수소환원제철을 위해서는 그린 인프라 구축 필요
국가 차원의 지원 아래 연구개발 

포스코기술연구원 이상호 연구위원은 수소환원제철기술 등 혁신공정 개발에 대해 소개했다. 

현재 철강산업은 석탄기반 제선공정으로 이산화탄소가 발생하는데 장기적으로 수소환원제철로의 전환이 필요하다. 특히 철강은 대체 불가 소재로 향후 수요는 지속 증가할 전망이다. 

이 연구위원은 “에너지 분야의 저탄소화 진행에 따라 철강 수요량은 지속적으로 증가할 것”이라며 “전 세계 철강 수요량은 2050년까지 30% 이상 증가할 것으로 예상된다”고 설명했다. 또한 철강은 미래에도 가장 경제적인 재활용이 가능한 소재인 만큼 이산화탄소 발생을 억제하면서 생산을 이어가야 한다. 

현재는 제철소 사용에너지의 약 10%를 외부에서 조달하고 있는데 수소환원제철로 전환하면서 에너지 의존형으로 바뀌어야 한다. 

이 연구원은 “석탄기반 일관제철소는 석탄은 환원-열원으로 연결되어 활용되고 있으며 고로공정에서 이산화탄소 86%가 배출된다”며 “현재 고로 기반의 일관제철의 공정의 탈탄소화는 지속 가능한 미래를 위해 필수적”이라고 언급했다. 

현재 탄소기반의 철강산업은 물류산업, 장치산업, 자본집약산업, 고품질 석탄소비산업, 에너지 자립형 산업이지만 미래 수소기반 철강산업은 그린전력, 수소 대량 소비산업으로 에너지 의존형 산업이 될 수밖에 없다. 

현재 일부는 수소가스를 주입하고 있지만 장기적으로 수소 100%로 가야하는 상황이다. 현재 EU에서는 풍부한 재생에너지에 기반한 장기적 수소 공급 및 수소환원제철기술 개발 추진하고 있다. 일본에서도 2050년까지 넷 제로를 달성하겠다고 선언했다. 

이 연구원은 “철강 산업의 규모를 고려하면 상업화를 위해 장기간의 막대한 연구개발 및 설비투자 비용이 필요하다”며 “주요 철강사들은 각 정부의 지원 아래 장기간의 탈탄소화 기술 개발을 진행 중”이라고 밝혔다. 

이어 그는 “우리나라에서는 Hyrex로 수소전환제철을 진행하고 있는데 FINEX의 유동환원로 개발 운용경험으로 안정적인 수소환원 가스활용 유동로 개발이 용이하다”며 “철광석의 안정적인 수급을 통한 경쟁력 확보도 가능하다”고 설명했다. 이어 그는 “포스코 고유의 유통환원로는 분철광석 전처리 없이 사용이 가능하며 수급이 용이하다”며 “온도저하 보상용 추가 열공급이 용이하고 유동로 개발 및 조업 경헙을 보유하고 있다는 것도 장점”이라고 덧붙였다. 

또한 수소환원제철 전환을 위해서는 그린 인프라 구축이 필요하다. 수소환원제철에 필요한 소요 수소량은 약 71KG이며 고급 스크랩의 안정적인 수급도 필수적이다. 

결국 철강산업 탄소중립은 기존 탄소연료에서 수소기반의 수소환원제철 기술개발과 에너지 전환 시 실현이 가능하다. 다만 수소환원제철 공정 개발은 장기간의 대규모 R&D 투자가 필수가 될 것으로 보인다. 이 연구원은 “국제공조와 엔지니어링 기술 확보를 통한 기술표준 선점이 필요하다”며 “이해 관계자들간의 협의를 통한 연대와 협력이 필수”라고 말했다. 

또한 수소환원제철 실현을 위해서 국가차원의 지원이 필요하다. 대규모 연구개발, 설비 투자 및 자본 매몰비용 등 개별 기업의 자체 대응이 어려운 실정이다. 실제 아르셀로미탈은 탄소중립 비용은 300~400억유로, 일본 제철은 4조~5조엔이 소요될 것으로 추정된다. 

마지막으로 이 연구원은 “수소환원제철은 수십 세기 이상 축적된 탄소기반의 철강기술을 전환하는 매우 도전적인 기술로 개발 리스크가 높다”며 “그린철강은 철강생산원가 기준으로 1.5~2배 증가가 예상되며 전 산업의 국가경쟁력은 유지할 필요가 있다. 철강산업의 탄소중립 달성이 국가 탄소중립 목표 달성에 매우 중요하며 미래 수소사회의 신 패러다임 속에서 국가 경쟁력 확보 선도가 필요하다”고 강조했다.