화를 염두에 둔 장기전략 수립 시범사업 등을 통한 기술의 실증 및 상용화에 중점을 둔 연구 개발 수행 - 엔지니어링, 공정 분야 중점 환경부를 중심으로 정부 관련 부처 및 민간기업/공공부문 등의 범국가적인 참여 유도 - 정부:정책 수립, 민간:기술 활용 등 확실한 역할 분담에 의한 효율적 추진 핵심 원천 기술 개발을 위해 다양한 전문가 참여 유도로 연구 인프라 조기 구축 - 화학/화공/재료/환경/경제 등 전체 학문 분야를 아우르는 체계적, 융합적 추진 국제 선도적 연구기관과 전략적 제휴를 통한 선진 기술의 조기 습득 - 외국인 과학자 유치, 인력 파견, 공동 연구, Joint-Workshop 등 지속적 추진. 해외 유수 기관/기업과 공동 기술 개발 추진 전략 수립 - 기술 수출 등 장기 비전을 세워 우리 나라가 조기에 글로벌 허브 국가로 발전토록 협동 추진

42 시범 사업 계획 Slag CO2 CaCO3 Residue 원료 물질
⇒ POSCO의 시범 사업 참여 유도로 슬래그 및 CO2 공급 제강 슬래그: POSCO 내 발생하는 제강 슬래그 CO2: 제철 공정 배가스 내 CO2 분리 회수 및 정제 압축 CO2 활용 ( 2012년 10톤-CO2 /일 포집 설비 가동 예정)    탄산화 처리 용량: ~10톤-slag/일  CO2 처리량: ~3톤/일 시범 사업 추진 일정 2011: 제강 슬래그 탄산화를 위한 핵심 요소 기술 개발              ⇒ 전처리 기술/탄산화 반응 가속화 기술/탄산화물 분리 정제 기술 2012: Bench-scale 연구 (실험실 수준, 10kg/hr) 2013: 제철공정 포집 CO2와 연계한 탄산화 반응 공정 설계 및 설비 설치 2014: 공정 운전 및 최적화 연구 수행, 탄산화된 제강 슬래그를 활용한 적용 2015: 기술 이전 및 상업화 방안 수립 소요 예산(총 90억원) 기초 연구: 10억원 Bench-scale 연구: 10억원 Pilot 설비: 60억원 (전처리 설비 15억, 탄산화 반응 설비 30억, 탄산화물 정제 및 탄산화 후 공정 CO2 회수 설비 15억) Pilot 운전비(인건비 및 utility 비용): 2년간 5억/년, 총 10억원 CO2 Slag CaCO3 Residue

43 ‘CO2 를 이용한 광물 탄산화 기술 개발 사업’ 수행시의 기대 효과
기술적, 정성적 효과 우리나라 특성에 맞는 중/소규모의 CO2 저장 기술 확보 - CO2 광물 탄산화를 위한 원료 전처리, 고속 탄산화 반응, 용도 개발 등 원천 기술 확보 CO2 광물 탄산화 공정 최적화 (엔니지어링) 기술 확보 CO2 광물 탄산화 기술 관련 핵심 및 원천 기술 수출 우리나라를 광물 탄산화 기술의 Global Leader로 자리 매김. CO2 광물 탄산화 기술 개발 및 상용화로 신사업 발굴 및 고용 창출 산업 부산물의 새로운 용도 개발(탄산화 원료 물질로 활용) 및 고부가가치화 CO2 광물 탄산화 기술을 적용하여 토양 복원 등 환경 문제 해결에 기여 경제적, 산업적 효과 연간 500만톤의 CO2 저감 시, 약 2.5억불(50불/톤 가정)의 경제적 가치 확보 국내 석회석 시장 대체 및 수출 가능: 5,000만불 (국내 석회석 시장 연간 500만톤, 석회석 10불/톤 가정)

44 법/제도 개정 검토 필요 ⇒ 환경부에서 관련 법 및 제도 검토 필요
산업 부산물 및 폐기물을 활용한 광물 탄산화 기술 개발을 위해 기존 법 및 제도 검토 필요 필요 분야 폐기물 처리 사업 폐기물 재활용 사업 탄산화물 활용 사업 지원 방안 광물 탄산화 기술 개발 장려 정책 개발된 기술의 공공 사업에 대한 우선 적용 검토 폐석면 처리 토양 복원 광산 복원 및 광산 침출수 산업 부산물의 탄산화물에 대한 자원재활용 활성화 방안 법적 지원 방안(예/신재생에너지에 대한 발전차액 지원 제도) 경제성 미흡 시 광물탄산화 사업자에 대한 세제 지원 방안 ⇒ 환경부에서 관련 법 및 제도 검토 필요

45 결론 및 제언 CO2 광물 탄산화 기술 개발은 국내 여건을 고려할 때 새로운 CO2 저장 기술로 확보할 필요 있음.
선진국과의 기술 격차는 있지만, 기술 자체가 연구 단계로 그 격차는 절대적인 관점에서는 크지 않음. CO2 광물 탄산화 기술의 핵심은 경제성을 확보하기 위한 기술 개발임. 핵심 요소 기술은 전처리, 고속 탄산화, 공정 최적화, 금속 용출 기술 등이며, 공정의 경제성을 확보를 위한 기술개발에 역량을 집중 필요. 기술개발 추진 계획 수립 ‘CO2 를 이용한 광물 탄산화 기술 개발 사업’은 2단계(기초, 파일럿 연구), 총 5년의 기술 개발 사업 기간이 예상(사업예산은 약 200억원). 기술개발 전략과 연계된 기술개발 과제 도출. 기술개발 사업은 탄산화 가능 원료 물질의 선정에서부터 전처리, 탄산화 반응, 최종 산물의 처리 및 환경 영향 평가 등을 망라하는 사업으로 추진 필요. 제강 슬래그를 대상으로 한 CO2 광물 탄산화 시범 사업 계획 수립하였으며, 총 예산은 90억원으로 예상. CO2 광물 탄산화를 국가의 주요 CCS 전략의 하나로 수립하여, 중/장기적인 집중 투자로 광물을 이용한 CO2 저장 기술 분야에 있어 세계적 선도 국가로 도약이 가능함.

46 감사합니다.

47 첨부

48 기술 개발 항목 탄산화 가능 물질(천연 광물 및 산업 폐기물/부산물 등)의 탄산화 용량 및 처리 능력 분석
탄산화 원료 물질 전처리 기술 개발 탄산화 반응 가속화 기술 개발 원료 물질 내 탄산화 유효 성분(Ca, Mg) 선택적 추출 및 정제 기술 개발 제철 공정 부산물(제강 및 Ni 정련 슬래그)을 이용한 탄산화 기술 개발 석면 함유 폐기물의 탄산화에 의한 처리 기술 개발 천연 석면 광물(각섬석 및 사문석)을 이용한 탄산화 기술 개발 폐콘크리트를 이용한 탄산화 기술 개발 기타 산업 부산물( 부산 석고 및 비산재)를 이용한 탄산화 기술 개발 미활용 폐내화물을 이용한 탄산화 기술 개발 탄산화물(CaCO3, MgCO3)활용 기술 개발 탄산화 생성물이 환경에 미치는 영향 평가 (폐)석면(광물)의 탄산화에 의한 위해성 평가 효소를 이용한 광물 탄산화 기술 개발 (첨부: 세부 항목의 목표 및 필요성 기술)

49 세부기술개발 항목(1/7) 1 기술명 탄산화 원료 물질(천연 광물 및 산업 폐기물&부산물)의 탄산화능 및 처리 능력 분석
목 표 국내에서 사용 가능한 탄산화 원료 물질 산출 및 이산화탄소 포집능 분석 필요성 국내 천연 광물 및 산업 부산물의 정확한 생산량 및 배출량에 대한 자료 부족 천연 및 산업 부산물(폐기물)의 구성 성분을 바탕으로 한 탄산화 가능 용량 산정 필요 국내 적용 시 이산화탄소 저장 가능량 산출 2 기술명 탄산화 원료 물질 전처리 기술 개발 목 표 에너지 저소비형 미립화 및 열처리 등의 전처리 기술 개발 필요성 광물 탄산화에서 탄산화 반응 촉진을 위해 원료 물질의 전처리에 많은 에너지가 소비됨. 효과적인 탄산화 반응을 촉진하기 위해 원료 물질의 미립화 및 열처리 등을 통한 반응 면적 및 반응 특성을 개선할 수 있는 전처리 기술 개발 필요

50 세부기술개발 항목(2/7) 3 기술명 탄산화 반응 가속화 기술 개발 목 표 광물탄산화 반응 메카니즘 규명
탄산화 반응 가속화를 위한 반응 경로 및 공정 개발 반응 가속화를 위한 CO2 내 불순물 제어 및 첨가제 개발 필요성 기존 탄산화 반응 조건은 고온/고압에서 장시간의 반응 시간이 소요됨으로 CO2 저장 효율 저하 저온 저압에서 단시간 반응이 완결될 수 있는 반응 용매 및 반응 기술 개발 필요 4 기술명 원료 물질 내 탄산화 유효 성분(Ca, Mg) 선택적 추출 및 정제 기술 개발 목 표 산 및 염 용액을 사용하여 탄산화 반응에 유용한 성분의 선택적 추출 기술 및 이의 정제 기술 개발 필요성 광물 탄산화 기술은 처리 비용이 다른 저장 기술에 비해 많이 소비됨. 이러한 한계를 극복하고자 탄산화물의 고부가가치화가 필수적임. 탄산화 반응의 유효 성분인 Ca 또는 Mg의 선택적 추출 및 정제를 통한 탄산화물의 고순도화가 필수적임.

51 세부기술개발 항목(3/7) 5 기술명 제철 공정 부산물(고로, 제강 및 Ni 정련 슬래그)을 이용한 탄산화 기술 개발 목 표
제철 공정 부산물을 활용한 탄산화 기술 개발 필요성 제철 공정에서 다량의 슬래그 발생 슬래그 내 포함된 Ca를 이용한 탄산화 반응 기술 개발 탄산화 물의 적용 용도 개발 6 기술명 석면 함유 폐기물의 탄산화에 의한 처리 기술 개발 목 표 석면 원료 물질(건축 폐기물 및 산업 폐기물)의 탄산화 반응을 통한 석면 처리 기술 개발 탄산화에 의한 석면 무해화 입증 필요성 건축 폐기물 및 석면 함유 산업 폐기물 내 포함된 폐석면은 Mg-silicate 계열의 광물로서, 이를 처리하는 기존의 방법으로 고형화 또는 고온 용융 처리를 통해 매립하게 되어 있으나 매립 부지의 한계 및 고가의 처리 비용을 필요로 하는 공정임. 산업부산물을 탄산화의 원료물질로 재활용함에 따라 환경부담비 감소 및 산업경쟁력 향상효과

52 세부기술개발 항목(4/7) 7 기술명 각섬석 및 사문석을 이용한 천연 석면 광물의 탄산화 기술 개발 목 표
마그네슘을 포함하는 천연 규산염 광물을 이용한 광물 탄산화 기술 개발 및 무해화 입증 필요성 국내 시판되는 옥 관련 제품과 석면의 원료가 되는 사문석의 무분별한 채광과 관리 소홀에 의한 광산 주변 환경 오염이 심각 과거 석면개발과 관련된 광산 주변 광산 찌꺼기 처리를 위해 막대한 비용이 소요됨 석면을 원료로 이용하므로 환경보호와 동시에 자원 재활용 효과가 큼. 8 기술명 폐콘크리트를 이용한 탄산화 기술 개발 목 표 폐콘크리트의 주성분인 수산화 칼슘을 이용한 이산화탄소 고정화(탄산화) 기술 개발 필요성 국내 폐콘크리트 발생량은 크게 증가할 것으로 예상됨. 주거환경, 지역환경 및 지구환경파괴에 대한 대책으로서 부가가치가 높고 수요가 많은 폐콘크리트의 재자원화 기술 개발 및 실용화 방안이 절실히 요구됨.

53 세부기술개발 항목(5/7) 9 기술명 비산재를 이용한 탄산화 기술 개발 목 표
실험실에서의 연구와 기술 개발을 통해 설계 인자를 도출 pilot 시설을 통하여 full-scale 규모의 시설 설계 및 운영 인자를 도출 필요성 일반 쓰레기 소각로 (Municipal Solid Waste Incinerator, MSWI) 및 석탄을 연소하고 나온 부산물인 석탄 비산재(coal fly ash) 등이 다량 발생함. CO2의 발생원인 발전소등에서 많이 발생하여, 발전소에서 포집된 CO2를 활용한 탄산화 기술 개발 필요 10 기술명 미활용 폐내화물을 이용한 탄산화 기술 개발 목 표 폐내화물을 이용한 탄산화 기술 개발 필요성 제철 산업에서 발생하는 폐내화물은 Mg와 Ca으로 구성된 산화물로서, 이러한 것들 중 미립화된(~<1mm) 폐내화물의 경우 재사용이 어려울 뿐만 아니라 미분에 의한 환경오염을 야기하므로 이의 처리 기술 개발 필요.

54 세부기술개발 항목(6/7) 11 기술명 탄산화물 (CaCO3, MgCO3) 활용 기술 개발 목 표
기존 산업체에 활용 중인 탄산화물 대체 기술 개발 고순도의 고부가 가치 탄산화물 신규 적용처 발굴 필요성 탄산화 공정의 경제성 확보를 위해 제조된 탄산화물을 산업 원료로 재사용하기 위한 적용 용도 개발 필요. 12 기술명 탄산화 생성물이 환경에 미치는 영향 평가 목 표 생성물의 이용 또는 폐기 시 주변 환경에 미치는 영향 분석 및 평가 탄산화 광물의 활용 및 처분에 의한 지하수-토양 시스템의 오염 예측 및 저감 기술 개발 필요성 탄산화 생성물에서의 중금속 추출 및 포집 등 일반 환경에 노출 시 환경에 미치는 영향 산출 및 평가

55 세부기술개발 항목(7/7) 13 기술명 석면 함유 폐기물의 탄산화에 의한 위해성 평가 목 표
생성물의 물리적, 화학적 물성 변화 분석 및 동물 실험 등을 통한 위해성 평가 필요성 석면의 탄산화에 의해 탄산화물이 됨으로서 형상 및 구조가 달라지는데 이러한 변화가 인체에 무해함을 입증. 석면 탄산화 생성물에 대한 동물 실험을 통해 석면의 탄산화에 의해 무해화됨을 입증 14 기술명 효소를 이용한 광물 탄산화 기술 개발 목 표 Carbonic anhydrase를 이용한 CO2의 전환 기술 개발 필요성 Carbonic anhydrase (CA)는 이산화탄소와의 빠른 반응으로 bicarbonate ion을 형성함. 따라서, CA를 이용하여 탄산 이온의 생성을 촉진시켜 Ca2+ 와 탄산이온(carbonate ion) 의 반응을 촉진시켜, 보다 효율적으로 CO2를 전환할 수 있는 기술 개발이 필요함