시멘트의 공정 배출 — 1.50 Gt과 클링커 비율 0.71이 말하는 것

시멘트의 공정 배출은 석회석(CaCO₃)을 가열해 생석회(CaO)로 바꿀 때 화학반응으로 나오는 CO₂를 말한다. 연료를 태워서 나오는 것이 아니라 재료 자체에서 나오는 배출이며, 그래서 아무리 효율 좋은 킬른을 써도, 심지어 전기로 가열해도 사라지지 않는다. 이 논문은 그 양을 1928년부터 2018년까지 나라별로 다시 계산한 데이터셋 논문이다.

결론부터 보면 세 숫자다 — 2018년 한 해 1.50 ± 0.12 Gt CO₂(화석연료 배출의 약 4%), 1928~2018년 누적 38.3 ± 2.4 Gt, 그리고 그 누적의 71%가 1990년 이후에 나왔다.

이 글은 Robbie M. Andrew, "Global CO₂ emissions from cement production, 1928–2018", Earth System Science Data 11: 1675–1710 (2019)의 본문과 결과를 인용한다. 이 저널은 데이터셋 자체를 심사하는 오픈액세스 저널이고, 데이터는 Zenodo(doi:10.5281/zenodo.831454)에 공개되어 있다.

1. 무엇을 세는가 — 공정 배출만

먼저 범위를 분명히 해야 한다. 이 논문이 다루는 것은 공정 배출(process emissions)뿐이다. 논문의 설명은 명확하다 — "여기서 공정 배출에 초점을 맞추는 이유는 직접 화석연료 배출과 전력 배출은 이미 글로벌 탄소수지의 다른 부분에서 계산되고 있기 때문이다".

즉 1.50 Gt은 킬른에서 연료를 태워 나온 CO₂를 뺀 값이다. 시멘트 산업 전체의 배출은 이보다 크다. 그 대신 이 숫자는 연료를 무엇으로 바꾸든 남는 부분을 가리킨다.

화학은 단순하다 — 석회석의 탄산칼슘이 열을 받아 산화물(생석회)과 CO₂로 분해된다. 배출량은 클링커 안의 CaO 비율, 시멘트 중 클링커 비율, 그리고 시멘트 생산량의 곱으로 계산된다.

2. 시멘트가 늘어난 속도

논문이 배경으로 제시하는 수치가 문제의 크기를 정한다.

항목값

현재 생산량1인당 연간 0.5톤 이상

1950년 대비30배 이상 증가

1990년 대비거의 4배 증가

1990년 이후 성장의 출처전 세계 증가분의 74%가 중국에서 발생 — 중국의 시멘트 생산은 11배 이상

배출원 순위화석연료와 토지이용 변화 다음의 세 번째 인위적 CO₂ 배출원

지난 20년간 시멘트 생산은 세계 화석에너지 생산보다 빠르게 늘었다. 건설이라는 산업이 기후 문제에서 차지하는 자리가 여기에 있다.

3. 기존 추정치는 왜 부풀려졌나

이 논문의 실질적 기여는 새 데이터를 만든 것이 아니라 낡은 계수를 걷어낸 것이다.

초기 추정은 모든 시멘트가 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)라고 가정했다. 20세기 전반에는 합리적인 가정이었다. 그래서 시멘트 1톤당 0.50톤 CO₂라는 시간에 불변인 배출계수가 자리 잡았고 — Keeling(1973)은 시멘트의 CaO 함량 64.1%에서, Marland와 Rotty(1984)는 1975년 미국 데이터의 63.8%에서 같은 값을 얻었다 — 이 계수는 이후 수십 년간 쓰였다.

문제는 시멘트가 더 이상 클링커만으로 만들어지지 않는다는 것이다. 고로슬래그, 플라이애시, 석회석 분말을 섞은 혼합시멘트가 늘면서 클링커 비율(clinker ratio)이 떨어졌다. 배출은 시멘트가 아니라 클링커에서 나오므로, 클링커 비율이 떨어지면 시멘트 1톤당 배출도 떨어진다.

논문이 계산한 세계 평균 클링커 비율의 변화가 그 효과를 보여 준다.

연도세계 평균 클링커 비율

1990년약 0.83

2013년0.67 (IEA의 추정치 0.65와 일치)

2018년0.71로 다시 상승

차이는 검증 가능한 형태로 나타난다. 2014년에 대해 CDIAC의 추정치는 2.08 Gt인데, 이 논문의 2018년 값이 1.50 Gt이다 — 그 사이 생산량은 늘었는데도 그렇다. 반면 EDGAR의 2015년 추정치 1.44 Gt은 이 논문의 같은 해 값 1.43 ± 0.11 Gt과 "매우 잘 일치"한다. 어떤 계수를 쓰느냐가 수억 톤을 만든다.

4. 중국 — 생산 56%, 배출 52%

중국은 2018년 세계 시멘트의 56%를 생산했지만 배출은 전체의 52%였다. 논문이 밝히는 이유는 하나다 — "최근 몇 년간 중국의 클링커 비율이 0.60 미만으로 세계 평균보다 낮기 때문"이다.

같은 양의 시멘트를 만들어도 혼합재를 더 쓰면 배출이 준다는 사실이 국가 수준의 통계로 확인되는 셈이다. 중국의 배출은 2014년에 800 Mt CO₂에 조금 못 미치는 수준에 도달했고, 이후 생산 반등과 클링커 비율 상승이 세계 배출이 2014년 수준을 회복한 주된 이유다.

배출계수 자체도 나라마다 다르다. 중국의 경우 국가발전개혁위원회가 보고한 클링커 1톤당 0.5383톤 CO₂가 국가보고서에 쓰이고 있고, 이 논문도 그 값을 채택했다. IPCC 지침은 클링커 생산 자료가 없을 때 기본 클링커 비율 0.75를 쓰도록 권고한다.

5. 불확실성을 숫자로 다룬다

데이터 논문의 성격이 드러나는 곳이 불확실성 처리다. 이 논문은 불확실성을 나라별로, 그리고 시간에 따라 다르게 부여한다.

기준은 각국이 UNFCCC에 제출한 공식 불확실성 추정치다.

공식 추정치가 없는 경우에는 별도로 부여하며, 가장 불확실한 경우 — 시멘트 생산량 자료와 기본 계수만 있는 경우 — 에는 2 표준편차 기준 25%로 설정한다.

전체 불확실성은 몬테카를로로 합성하며, 나라 사이와 시간 사이의 오차는 상관이 없다고 가정한다.

1990년에 상대 불확실성의 계단 변화가 나타난다 — 대부분의 부속서 I 국가가 UNFCCC에 상세 보고를 시작한 시점이기 때문이다.

그 결과가 1.50 ± 0.12 Gt이라는 표기다. ±0.12는 계산의 부산물이 아니라 자료 가용성의 지도다 — 개발도상국의 생산 비중이 커질수록 불확실성이 커진다고 논문은 밝힌다.

6. 정리

시멘트의 공정 배출은 재료에서 나온다 — 석회석의 탄산칼슘이 CaO와 CO₂로 분해되는 반응이며, 연료를 바꿔도 남는다.

2018년 세계 공정 배출은 1.50 ± 0.12 Gt CO₂로, 화석연료 배출의 약 4%다.

1928~2018년 누적은 38.3 ± 2.4 Gt이고 그중 71%가 1990년 이후에 나왔다.

시멘트 생산은 1950년 대비 30배 이상, 1990년 대비 거의 4배이며, 1990년 이후 증가분의 74%가 중국에서 나왔다.

세계 평균 클링커 비율은 1990년 0.83에서 2013년 0.67로 떨어졌다가 2018년 0.71로 반등했다.

중국은 세계 시멘트의 56%를 생산하고 배출의 52%를 냈다 — 클링커 비율이 0.60 미만이기 때문이다.

0.50 t CO₂/t 시멘트라는 시간 불변 계수가 오래 쓰였고, 혼합시멘트가 늘어난 지금은 과대추정을 낳는다.

CDIAC의 2014년 추정 2.08 Gt과 이 논문의 값 사이에는 큰 차이가 있고, EDGAR의 2015년 1.44 Gt과는 잘 일치한다.

불확실성은 나라별·시기별로 부여되고, 자료가 가장 부족한 경우 2 SD 기준 25%가 적용된다.

구조·건설 실무에서 이 논문의 쓸모는 탄소 계산의 분모와 분자를 정확히 아는 것이다. 콘크리트의 탄소발자국을 줄이는 수단은 결국 세 가지 — 클링커 비율을 낮추는 것(혼합재), 시멘트량을 줄이는 것(배합·설계), 콘크리트량을 줄이는 것(구조 최적화)이다. 이 논문이 보여 주는 것은 그중 첫 번째가 국가 통계에서 실제로 관측되는 크기라는 사실이다 — 중국의 클링커 비율 0.60이 생산 56%와 배출 52%의 차이를 만들었다.