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▲    아토마이징에 의한 공기냉각                                                 ▲   공기에 의해 급냉된 환원슬래그 입자

국정과제인 ‘자원․에너지가 선순환하는 자원순환사회 실현’의 일환으로 폐자원 중 하나인 제강 환원슬래그를 고부가가치 시멘트로 만드는 기술이 세계 최초로 개발됐다.

한국환경산업기술원(원장 김용주)은 폐금속·유용자원재활용기술개발사업단(단장 조봉규)과 함께 고철을 철로 제조하는 공정 중 발생하는 제강 환원슬래그를 급속히 냉각하여 빨리 굳는 성질을 가진 속경시멘트로 제조하는 기술의 개발 및 상용화에 성공했다.

※ 제강 환원슬래그: 고철로부터 철을 제조하는 전기로 공정에서 산화 후 다시 철로 환원시키는 공정 중에 발생되는 염기도가 높은 폐기물 슬래그로서 전기로에서 발생하는 전체 슬래그 중 약 20%를 차지

※ 속경시멘트: 일반 시멘트가 굳히기(양생) 작업에 보통 20일 이상이 소요되지만 속경시멘트의 양생 기간은 3시간에서 7일에 불과하여 도로 긴급보수, 콘크리트 수중작업 등에 활용됨

이 기술은 철을 제조하는 과정에서 부산물로 나오는 액체상태의 제강 환원슬래그를 강력한 바람으로 급속히 냉각시키고, 이렇게 냉각된 결정체를 분쇄하고 첨가제를 혼합하여 속경시멘트로 만드는 공법이다.
   
제강 환원슬래그를 공기 중에서 급속히 냉각시켜 유리질상 결정체로 만든 후 적정 크기로 분쇄하면, 시멘트가 물과 반응하여 굳는 ‘수화반응성’이 높은 분말을 얻을 수 있다. 여기에 석고 등 여러 첨가제를 배합하여 속경시멘트를 만드는 것이다.

이번 기술 개발로 제강 환원슬래그 처리과정에서 발생하는 환경오염 문제를 해결하고 이산화탄소 저감 효과도 거둘 수 있다.

국내에서 연간 72만톤 규모로 발생할 것으로 추정되는 제강 환원슬래그는 그간 단순히 매립하여 처리해 왔고, 이 과정에서 먼지․오염된 침출수 발생 등 환경오염 문제가 지적되어 왔다. 이번 기술 개발로 이 같은 환경문제가 해결될 것으로 기대된다.

※ 전기로에서 발생하는 슬래그는 연간 360만 톤이며 이중 20%인 72만톤은 환원슬래그이며 나머지 288만 톤은 산화슬래그(한국철강협회 2013) 

또한, 기존의 속경시멘트 제조 방법 대신 이번 제강 환원슬래그 재활용 기술을 적용하여 만들었을 때, 연간 약 50만톤 규모의 이산화탄소(환원슬래그 72만톤 기준)도 저감할 수 있다.

※ 기존 속경시멘트 생산시 필요한 고온 제조(소성)공정이 없으므로 에너지 소비량이 기존 대비 8%에 불과함

아울러 80% 이상을 수입에 의존하고 있던 연간 300억 원 규모의 속경시멘트 산업을 국산화 할 수 있을 것으로 보인다.

환원슬래그 72만톤을 모두 속경시멘트로 제조할 경우 연간 43억 원의 환원슬래그 처리비용을 절감할 수 있으며, 속경시멘트 2,880억 원 어치를 생산할 수 있다.

※ 환원슬래그 톤당 처리비용(6,000원 기준), 속성시멘트 톤당 단가(40만원 기준)

특히 지난해 전세계 제강 환원슬래그 발생량은 약 1,700만 톤으로 추정되며, 이번에 개발된 기술을 모두 적용할 때 약 6조 8,000억 원에 이르는 속경시멘트를 세계 시장에 공급할 수 있을 것으로 보인다.

※ 2013년 전세계 환원슬래그 발생량 : 2013년 국내 철강 생산 규모는 6,600만톤이며 세계 시장에 차지하는 비율은 4.1%, 이때 발생하는 환원슬래그를 추정하여 계산하면 2013년 전세계 환원슬래그 발생량은 1,700만톤(한국철강협회 2013 자료 인용)

이번 재활용 기술은 환경부와 한국환경산업기술원이 추진하고 있는 ‘글로벌탑 환경기술개발사업’ 중 재활용사업단의 ‘제강 환원슬래그의 고효율 급랭 재활용 기술개발’ 연구 과제를 통해 진행됐다.
 
글로벌탑 환경기술개발사업은 환경부가 ‘세계 최고 수준의 환경기술개발을 통한 환경기술의 수출사업화 및 환경산업 육성’을 목표로 2011년부터 10년간 총 7,820억 원을 투입해 진행하는 사업이다.

환경산업기술원은 2011년 5월 한국지질자원연구원의 조봉규 책임연구원을 사업단장으로 선정하였으며, 같은 해 8월 ㈜에코마이스터(오상윤 대표)를 연구기관으로 확정하고 공주대학교(김진만 건축공학과 교수), 동양시멘트㈜(최종구 대표이사)와 본격적인 산․학 공동 연구개발을 시작했다.

연구기관인 ㈜에코마이스터는 전라북도 군산에 연간 1만 2,000톤 규모의 속경시멘트 제조 공장을 구축하였으며, 본 기술과 관련된 13건의 국내외 특허를 확보했다.
 
또한, 철강산업이 활발한 인도와 남아프리카공화국에 이번 기술을 적용한 현지 시범사업(파일럿 테스트)을 진행하고 있어, 해외진출에 대한 전망도 긍정적이다.

한편 환경산업기술원은 3월 11일 재활용사업단과 함께 전라북도 군산에 위치한 ㈜에코마이스터 공장에서 연구성과 발표회를 개최하고, 이날 기술에 대한 주요 내용을 소개한다.

김용주 한국환경산업기술원 원장은 “이번 기술개발 성공은 대통령께서 강조한 자원순환실현과 함께 온실가스 저감, 환경 선진국 도약 등 다양한 환경 분야의 현안 해결에 도움을 줄 것으로 기대한다”고 말했다.

조봉규 폐금속․유용자원재활용기술개발사업단 단장도 “인도, 남아공 등 해외에 이번 기술 수출이 동시에 추진되고 있어, 관련 분야 일자리 창출에도 기여할 것”이라고 말했다.