콘크리트가 지구를 구할 수 있을까?

당신이 지금 서 있는 바닥, 집의 기초, 출근길의 다리. 모든 것이 콘크리트로 이루어져 있다. 하지만 이 익숙한 소재가 지구온난화의 숨은 주범이라는 사실을 아는 사람은 많지 않다. 콘크리트의 핵심 재료인 포틀랜드 시멘트가 전 세계 온실가스 배출량의 8%를 차지한다는 충격적인 현실 앞에서, 건설업계는 새로운 해답을 찾고 있다.

시멘트가 지구를 뜨겁게 만드는 이유

포틀랜드 시멘트는 1824년 영국의 벽돌공 조셉 애스프딘이 특허를 낸 이후 200년간 건설업계의 절대강자였다. 하지만 그 제조 과정은 환경에게 가혹하다.

석회석과 점토를 1,450도의 고온으로 가열해 클링커라는 딱딱한 잔여물을 만드는 과정에서 두 가지 문제가 발생한다. 첫째, 이런 고온을 만들기 위해 엄청난 양의 화석연료를 태워야 한다. 둘째, 석회석이 석회로 변하면서 자연스럽게 이산화탄소가 방출된다.

결과는 참담하다. 시멘트 1톤을 만들 때마다 0.5톤에서 1톤의 온실가스가 배출된다. 전 세계 인구가 늘고 도시가 확장되면서 시멘트 사용량은 계속 증가하고 있다. 이대로라면 기후변화 대응은 더욱 어려워질 수밖에 없다.

흙에서 찾은 해답, 지오폴리머

그런데 최근 주목받고 있는 대안이 있다. 바로 지오폴리머다. 이름부터 생소하지만, 원리는 의외로 단순하다.

알루미늄과 규소가 풍부한 점토 같은 재료를 화학 활성제와 섞어 상온에서 만드는 것이다. 시멘트가 주로 칼슘으로 이루어진 반면, 지오폴리머는 규소와 알루미늄이 주성분이다. 가장 큰 차이는 제조 과정에서 고온이 필요 없다는 점이다.

연구 결과에 따르면 지오폴리머는 기존 시멘트와 비슷하거나 더 뛰어난 강도를 보인다. 동결-해동 사이클에도 견디고, 열과 화재에도 강하다. 건설 현장에서 요구하는 모든 조건을 충족하면서도 온실가스 배출량은 대폭 줄일 수 있다.

폐기물이 건설 재료로 변신하다

지오폴리머의 또 다른 매력은 다양한 재료로 만들 수 있다는 점이다. 점토는 물론이고 화력발전소의 석탄재, 제철소 슬래그, 쌀겨 재, 철광석 폐기물, 심지어 부서진 벽돌까지 활용할 수 있다.

포르투갈 아베이루 대학의 연구팀은 코르크 산업 폐기물을 지오폴리머에 첨가해 강도를 2배까지 높이는 데 성공했다. 코르크 입자가 지오폴리머 구조의 빈 공간을 채워 밀도를 높인 결과다.

이런 첨가물들은 단순히 강도만 높이는 게 아니다. 아가베 식물의 사이잘 섬유, 재활용 플라스틱, 강철 섬유 등을 넣으면 지오폴리머의 특성을 원하는 대로 조절할 수 있다. 심지어 폐수의 독성 금속을 흡착하거나 방사성 폐기물을 저장하는 용도로도 활용할 수 있다.

이미 시작된 미래

지오폴리머는 이미 현실에서 사용되고 있다. 2014년 호주 브리즈번 웨스트 웰캠프 공항은 7만 톤의 지오폴리머 콘크리트로 건설됐다. 이 프로젝트는 기존 시멘트 대비 이산화탄소 배출량을 80%나 줄였다.

현재 지오폴리머 시장 규모는 70억~100억 달러로 추정되며, 아시아-태평양 지역에서 가장 빠르게 성장하고 있다. 전문가들은 연간 10~20% 성장률을 기록하며 2033년까지 620억 달러 규모로 커질 것으로 예측한다.

한국에서도 관심이 높아지고 있다. 현대건설, 삼성물산 등 대형 건설사들이 친환경 건설 기술에 투자를 늘리고 있고, 정부의 탄소중립 정책과도 맞아떨어진다.

넘어야 할 산들

하지만 지오폴리머가 완벽한 해답은 아니다. 산업 폐기물을 사용하다 보니 성분이 일정하지 않아 표준화가 어렵다. 원하는 특성을 얻으려면 정확한 배합비가 필요한데, 이를 맞추는 게 까다롭다.

화학 활성제를 만드는 과정에서 비용이 증가하고 탄소 발자국도 늘어날 수 있다. 시멘트보다 굳는 시간이 오래 걸리는 것도 현장에서는 단점이다. 무엇보다 새로운 재료다 보니 장기적인 안정성 데이터가 부족하다.

쌀겨 같은 농업 폐기물로 만든 천연 활성제 개발, 원료 포장지에 배합비 표시 등의 노력이 이런 문제들을 해결하는 열쇠가 될 수 있다.