21세기에 들어 석유, LNG 같은 화석연료의 지속적인 가격 상승과 함께 러시아-우크라이나 사태 발발로 에너지 수급에 비상이 걸렸다. 현재 세계 각국은 자국 상황에 맞춰 에너지 공급망 강화를 위한 ‘자원안보*’에 주력하고 있다. 멕시코의 리튬 국유화, 인도네시아의 주요 광물 수출 중단 조치 등 자원 무기화 기조가 강화되면서 에너지 자립의 중요성이 점차 부각되고 있다.
*자원안보 : 핵심자원을 안정적인 가격에 중단 없이 공급할 수 있도록 상시 및 비상시 대응능력을 확보하고 공급망을 안정적으로 유지 및 관리하는 것을 말한다.

무엇보다 미래 먹거리 중 하나인 전기차 시장 확대로 배터리 수요가 크게 늘자, 배터리의 핵심 광물인 리튬을 얼마나 많이 확보하느냐가 관건이 되고 있다. 배터리 구성 요소 중 양극재는 배터리의 용량과 수명 및 안정성을 결정짓는 핵심 소재이며, 리튬이 양극재 원가에서 차지하는 비중이 매우 높기 때문이다.

l 소재산업 경쟁력과 직결된 리튬의 안정적 확보

리튬은 전기차 배터리 1GWh(기가와트시·전기차 1만 5000대 분량)를 생산하는데 700t가량 필요한데, 포스코경영연구원의 ‘글로벌 리튬 산업 7대 이슈’ 보고서에서 오는 2025년 리튬 총수요를 82만 1000톤으로 내다볼 만큼 리튬의 안정적인 공급망 구축이 중요해지고 있다.

문제는 국내 리튬 수요가 전량 해외에 의존하는 구조라는 점이다. 전 세계 리튬의 87%가 소금바다라 일컫는 염호에 매장되어 있다. 주요 리튬 공급처로는 볼리비아, 아르헨티나, 칠레, 미국, 호주, 중국 등의 염호가 있다. 현재 우리나라의 경우, 전체 리튬 수입의 95%를 중국(64%), 칠레(31%)에 의존하고 있다. 특히, 국내에서 삼원계 배터리(NCA·NCM) 생산이 98%에 다다를 정도로 향후 중국에서 수입해 오는 수산화리튬에 대한 의존 구조가 더욱더 심화될 가능성이 보이고 있다. 이에 국내 기업들은 배터리 소재산업의 경쟁력을 강화하기 위해 직접 자원 개발 사업을 뛰어들기 시작했다.

l 국내 기업 최초! 현지 리튬 상업화 도전

대표적으로 포스코홀딩스는 지난 2010년부터 그룹의 미래 먹거리를 ‘리튬’으로 주목해 2018년 약 3천 억을 투자해 아르헨티나 옴브레 무에르토(Hombre Muerto) 리튬 염호를 인수했다. 2020년에는 국내 기업 최초로 채굴·제련하는 데모 플랜트 가동을 성공적으로 마무리하고 상업화를 본격적으로 추진해오고 있다.

포스코홀딩스가 인수한 현지 염호의 면적은 서울 면적의 약 3분의 1에 해당하는 1만 7,500ha(헥타르) 규모다. 여기서 주목할 만한 점은 추정된 매장량이 인수 당시 매장량 추정치보다 6배 늘어난 약 1,350만 톤에 달한다는 점이다. 이는 전기차 약 3억 7천만 대를 생산할 수 있는 수준이다. 옴브레 무에르토의 또 다른 장점은 아르헨티나의 다른 염호들과 비교해서 리튬 농도는 높고 불순물의 농도는 상대적으로 낮아 세계 최고 수준의 생산성을 가진 것으로 알려졌다. 이에 더해 포스코그룹이 독자 개발한 리튬 추출 기술로 수율도 높이면서 생산 기간을 크게 단축할 수 있다는 것이 특징이다.

포스코홀딩스 고유의 리튬 직접 추출 기술은 1ℓ당 평균 0.9g가량 리튬이 매장된 염수는 지하 수백 미터 속에 묻혀 있어 관정을 뚫어 땅 속에 고여있는 염수를 뽑아 올린다. 이후 바닷물을 건조시 소금을 만들어내는 염전과 비슷한 형태인 ‘폰드’에서 4단계에 걸쳐 건조 공정이 이어진다. 이 과정에서 농축된 염수는 상공정을 통해 칼슘·마그네슘 등의 불순물을 제거하고 여전히 남아 있는 수분을 재차 건조시키는 과정을 거친다. 이렇게 만들어진 인산 리튬은 한국 광양과 살타시 인근에 건설 중인 하공정 공장을 통해 양극재에 활용되는 수산화리튬으로 제조되는 것이다.

포스코홀딩스는 아르헨티나 현지에서 수산화리튬까지 모두 생산하는 1단계 공장을 2024년 상반기 양산을 목표로 지난해 3월 착공에 돌입했다. 1단계의 연 생산량은 전기차 약 60만 대를 만들 수 있는 2만 5천 톤으로 계획하고 있다. 포스코홀딩스는 최종적으로 2030년까지 리튬 생산 연 30 만톤 체제를 완성한다는 목표로 이차전지 공급망 주도권 확보에 박차를 가하고 있다. 이를 통해 포스코케미칼을 비롯해 국내 양극재 생산 업체에도 리튬 공급을 늘릴 수 있어 핵심 광물 확보 경쟁이 치열해지는 글로벌 공급망 위기 속 국내 원료수급 안정화에도 도움을 줄 것으로 기대된다.

포스코홀딩스는 2030년까지 광석리튬으로 15만 톤, 염수리튬으로 12만 톤, 3만 톤은 폐배터리 재활용으로 ‘리튬 30만톤 생산 목표’ 달성을 이루고자 한다. 염호는 아르헨티나에서 직접 채취해 생산에 나서는 한편, 2018년 호주 광산업체 필바라미네랄스로부터 리튬 정광을 장기 공급받는 광석리튬의 안정적인 수급체계를 구축했다. 이에 더해 호주 광물개발업체 ‘진달리리소스’와 업무협약을 맺고 광석과 염수에 이어 미국에서 점토 리튬 사업을 추진하기로 했다. 이번 협약을 통해 진달리리소스는 미국 현지에서 탐사 중인 광구에서 점토 리튬을 시추해 제공하고, 포스코홀딩스는 이를 활용해 RIST와 공동으로 최적 리튬추출공정 기술을 개발하고 사업성 검토를 진행할 예정이라고 한다.

포스코홀딩스는 리튬 이외에도 △호주의 니켈 제련 회사 레이븐소프의 지분 인수 △탄자니아 흑연 광권 확보 △폐배터리 리사이클링 사업 진출 등 원료 밸류체인 강화에 속도를 높이고 있다. 이로써 포스코그룹은 세계에서 유일하게 리튬·니켈·흑연 등 2차전지 원료부터 전구체 및 양·음극재 및 차세대 소재까지 생산·공급하는 밸류체인을 구축하고 있다.

포스코홀딩스는 10년 이상 연구개발 끝에 친환경 리튬 추출 기술을 확보했으며, 전고체 전지용 황화리튬과 리튬메탈 등의 고부가가치 제품 개발도 진행해 미래 성장의 발판을 계속해서 마련하고 있다. 기존 철강 중심의 사업 구조에서 벗어나 친환경 미래소재 대표기업으로 도약하기 위해 선제적으로 확보한 공급체계 구축으로 글로벌 생산능력을 확보해 나갈 것으로 기대된다.

우리나라가 설정한 2050 탄소중립 목표를 달성하기 위해서 무(無)탄소 신(新)전원 활용의 필요성이 점차 대두되고 있다. 산업부는 청정수소발전제도(CHPS)를 내년부터 도입하고, 2030년 국가온실가스감축목표(NDC) 40% 달성을 위해 무탄소 연료인 수소·암모니아를 활용한 발전을 확대해 나갈 계획이라고 밝힌 바 있다.

이렇듯 수소 산업의 투자를 본격화하기 위해 청정수소의 정의를 확립하고 청정수소발전의무화제도(CHPS)를 도입하는 움직임이 일고 있다. ‘CHPS’는 RPS*에서 수소발전을 분리해 별도의 입찰 시장을 개설 및 운영하는 것으로, 발전 과정에서 청정수소 사용을 촉진하기 위한 제도라 볼 수 있다. 이를 통해 수소연료전지, 수소터빈, 수소엔진 등 수소경제 활성화가 적극적으로 이뤄질 것으로 보인다.
*RPS(Renewable Portfolio Standards) : ‘신재생에너지 공급 의무화 제도로, 설비용량이 500MW 이상인 발전사업자에게 일정량 이상의 신재생에너지로 전력을 생산하라는 의무를 부여한 제도를 말한다.

l 2050 저탄소 발전의 핵심 매개체, 수소

수소는 화석연료와 달리 고갈될 우려나 지역 편중이 없고, 지구 표면의 70%를 덮고 있는 물에도 가득 들어 있다. 문제는 수소가 바로 대체 에너지로 활용하기 어렵다는 점이다. 다른 에너지원과 비교해서 높은 생산비용이 수반되는데, 수소 기체에는 탄소나 질소, 산소 등 다른 화합물이 포함돼 있어 에너지로 활용하기 위해선 공정 과정이 발생하기 때문이다.

석탄발전 중심의 전력믹스에서 친환경‧무탄소 에너지로의 전환을 요구하는 시점에서, 가스 발전 주요 장비인 가스터빈은 천연가스뿐 아니라 수소 등 다양한 연료로 가동할 수 있어 에너지 믹스로 활용하기 용이하다. 특히 ‘수소혼소 발전’이 탄소중립의 징검다리 역할을 할 현실적이면서 효율적인 전력 생산 방식인데, 가스터빈에 수소와 천연가스(LNG)를 혼합해 연소하는 전기를 생산한다. 기존 LNG발전 가스터빈의 연료를 천연가스에서 수소로 점진적으로 대체해 나간다면 발전 분야 내 이산화탄소 배출량을 획기적으로 감축시키고 미세먼지의 원인인 질소산화물(NOx) 발생도 낮출 수 있는 장점을 갖고 있다. 또한, 기존 10년 이상 노후화된 가스터빈을 수소 혼소 발전 방식에 맞게 개조해 설비 수명까지 늘릴 수 있어 매우 경제적이기도 하다.

이때 연소 중 혼합된 수소량에 비례해 배출되는 이산화탄소량을 저감할 수 있다고 한다. LNG만으로 가스터빈을 돌렸을 때 발생하는 이산화탄소 배출량을 100이라고 봤을 때, 수소혼 소율을 70%까지 높이면 이산화탄소 배출량을 40% 이상 줄일 수 있다. 향후 수소 100%로 터빈을 돌려 탈탄소를 실현하려는 궁극적인 목표를 향한 과도기적 솔루션인 셈이다.

l 수소에너지 시대로의 전환 꿈꾸는 포스코

포스코그룹이 보유한 발전소 설비 전체 용량은 약 6.5GW(기가와트)로, 이를 모두 수소발전으로 전환 시 연간 200만 톤의 수소 수요가 창출된다. 포스코인터내셔널(에너지부문)은 현재 인천지역에 약 3.4GW의 LNG발전소를 운영 중이며, 이중 3, 4호 발전기를 최신의 수소 혼소가 가능한 발전기로 대체해 세계 최초 GW급 상업용 수소혼소 발전소 운영을 계획하고 있다. 현재 개발하는 수소혼소발전은 최대 50%까지 수소 혼소가 가능하며, 20%의 이산화탄소 저감 효과를 가져온다. 안정적인 운영 노하우와 발전터빈 기술사와의 협력을 통해 2027년 3, 4호기를 시작으로 2035년 9호기까지 친환경적인 수소혼소발전 기술을 확대해 나갈 계획이다.

▲ 포스코인터내셔널_통합 포스터

올 초 포스코에너지는 포스코인터내셔널과의 합병을 통해 더욱 탄탄한 LNG 밸류체인을 갖춰 양적 성장은 물론 재생에너지·수소인프라 등 친환경 사업 확대로 질적 성장을 도모할 것으로 보인다. 포스코인터내셔널은 지난 1월 광양 제2LNG터미널 착공식을 열고, 오는 2025년까지 9300억원을 투자해 20만kL급 LNG 탱크 2기(7~8호)와 27만kL급 부두 등을 건립하는 등 에너지 포트폴리오 강화에 나선다.

격변하는 지구 환경 속에서 수소혼소발전의 단계적 적용과 함께 CCUS, 에너지저장장치(ESS) 등 신기술의 사업화 방안을 모색하는 등 지속가능한 사회를 위해 더 나은 가치를 창출할 포스코의 미래가 기대된다.

지구가 뜨거워지면서 사막화, 해수면 상승, 생태계 변화 등 전 세계적 기후위기가 가속화되고 있다. 지난 2018년에 개최된 IPCC 총회에서 채택한 ‘지구온난화 1.5℃ 특별보고서’에 따르면, 지구 온도 상승 폭을 1.5도로 제한해야 인류 생존의 마지막 위협 상황을 막을 수 있다고 보고 있다.
*IPCC : 전지구적 위기인 기후변화에 대처하기 위해 세계기상기구(WMO)와 유엔환경계획(UNEP)이 1988년 공동으로 설립한 국제기구

지구온난화의 마지노선이라 볼 수 있는 ‘1.5도’ 기후목표 달성을 위해 탄소중립을 선언·지지한 나라가 136개국(’21.10월 기준)에 이르며, 대부분의 나라들이 온실가스 감축목표를 이전보다 대폭 상향하고 있다. 우리나라의 경우 2030 NDC(국가 온실가스 감축목표)를 기준 목표인 2018년 대비 26.3% 보다 상향된 2018년 대비 40% 산정해 탄소중립 의지를 확실히 보여주고 있다. 이 목표를 달성하려면 2030년까지 온실가스 배출량을 4억 3,660만 톤으로 줄여야 한다.

l 온실가스 다량 배출 기업 탈피를 위한 대전환 준비

우리나라가 2030년까지 매년 4.17%씩 온실가스 배출량을 줄이기 위해서는 산업 부문에서 효과적인 감축전략을 내세워야 하는 상황이다. 특히, 철강산업은 국내 산업 부문 온실가스 배출량의 39%를 차지할 만큼 탄소배출이 많은 대표적인 산업군이다. 철은 1톤 생산할 때마다 1.8톤의 이산화탄소를 배출하는 대표적인 탄소 집약적 제품이란 이유로 인간에게 없어서는 안 될 필수 자원이면서 지구온난화의 주범 중 하나로 여겨지는 이중적인 존재가 되었다. 이러한 ‘철의 딜레마’를 해결하기 위해 철강업계는 친환경 경영을 목표로 체질개선에 나서고 있다.

대표적으로 포스코는 2020년 아시아 철강사 최초로 ‘2050 탄소중립’을 선언하면서 ESG 경영에 박차를 가하고 있다. 포스코그룹은 1.5℃ 시나리오를 연계해 ‘친환경 미래소재 대표기업’으로 사업구조 전환을 추진하고 있다. 포스코의 2017~2019년 평균 탄소 배출량인 총 78.8백만 톤으로 사업장감축과 사회적감축 수단을 병행해 2030년에는 10%, 2040년에는 50% 감축하고, 궁극적으로 2050년 탄소 중립을 달성하고자 한다.

l 전 세계가 주목하는 탄소가격세

포스코가 친환경 사업을 확대한 이유 중 하나가 유럽을 중심으로 ‘탄소국경조정제도’가 추진되었기 때문이다. 이 제도는 수입자가 철강, 시멘트, 알루미늄 등 품목별 탄소 함유량에 상응하는 양의 ‘인증서’를 의무적으로 구매하는 것을 뜻하며, 탄소배출량이 많을수록 수입 시 비용 부담이 가중된다는 것이 핵심이다. 오는 2026년에 본격적인 시행을 앞두고 있어, 대유럽 철강제품 수출국 중 5위를 차지하는 우리나라가 영향을 많이 받을 것으로 전망되고 있다.

또한 EU에서는 2005년 세계 최초로 ‘EU 탄소배출권 거래제(ETS : Emissions Trading Scheme)’를 도입해 산업부문 온실가스 감축에 핵심 정책수단으로 운영되고 있다. 탄소배출권 거래제는 국가별로 온실가스 배출 허용량을 할당받고 허용량보다 적게 배출할 경우 남은 배출권을 팔아 이익을 누릴 수 있게 하는 제도이다. 이를 통해 각국이 자발적으로 온실가스를 줄이도록 유도해 탄소 배출이 불가피한 철강산업에 있어 온실가스 저감 기술 개발이 미래 생존의 중요한 열쇠가 될 것으로 보인다.

포스코는 점차 강화되고 있는 탄소감축 규제에 대응하고 산업의 글로벌 경쟁력을 갖추기 위해 2050 탄소중립을 선언하고 친환경 생산·판매 체제로의 전환을 추진하고 있다. 1단계에서는 에너지효율 향상과 경제적 저탄소 연·원료 대체 추진, 2단계에서는 스크랩 활용 고도화와 CCUS(탄소포집저장 활용)기술을 적용하고, 3단계에서는 기존 파이넥스(FINEX) 기반의 수소환원제철 기술을 개발해 궁극적으로 철강 공정에서 CO₂가 발생하지 않는 것이 목표이다.

기존 제철기술은 고로에 석탄을 투입해 발생한 일산화탄소를 철광석의 환원제로 활용해 철을 얻어내는 방식이다. 이 과정에서 이산화탄소가 발생해 온실가스 문제가 지적돼 왔다. 이에 반해 수소환원제철 공정은 석탄 대신 철광석과 수소가 반응해 순수한 물이 발생하기 때문에 철강업계 탄소중립을 위한 솔루션으로 꼽힌다.다시 말해 수소환원제철은 100% 수소를 사용해 직접환원철(DRI)을 만들고 이를 전기로에서 녹여 쇳물을 생산하는 기술로, 그 과정에서 탄소 배출이 없기 때문에 탄소중립 대응을 위한 핵심 경쟁요소라 할 수 있다.

l 포스코, 대규모 그린수소 생산체제 구축

포스코는 현재 수소가 25% 포함된 환원가스를 사용하는 파이넥스의 유동환원로 기술을 발전시켜 2030년까지 포스코형 수소환원제철 모델 ‘하이렉스(HyREX)’ 기술을 완성하는 것을 목표로 하고 있다. 다만 저품위의 분철광석으로 사용하는 하이렉스에서 생산된 DRI 품질은 상대적으로 낮을 전망이다. 이에 포스코는 저품위 DRI를 용해하는데 적합한 전기로인 ESF(Electric Smelting Furnace) 기술을 개발해 최적의 수소환원제철 체계를 갖춰 저탄소 녹색성장이라는 미래의 환경 변화에 적극적으로 대응해 나가고 있다.

지난 2021년 클라이밋 액션 100+와 IIGCC는 철강산업 넷제로(Net Zero) 전략보고서를 통해 포스코가 수소 매출 30조 원을 목표로 대규모 그린수소 생산체제를 구축 중인 유일한 주요 철강사라고 평가한 바 있다. 탄소중립 대표 사례로서 포스코가 소개된 만큼 그린스틸로의 생산체제 전환에 더욱 속도를 낼 것으로 보인다. 석탄 사용 저감 기술과 신규 전기로 도입 등을 통해 저탄소 제품 수요에 대응하고, 수소환원제철 데모플랜트를 조기 구축하기 위한 기술개발에도 나서는 등 친환경 브랜드 포트폴리오 확대를 통한 수익성 개선에도 주력할 계획이다. 철강 탈탄소화 노력에서 한발 더 나아가 그룹 차원에서 이차전지 소재, 수소 등 순환경제 시대에 필수적인 소재를 공급하는 신사업 기회를 발굴해나갈 포스코의 행보가 기대된다.