해마다 급증하는 무기성 폐기물은 환경오염의 주범이나 마찬가지다. 그러나 이 무기성 폐기물을 새로운 자원으로 만드는 마법의 손을 가진 과학자가 있다. 한국지질자원연구원 광물자원연구본부의 책임연구원인 안지환 박사는 무기성 폐기물 재활용 기술 개발을 통해 자원문제와 환경문제 두 마리 토끼를 동시에 해결하는 눈부신 연구성과를 올려 정부의 저탄소 녹색성장에 크게 기여했다는 평가를 받고 있다. ‘자원재활용 전문가’로 불리는 안 박사가 지난해 열정을 쏟은 ‘온실가스(CO2) 탄산화를 통한 무기성 폐기물의 순환자원화 기술’은 교육과학기술부로부터 ‘2010 우수연구과제’로 선정돼 주목받았다. 

하루 33만 여 톤의 무기성 폐기물 중 생활폐기물 소각바닥재 대부분 재활용 안 돼

2007년 기준으로 우리나라 무기성 폐기물 발생량은 하루 33만7,158톤으로, 매년 약 4.6%의 증가량을 보이고 있다. 구성비율은 2007년 기준으로 건설폐기물 51%, 사업장 배출시설계 폐기물 34%, 생활폐기물 15% 순이다. 환경부에 따르면 특히 생활폐기물 소각 바닥재는  대부분 매립 처분되고 있고 일부 재활용이 되고는 있지만 거의가 낮은 품질의 용도로 사용되고 있어 고부가가치화가 요구되고 있는 실정이다. ‘생활폐기물 소각바닥재’는 도시의 생활 쓰레기를 800~900℃에서 소각할 때 발생하는 소각재의 일종으로 소각재는 비산재와 바닥재로 구분된다.

비산재는 소각로의 상단에 있는 집진기에서 포집되는 소각재로써, 입자 크기가 작고 유해물질이 다량 포함돼 있어 현재 지정폐기물로 분류해 처리하고 있다. 바닥재는 비산재에 비해 입자가 크고 비교적 비중이 커 소각로의 하단으로 떨어지는 소각재로써, 비산재보다 유해물질 성분이 낮아 일반폐기물로 분류해 매립지에 매립하고 있다. 그러나 바닥재는 중금속 용출 가능성과 염소 성분으로 인해 재활용에 어려움이 따르는 실정이다. 안지환 박사는 “생활폐기물 바닥재의 경우 독일, 덴마크, 네덜란드 등 유럽에서는 도로건설의 골재로 이용하거나 아스팔트 또는 콘크리트에 사용하는 등 바닥재 발생량의 60~90%를 재활용하고 있다”면서 “유럽 국가들은 바닥재를 안정화 처리한 후 유해물질의 농도기준 등 환경적 안정성에 따라 매립하거나 재활용 용도를 결정해 각 특성에 적합한 다양한 용도로 재활용하고 있다고 설명했다.

석회석의 고부가가치화를 위한 침강성 탄산칼슘 제조 연구에서부터 CO2를 활용한 폐기물 안정화 및 CO2고정화 기술 개발에 이르기까지

현재 지질자원연구원의 안지환 박사가 몸담고 있는 이 연구실에서 하고 있는 연구는 크게 두 가지 분야다. 하나는 석회석 자원을 고부가가치화하고 CO2를 저감하기 위해 고기능성 침강성탄산칼슘을 개발해 제지산업과 플라스틱산업에 적용하는 것이다. 현재 산업과 기술이 급속히 발달하면서 광물자원의 소비량도 급격히 증가하고 있는데 자원이 고갈되어가는 탓에 효율적인 활용방법을 개발하는 것이 필요한 실정이다. 이 연구실에서는 우리나라에서 가장 풍부한 광물자원인 석회석을 원료로 해 치약, 재활용종이, 플라스틱 등에 사용되는 침강성탄산칼슘 제조기술을 개발, 이것을 제지산업 및 플라스틱산업에 적용하는 프로젝트를 수행중이다.

책을 만드는 종이의 충진제나 코팅제로 사용되는 ‘침강성 탄산칼슘’이라는 물질은 일반인에게는 생소한 단어다. 안 박사는 “바로 석회석을 원료로 만들 수 있는 대표적인 물질”이라며 “이 물질은 원석인 석회석보다 30배 이상 높은 부가가치를 갖고 있다는 점에서 응용성이 뛰어나다”고 설명한다. 이처럼 지난 20년간 해 온 침강성 탄산칼슘 개발 연구를 바탕으로 현재 CO2를 활용한 폐기물 안정화 및 CCS기술의 하나로 폐기물의 CO2고정화 기술을 개발하게 되었다. 현재 국내외에서 크게 주목받고 있는 이 CO2고정화기술은 CO2를 이용해 생활폐기물 소각재와 여러가지 무기성 산업폐기물의 유해물질을 안정화한 뒤 산업에 적용하는 것인데, 이를 통해 CO2감축과 폐기물 재활용이 동시에 가능하다. “현재 산업현장에서 발생하고 있는 CO2를 침강성탄산칼슘 생산에 이용함으로써 저급 광물자원을 고부가가치화하는 것과 동시에 생산된 제품에는 CO2를 포집·격리하는 1석2조의 기술”이라고 설명했다.

다시 말해 CO2를 이용해 유해한 폐기물을 안전하게 처리할 수 있고 CO2가 포집된 폐기물이 다른 산업에 활용될 수 있다는 측면에서 CO2와 폐기물 동시처리가 가능한 환경 친화적인 기술로 평가 받고 있다. 이에 따라 생활폐기물의 소각장에서 발생된 바닥재로부터 금속성분을 회수하고, 선별 처리된 바닥재는 도로건설 등에 토건재료로 재활용하기 위한 생활폐기물 소각 바닥재 복합처리 기술을 개발했다. 또한, 소각 바닥재의 환경적 안정성을 확보하기 위해 CO2를 활용한 탄산화 처리로 소각 바닥재 내의 중금속을 안정화시키고, 환경적으로 유해한 염소성분을 99% 이상 제거하는 핵심기술도 개발했다. 이 연구를 통해 안 박사는 지난 2004년과 2006년 자원분야에서는 유일하게 전 과학기술부의 ‘이달의 과학자상’과 ‘올해의 여성과학기술자상’을 수상하며 그 성과를 인정받은 바 있다. 

무기성 폐기물 자원화 등 연구실적,  국내 녹색성장 및 지구촌에도 큰 파급효과

안 박사가 열정을 쏟은 ‘온실가스(CO2) 탄산화를 통한 생활폐기물 등 무기성 폐기물의 순환자원화 연구’는 지난 해 교육과학기술부로부터 ‘2010 우수연구과제 100선’ 중 하나로 선정되었는데, 이 연구성과는 이명박 정부가 내세운 ‘저탄소 녹색성장’ 정책에 크게 기여함은 물론 세계적인 파급효과도 상당하는 평가를 받고 있다. CO2를 이용한 무기성 폐기물의 자원화 처리 기술은 다른 산업에서 발생하는 CO2활용해 국가 온실가스 저감 및 무기성 폐기물의 순환자원화를 통해 국가 환경 부담을 최소화하는데 크게 기여할 전망이다. 또한 무기성 폐기물의 순환자원화는 국내 자원의 이용효율을 극대화하고, 폐기물 처리에 드는 산업 및 국가의 환경적 부담은 최소화할 수 있을 것으로 기대된다.

안 박사는 “현재 이 원천기술은 2010년 환경부의 ‘온실가스(CO2)탄산화를 통한 생활폐기물 등 무기성 폐기물의 순환자원화 및 CO2 고정화 공정 실증화’사업으로 추진하고 있다”며 “이를 통해 수도권매립지관리공사, (주)뉴그린, (주)효정환경을 중심으로 한 국가자원순화단지와 연계된 무기성 폐기물 자원화 실증 플랜트를 구축할 예정”이라고 밝혔다. 이는 국가 자원재활용 기술과 정책이 연계된 새로운 자원순환 모델이 될 것으로 기대된다. 이번 연구성과가 앞으로 어떻게 활용될지도 관심사다. 안 박사는 “이 핵심기술은 향후 온실가스 감축과 폐부산물의 자원화가 가능한 국가 산업 모델을 확보하는 데 있어 큰 의미를 가진다”며 “CO2와 무기성 폐기물을 다량 배출하는 철강산업, 화력발전산업, 시멘트산업, 제지산업 등으로 기술을 확대 적용하는 것이 가능할 것”이라고 전망했다.

연구팀은 현재 국내에서 유일하게 CO2융합기술  시범화 사업을 추진하고 있다. 안지환 박사는 “한국형 탄소포집 및 격리(CCS) 기술 중 하나의 모델로 환경부에서 추진하는 CO2와 폐기물의 융복합처리 모델을 실현하고 여러 산업으로 확대 적용하여 ‘CO2를 이용한 on-site 폐기물처리 및 석회석 자원활용 분야’에서 글로벌한 연구실이 될 것”이며 “국내에서 개발한 이 한국형 CCS 기술을 바탕으로 세계 다른 연구원들과 활발한 교류는 물론 외국 정부 및 기업에 기술이전을 통해 우리 기술을 더 널리 알리고 싶다”고 향후 포부를 밝혔다.