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시멘트 산업은 전 세계 온실가스 배출의 약 7~8%를 차지할 정도로 탄소 집약적인 산업입니다. 한국도 마찬가지로 산업계 중 시멘트 부문은 대표적인 고탄소 배출 업종입니다. 그 이유는 시멘트 제조 공정 자체에서 다량의 CO₂가 발생하기 때문입니다. 시멘트 생산 공정과 각 단계별 탄소 배출의 원인, 그리고 탄소 감축이 필요한 핵심 부분들을 설명하겠습니다.
시멘트 생산 공정 요약
시멘트는 주로 석회석(탄산칼슘)을 고온에서 소성하여 만드는 클링커(clinker)라는 중간재를 기반으로 만들어지며, 이후 여기에 석고 등 다양한 첨가물을 혼합하여 완성됩니다.
1. 원료 채취 및 분쇄
- 공정: 석회석, 점토, 규사 등 원재료를 채굴하고 분쇄
- 탄소 배출: 이 단계에서는 상대적으로 적은 양의 에너지가 사용되며, 직접적인 CO₂ 배출은 크지 않음
- 주요 에너지원: 전기, 디젤
2. 원료 혼합 및 예열 (Pre-heater)
- 공정: 분쇄된 원료를 혼합해 균일한 조성을 만들고 예열
- 탄소 배출: 이때부터 가열을 위해 화석연료를 사용
- 주요 에너지원: 석탄, 코크스, 폐기물 연료
3. 소성(Kiln 공정)
- 공정: 혼합된 원료를 **1,400~1,500℃**의 고온에서 가열해 클링커 생성
- 탄소 배출의 핵심: 전체 시멘트 제조 공정에서 약 90%의 CO₂가 여기서 발생
- 🔹 연료 연소에 의한 CO₂: 소성을 위해 사용하는 석탄, 석유코크스 등의 연소
- 🔹 화학반응에 의한 CO₂: CaCO₃ → CaO + CO₂ (석회석이 분해되면서 직접 CO₂ 발생)
4. 냉각 및 저장
- 공정: 클링커를 급속 냉각 후 저장
- 탄소 배출: 낮음, 간접 전력 사용만 일부 발생
5. 분쇄 및 혼합
- 공정: 클링커 + 석고 + 기타 혼합재료를 분쇄하여 시멘트 완제품으로 만듦
- 탄소 배출: 전력 소비 위주, 상대적으로 낮은 수준
🔍 시멘트 공정의 탄소 배출 비중
| 공정단계 | 탄소배출기여(%) | 탄소 발생원인 |
| 연료 연소 | 약 30~40% | 석탄, 코크스 등 화석연료 사용 |
| 원료의 화학반응 | 약 50~60% | 석회석 분해 반응(CaCO₃ → CaO + CO₂) |
| 기타 간접 배출 | 약 10% 이하 | 전력 사용 등 |
✅ 탄소 감축이 필요한 핵심 지점
1. 클링커 비중 줄이기
- 클링커 자체가 탄소 배출의 핵심 원인이므로 이를 줄이는 전략이 가장 효과적
- 대체 혼합재 사용:
- 슬래그(고로슬래그), 플라이애시(석탄회), 석회석 미분말 등을 활용하여 시멘트 중 클링커 비율을 낮춤
- 예시: 유럽은 ‘CEM II’, ‘CEM III’등 혼합 시멘트 비율이 높음
2. 연료 전환
- 고탄소 연료 → 저탄소·재생 연료
- 폐타이어, 폐플라스틱, 바이오매스 등의 SRF(Solid Refuse Fuel) 연료 사용
- 일부 유럽 공장은 SRF 사용률이 70% 이상
- 예: 독일의 한 시멘트 공장은 바이오매스 기반 연료로 전환해 연료 부문 탄소 배출 50% 감축
3. 탄소포집(CCUS) 기술 도입
- 클링커 생성 시 화학적으로 나오는 CO₂는 연료를 바꾸어도 배출되므로 CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage) 기술이 중요
- 예: 노르웨이 ‘노르셈(Norcem)’은 완전한 탄소포집 공정 시범사업을 운영 중 (2025년 상업화 예정)
4. 전력 효율 개선 및 재생에너지 전환
- 시멘트 공장의 분쇄, 운반, 냉각 공정에 쓰이는 전기를 재생에너지로 전환
- 에너지 효율형 모터 및 스마트 공정 자동화 도입
- 예: 한국도 일부 공장에서 태양광 기반 보조 전력 시스템 도입 추진 중
5. 제품 수명 연장 및 순환 자원 활용
- 폐콘크리트를 재활용하여 신제품 시멘트 원료로 활용하는 순환자원화
- 예: 일본은 철거된 건물의 폐콘크리트를 클링커 원료로 재활용 비율 80% 이상 달성
✅ 결론 및 전망
시멘트 산업은 구조적으로 탄소 배출이 많을 수밖에 없는 산업이지만, 다양한 기술적·공정적 혁신을 통해 배출량을 절반 이하로 줄일 수 있는 잠재력을 갖고 있다. 한국도 2050 탄소중립 목표에 맞춰 시멘트 업계에 클링커 대체율 향상, SRF 전환 확대, CCUS 도입, 순환자원화를 적극 추진해야 한다. 현재는 법적 규제가 강하지 않지만, EU 탄소국경세(CBAM) 등으로 인해 수출 경쟁력을 위해서라도 탈탄소화는 선택이 아닌 생존의 문제로 다가오고 있다.
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