미국 최초로 탄소중립 시멘트로 건축 중인 17층 빌딩은?

미국 부동산 개발업체 WS디벨롭먼트(Development)가 넷제로 콘크리트 생산업체 서브라임 시스템즈(Sublime Systems)와 손잡고 '원 보스턴 워프(One Boston Wharf)' 빌딩에 최초로 서브라임 시스템즈의 탄소중립 시멘트를 상업적으로 사용했다고 카본헤럴드가 20일(현지시각) 전했다. 

이 건물 면적은 약 1만9869평이며, 1층에는 소매점과 레스토랑이 있고 700석을 갖춘 공연예술센터가 있는 17층짜리 빌딩으로 올해 완공될 예정이다. 

카본헤럴드에 의하면, 이 건물은 보스턴에서 가장 큰 넷제로 사무실 건물이 될 것이라고 한다. 이 건물은 규정보다 탄소배출량을 90% 이상 배출량을 줄이고 연간 약 2550톤의 CO2를 제거할 수 있다. 게다가 부동산 개발업체인 WS디벨롭먼트는 탄소중립 시멘트를 사용한 공간에 필요한 모든 전력에 대해 재생 가능한 전기를 구입했다. 

서브라임 시스템즈는 탄소중립 시멘트 생산에 대한 획기적이고 새로운 접근 방식을 개발했는데, 이 스타트업은 시멘트 생산에서 가장 CO2 집약적인 단계인 석회석에서 시멘트를 만드는 단계를 전해공정을 통해 해결함으로써, 이를 대체했다. 사용하는 전해조는 수소 전해조와 매우 유사하다고 한다. 

2018년 창립된 서브라임 시스템즈는 배터리 과학자 둘이 의기투합해서 만든 회사다.

배터리 작업을 한다는 건 사실상 기후에 대한 작업을 하는 것이다. 태양광 패널, 풍력 터빈, 리튬 이온 배터리 등 에너지 부문이 전세계 이산화탄소 배출량의 30% 이상을 차지하지만, 문제는 나머지 70%를 어떻게 탈탄소화하느냐 하는 것이었다. 이 점이 바로 두 명의 배터리 과학자가 전 세계 배출량의 약 8%를 차지하는 시멘트에 대한 연구를 시작한 동기다.

오늘날의 포틀랜드 시멘트는 화석 연료를 사용하는 1450°C 가마에서 석회석, 모래, 점토를 조리하여 만들어진다. 이 때문에 엄청난 양의 이산화탄소가 발생한다. 대개 포틀랜드 시멘트(이하 OPC) 1톤당 평균 0.9톤의 탄소가 발생한다. 이 탄소의 약 절반은 석회석에서 방출되는데, 이는 가마에서 분해되어 반응성 석회를 형성할 때 탄소 중량의 약 50%를 차지한다. 배출량의 나머지 절반은 포틀랜드 시멘트의 결정 구조 특성을 형성하는 데 필요한 온도인 1450°C에 도달하는 데 필요한 화석 연료에서 발생한다. 이 온도는 현재 전기로 공급하는 것이 불가능하다고 한다. 

서브라임 시스템즈는 두 배출원을 모두 건너뛰고 대신 전기화학을 사용하여 풍부한 원료에서 반응성 칼슘(Sublime Lime™)과 규산염을 추출한 다음 최종 서브라임 시멘트(Sublime Cement™)로 혼합한다.

서브라임 시멘트의 결정 구조는 화로에서 생산된 포틀랜드 시멘트와 다르지만 콘크리트의 성능과 경화 단계는 동일하다. 실제로 서브라임 시멘트는 수경 시멘트의 표준 성능 사양인 ASTM C1157을 충족해서 건축가와 엔지니어가 건설에 사용할 수 있다. 

서브라임 시스템즈의 모든 공정과 화학 반응은 시멘트 가마가 필요하지 않다. 이 스타트업은 화석 연료나 고온을 사용하지 않고 시멘트를 생산하여 현재의 시멘트 생산 방식을 완전히 바꿈으로써 업계를 혼란에 빠뜨렸다고 한다. 

서브라임 시멘트(Sublime Cement™)는 탈탄소 전기와 비탄산 공급원료 재료로 만들 수 있기 때문에, 포틀랜드 시멘트보다 내재 이산화탄소가 현저히 낮다. 현재 서브라임 시멘트는 70%가 탈탄소화됐으며 2030년까지 넷제로에 가깝도록 개선할 예정이다.

이 스타트업은 미국 매사추세츠주 서머빌에 있는 파일럿 시설에서 서브라임 시멘트를 생산하지만 이르면 2026년에 매사추세츠주 홀리요크에서 개장할 최초의 상업용 킬로톤 시설을 건설하고 있다. 이 스타트업은 2028년까지 연간 100만 톤의 저탄소 시멘트를 생산할 계획이다.