수소환원제철, 그린수소 가격이 경쟁력 좌우
그린수소 수요, 공급 간 균형적인 성장 조절 필요
세계적인 탄소중립 목표를 달성하는 데 있어서 철강산업의 역할이 중요하다. 때문에 세계적으로도 철강분야는 감축기술 개발과 투자에 속도를 내고 있다.
이러한 흐름과 더불어 탄소 규제 또한 구체화되고 있다. 주요국들은 탄소 감축을 위한 탄소 국경세, 탄소세 도입 등 제도들을 도입하거나 적극 검토하고 있다. 이러한 변화에 얼마나 빠르게 대응하는지가 경쟁력을 좌우하게 됐다. 상대적으로 주요국들에 비해 준비가 뒤처진다는 지적이 많은 우리나라는 보다 적극적이고 과감한 정책이 요구된다.
우리나라도 철강산업의 탄소중립 실현을 좌우할 친환경 수소환원제철 기술 개발이 본격화돼 2030년경 상업화를 목표로 하고 있다. 수소환원제철은 100% 수소를 사용해 직접환원철(DRI)을 만들고 이를 전기유동로에서 녹여 쇳물을 생산하는 기술로, 그 과정에서 탄소 배출이 없기 때문에 철강 탄소중립을 위한 핵심 솔루션이다.
탄소 기반의 철강 제조기술을 전환하는 도전적인 기술로 개발로 평가되고 있지만 R&D 개발과 이를 실제 적용하기까지는 해결해야 할 난제들이 많다. 또한 철강산업의 규모 등을 고려하면 상업화를 위해서는 장기간 막대한 연구개발 및 설비 투자비용도 필요하다.
세계 주요 철강사들은 각 정부의 적극적인 지원을 기반으로 탈탄소화 기술개발에 박차를 가하고 있고 일부 가시적인 성과도 나오고 있다. 상대적으로 우리나라는 유럽 주요국들에 비해 산업구조 전환이 늦은 상황으로 관련 기술 개발과 적용에 속도를 내야 하고 이를 위해서는 정부의 전폭적인 지원이 필요하다.
특히 혁신적인 기술의 상용화와 더불어 미래의 에너지원으로 지목되고 있는 수소 인프라 구축을 서둘러야 한다. 수소는 수소환원제철의 환원원료로 향후 산업 경쟁력의 가장 중요한 요소로 작용할 전망이기 때문이다.
현재 주요 국가들은 자국 산업을 활성화하고 저탄소 제품 생산 역량을 강화하기 위해 재생에너지와 그린수소로의 전환을 선제적으로 추진하고 있다. 따라서 철강산업 탄소중립 달성과 무역 경쟁력 강화를 위해서는 저탄소 고부가가치 제품 중심으로 생산구조를 전환하는 것이 필수적이다.
우리나라의 조강 생산량은 70%가 고로-전로 공정 기반이고 30%는 전기로 공정 기반이다. 고로-전로 공정에서는 철광석과 코크스로 쇳물을 생산하는 제선 공정에서 다량의 온실가스가 배출되고 탄소집약도가 높다. 반면 전기로 공정은 철스크랩을 주원료로 사용하기 때문에 제강 공정에 발생하는 온실가스는 적다. 다만 철광석을 원재료로 사용해야 고급 강재를 생산할 수 있기 때문에 무탄소 고급강을 생산하기 위해서는 수소환원제철 상용화가 필수적이다.
다만 수소환원제철 기술이 성공적으로 상업화 됐다고 해도 안정적이고 경제성 있는 수소의 확보가 이뤄지지 못한다면 경쟁력이 떨어진다. 따라서 수소 인프라 구축은 철강분야 탄소중립의 선결 과제라고 할 수 있다. 때문에 현재 주요국들도 수소 관련 지원 정책들을 본격적으로 추진하고 있다.
그린수소, 수요가 먼저냐 공급이 우선이냐?
국제에너지기구(IEA)가 기술 로드맵으로 제시한 자료에 따르면 2030년대 중반 상업적 규모의 1차 환원제로 그린수소를 도입할 것을 제안하고 있다. 2050년에는 연간 1,200만 톤의 수소가 환원제로 사용될 전망이다.
주요국 철강기업들도 현재 수소 사용을 다양한 방식으로 검토하고 있다. 획기적인 수소 생산기술을 개발하고 제철 공정에서 직접적인 온실가스 배출을 사실상 없애는 것과 화석연료 기반 환원제와 수소를 혼합해 기존 제강 공정에 사용해 온실가스 배출을 감축하는 방안 등이다.
우리나라도 정부가 적극 나서 수소산업을 활성화하기 위한 정책 마련을 추진 중이고 주요기업들도 수소산업에 속속 진출하고 있다. 그러나 아직까지 국내 수소 생산기반은 초기 수준에 머물고 있다. 따라서 정부가 적극 나서 보다 실질적인 지원과 협력체제 구축을 통해 산업용 수소의 생산과 저장, 운송에 필요한 소재개발과 공급 등 수소 인프라 구축이 필요하다.
국내 그린수소 인프라가 빠르게 구축되기 위해서는 수요와 공급의 균형적인 성장이 필요하다. 그린수소 생산을 위한 투자를 위해서는 일정 수준의 수요가 형성돼야 가능하다. 반면 그린수소의 활용을 크게 높이기 위해서는 무엇보다 안정적인 공급이 중요한 요소다.
수요가 먼저냐, 공급이 우선이냐의 문제가 해결되지 않는다면 실질적인 그린수소 자립생산 기반을 구축하기 어렵다는 분석이 지배적이다. 결국 이를 해결하기 위해서는 정부가 정책적으로 풀어야 한다.
생산기반 구축을 위한 전폭적인 지원과 함께 그린수소를 적극 활용할 수 있도록 해 일정 수준 이상의 수요가 형성될 수 있도록 해야 한다.
그린수소의 국내 생산기반 구축은 철강산업 탄소중립을 위해서는 절대적으로 필요한 전제조건이다. 수소환원제철은 기술적인 것 이외에 중요한 문제는 비용이다. 수소환원제철은 기존 공정에 비해 약 10~50%가량 비용을 상승시킬 것으로 예측되고 있지만, 재생에너지를 활용한 수소 생산비용은 2030년까지 30%가량 감소할 전망이다.
기후솔루션이 분석한 자료에 따르면 철강 생산에 필요한 그린수소를 전량 국내에서 생산할 경우, 운송 및 저장 과정에서 발생하는 추가 비용과 온실가스 배출을 최소화할 수 있고 해외 도입 수소 대비 공급망 불확실성에서도 자유로워진다는 장점이 있다.
글로벌 수소산업이 본격적인 활성화 단계에 진입하면서 국내에서도 수소산업 육성에 나서고 있다. 산업용 수소의 생산과 저장, 운송에 필요한 소재개발과 공급에 역량을 집중하고 있지만 실질적인 수소생산 체제 구축은 더딘 상황이다. 무엇보다 생산설비의 투자는 수요를 동반해야 하는데, 아직까지 경제성을 확보할 수 있는 수요가 형성되지 못하고 있기 때문이다.