[고든 정의 TECH+] 처치 곤란 굴 껍데기가 고품질 자원으로? 신개념 업사이클링 기술

현대 산업 문명은 지속 가능하지 않은 자원과 에너지에 의존하고 있습니다. 한 번 쓰고 사라지는 천연자원과 화석 연료 대신 재활용과 신재생에너지에 대한 투자가 점점 늘어나는 추세이긴 하지만, 아직은 갈 길이 먼 것이 사실입니다.

그런데 재활용이나 업사이클링이 필요한 폐기물 중에 플라스틱이나 금속 제품만 있는 게 아니라 농축산업, 어업 및 임업 폐기물도 적지 않습니다. 여기에도 재활용과 바이오 에너지에 대한 투자가 활발합니다. 축산 분뇨 같은 경우에는 미생물을 이용해서 메탄가스를 생산할 수 있고 톱밥 같은 임업 폐기물을 이용해 바이오 연료를 생산하려는 시도도 있습니다.

그러나 생물학적 폐기물 가운데 플라스틱처럼 잘 썩지 않으면서 다른 용도로 재활용이 곤란한 것도 있습니다. 바로 굴, 조개, 홍합 같은 연체동물의 단단한 껍데기(패각)입니다. 탄산칼슘이 주성분인 패각은 이산화탄소를 흡수해서 고정하는 역할을 하기 때문에 지구 온난화 억제에 도움이 되는 고마운 물질이지만, 막상 쓰레기로 남게 되면 쉽게 파괴하거나 소각할 수 없는 곤란한 물질이기도 합니다.

바다의 우유로 불리는 굴이나 다른 조개류에 대한 사랑이 남다른 우리나라에서는 매년 막대한 양의 패각 쓰레기가 발생해 문제가 되고 있습니다. 그런 만큼 매년 수십만 톤의 굴 껍데기 쓰레기를 재활용하기 위한 연구도 활발합니다.

예를 들어 포스코는 철강 제조에 필요한 석회석의 일부를 패각으로 대체하는 데 성공했습니다. 그전까지 가장 대표적인 재활용 사례는 비료로 만드는 것이었는데, 사실 염분을 비롯한 여러 가지 불순물이 많아 비료로 사용하기에는 어려움이 있어 새로운 돌파구를 찾아낸 것입니다. 하지만 유기물이나 다른 불순물이 많은 굴 껍데기를 철강 제조 공정에 많이 사용하기는 어렵다는 문제가 있습니다.

이에 국내 대학들이 문제 해결을 위한 창의적인 방법을 들고 나왔습니다. 연세대학교 박진원 교수 연구팀 소속의 장규민 연구원(박사과정)은 굴 껍데기를 비료보다 훨씬 부가가치가 높은 제품인 고품질 경질 탄산칼슘으로 제조하는 방법을 개발했습니다. 경질 탄산칼슘은 고무, 플라스틱, 잉크, 종이 제조 같은 산업 부분은 물론 의약품이나 화장품 같은 고부가가치 제품 제조에 사용할 수 있습니다. 하지만 조개나 굴 껍데기에 있는 탄산칼슘을 고품질의 경질 탄산칼슘으로 가공하는 과정이 쉽지 않았습니다.

연구팀은 우선 굴 껍데기를 전처리한 후 가열해 탄산칼슘(CaCO3) 성분을 산화칼슘(CaO)와 이산화탄소(CO2)로 분리했습니다. 이때 생기는 가스는 다른 처리 없이도 이산화탄소의 비율이 높아 분리해서 저장하기가 쉽습니다. 이렇게 분리한 이산화탄소에는 중금속이나 유해 성분이 거의 없기 때문에 의료용이나 온실에서 농작물 성장 촉진 목적으로 공급할 수 있습니다.

이렇게 생산된 산화칼슘 성분은 액상소석회(Ca(OH)2) 형태로 만들어 이산화탄소 흡수제로 사용할 수 있습니다. 화력 발전소처럼 배출 가스의 이산화탄소 비중이 높은 시설에서 이 흡수제를 사용하면 이산화탄소 배출을 절감함과 동시에 고품질의 경질 탄산칼슘을 얻을 수 있습니다.

그런데 처음부터 굴 껍데기에 풍부한 탄산칼슘을 이용하면 되지 왜 이산화탄소를 떼었다가 붙이는 과정을 반복하는지 의아할 수 있습니다. 그 이유는 탄산칼슘의 품질 차이에 있습니다. 굴 껍데기에 있는 탄산칼슘은 활용도가 낮은 중질 탄산칼슘으로 굴 껍데기를 세척하고 가열해 가공하는 비용을 생각하면 경제적인 방법이라고 보기 어렵습니다.

반면 이런 복잡한 과정을 거치면서 생산된 경질 탄산칼슘은 품질이 높은 고부가가치 상품으로 현재 연구팀은 다른 기업과 협업해 식품 첨가제 등으로 상품화하는 과정이 진행 중입니다. 제조 과정이 복잡하긴 하지만, 생산 과정에서 고순도의 이산화탄소를 얻어 다른 용도로 활용할 수 있고 반대로 이산화탄소 흡수제로 사용해 탄소 배출권 거래에도 활용할 수 있기 때문에 종합적으로 보면 더 경제적이고 활용도가 높은 방법이라는 것이 연구팀의 생각입니다.

물론 진짜 경제성이 있을지는 실제 상품화 전까지는 누구도 장담할 수 없습니다. 다만 여러 가지 시도에도 매년 거대한 쓰레기 산을 이루는 패각 쓰레기를 생각하면 좀 더 창의적인 문제 해결 방법이 필요합니다. 그리고 당장에 수익이 날 수 없는 연구 분야인 만큼 성공을 담보할 수 없더라도 정부의 지원이 필요합니다. 결국 상품화에 실패하는 경우도 있겠지만, 그런 실패를 무릅쓰고 도전할 수 있는 분위기를 만드는 것이 누구도 생각하지 못했던 혁신을 창조하는 지름길일 것입니다. (이 칼럼의 내용 일부는 연세대학교 박진원 교수 연구팀의 제보를 통해 구성했습니다)

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com