1960년대 이후, 시멘트는 국가 인프라 확장의 근간이자 주택, 도로, 항만 등 물리적 성장의 주축으로서 대한민국의 압축 성장을 뒷받침한 명실상부한 동력이었다. 그러나 오늘날, 기후 위기와 에너지 전환이라는 거대한 패러다임의 변화 앞에서 과거 성장의 주역이었던 시멘트 산업은 생존을 위협받는 위기이자 대전환의 갈림길에 서 있다. 전 세계 이산화탄소 배출량의 약 7%를 차지할 만큼, 생산 공정에서 발생하는 탄소 배출 때문에 탈탄소화가 가장 어려운 산업 중 하나로 꼽히기 때문이다. 하지만, 이 절체절명의 위기는 역설적으로 새로운 기회의 출발점이 될 수 있다. 시멘트 산업이 탄소 감축, 에너지 재활용, 폐자원 활용이라는 시대적 과제를 기술 혁신과 정책 연계를 통해 풀어낸다면, ‘사양 산업’이 아닌 ‘지속가능한 미래 산업’으로 재도약할 수 있는 무한한 잠재력을 품고 있다.
가장 중요한 전환 전략은 바로 순환경제 모델의 전면적 도입이다. 시멘트 산업은 제철소에서 나오는 슬래그, 발전소의 석탄재 등 타 산업의 부산물과 폐플라스틱, 폐타이어 같은 폐기물을 유연탄과 원료의 대체재로 활용할 수 있는 최적의 구조를 갖추고 있다. ICT와 4차 산업 기술을 접목해 폐기물 처리 및 순환 모델을 고도화하고, 정부와 지자체가 분리배출 개선 및 재활용 인센티브를 제공하며, 기업이 저탄소 자재 생산 R&D에 적극 투자한다면 시멘트 산업은 환경 부담을 줄이면서 자원 효율을 극대화하는 순환경제의 핵심 허브로 거듭날 수 있다. 나아가, 국제 온실가스 감축 메커니즘을 활용한 새로운 수익 창출이 가능하다. 청정개발체제(CDM)와 같은 국제 탄소시장에서 시멘트 산업의 탄소 감축 노력은 경제적 가치로 인정받을 수 있다. 특히 대한민국 과학기술정보통신부는 시멘트 제조 시 발생하는 이산화탄소를 광물화하는 기술로 유엔기후변화협약(UNFCCC) 세계 유일의 신규 CDM 방법론을 승인받는 쾌거를 이루었다. 이는 한국의 토종 기술이 국제 감축 시장에 진입한 최초의 선례로, 앞으로 시멘트 산업이 단순 연료 대체를 넘어 기술 기반의 고부가가치 배출권 사업으로 확장될 수 있음을 보여준다.
시멘트 산업의 변신은 여기서 그치지 않고 첨단 소재 산업으로의 진화까지 모색할 수 있다. 미국은 석탄 화력발전소에서 발생하는 석탄재를 단순 폐기하는 것이 아니라, 희토류(REE) 회수하여 원료로 활용하는 전략이다.
특히 네오디뮴, 유로퓸, 디스 프로 슘, 테르븀, 이트륨 등 ‘Big5’ 희토류 자원을 회수하는 기술은 희토류 광석에서부터 추출하는 것보다 경제성이 더 높다고 판단했다. 이 기술을 시멘트 산업에 접목하면, 석탄재를 시멘트 원료로 사용하면서 동시에 반도체, 전기차 모터 등에 필수적인 희토류까지 회수하는 ‘융복합 신산업’이 탄생할 수 있다. 희토류 수입의 90% 이상을 중국에 의존하는 한국의 현실에서, 국내 발생 석탄재를 활용한 희토류 확보는 국가 자원 안보를 강화하는 매우 전략적인 선택지 가운데 하나이다. 이는 시멘트 산업이 단순 건설재를 넘어 첨단 소재를 공급하는 산업으로 변모하는 결정적 계기가 될 것이다.
에너지 전환 시대에 시멘트 산업이 직면한 과제는 명백하지만, 그 도전 속에 기회가 숨어있다. 순환경제로의 전환, CDM 기반의 탄소시장 진입, 석탄재를 활용한 희토류 자원화는 시멘트 산업을 ‘탄소중립 산업의 선도자’로 재정의할 것이다.

비화석 원료를 활용한 석탄재 기반 차수성 시멘트의 미래 신산업 전략

우리나라가 독자 개발한 이산화탄소 감축 기술이 세계적으로 인정받으며, 비화석 연료 기반의 새로운 산업 전략의 문을 열고 있다. 핵심은 석탄재를 비화석 원료로 활용해 고기능성 차수성 시멘트(CSA 시멘트)를 제조하는 기술로, 이는 국내 최초로 유엔 기후변화협약(UNFCCC)으로부터 신규 청정개발체제(CDM) 사업 방법론으로 공식 승인받았다.
이 기술은 시멘트 생산 공정의 탄소 배출을 줄일 뿐만 아니라, 막대한 산업 부산물인 석탄재를 고부가가치 자원으로 재활용하여 폐기물 문제를 해결하고 자원 선순환을 이룬다는 점에서 이중의 온실가스 감축 효과가 있다. 이렇게 생산된 저탄소 차수성 시멘트는 특히 원자력 발전의 지속가능성을 담보하는 방사성폐기물 처분 시설의 핵심 소재로 주목받고 있다. 국제원자력기구(IAEA)가 요구하는 높은 안전 기준을 충족시키면서, 동시에 탄소 감축 기술로 만들어진다는 점에서 그 전략적 가치가 매우 크다. 이 한국형 토종 기술은 온실가스 감축과 방사성 폐기물 관리라는 사회적 난제를 동시에 해결하는 혁신적 해법이다. 비화석 부산물을 활용한 이 융복합 신시장은 대한민국이 탄소중립 시대를 선도할 중요한 기회가 될 것이다.

SMR-DAC와 석탄재 희토류 융합: 이산화탄소 감축을 넘어선 한국의 미래 전략

전 세계가 기후 위기 대응과 탄소중립 실현이라는 공동의 목표 아래 기술 혁신 경쟁에 뛰어들고 있다. 이 경쟁의 중심에는 대기 중 이산화탄소를 직접 제거하는 혁신 기술과 이를 뒷받침할 차세대 에너지를 어떻게 융합할 것인가에 대한 고민이 자리 잡고 있다. 특히 미국은 미래 원자력 기술인 소형모듈원자로(SMR)와 이산화탄소직접포집(DAC)기술을 결합하여 에너지 효율성과 탄소 감축 효과를 동시에 극대화하는 전략을 국가적 차원에서 추진하며 새로운 시장을 선도하고 있다. 그러나 이러한 흐름 속에서, 대한민국은 한 걸음 더 나아가 폐기물로 여겨지던 석탄재를 핵심 자원으로 전환하는 독창적인 융합 기술을 통해 글로벌 탄소중립 시장의 판도를 바꿀 수 있는 역사적 기회를 맞이하고 있다.

미국의 도전: SMR과 DAC의 결합을 통한 탄소 감축

DAC(Direct Air Capture) 기술은 공기 중에서 직접 이산화탄소를 분리·포집하는 방식으로, 배출원 감축만으로는 한계가 있는 탄소중립 목표를 달성하기 위한 ‘게임 체인저’로 주목받고 있다. 하지만 DAC 기술의 가장 큰 난관은 막대한 에너지 소모량이다. 포집 과정에 필요한 전력과 열에너지를 기존의 화석연료 기반 에너지원으로 충당할 경우, ‘탄소를 잡기 위해 더 많은 탄소를 배출하는’ 모순에 빠질 수 있으며 경제성 확보 또한 어렵다. 미국은 이 문제에 대한 해답을 SMR(소형모듈원자로)에서 찾았다. SMR은 대형 원전과 달리 안정적으로 고효율의 전력과 고온의 열을 탄소 배출 없이 공급할 수 있는 차세대 에너지원이다. 미국 에너지부(DOE)는 SMR의 에너지를 DAC 설비에 직접 연계하면, 에너지 비용을 획기적으로 낮춰 경제적이고 지속 가능한 대규모 이산화탄소 포집이 가능해진다고 분석한다. 즉, SMR은 DAC의 고질적인 에너지 소모 문제를 해결하고, 두 기술의 시너지를 통해 장기적인 탄소 감축 효과를 극대화하는 핵심 열쇠인 셈이다.
이러한 SMR-DAC 융합 모델의 잠재력은 이미 세계적으로 인정받고 있다. 일론 머스크의 엑스프라이즈(XPRIZE) 재단이 주관하는 ‘세계 100대 탄소 제거 기술’에 선정되었으며, 미국 정부는 1톤의 이산화탄소를 포집하는 데 180달러를 지원하는 법령을 시행하며 기술 상용화를 전폭적으로 지원하고 있다. 이는 단순히 기후 변화에 대응하는 것을 넘어, 인공지능(AI), 빅데이터 센터 확산으로 폭증하는 전력 수요에 대응하고 미래 SMR 융복합 시장의 글로벌 표준을 선점하려는 미국의 국가적 전략이다.

한국의 기회: ‘Coal Ash to All’, 탄소중립의 새로운 패러다임

미국이 SMR-DAC라는 강력한 카드를 꺼내 든 상황에서, 대한민국은 더 근본적이고 포괄적인 해법을 제시할 수 있는 독보적인 기술력을 보유하고 있다. 그것은 바로 전 세계에 폐기물로 쌓여있는 ‘석탄재’를 미래 에너지 및 자원 순환 경제의 핵심 원료로 탈바꿈시키는 것이다. 미국이 석탄발전소를 원자력발전소로 전환하는 ‘Coal to Nuclear’ 개념을 추진한다면, 한국이 확보한 세계적 원천기술을 바탕으로 ‘석탄재에서 모든 가치를 창출한다’라는 의미의 ‘Coal Ash to All’ 전략으로 세계에 도전해야 한다.
이 전략의 핵심은 두 가지다. 첫째, 석탄재 기반 희토류 회수 기술이다. SMR을 포함한 원자력, 우주항공, 국방 등 첨단 산업에 필수적인 핵심 광물인 희토류는 현재 공급망이 특정 국가에 편중되어 있어 자원 안보의 최대 아킬레스건으로 꼽힌다. 우라늄, 토륨과 같은 전통적인 원자력 원료 역시 공급원이 지역적으로 한정되어 있다. 한국의 기술은 바로 이 석탄재에서 디스프로슘, 테르븀, 네오디뮴 등 고부가가치 핵심 희토류 5종을 추출할 수 있다. 이는 폐기물 처리 문제를 해결함과 동시에 안정적인 자원 공급망을 내재화하여 SMR 시장 확대의 지정학적 한계를 극복하고, 핵심광물안보파트너십(MSP)과 같은 국제 공조 체계 내에서 대한민국의 위상을 강화하는 결정적 카드가 될 것이다. 둘째, 희토류 회수 후 남은 잔여물을 활용한 고기능성 신소재 생산이다. 희토류를 추출하고 남은 석탄재는 더 이상 폐기물이 아니다. 이를 활용해 방사성폐기물을 안전하게 격리할 수 있는 차수성(물 차단) 및 차폐성(방사선 차단) 기능을 갖춘 특수 시멘트를 생산할 수 있다. 이는 원자력 발전의 지속가능성을 담보하는 핵심 과제인 사용후핵연료 처리장 건설에 필수적인 소재를 공급하는 것을 의미한다. 전 세계 약 6,800개에 달하는 석탄화력발전소가 남긴 석탄재는 단순 매립 대상이 아닌, 새로운 부가가치를 창출하는 거대한 신시장인 셈이다.

융합 기술 리더십으로 ‘제2의 한강의 기적’을 열다

결론적으로, 대한민국의 ‘Coal Ash to All’ 전략은 이산화탄소 감축이라는 단일 목표를 넘어선다. 이는 ▲SMR-DAC 융합 기술을 통한 직접적인 탄소 감축, ▲석탄재 희토류 회수를 통한 에너지·자원 안보 확립, ▲고기능성 시멘트 생산을 통한 자원 순환 경제 구축이라는 세 마리 토끼를 동시에 잡는 통합 솔루션이다.
미국이 주도하는 SMR-DAC 모델이 강력한 탄소 감축 수단임은 분명하지만, 이는 기술 그 자체에 집중하는 경향이 있다. 반면, 한국이 제안하는 모델은 에너지 생산, 자원 확보, 폐기물 처리, 신소재 산업을 하나의 유기적인 가치사슬로 묶어 지속 가능한 탄소중립 생태계를 구축하는 더 높은 차원의 청사진이다.
이제 석탄재는 더 이상 과거의 유물이 아니다. 미래 에너지 기술과 자원 안보의 열쇠를 품고 있는 ‘도시 광산’이다. 이 거대한 잠재력을 현실로 만드는 ‘Coal Ash to All’ 전략을 국가적 어젠다로 삼고, 글로벌 수준의 선도 기술력으로 과감히 도전해야 할 때이다.