포스코가 일산 KINTEX에서 9월 8일(수) ~ 11일(토)간 열린 2021 수소모빌리티+쇼*에 참가했다.

포스코그룹은 포스코를 비롯해 포스코인터내셔널, 포스코건설, 포스코에너지, 포스코SPS, 포항산업과학연구원(RIST) 총 6개의 그룹사가 참여해 그룹 수소사업의 밸류체인(Value-Chain) 전반에 걸친 사업 계획을 발표했다.

l 눈에 확 띄잖아! 포스코 부스 둘러보기

전시장에 들어서니, 멀리서도 한 눈에 띄는 포스코 부스! 상단의 대형 파노라마에서는 Green With POSCO라는 문구와 함께 포스코그룹의 주요 수소 산업 이미지가 함께 슬라이드로 보여져 관람객들의 이목을 끌었다.

또한, 포스코 강재를 활용해 다양한 디자인과 질감을 구현한 부스는 튼튼하면서도 한 층 더 세련된 느낌을 받을 수 있었다.

포스코 부스는 크게 3개의 ZONE으로 구분되어 있었는데, 부스 입구로 들어서면 바로 왼편부터 만나볼 수 있는 수소 생산과정인 <자연으로부터의 수소를 만들다> 존을 시작으로 <수소의 저장•인프라인 세상과 수소를 연결하다>존, 마지막으로 수소의 활용기술이 담긴 <수소를 세상으로 움직이다>존까지 포스코의 수소사업 밸류체인(Value-Chain) 전반을 한눈에 만나 볼 수 있도록 구성됐다.

l 포스코, 친환경 실천 기업으로 도약하다

첫 번째로 만나본 <자연으로부터의 수소를 만들다> 존에서는 부생수소와 태양광과 풍력 등 재생에너지는 물론, 현재 포스코에서 추진 중인 프로젝트를 만나볼 수 있었다.

평소 수소에너지에 관심이 있었다면 부생수소에 대해 한 번쯤 들어본 적이 있을 것이다. 포스코는 부생가스인 COG와 FOG로부터 수소를 추출해 2026년까지 연산 7만 톤 생산체제를 구축 및 공급할 예정으로 이는 연간 46만 대의 수소 승용차에 공급할 수 있는 규모다.

현재 포스코인터내셔널은 경쟁력 있는 천연가스 및 LNG에서 수소를 추출하고 CO2를 포집 및 저장하여 만드는 블루수소와 블루암모니아에 관련해 동남아, 중동, 러시아, 호주 등의 지역에서 공동으로 프로젝트를 추진 중이다.

다음으로 주목해야 할 부분이 그린수소 생산이다. 재생에너지를 통해 생산된 전기로 물을 분해하여 만들어진 수소를 그린수소라 칭하며, 해상과 내륙 운송을 위해 암모니아 형태로 합성하여 운송하는 것이 특징이다.

포스코는 재생에너지원이 우수하고, 부지-인프라가 갖춰진 지역을 선점하여 가격 경쟁력 있는 그린 수소를 생산하고, 이를 암모니아로 합성하여 국내로 도입하거나 해외 수요처에 공급할 계획이다.

대표적으로 포스코가 개발을 주도하는 오만 프로젝트의 경우, 그린 암모니아 연산 120만 톤 규모의 대형 프로젝트며, 2040년 200만 톤, 2050년까지 연산 500만 톤의 그린 수소 생산을 목표로 현재 중동, 호주, 남미와 같이 다양한 지역에서 글로벌 메이저 기업들과 협력을 추진하고 있다.

또 하나 눈길을 끌었던 이것! 이게 무엇에 쓰는 물건이지? 하는 분들도 있을 것이다.

바로 재생에너지를 실생활에서 활용할 수 있는 사례를 적용한 모형으로 태양광을 이용한 조명시설과 휴게시설을 모형화 한 것이다.

그렇다면 과연 이 제품들에는 포스코의 어떤 기술이 들어간 것일까? 정답은 바로 포스맥(PosMAC)* 이다.

태양광이나 풍력설비는 극한의 상황에 노출되어 20년 이상을 버텨야 하는데 포스코에서 개발한 포스맥(PosMAC)과 풍력용 강재를 활용하면 오랫동안 설비를 안정적으로 유지할 수 있다.

또한, 포스코는 포항산업과학연구원과도 함께 암모니아 기반 수소추출 기술 상용화 개발을 추진 중이다. 다시 말해 해외에서 도입한 암모니아를 수소로 사용하기 위해선 암모니아를 분해하여 다시 수소로 추출하는 것이다. 현장에는 고망간강 저장탱크를 비롯해, 수소차 연료탱크, 수소배관 실물들도 전시되어 이해도를 높일 수 있었다.

뿐만 아니라, 스마트 기술로 건설하는 미래 수소도시 모형존에서는 포스코그룹이 보유한 밸류체인을 통해 해외수소의 도입과 우리의 일상생활로 이어지는 공급 프로세스를 한눈에 살펴볼 수 있었다.

<마지막 수소로 세상을 움직이다> ZONE에서는 수소의 활용 과정에 대해 알 수 있었는데 혼소 발전-암모니아, 혼소-수소 드론 연료 전지 분리판의 순서로 안내되어 있었고, 포스코의 다양한 수소 모빌리티 사업 계획에 대해서도 알리며 부스 투어는 마무리됐다.

특히, 기가스틸과 포스코 자체 개발 강재가 어떻게 적용 되었는지를 상세 설명과 함께 모니터 디스플레이로 영상을 감상할 수 있었고, 수소전기차 핵심 부품도 전시되어 평소 수소차에 관심이 많은 이들에게 다양한 정보를 제공하는 자리였다.

특히, 현장에서는 수소연료전지 분리판과 수소전기차 구동모터코아를 직접 눈으로 확인할 수 있어 이목을 집중시켰다.

‘수소연료전지 금속분리판용 극박 압연 및 성형 기술’은 수소연료전지 금속분리판의 핵심 소재인 스테인리스 스틸 Poss 470FC를 포스코SPS 고유의 정밀 극박 압연 기술을 통해 0.05mm의 얇은 두께로 구현하여 성형하는 기술로, 특히 후처리 공정을 통해 코팅 과정을 생략하여 환경 유해 물질을 최소화함으로써 친환경 소재로도 우수한 평가를 받고 있다.

또한, ‘e Autopos(이 오토포스)’ 솔루션인 셀프본딩(self-bonding) 기술에 대해 살펴볼 수 있었는데, 전기강판에 본드를 닷트(dot) 방식으로 도포해 적층하는 기존의 방법이 아닌, 전기강판 전면에 본드가 도포된 상태에서 가열∙가압 적층함으로써 소음과 효율을 혁신적으로 개선할 수 있는 신기술로 포스코가 2016년 개발했다. 포스코그룹은 지난8월 현대차•기아에 포스코 e Autopos 셀프본딩 기술 적용한 구동모터코아 공급권까지 확보하며 글로벌 1등 친환경차 부품사로 도약할 수 있는 전기를 마련하기도 했다.

마지막으로 포스코 전시의 하이라이트라고 할 수 있는 수소환원제철!

수소환원제철은 전통적 쇳물 생산 방식인 고로(용광로) 공법을 대체하는 신기술로, 석탄 대신 수소를 환원제로 사용해 기존 고로 공법과 달리 CO2 배출 없이 철을 생산할 수 있는 수소경제시대의 핵심 기술을 말한다.

실제 현장에서도 수소환원제철 관련 모형이 가장 큰 규모를 차지하고 있어 자연스럽게 동선에 따라 발걸음을 향하게 됐다. 특히 부스에 설치된 모형은 수소환원제철이 적용된 미래 도시를 표현한 것으로 어떤 과정을 통해, 우리의 실생활에 적용이 될 지를 쉽게 살펴볼 수 있었다.

포스코는 현재 보유 중인 파이넥스(FINEX)*기술을 기반으로 연구개발을 지속해 수소환원제철공법을 상용화할 계획으로, 포스코가 꿈꾸는 2050년의 제철소가 궁금하다면, 아래 영상으로 확인해보도록 하자.
*파이넥스(FINEX): 포스코가 세계 최초로 개발한 제철기술로 자연상태 가루 모양의 철광석과 일반탄을 바로 사용해 쇳물을 생산하는 설비를 말한다.

랜선으로 만나본 2021 수소모빌리티+쇼! 2050년 탄소중립을 달성하겠다는 포스코의 의지가 느껴지지 않았는가?

포스코는 앞으로 탄소 중립에 기여할 수 있는 다양한 탄소 저감 활동에 주력할 계획이다. 친환경을 실천하는 기업, 그린 수소 선도기업으로 도약할 포스코에 많은 관심과 기대 부탁드린다.

포스코의 친환경차 제품 솔루션 통합 브랜드 e Autopos 언박싱 두 번째 시간! 지난번 친환경차의 차체와 섀시에 적용된 e Autopos 솔루션을 살펴본 데 이어 이번엔 구동모터를 자세히 들여다보도록 하겠다. 친환경차의 구동모터는 내연기관차의 엔진, 사람으로 따지면 심장과 같은 역할을 한다. 자동차를 실질적으로 움직이게 만드는 중요한 부품이라는 말인데, 과연 구동모터에는 어떤 e Autopos 솔루션이 쓰였을까? 지금부터 함께 알아보자!

l e Autopos의 구동모터 소재 솔루션, ‘전비(전기자동차의 효율)’ 높이는 Hyper NO!

이번에도 언박싱에 앞서 박스 위에 적힌 설명 표부터 살펴보겠다. 오호라~ 친환경차 구동모터에 적용된 e Autopos 솔루션은 ‘Hyper NO’로군! 친환경차의 심장을 뛰게 하는 Hyper NO는 어떤 소재이고, 여기에 포스코의 어떤 기술력이 더해졌는지 박스를 열어 차근차근 알아보도록 하자.

박스를 열자 원통 모양의 구동모터가 등장했다. 앞서 언급했듯 구동모터는 내연기관차의 엔진에 해당하는 부품이다. 내연기관차의 엔진이 화석연료를 에너지원으로 쓴다면, 친환경차의 구동모터를 움직이는 힘은 ‘전기’다. 전기를 덜 쓰면서 모터를 더 많이 회전시킬 수 있다면 에너지 효율이 좋아지고 환경에도 도움이 될 터! 이에 포스코는 구동모터의 고정자 철심(Stator Core)과 회전자 철심(Rotor Core)에 쓰이는 특별한 소재를 개발했다.

박스 위 설명표에서 본 Hyepr NO가 바로 그 주인공. Hyper NO는 포스코가 만든 무방향성 전기강판으로 전력 손실이 낮아 구동모터의 효율을 향상시키는 데 도움을 준다. 무방향성 전기강판은 모든 방향으로 전력손실이 균일한 강판으로 회전자 철심이 회전하는 모터 등 회전기기의 소재로 제격이다. 무방향성 전기강판에는 등급이 있는데, 철손*량에 따라 철손값이 3.5W/kg(1.5T/50Hz)이하일 때 Hyper NO로 구분이 되고, 철손값이 낮은 Hyper NO로 구동모터를 제작하면 모터 효율이 상승한다.

포스코 Hyper NO는 전기에너지를 회전 에너지로 변화시키는 과정에서 필연적으로 생기는 에너지 손실을 최소화하고 효율성을 높일 수 있도록 개발돼 기존의 전기강판 대비 에너지 손실이 30% 이상 낮다. 전기강판은 두께가 얇을수록 철손량이 줄어드는데, 포스코는 Hyper NO 두께를 0.15mm까지 초극박 생산이 가능해 더 낮은 철손을 구현할 수 있다.

딩~동! 단잠을 깨우는 소리에 벌떡 일어나 현관문을 열었다. “이게 웬 박스지?” 문 앞에 전기차가 그려진 커다란 박스와 카드 한 장이 놓여 있다. 박스에는 포스코와 e Autopos 두 단어가 쓰여 있고, 카드에는 “e Autopos 언박싱”이라고 적혀있다. 지금부터 포스코의 친환경차 제품 솔루션 통합브랜드 ‘e Autopos’ 언박싱을 시작한다.

l 미션 접수! 언박싱 전에 박스부터 살펴볼게요

박스를 본격적으로 열기 전에 겉부터 꼼꼼히 살펴보겠다. 전기차 그림 위에 적힌 e Autopos는 포스코의 친환경차 제품 솔루션 통합 브랜드다. 풀어서 설명하자면 전기차와 수소차에 쓰이는 포스코의 철강 및 이차전지소재 제품과 이를 활용하는 고객 맞춤형 솔루션 패키지를 말한다. 친환경(eco-friendly), 전동화(electrified)를 뜻하는 e, 포스코의 솔루션을 뜻하는 (AUTOmotive Solution of POSco)를 합쳐 e Autopos라 이름 붙였다.

e Autopos 솔루션은 친환경차의 차체와 섀시부터 구동모터, 배터리팩, 수소연료전지에 이르기까지 다양하다. 오늘은 차체와 섀시에 사용된 솔루션을 소개한다. (나머지는 차차 소개할 테니 기대해 주시길!) 돋보기를 들고 박스 위에 적힌 표를 들여다보니 차체와 섀시 옆에 ‘기가스틸, 1500MART, 980XF, 1180TRIP’ 암호 같은 게 적혀 있다. 이게 뭐지?

l 본격 언박싱! e Autopos 차체 굉장히 멋지죠?

박스를 열자 가장 먼저 눈에 들어오는 건 은은한 빛과 함께 탄탄함이 느껴지는 차체다.

e Autopos 제품이 적용된 차체는 가벼우면서도 강하다. 환경을 지키기 위해선 자동차를 가볍게 만들어야 한다. 자동차가 무거울수록 에너지 소모량이 늘어나고 이에 따라 온실가스 배출도 증가하기 때문. 전기차는 배터리팩 무게로 인해 내연기관 차량 대비 200kg 가량 더 무겁기 때문에 전기차에 있어 ‘경량화’는 필수 과제다. 하지만 무턱대고 차체를 가볍게만 만들 수도 없는 일. 탑승자의 안전을 위해 가벼우면서도 튼튼한 차체를 개발하는 게 중요하다. 차체는 차량 사고 시 충격을 흡수, 분산하여 탑승자의 안전을 지켜주고 전기차의 경우 배터리 파손을 방지하는 역할을 하기 때문이다.

이에 포스코는 ‘기가스틸’을 사용한 포스코 고유 전기차 차체 솔루션인 PBC-EV(Posco Body Concept for Electric Vehicle)를 개발했다. PBC-EV는 기가스틸을 45% 이상 적용하여 기존 동일 크기의 내연기관 차량 대비 약 30%의 경량화를 달성했다. 기가스틸은 최근 자동차 차체 적용이 증가하고 있는 알루미늄보다 3배 이상 강하며, 1mm² 면적 당 100kg 이상의 무게를 견딜 수 있다.

e Autopos 차체 솔루션에는 포스코의 첨단 강종이 다수 포함되어 있다. 외부 충격 시 승객 및 배터리 공간은 변형이 되지 않도록 설계되어야 하고, 전방의 구동모터 공간, 후방의 트렁크 공간, 측면 공간 또한 충분한 충돌 에너지를 흡수하도록 설계되어야 하기 때문이다.

차량 전방의 충격을 흡수하는 프론트 사이드 멤버(Front Side Member)에는 기가스틸급 인장강도^*와 우수한 연신율^**을 가진 980XF를, 전방보다 공간이 좁은 측면에서 충격을 흡수해야 하는 사이드 실 이너 레인프(Side Sill Inner Reinf)에는 강도와 연신율이 좀 더 높은 1180TRIP강을 적용했다.

충돌 시 전·후방 및 측면에서 흡수되고 남은 에너지는 차량 내부의 승객과 배터리 공간으로 전달되는데, 이를 막아주는 역할을 수행하는 강재의 선정도 중요하다. 기본적으로 충돌 부위에 사용되는 강재보다 강도가 높아야 한다.

즉, 프론트 사이드 멤버에서 흡수되고 남은 에너지는 익스텐션 멤버 프론트 사이드 아우터 리어(Extension Member Front Side Outer Rear)로 전달되고 이 부품은 변형이 되지 않고 버텨줘야 한다. 이에 상대적으로 형상이 복잡하므로 900℃ 정도의 고온에서 강판을 가열 후 금형에서 냉각하면서 성형하는 1.5GPa급의 1500HPF를 적용해 성형성과 충돌 내충돌성을 동시에 확보하였다.

차량의 충돌 시 차체의 변형을 억제해 탑승자를 보호하는 대쉬 크로스 멤버 아우터(Dash Outer Cross Member Outer)와 시트 크로스 멤버(Seat Cross Member)에는 1500MPa의 높은 인장강도를 갖는 1500MART를 적용해 차체 변형을 최대한 방지했다.

l 친환경차 섀시도 e Autopos가 책임집니다

▲ 전기자동차 섀시 구조

이번엔 자동차의 기본인 주행기능을 담당하는 ‘섀시’ 부분을 꼼꼼히 들여다볼 차례! 차체의 바닥부에 연결된 섀시의 역할은 크게 주행과 충격 흡수 두 가지다. 섀시는 차량이 달리는 데 필요한 최소한의 기계 장치인 현가장치(Suspension), 허브베어링(Hub Bearing) 그리고 노면의 충격을 흡수하는 현가스프링(Suspension Spring), 쇼크업소버(Shock Absorber) 등으로 구성된다.

e Autopos 차체 솔루션에서 소개한 기가스틸은 현가장치에도 동일하게 적용된다. 포스코는 기가스틸을 적용해 더 가볍고, 더 오래 사용할 수 있는 현가장치를 개발했다. 자동차 휠에 장착되어 바퀴가 회전하도록 도와주는 허브 베어링에는 포스코의 베어링강이 쓰인다. 포스코 베어링강은 탑승자의 안전과 직결되는 바퀴에 사용되는 부품이기 때문에 가장 엄격하게 품질이 관리되며 마모, 균열, 변형에 강하다는 특징이 있다.

e Autopos의 솔루션이 적용된 타이어는 웬만해선 펑크가 나지 않는다. 포스코 타이어코드 선재가 적용되어 있기 때문! 타이어코드는 차량의 무게를 지탱하고 타이어 모양을 유지할 뿐 아니라 타이어 수명을 늘여주는 강선으로 포스코의 타이어코드 선재는 고강도탄소로 가공성이 우수하고 강도가 높아 경량화 및 주행 안정성이 탁월하다.

노면에서 전달되는 충격이나 떨림을 최소화해 편안한 승차감을 책임지는 현가스프링에는 포스코의 스프링강이, 쇼크업소버에는 포스코의 기계구조용 탄소강이 적용된다. 특히 포스코 스프링강은 일반적인 스프링강보다 강도가 200MPa 이상 높으면서도, 스프링 강선이 감긴 횟수가 적어 15%가량 가벼워 경량화에 제격이다. 친환경차 섀시 구석구석에도 e Autopos의 솔루션이 적용되어 있군!

오늘의 언박싱은 여기까지! 포스코의 e Autopos 솔루션이 적용된 가볍고 튼튼한 차체와 섀시는 에너지 소모량을 최소화해 깨끗한 지구를 만드는 데 도움이 된다는 사실. 탑승자의 안전을 더 확실하게 확보해 주는 것은 물론이다. 50여 년 갈고닦은 기술력과 노하우를 토대로 전 세계 Top 자동차사에 자동차 강판을 공급하는 ‘글로벌 Top 자동차 소재 제조사’ 포스코의 활약을 기대하시라.

다음 편에는 내연기관차의 엔진에 해당하는 구동모터에 적용된 e Autopos 솔루션을 열어보도록 하겠다!

STEEL Talk에서는 STEEL(철강)은 물론 Science, Technology, Energy, Environment and Life에 대한 궁금증과 호기심을 재미있는 이야기로 풀어드립니다.

l 철은 용접이란 걸 해야 붙어요!

건설 현장에서 아저씨들이 보호 안경 쓰고 불꽃 튀기면서 작업하는 모습 본 적 있죠? 그게 바로 용접이에요. 연결하고자 하는 물체의 접합 부분에 열과 압력을 가해 붙이는 기술이죠. 축구장 몇 배 크기의 선박부터 자동차, 아파트, 가전기기, 심지어 휴대폰 같은 작은 전자기기에도 용접 기술이 적용돼 있어요. 철강뿐 아니라 거의 모든 금속이 하나의 제품으로 상용화 되기 위해서는 용접은 필수랍니다.

이러한 용접은 비교적 이음 구조가 간단하고 재료나 작업 공수의 절감이 가능해 경제적이라는 장점이 있어요. 또한 이음 효율이 좋고, 두께의 제한도 없어요. 특히 철은 금속 중에서도 용접하기 가장 좋은 금속이에요. 때문에 철강 소재에 많이 쓰이고 있어요.

하지만 열을 가하는 작업이기 때문에 재료의 성질이 변하고, 변형이 생겨 사고가 날 수 있어요. 또한 용접 대상 물체의 무게가 매우 무겁기 때문에 넘어지거나 사람과 충돌하면 큰 사고가 발생할 수 있죠. 이 단점을 보완하기 위해 포스코는 다양한 철강 제품과 용접 기술을 연구하고 있는데 이건 뒤에서 자세히 설명해 줄게요.

▲ 철강구조물은 강판을 오리고 붙여서 만드는 용접의 마술에 의해서 최종 제품으로 탄생한다(사진: 포스코 원료수송 전용 선박)

l 용접이 왜 중요하냐면요…

용접은 매우 중요해요. 용접 부실은 대부분 대형사고로 이어지거든요. 구조물이 붕괴된 사건들을 살펴보면 주원인으로 용접불량이 꼽히는 경우가 많아요. 1994년에 발생한 성수대교 붕괴사고가 대표적인데요. 교량 상판을 떠받치는 철제 구조물의 연결 이음매 용접 불량으로 다리가 무너져 32명이 목숨을 잃었어요. 완공된 지 불과 15년밖에 되지 않은 다리에서 벌어진 참사였죠. 비단 우리나라만의 일이 아니에요. 1980년 3월 북해에서 석유 노동자들을 위한 해양구조물(반잠수식 RIG)이 붕괴되서 123명이 목숨을 잃었어요. 플랫폼 한쪽 다리 균열(용접 불량)로 구조물이 붕괴된 건데요, 그날 저녁 북해에는 강풍 조건이 있었지만 6m 높이 파도로 이렇게 큰 사고가 날 것이라고는 아무도 생각하지 못했대요.

▲(오른쪽) 해양구조물 반잠수식 Oil RIG 붕괴(‘1980년 3월 27일, 북해), 풍속 약 70km/h, 파고: 6~7m, 용접결함에 의한 피로파괴 (이미지 출처)

l 용접을 가장 잘아는 사람이 포스코에 있어요!

앞서 용접에 쓰는 금속이 무거워서 사고가 날 수 있다고 얘기했죠? 포스코는 튼튼하면서도 가벼운 철을 생산하고 있어요. 보통 철이 얼마나 단단한지 말할 때 ‘인장강도’라는 표현을 써요. 인장강도는 철을 양쪽으로 잡아당겼을 때 얼마나 견딜 수 있는지를 뜻하는데, 특히 자동차에 들어가는 기가스틸은 최대로 견딜 수 있는 인장강도가 1,000 Mega Pa이에요. 다시 말해, 기가스틸은 1 Giga Pa이상의 초고강도강이란 말씀. 10원 동전 크기 기가스틸에 전교생이 매달려도 버틸 수 있답니다.

이렇게 튼튼하면서도 가벼운 철을 용접하기 위한 용접 기술도 포스코에서 개발하고 있어요. 일명 레이저 용접기술! 고밀도로 집속된 레이저 빔을 쏘아서 용접하는 방식인데요. 초고장력강판(AHSS), 마그네슙(Mg)합금, 알루미늄(Al)합금, 이종금속 접합부 등의 맞대기, 겹치기, 모서리 등 다양한 이음부에 적용 가능하다는 장점이 있어요. 이러한 용접 방식은 제품의 생산 속도를 증가시키고, 용접 부위를 강하게 하기도 한답니다.

‘철강+비철금속’, ‘금속+고분자’ 등 성질이 서로 다른 물성의 이종소재를 결합하면 경량화 등 단일 소재에서는 확보할 수 없었던 최적의 성능을 이끌어낼 수 있어요. 그렇다면 서로 다른 두 소재를 튼튼하게 이을 수 있는 방법도 필요하겠죠? 포스코는 레이저뿐 아니라, 손바닥을 비빌 때 생기는 열과 같은 마찰 에너지, 초음파 등을 이용해 알루미늄, 마그네슘, CFRP(탄소섬유 강화플라스틱, Carbon Fiber Reinforced Plastics) 등을 철에 접합하는 기술도 개발하고 있답니다.

아참! 용접에 필요한 소재인 용접재료도 고객사와 공동 개발하고 있어요. 특히 친환경차용 초고강도 도금강판, LNG 저장탱크 극저온용강(아주 추운지역에서도 강재가 깨지지 않는 성질) 등의 분야에서는 기본적인 용접성 뿐만 아니라 용접재료의 성능 향상이 필수적이기 때문이에요.

딱풀로도 안 붙는 철이 척척 붙어 있는 비결, 이제 알았죠? 본드보다 더 튼튼한 용접 기술을 고민하는 포스코의 노력이 있는 한, 용접이 말썽 부릴 일은 없겠어요~

STEEL Talk에서는 STEEL(철강)은 물론 Science, Technology, Energy, Environment and Life에 대한 궁금증과 호기심을 재미있는 이야기로 풀어드립니다.

우리 친구, 환경을 생각하는 마음이 너무 예쁘네요! 선생님 말씀처럼 전기차와 수소차는 대표적인 친환경 자동차에요. 가솔린이나 LPG와 같은 화석연료를 쓰는 자동차와 달리 전기차와 수소연료전지차는 전기 에너지를 동력으로 하기 때문에 차에서 대기오염 물질이 배출되지 않는답니다.

잠깐, 전기차와 수소차 모두 전기 에너지로 달린다고요? 맞아요. 다른 점이 있다면, 전기차는 전기를 외부에서 충전해 사용하고 수소차는 수소를 충전해 차 속에서 스스로 전기를 만들어 쓴다는 점이에요. 전기차와 수소차는 전기 에너지로 달리는 친환경 자동차라는 것 외에 공통점이 하나 더 있는데요. 바로, 포스코의 소재와 기술이 들어간다는 사실!

그럼 전기차가 도로 위를 쌩쌩 달리는 데 포스코가 어떤 도움을 줬는지 함께 알아볼까요?

첫째, 전기차의 구동모터에 에너지 효율이 높은 포스코의 전기강판이 쓰이고 있어요. 전기차는 전기를 충전해 → 배터리에 축적된 전기로 → 모터를 회전시켜 구동 에너지를 얻는데요. 전기차의 구동모터는 일반 차의 엔진, 사람으로 따지면 심장과 같은 역할을 합니다. 전기를 적게 쓰면서 모터를 많이 회전시킬 수 있다면 너무 좋겠죠? 포스코의 Hyper NO 전기강판이 있다면 가능해요. 포스코 Hyper NO는 전기에너지가 회전 에너지로 바뀌는 과정에서 발생하는 에너지 손실을 최소화하고, 효율성을 높일 수 있도록 개발됐어요. 0.15mm 두께까지 아주 얇게 만들 수 있어 기존 전기강판 대비 에너지 손실이 30% 이상 낮은 고효율 전기강판이랍니다.

둘째, 전기차의 가볍고 튼튼한 차체와 충격 흡수 장치, 배터리 팩에는 가볍고 튼튼한 포스코의 기가스틸이 쓰인답니다. 기가스틸은 10원짜리 동전만한 크기에 25톤의 무게를 견딜 수 있을 만큼 단단한데요. 자동차 차체로 흔히 쓰이는 알루미늄보다 3배 이상 얇고, 3배 이상 튼튼합니다. 기가스틸로 전기차를 만들면 사고 시 충격을 완화시켜 탑승자의 안전을 지킬 수 있어요. 또한 차의 무게가 가벼워져 운전 시 에너지 소모량을 최소화하여 깨끗한 지구를 만드는 데 도움이 됩니다.

셋째, 전기차 배터리에서도 포스코의 기술력을 찾을 수 있어요. 전기차 배터리는 한번 쓰고 버리는 1차 전지가 아니라, 계속 충전해서 사용할 수 있는 2차 전지인데요. 포스코그룹은 2차 전지의 핵심 소재인 양극재, 음극재를 모두 생산하고 있답니다.

다음은 수소차 차례! 수소차는 이름 그대로 수소를 연료로 하는 전기 자동차입니다. 수소차도 전기차이지만, 전기를 충전하지 않아요. 왜냐하면 수소차 속에 ‘연료전지’가 들어 있어서 이곳에서 전기를 만들어 내기 때문이죠! 그렇다면 수소차에는 포스코의 어떤 기술력이 들어있을까요?

수소차의 전기를 만들어 내는 연료전지 안에 바로 포스코의 놀라운 기술력이 숨어있어요. 수소와 산소가 만나면 물이 되는 건 다 아시죠?(2H₂+O₂=2H₂O) 연료전지는 자동차에 주입된 수소를 산소와 화학반응시켜 전기를 만들어 내는데요, 이때 연료전지 안에 있는 금속분리판이 포스코의 스테인리스 스틸로 만들어졌답니다. 포스코의 금속분리판은 전기전도성이 높으면서도 내식성과 내구성이 강해서, 습한 환경이나 외부 충격에도 잘 견딜 수 있어요. 이 금속분리판의 이름은 Poss470FC. 포스코가 13년 동안 연구해서 발명한 소재라니 정말 대단하죠?

전기차와 수소차를 만드는데 포스코 스틸이 이렇게 멋진 역할을 하고 있었다니 놀랍네요~ 친환경 모빌리티 시대에 솔루션을 주는 포스코 스틸! 스틸은 깨끗한 지구를 만드는 데 없어서는 안 될 아주 중요한 미래 소재랍니다.

“점차 업(業)의 경계가 허물어지고 있다”

1월 7일부터 10일까지 CES 2020에 모인 IT, 벤처투자업계 전문가들은 기술의 발전이 가전, 자동차와 같은 전통적인 업(業)의 경계를 허무는 현상에 주목했다. 실제 한·일 양국의 최대 가전업체와 자동차업체들이 CES에서 앞다투어 선보인 것은 AI로봇, 전기자동차, 스마트시티였다. 삼성전자가 AI로봇을, 소니가 전기자동차를, 현대자동차는 항공도시를, 도요타는 AI도시의 모습을 공개했다. 각자의 영역을 넘어 업의 경계가 사라져버린 이 CES 현장의 중심에는 ‘모빌리티’가 있었다.

▲ 사진출처: SONY, CES®

‘모빌리티’가 대세라는 것은 CES 자동차관에서 더욱 뚜렷이 드러났다. 자동차산업이 전기차, 자율주행차로 변화하면서 IT기업들도 ‘모빌리티’로 뛰어들었고, 아예 자동차관에 전시장을 차렸다. 이번 CES에서 아마존은 막대한 수준의 가상 데이터를 저장하는 모빌리티 클라우드 서비스를, 퀄컴은 전기차의 주행가능거리를 늘려주는 자율주행 플랫폼 기술을 선보였다. 이처럼 자동차회사 뿐만 아니라 CES에 참가한 많은 기업들이 미래는 ‘모빌리티’의 세상임을 입증했다.

포스코는 모빌리티 시대에 무엇을 하고 있을까?

① 더 가볍고, 더 강한 자동차를 위한 친환경 ‘기가스틸’

자동차가 하늘을 날려면? 해리포터의 마법이 필요한 게 아니라, 가벼워야 한다. 그냥 가볍기만 해서는 안된다. 가벼우면서 강하고 안전해야 한다. 포스코는 ‘마법처럼’ 가벼우면서도 더 안전한 전기차용 차체, 서스펜션, 배터리팩을 개발하기 위해 끊임없이 연구한 끝에 ‘기가스틸’을 개발했다.

▲ 송도R&D센터에 전시된 포스코 전기차 배터리팩 PBP-EV (POSCO Battery Pack – Electric Vehicle). 가볍고 강한 기가스틸(흰색)이 배터리를 충격으로부터 안전하게 보호하고 전기차의 무게를 줄여준다.

기가스틸은 1㎟ 면적당 100kg의 이상의 무게를 견딜 수 있는 초고장력강판으로 십원짜리 동전만한 크기에 25톤 이상의 무게를 버틴다. 알루미늄, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 등 경쟁 소재보다 더 강하고 가벼운 소재로, 알루미늄보다 3배 이상 강하고, 3배 이상 얇은 강판으로 가벼운 차체를 구현할 수 있다.

또한 기가스틸은 전기차 차량 사고시 충격을 흡수 및 분산시켜 사고의 충격을 최소화함으로써 배터리가 파손되지 않도록 지키고, 탑승자의 안전을 보호하는 역할을 한다. 무게를 한결 가볍게 하면서 강한 차체를 유지하는 것이 포스코의 기가스틸로 가능해졌다.

뿐만 아니라 포스코의 기가스틸은 경제적이며 환경친화적이다. 알루미늄과 비교해 소재 가격은 3.5배, 가공비는 2.1배나 낮추며 생산 비용을 효율적으로 절감했다. 또한 자동차의 누적 CO₂ 배출량을 기존 대비 약 10% 감소시켜 환경을 보호하는 데 도움을 주며 착하고 똑똑한 소재로 손꼽히고 있다.

② 전기차는‘포스코’를 싣고~ 배터리 핵심소재 음극재·양극재 생산, 전기강판 ‘Hyper NO’로 모터 에너지 효율성 UP!

한 번 쓰고 버리는 일차전지와는 달리 지속적으로 충전해 재사용할 수 있는 이차전지. 전기자동차에 필수적인 리튬이온 배터리가 대표적인 이차전지다. 전기차를 비롯해 휴대용 모바일 기기나 노트북, 산업용 소형 로봇, 전동 공구 등 고용량 및 고출력이 필요한 장수명 분야에서 활용되고 있다. 이차전지를 구성하는 요소는 배터리의 용량과 평균 전압을 결정하는 양극재와 양극에서 나온 리튬이온을 저장했다가 방출하면서 외부회로를 통해 전류를 흐르게 하는 음극재로 나뉜다.

이차전지의 핵심 소재인 이 양극재와 음극재를 모두 생산하는 회사가 있다. 바로 포스코그룹의 떠오르는 글로벌 강자 ‘포스코케미칼’이다. 포스코케미칼은 세계 최고 수준의 고안정성 양극재를 생산해온 포스코ESM과 국내 유일의 천연흑연 음극재 제조사 포스코켐텍이 지난해 4월 합병하면서 갖게 된 이름이다. 이로써 양극재-음극재 시너지를 기대할 수 있게 됐고, 지난해 8월에는 중국 저장성에 해외 첫 양극재 공장을 준공하는 등 생산 라인에 대한 대규모 선제 투자도 진행 중이다.

뿐만 아니라, 포스코는 세계 최고 수준의 전기강판 Hyper NO로 만드는 구동모터를 개발했다. 모터는 전기자동차의 연비를 향상시키고 자동차의 성능을 높여주는 핵심 부품이다. 전기차 구동모터는 자동차의 엔진에 해당하며, 전류를 통해 구동 축이 회전하도록 만들어주는 부품이다. 구동모터의 효율 향상을 위해 전력 손실이 낮은 전기강판이 요구되는데, 포스코 Hyper NO는 전기에너지를 회전에너지로 변화시키는 과정에서 필연적으로 생기는 에너지 손실을 최소화하고 효율성을 높일 수 있도록 개발돼 기존의 전기강판 대비 에너지 손실이 30% 이상 낮다. 모터의 효율을 극대화하기 위해 자속밀도를 높이고, 에너지 손실을 최소화시킨 것이다. 에너지 손실을 더 낮게 구현할 수 있는 두께 0.15mm까지 초극박 생산이 가능하다.

[POSCO Product] 포스코 무방향성 전기강판 Hyper NO 영상보기 click!

뿐만 아니라 포스코는 최근 접착제와 같은 기능을 하는 코팅을 전기강판 표면에 적용하는 이른바 ‘셀프본딩’ 기술을 개발했다. 셀프본딩 기술을 적용하면 용접 등의 물리적인 방식과 달리 전기강판의 전자기적 특성을 저하시키지 않아 모터효율을 향상시킬 수 있으며, 소음이 적고, 기존의 용접 체결 방식 대비 모터코어의 에너지 손실이 10% 이상 낮다. 이 셀프본딩 기술을 개발한 공로로 포스코 김정우 수석연구원은 지난해 11월 제 28회 다산기술상 대상을 수상하기도 했다. 다산기술상은 실사구시의 학문을 펼쳤던 다산 정약용 선생의 사상에 따라 창의적인 기술개발 및 연구 의욕을 고취시켜 산업기술 개발 및 산업고도화에 기여한 기업 및 정부기관에 주어지는 상으로, 포스코에서 다산기술상 대상 수상은 처음이다.

③ 친환경 모빌리티의 끝판왕 수소전기차, 그 심장에 들어가다

수소(H₂)와 산소(O₂)가 만나면? H₂O 물이 된다. 그런데, 수소와 산소가 그냥 만나는 것이 아니라 찌릿찌릿 전기화학적으로 반응하면 뭐가 될까? 정답은 ‘전기’가 된다. 전기차는 전기를 충전해서, 수소차는 수소를 충전해서 굴러가는 차라는 것은 다들 아는 사실. 전기차에 충전하는 전기는 발전소에서 만들어지고, 발전소에서 전기를 만들기 위해서는 수력, 화력, 원자력 등 많은 발전동력이 필요하다. 하지만 수소차는 차에 수소를 충전하면 끝!

수소전기차의 ‘심장’이자 일반차로 따지면 ‘엔진’이라고 할 수 있는 ‘연료전지’. 전기는 이 연료전지가 수백장 적층된 ‘연료전지 스택(Stack)’에서 수소와 산소가 만나 전기화학적 반응이 일어나 발생한다. 바로 이 연료전지 스택 안에는 금속분리판이라는 매우 까칠한 녀석이 들어있다.

금속분리판은 연료전지 스택 안에서 수소가스의 공급 통로이자, 발생한 전기를 집적하는 집전체, 연료전지 스택의 강성을 부여하는 역할을 하는 핵심 부품이라 할 수 있는데, 문제는 연료전지 내부의 환경이 산성이라는 데에 있었다. 알다시피 금속은 산성에서 빨리 부식된다. 따라서 금속분리판은 부식에 강한 성질인 내식성이 높은 동시에, 전기전도성도 높아야 하고, 자동차 부품이라는 특성상 충격에도 강해야 한다.

여러가지 요구 조건이 많은 이 ‘까칠한’ 금속분리판 대신, 자동차업계에서는 수소전기차 개발 초기에 카본계 소재의 흑연분리판을 사용했다. 그러나 충격에 약한 단점과 경량화 및 소형화의 한계로 인하여 금속분리판으로 전환이 이루어졌는데, 여기에서도 큰 난관에 봉착한다. 내식성과 전도성을 동시에 높이는 것이 이 둘 사이의 패러독스적인 특성으로 인해 구현이 어렵다는 점이다. 결국 금속분리판의 내식성과 전기전도성을 높이기 위해 선택한 방법은 금속분리판에 금이나 카본물질 등을 코팅하는 것이었는데, 코팅공정이 추가되다 보니 제조원가가 상승하고, 제조공정도 복잡해져 수소전기차의 대량생산과 상용화에 큰 걸림돌이 되고 있었다.

▲ Poss470FC는 연료전지의 핵심부품인 금속분리판의 소재로써 수소와 산소를 분리 및 공급시키고 전기를 모아주는 역할을 한다.

바로 이때! 포스코가 세계 최초로 초고내식 특성을 갖는 스테인리스강 Poss470FC와 핵심 제조공정 기술을 개발했다. Poss470FC로 만든 금속분리판은 코팅 공정을 과감히 없앴는데, 이는 Poss470FC이 금이나 카본물질의 도움 없이도 이 소재 자체만으로 높은 내식성과 전도성을 보여주기 때문에 가능했다. 표면에 코팅이 없으니 기존 금속분리판보다 부피도 줄고, 금을 코팅에 사용하지 않으니 원가가 낮은 것은 당연하다.

수소전기차 상용화를 위해서는 반드시 한단계 도약이 필요했던 금속분리판. 이 Poss470FC 개발을 위해 포스코가 쏟아 부은 시간은 무려 13년이다. 포스코는 2006년부터 수소전기차용 금속분리판 소재개발 프로젝트를 추진해, 2010년부터는 현대자동차와 공동으로 부품개발을 진행해 왔으며 2018년부터는 현대자동차의 양산 수소전기차 모델 ‘넥쏘’에 적용하고 있다.

▲ 포스코가 세계 최초로 개발한 초고내식성 스테인리스강 금속분리판(Poss470FC) 이미지. 미로같은 형상에서 보듯이 섬세한 가공을 위해 뛰어난 공정 기술이 요구된다.

수소차의 심장을 뛰게 한 포스코의 스테인리스강 Poss470FC는 2018년 5월 국제스테인리스강협회(ISSF, International Stainless Steel Forum)에서 선정하는 신기술상(New Technology Award) 부문에서 금상을 수상했으며, 13년간 포기하지 않고 한 분야에서 끊임없이 노력해 혁신적인 철강 소재를 개발한 성과를 인정받아 2019년 10월 한국공학한림원이 선정하는 대한민국 산업을 이끄는 “2019년 산업기술성과 15선”에 선정되었다.

성큼 다가온 친환경 모빌리티 시대! 포스코는 숨은 공로를 인정받아 지난 1월 29일 개최된 <2020 대한민국 그린모빌리티어워드>에서 테크놀로지상을 수상했다. 기술이 미래를 지배하는 하이테크놀로지의 ‘고속도로’ 위에서, 포스코는 세계 유수 기업들과 함께 더 나은 미래를 향해 오늘도 달리고 있다. 원더키디의 주인공 이름이 아이캔(I CAN)인 것처럼 친환경 모빌리티 시대의 주인공, 포스코도 할 수 있다!

STEEL Talk에서는 STEEL(철강)은 물론 Science, Technology, Energy, Environment and Life에 대한 궁금증과 호기심을 재미있는 이야기로 풀어드립니다.

여러분 중 자동차에 관심 있는 사람 많으시죠? 그래서인지 뉴스룸에도 유독 자동차와 관련된 질문이 많이 도착하고 있는데요. 그중 가장 눈에 띄는 이야기가 있었습니다. 바로 “사고가 나도 안 찌그러지는 자동차는 없나요?”라는 질문이에요. 우리 친구들의 상상력은 날로 풍부해지는 것 같네요. 오늘도 포스코의 자동차 전문가를 모시고 여러분의 궁금증을 해결해 드리겠습니다!

l 찌그러지는 자동차강판이 좋은 것이여!

자동차 사고가 나도 잘 안 찌그러지는 자동차라… 이것 참 간단하면서 어려운 질문이네요. 하하. 찌그러지지 않는 자동차강판, 아주아주 강한 강판을 만드는 것은 사실 어렵지 않답니다. 그런데 이거 어쩌죠? 사람을 보호하려면 자동차가 어느 정도 찌그러지는 게 안전하답니다. 그 이유는 사고가 났을 때 자동차가 찌그러지면서 사람에게 전달되는 충격을 줄여주기 때문이에요. 얇고 긴 갈대가 바람에 흔들려도 부러지지 않는 것처럼 말이에요.

그렇다고 해서 자동차가 너무 많이 찌그러진다면 오히려 사람이 앉아 있는 좌석까지 그 힘에 밀려버려 사람을 다치게 할 수 있어요. 생각만 해도 무섭죠? 그래서 포스코는 운전자를 보호하면서, 혹여 사고가 나더라도 운전자와 보행자가 받는 충격을 줄일 수 있게 ‘적당히 찌그러지는’ 강판을 만들고 있답니다. 과연 어떤 것인지 알아볼까요?

l 포스코가 만드는 ‘잘’ 찌그러지는 자동차강판은?

철강은 자동차 무게 중 50% 이상을 차지하는 핵심 소재입니다. 미국화학협회에 따르면, 중형차를 기준으로 1,809kg짜리 자동차에 926kg의 철강이 사용되고 있고, 그중 911kg이 자동차강판 무게라고 해요. 자동차강판은 △자동차 보닛·지붕·문 등의 외판(Closer) △자동차의 기본 골격을 구성하는 BIW(Body-in-white) △방향계와 구동부를 갖춘 자동차 하부 섀시(Chassis)에 쓰입니다. 에어백 빼고 모든 곳에 있다고 할 수 있을 만큼 자동차 곳곳에서 튼튼한 뼈대 역할을 하고 있죠.

포스코가 생산하고 있는 자동차강판은 ‘AHSS(Advanced High Strength Steel)’라는 초고강도강이에요. 일반강보다 강도가 높으면서도 무게가 낮아 자동차를 단단하면서도 가볍게 만들어주는 자동차강판입니다.

그런데 아까 앞에서 이야기한 것처럼, 강도가 높다고 해서 사람을 잘 보호할 수 없답니다. 쫀득쫀득한 젤리는 부서지지 않지만, 단단한 크래커는 바사삭 부서지잖아요. 마찬가지로, 단순히 강도만 높은 자동차끼리 충돌하면 찌그러지지 않고 부서져 버리죠. 그러면 오히려 운전자와 보행자 모두 위험해질 수 있어요.

여기서 중요한 것이 바로 자동차강판의 ‘강도’와 ‘연성’이랍니다. 과학시간에 이 용어를 들어본 친구들도 있을 텐데요. 쉽게 표현하면 ‘강도’는 철강이 얼마나 단단한지, 그리고 ‘연성’은 얼마나 잘 늘어나는지를 말해요. 크래커는 강도가 높아 단단한 거고요, 젤리는 연성이 좋아 부서지거나 찢어지지 않고 잘 늘어나는 거예요.

강도와 연성은 보통 하나가 많으면 나머지 하나는 작은 반비례 관계를 가지고 있어요. 하지만 포스코의 AHSS는 강도와 연성을 둘 다 잡은 자동차강판이랍니다! 이런 ‘엄친아 엄친딸’ 같은 자동차강판은 어떻게 만들 수 있을까요? 핵심은, 철을 만들 때 사용하는 화학원소들에게 있습니다.

AHSS를 만들 때는 강도를 높이기 위해 탄소(C), 망간(Mn), 크롬(Cr) 등의 물질을 주로 사용해요. 예를 들어 탄소가 0.3%만 첨가되더라도 강도가 1기가파스칼(GPa)을 쉽게 넘어 갈 수 있어요. 1기가파스칼이 얼마나 단단한 거냐면, 10원짜리 동전 크기로 35kg 어린이 710명을 견딜 수 있는 정도에요. (포스코의 기가스틸 더 보기)

단 0.3%의 탄소만으로도 어마 무시하게 단단한 철강이 만들어지는데, 탄소를 조금만 더 첨가한다면 자동차가 너무 단단해져 과자처럼 부서져버리겠죠? 안전을 위해 자동차강판의 원소 함량을 아주 미세하게 조정하는 것은 정말 어렵고 중요한 일이랍니다. 그래서 포스코의 자동차 전문가들은 강도가 높으면서도 연성 또한 좋은 강판을 만들기 위해 노력하고 있답니다.

포스코는 U-AHSS, X-AHSS, 그리고 1GPa 이상의 초고강도강인 기가스틸 등 고강도이면서 연성도 우수한 새로운 강종에 대한 연구를 활발히 진행하고 있어요. 또한 더욱 좋은 강판을 만들기 위해 인공지능을 활용한 스마트팩토리도 열심히 가동하고 있습니다.

포스코는 여러분이 어른이 되어서 타게 될 자동차는 더 강하고, 더 가볍고, 더 안전해질 수 있도록 앞으로도 열심히 노력할 거에요. 그래도 무엇보다 중요한 건 안전운전! 오늘은 자동차로 출퇴근하는 엄마아빠에게 안전운전하자고 꼭 이야기해 주세요~

* 도움말 주신 분: 포스코 기술연구원 나현택 책임연구원

STEEL Talk에서는 STEEL(철강)은 물론 Science, Technology, Energy, Environment and Life에 대한 궁금증과 호기심을 재미있는 이야기로 풀어드립니다.

포스코 뉴스룸에 들어온 귀여운 질문! 포스코 제철소 견학을 다녀온 어린이가 보내준 것인데요. 어린이들의 상상력이 무궁무진한 만큼 천진난만한 질문들이 이어지고 있어요. 그래서 앞으로 포스코 뉴스룸에서는 [STEEL Talk] 코너를 신설해 그 질문들에 하나씩 답해보려고 합니다. 그럼, 지금부터 시작할게요!

결론부터 설명하자면, “네, 놀랍지만 그런 철이 있습니다!” 바로 포스코에서 만든 기가스틸(GIGA STEEL)이라는 것인데요. 먼저 기가스틸이라는 말이 어떻게 만들어졌는지, 어떻게 이렇게 강할 수 있는지, 얼마나 강한지 아래 이미지를 통해 살펴볼까요?

‘기가(Giga)’라는 말을 들어본 적 있나요?

휴대폰이나 컴퓨터의 용량 단위를 말할 때 ‘기가바이트(Gigabyte)’라는 말을 쓰기도 하잖아요. 1,000을 뜻하는 킬로(Kilo)에 1,000을 곱하면 메가(Mega)인데요. 그 메가(Mega)에 또다시 1,000을 곱하면 바로, 기가(Giga)가 됩니다. 1,000을 곱하고 또 1,000을 곱해야 기가(Giga)가 된다니, ‘기가(Giga)’는 그 이름처럼 엄청나게 큰 단위라는 것을 알 수 있어요.

이렇게 큰 단위를 표현할 때 쓰는 ‘기가(Giga)’가 붙은 기가스틸(GIGA STEEL)! 어떻게 이렇게 강한 철이 탄생할 수 있었을까요? 지난 Summer Steel School 2교시에서 배웠던 ‘압연 과정’ 기억나나요? (보러 가기) 쇳물에서 쇠로 굳어지는 과정에서 눈에 보이지 않는 수많은 결정이 생기는데요. 이 결정 모양에 따라서 철의 성질이 달라져요. 강한 힘으로 철을 눌러서 결정을 균일하게 만들면 철의 성질이 강해집니다. 그래서 제철소에서는 큰 롤러들을 이용해서 강한 힘으로 균일하게 철을 밀어내는데, 이 과정이 바로 압연 과정이에요.

기가스틸도 바로 이런 과정을 거쳐요. 용광로에서 나온 쇳물에 비밀의 합금을 첨가하여 가열하는 과정과 압연 과정을 반복하면, 아주아주 강한 철이 탄생해요. 어떤 성분이 첨가되었는지, 가열과 압연을 얼마나 반복하는지는 포스코만의 비밀이라 자세하게 공개할 수는 없지만, 어떤 원리로 탄생하는지 이해할 수 있겠죠?

철이 얼마나 단단하지를 말할 때 ‘인장강도’라는 표현을 써요. 인장강도는 철을 양쪽으로 잡아당겼을 때 얼마나 견딜 수 있는지를 뜻하는데, 기가스틸은 최대로 견딜 수 있는 인장강도가 1,000 Mega Pa이에요. 다시 말해, 기가스틸은 1 Giga Pa이상의 초고강도강이죠. (1,000 Mega Pa = 1 Giga Pa, Pa는 파스칼(Pascal)의 약자로, 압력을 측정할 때 쓰는 단위예요!)

이렇게나 강한 기가스틸은 1㎟  면적당 100kg 이상의 무게를 견딜 수 있어요. 10원 동전의 면적은 254.34㎟니까 10원 동전 크기로는 25톤을 견딜 수 있답니다!

그런데  25톤이 어느 정도 무게인지 와 닿지 않는다구요? 1톤은 1,000kg이고, 25톤은 25,000kg! 그래서 25톤은 35kg 몸무게가 어린이 710명이 모인 무게예요. 10원 동전 크기 기가스틸에 전교생이 매달려도 버틸 수 있다는 사실! 정말 놀랍지 않나요?

이렇게 탄생한 기가스틸은 자동차에 다양하게 사용되고 있어요. 지금 여러분이 타고 있는 차에도 기가스틸이 사용되었을 수도 있답니다!

포스코 뉴스룸이 준비한 대답이 여러분의 궁금증 해결에 꼭 도움이 되었기를 바랍니다. 엉뚱하고 때로는 웃음을 유발하는 질문들이라도 앞으로 포스코 뉴스룸에서 열심히 답해드릴게요. 궁금한 게 있으면 언제든지 newsroom@posco.com으로 질문을 보내주세요~!

– 본격 숨은 포스코 찾기! –

포스코 기술력 어디어디 숨었나~ 함께 찾아볼까요?

① 더 가볍고, 더 강한 자동차를 위한 친환경 스틸 ‘기가스틸’

포스코는 더 안전하고 가벼운 전기차용 차체, 현가장치, 배터리팩 개발을 위해 알루미늄, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 등 경쟁 소재보다 더 강하고 가벼운 ‘기가스틸’을 개발했다. 기가스틸은 1mm² 면적당 100kg의 이상의 무게를 견딜 수 있는 강판으로 십원짜리 동전만한 크기에 25톤 이상의 무게를 버틴다. 또한 알루미늄보다 3배 이상 강하고, 3배 이상 얇은 강판으로 가벼운 차체를 구현할 수 있다는 사실!
이러한 기가스틸은 전기차 차량 사고시 충격을 흡수 및 분산시켜 사고의 충격을 최소화함으로써 배터리가 파손되지 않도록 지키고, 탑승자의 안전을 보호하는 역할을 한다. 무게를 한결 가볍게 하면서 강한 차체를 유지하는 것이 포스코의 기가스틸로 가능해졌다.
뿐만 아니라 포스코의 기가스틸은 경제적이며 환경친화적이다. 알루미늄과 비교해 소재 가격은 3.5배, 가공비는 2.1배나 낮추며 생산 비용을 효율적으로 절감했다. 또한 자동차의 누적 CO₂ 배출량을 기존 대비 약 10% 감소시켜 환경을 보호하는 데 도움을 주며 착하고 똑똑한 소재로 손꼽히고 있다.

② 타이어코드 속에도 강한 스틸이! 포스코의 WTP 타이어코드강

자동차 타이어의 내구성을 높이는 숨은 공신 역시 ‘스틸’이다. 타이어를 구성하는 여러가지 필수 요소 중 하나인 타이어코드에도 포스코 제품이 숨어있다. 포스코 WTP 제품(World Top Premium Product)은 높은 기술력을 바탕으로 고객 경쟁력을 높여주고, 고부가가치를 제공하는 제품을 말한다. 타이어코드에 사용되는 포스코 WTP 타이어코드용 선재 역시 경량화와 주행 안정성에 탁월한 도움을 주는 제품으로 꼽힌다.
포스코 WTP 타이어코드강은 고탄소강 선재를 지름 0.4~0.15mm의 극세선으로 신선 가공한 후 꼬아서 만든다. 타이어가 받는 동적 하중을 견딜 수 있도록 엄격한 품질관리를 거치는 점이 특징이다.

③ 세계 최고 수준의 전기강판 Hyper NO로 만드는 구동모터

모터는 전기자동차의 연비를 향상시키고 자동차의 성능을 높여주는 핵심 부품이다. 전기차 구동모터는 자동차의 엔진에 해당하며, 전류를 통해 구동 축이 회전하도록 만들어주는 부품이다. 구동모터의 효율 향상을 위해 전력 손실이 낮은 전기강판이 요구되며, 이를 위해 포스코는 고효율 모터에 적용하는 세계 최고 수준의 전기강판 Hyper NO를 개발했다. 포스코 Hyper NO는 전기에너지를 회전에너지로 변화시키는 과정에서 필연적으로 생기는 에너지 손실을 최소화하고 효율성을 높일 수 있도록 개발돼 기존의 전기강판 대비 에너지 손실이 30% 이상 낮다. 모터의 효율을 극대화하기 위해 자속밀도를 높이고, 에너지 손실을 최소화시킨 것이다. 에너지 손실을 더 낮게 구현할 수 있는 두께 0.15mm까지 초극박 생산이 가능하다.
포스코는 최근 접착제와 같은 기능을 하는 코팅을 전기강판 표면에 적용하는 이른바 ‘셀프본딩’ 기술을 개발했다. 셀프본딩 기술을 적용하면 용접 등의 물리적인 방식과 달리 전기강판의 전자기적 특성을 저하시키지 않아 모터효율을 향상시킬 수 있으며, 기존의 용접 체결 방식 대비 모터코어의 에너지 손실이 10% 이상 줄어든다.

④ 이차전지의 음극재·양극재는 포스코케미칼로부터!

한 번 쓰고 버리는 일차전지와는 달리 지속적으로 충전해 재사용할 수 있는 이차전지. 전기자동차에 필수적인 리튬이온 배터리가 대표적인 이차전지다. 전기차를 비롯해 휴대용 모바일 기기나 노트북, 산업용 소형 로봇, 전동 공구 등 고용량 및 고출력이 필요한 장수명 분야에서 활용되고 있다. 이차전지를 구성하는 요소는 배터리의 용량과 평균 전압을 결정하는 양극재와 양극에서 나온 리튬이온을 저장했다가 방출하면서 외부회로를 통해 전류를 흐르게 하는 음극재로 나뉜다.
포스코의 떠오르는 글로벌 강자 ‘포스코케미칼’은 이차전지의 핵심 소재인 음극재와 양극재를 생산한다. 포스코케미칼은 세계 최고 수준의 고안정성 양극재를 생산해온 포스코ESM과 국내 유일의 천연흑연 음극재 제조사 포스코켐텍이 지난 4월 합병하면서 갖게 된 이름이다. 이로써 양극재-음극재 시너지를 기대할 수 있게 됐고, 생산 라인에 대한 대규모 선제 투자도 진행 중이다.

⑤ 충전인프라? 포스코ICT가 다 준비했지

전기차 초보 및 예비 유저들의 화두는 언제나 전기차 ‘충전’이다. 얼마나 편리하고 쉽게 효율적으로 전기차를 충전할 수 있느냐가 이 문제의 관건. 포스코 ICT에서는 전기차 충전소 구축, 관제시스템 운영, 충전 멤버십 서비스, 카셰어링 제공 등 전기차 충전에 필요한 토탈 서비스를 제공하는 전기차 충전 인프라 ‘ChargEV(차지비)’를 구축·운영한다. 고객의 접근성과 체류시간을 고려해 롯데마트, 이마트, 홈플러스, LG전자 BEST SHOP 등 전국 주요 거점에 공공형 충전망을 갖추고 있다.

⑥ 안전한 전기공급은 포스코에너지가 책임진다

전기자동차에 전기를 공급하는 일, 그 근원에도 포스코가 빠질 수 없다. 포스코에너지는 1969년 에너지사업을 시작한 이후 50여 년간 수도권에 안정적으로 전력을 공급해오며 인천 LNG복합발전소 운영 등을 통해 국내 최초 민간발전사에서 국내 최대 민간발전사로 성장해왔다.

철강업체로 잘 알려진 포스코, 알고 보니 ‘전기차 핵심소재’도 공급하고 있었다. 다음 숨은 포스코 찾기 2편에서는 집 안에서 찾을 수 있는 포스코 기술력을 파헤쳐 볼 예정이다.

현재 자동차 업계는 차체 경량화를 위해 다양한 강재를 활용하고 있다. 이와 관련해 최근 미국의 철강재활용협회(SRI: Steel Recycling Institute)가 진행한 연구 결과는 매우 흥미롭다. SRI는 <차체 경량화: 라이프 사이클 온실가스 및 에너지 연구>*라는 리포트를 발표했는데, 실험을 통해 차체 경량화에 널리 이용되는 초고강도강판(AHSS)과 알루미늄 두 재질이 환경에 어떤 영향을 미치는지 심층적으로 연구했다.
*연구 원문: “Life Cycle Greenhouse Gas and Energy Study of Automotive Lightweighting”

온실가스 배출과 관련해 AHSS와 알루미늄을 연구한 SRI의 결론은 무엇이며, 이 연구 결과가 자동차ㆍ철강 업계에 시사하는 점은 무엇일까? 포스코 뉴스룸에서 간략히 정리해봤다.

자동차의 에너지 효율성과 차체 경량화. 이 두 마리 토끼를 잡으려면 어떻게 해야 할까? 자동차ㆍ철강업계에서는 온실가스 배출을 억제하기 위한 세계적인 노력에 발맞춰, 친환경적인 방식으로 차체 경량화를 달성하고자 협력을 지속하고 있다. 이 일환으로 철강업계가 개발한 AHSS(Advanced High-Strength Steel)는 기존에 사용하던 일반강보다 더 높은 강도를 가지면서도 무게는 낮춰, 차체의 안전한 경량화를 가능케한다.

차량의 전체 중량을 줄이면서 연비를 향상시키는 AHSS가 환경에는 어떤 영향을 미치는 걸까? AHSS를 포함, 차체에 주로 쓰이는 다섯 가지 소재로 자동차를 경량화했을 때 예상되는 온실가스의 배출량은 아래와 같이 산출됐다.

<주요 소재별 생산과정에서 발생하는 온실가스 배출량과 각 소재로 만든 부품 무게에 따른 온실가스 배출 총량>

▲출처: SRI

일반강, AHSS, 알루미늄 등 각 소재에 따라 차량의 무게와 온실가스 배출량은 어떻게 달라질까? 먼저 일반강으로 차량을 만든다고 가정하고, 이 차량의 한 부품의 무게를 100kg로 보았다. 일반강 1kg을 만들 때 발생하는 온실가스가 1.9kg이기 때문에, 100kg짜리 부품 생산 과정에서 총 190kg의 온실가스가 배출된다고 볼 수 있다. 이제 같은 부품을 AHSS로 만든다고 가정하면, AHSS의 경량화 효과로 부품의 총 무게가 75kg로 줄어든다. AHSS를 만들 때 발생하는 온실가스의 양은 일반강과 마찬가지로 1kg당 1.9kg이지만, 부품 무게가 절감됐기 때문에 총 배출량은 143kg에 그치는 것으로 나타났다.

알루미늄을 사용하면 부품의 무게는 67kg으로 줄일 수 있어서 차체 경량화만 놓고 보면 알루미늄이 AHSS보다 우수하다. 하지만 알루미늄 생산 단계에서 배출되는 온실가스는 1kg당 8.9kg에 달한다. AHSS의 4.7배에 달하는 수치다. 결국 알루미늄으로 차량을 경량화했을 때 배출되는 온실가스는 596kg로, AHSS의 4배 이상의 온실가스를 배출하게 되는 것으로 보인다.

l 다섯 차종 실험, 결과는 같았다

소재 생산 시 배출되는 온실가스를 산출한 위의 연구 결과만 놓고 봐도 AHSS의 온실가스 배출량이 가장 적음을 알 수 있다. 그렇다면 차체 경량화만을 위해 철을 대체하는 비철강소재를 사용하는 것은 환경에 어떤 영향을 미칠까? SRI는 이어서 AHSS와 알루미늄 두 소재를 비교하는 포괄적인 연구를 진행했다. SRI는 소재 생산 단계뿐 아니라 자동차 생산 및 사용 단계(운전 단계), 그리고 차량의 수명이 종료된 시점까지 아우르는 차량 수명주기, 즉 라이프 사이클(Life Cycle) 전체를 대상으로 연구했다.

SRI는 2016년도에 출시된 일반 차량 다섯 종을 대상으로 연구를 진행했다. 중형 세단, SUV, 픽업트럭, 중형 하이브리드 전기 자동차 및 소형 배터리 전기 자동차 등 크기와 연비가 다양한 다섯 가지 유형의 차량을 ‘기준 차량(baseline vehicle)’으로 설정했다. 트럭이나 밴 같은 상용 차량은 연구 대상에서 제외했다.

이후 자동차의 성능을 유지하는 선에서 위 다섯 종의 ‘기준 차량’을 AHSS와 알루미늄으로 경량화했다. 차종별로 각각 ‘AHSS 경량화 차량(이하 AHSS 차량)’ 그리고 ‘알루미늄 경량화 차량(이하 알루미늄 차량)’으로 디자인ㆍ설계한 후 각 차량의 라이프 사이클 단계별 온실가스 배출량을 조사했다. 이에 대한 차종별, 주기별 결과를 도출했는데 그 중 한 예(SUV)가 아래 도표에 잘 나타나 있다.

<기준차량, AHSS 차량, 알루미늄 차량 1대 당 라이프 사이클 전 과정에서 배출하는 온실가스>

▲ 각 차량을 대상으로 전 과정평가(Life Cycle Assessment, 이하 LCA)을 실시한 결과,  AHSS 차량의 온실가스 총량이 알루미늄 경량화 차량보다 낮게 나타났다. (출처: SRI)

먼저 생산 단계를 살펴보니, AHSS 차량의 온실가스 배출량이 가장 낮게 나타났다. 사용 단계에서는 알루미늄 차량의 온실가스 배출량이 다소 낮게 나타났으며, 수명이 끝난 폐기 및 재활용 단계에서 역시 알루미늄 차량의 온실가스 배출량이 가장 낮았다.

하지만 알루미늄 차량의 경우 생산 단계에서 온실가스 배출량이 워낙 크게 나타나 라이프 사이클 전 과정을 놓고 봤을 때 배출하는 온실가스의 총량이 AHSS 차량을 웃돌았다. 이 결과는 SUV뿐만 아니라 실험 대상이었던 다섯 차종에서 모두 같은 것으로 나타났다.

l 가볍지만 무거운 알루미늄

SRI는 라이프 사이클 별로 다섯 차종 모두에서 어떤 결과가 나타났는지 상세히 분석했는데, 연구를 통해 드러난 주요 결과를 살펴보면 다음과 같다.

(1) 테스트된 모든 차종에서 AHSS 차량의 라이프 사이클 온실가스 배출량이 알루미늄 차량보다 더 낮거나, 최소한 동등한 것으로 나타났다.

(2) 알루미늄 경량화 차량의 경우, 생산 단계에서의 온실가스 배출량이 상당히 높은 것으로 나타났다. 차가 탄생하는 순간에 발생한 이 온실가스는 차의 수명이 다할 때까지 회수되지 않고 대기 중에 남아 있다.

(3) 대부분의 경우 알루미늄은 생산 단계에서 베출하는 온실가스의 양이 막대하다. 때문에 사용과 폐기 단계에서의 온실가스 배출양이 AHSS에 비해 적다고 해도, 라이프 사이클 전체에서 배출하는 총량은 여전히 AHSS를 상회하며, 만회되지 못한다.

l AHSS vs 알루미늄, 선택에 따라 온실가스 1,200만 톤이 좌우된다

그렇다면 SRI의 이번 연구 결과가 현실에서는 어떤 의미가 있을까? 앞서 SRI가 보여준 연구 결과는 차 한 대를 생산했을 때 배출되는 온실가스의 양이다.  연구진은 2016년도 미국과 멕시코에서 생산된 일반 차량 수 약 600만 대에 연구결과를 적용시켜봤다. (같은 해 전 세계 일반 자동차 생산량은 약 7,200만 대이다. 출쳐=OICA)

<기준차량, AHSS차량, 알루미늄 차량 600만 대가 라이프 사이클 전 과정에서 배출하는 온실가스>

▲ 각 차량 1대가 라이프 사이클 전 과정에서 배출하는 온실가스의 양을 600만 대에 곱한 수치. 600만 대는 2016년도 미국과 멕시코에서 생산된 차량의 수이다. 이 수치는 미국 환경보호국(Environmental Protection Agency: EPA)의 기준에 따라 산출됐다. (출처: SRI)

미국과 멕시코에 있는 600만 대의 차량이 AHSS로 만들어진다면, 알루미늄으로 만들어진 차보다 무려 1,200만 톤의 온실가스를 줄일 수 있다. 이는 51,800 평방킬로미터 면적의 숲이 정화할 수 있는 이산화탄소의 양과 같은 수치로, 설악산 국립공원의 약 130배에 달하는 면적이다. 1,200만 톤의 온실가스는 또 다음과 같은 수치로도 환산될 수 있다고 한다.

<온실가스 1,200만 톤의 기타 환산 수치>

▲ 미국 환경보호국(Environmental Protection Agency: EPA)의 산출 기준에 따라 계산한 온실가스 1,200만톤 환산 수치 (출처: SRI)

l “최상의 솔루션은 철이다”

이번 연구가 시사하는 점은 무엇일까? 그것은 바로 철은 다른 소재와 비교했을 때 온실가스 배출량이 적어 자동차 제조에 있어 가장 친환경적인 선택이라는 것.

포스코 역시 친환경 자동차 철강재 개발을 선도하며 ‘기가스틸’을 양산 중이다. 기가스틸은 포스코가 생산하는 AHSS강의 대표주자인데, 인장강도가 1000Mpa, 즉 1 Gpa(기가 파스칼) 이상이기 때문에 붙여진 이름이다. 기가스틸은 알루미늄보다 3배 이상 강하고 3배 이상 얇으면서도 가격은 3.5배, 가공비는 2.1배나 낮아 생산 비용을 효율적으로 절감할 수 있다. 또한 자동차의 누적 CO₂ 배출량을 기존 일반강 대비 약 10% 감소시켜 환경을 보호하는 데에도 도움을 준다.

미국철강협회의 산하기관인 철강시장개발센터(SMDI)의 조디 홀(Jody Hall) 부사장에 따르면 점차 엄격해지는 규제로 인해 운전 중 배출되는 온실가스 배출량은 점차 줄어들고 있는 실정이라고 한다. 그러나 운전 중에 배출되는 부분만 고려해서는 안된다. 자동차 생산 단계에서 발생하는 온실가스까지 고려하는 라이프 사이클 평가(LCA)의 중요성은 더욱 부각되어야만 한다.

조디 홀 부사장은 이렇게 덧붙인다. “자동차 소재의 생산단계를 고려한다면, 자동차가 환경에 미치는 부정적인 영향은 새 자동차에 시동을 걸기 전부터 시작되는 거나 마찬가지다. 환경을 생각했을 때 최상의 솔루션은 바로 철이다.”

*SRI의 <차체 경량화: 라이프 사이클 온실가스 및 에너지 연구>는 LCA 전문가 패널의 검증을 거쳐 ISO(International Organization for Standardization: 국제 표준화기구) 기준에 부합함이 확인되었습니다.
** 본 리포트는 SRI의 연구 결과로 포스코의 입장이나 전략을 담고 있지 않으며, 본문의 포스코 기가스틸 관련 내용은 SRI의 입장이나 전략을 담고 있지 않습니다.
*** 철강재활용협회 SRI의 <*차체 경량화: 라이프 사이클 온실가스 및 에너지 연구> 보고서 전문은 이 링크를 통해 직접 요청할 수 있습니다.