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

엄마를 돕는 참 착한 학생이네요. 분리수거는 환경과 지구를 이롭게 하는 일이에요. 학생처럼 열심히 한 덕분에 우리나라는 최고 수준의 분리수거를 하고 있는 나라라고 해요. 하지만, 옆집 할머니의 말씀에 사실인 부분도 있어요. 우리가 분리수거하는 ‘플라스틱’, ‘유리’, ‘종이’, ‘고철’ 등이 모두 다시 사용(재활용) 되는 것은 아니랍니다.

l 분리수거? 재활용? 같은 의미일까요?

우리는 분리 수거된 자원들이 재활용되어 환경에 도움이 된다고 생각하고 있어요. 통계청 전국폐기물통계조사에 따르면 우리나라는 1995년도에 20% 정도 수준이었던 생활폐기물 분리수거 수준이 2017년 69%까지 상승했다고 해요. 이것만 봐도 우리나라는 분리수거를 어느 나라보다 열심히 하는 나라에 속해요. 하지만, 분리수거와 재활용은 의미가 다르다는 것을 알아야 해요. 우리가 분리수거를 한다는 것은 재활용하기 위한 출발점이고, 재활용은 분리 수거된 자원들을 다시 사용하게 만드는 것을 의미해요. 하지만, 다양한 이유로 상당한 양의 분리수거된 자원이 재활용되지 않는다고 해요.

그래프를 보면 우리나라에서 분리수거를 가장 많이 하는 자원은 “종이류”라는 것을 알 수 있는데요. 그럼 그 폐지는 모두 재활용이 된 걸까요? 불편한 사실! 그래프의 숫자는 분리 수거된 양이고 실질적으로 얼마만큼의 양이 재활용되는지는 통계자료가 없다고 하네요.

그럼, 우리가 가장 많이 쓰고, 가장 열심히 분리수거하는 플라스틱 컵의 재활용률을 조사한 결과가 있는데, 그 수준이 겨우 5% 정도라고 해요. 열심히 분리수거를 해도 컵마다 재질이 다양하여 재활용이 안 된다는 거예요. 재활용이 안 되면 불로 태우거나(소각), 땅속에 ‘매립’을 하게 돼요. 컵과 같은 플라스틱 소재를 소각할 경우 유해물질이 발생하여 대기오염에 영향을 주고, 매립하면 분해까지는 평균 200년 이상 걸린다고 해요. 재활용이 안 된 플라스틱들이 바다로 버려져 이루어진 섬이 북태평양 하와이 근처에 있다고 하는데, 여의도 면적의 50배로 여객기 500대 무게만큼의 거대 쓰레기 섬이 있다고 해요. 결국, 우리의 분리수거 노력과 상관없이 플라스틱을 사용하는 순간 환경을 오염시키는 것이에요. 그래서 요즘 커피전문점에서는 일회용 플라스틱이 아닌 종이 빨대와 스테인리스 스틸 소재의 텀블러 사용을 권장하기도 하죠.

플라스틱뿐만 아니라 다른 물품들도 재활용이 안 되면 ‘소각’, ‘매립’을 하는 것은 동일해요. 그래서 분리수거 이전에 재활용률이 높은 소재를 사용하는 것이 중요해요.

l 재활용률이 높은 대표적인 소재는 뭐가 있어요???

재활용률이 높은 대표적인 소재로 ‘스틸’이 있어요. 스티커가 붙여져서 재활용이 어려운 플라스틱, 깨지면 재활용이 어려운 유리병과 다르게 스틸 제품은 이물질이 붙어 있어도~ 찌그러지거나 부서져 있어도~ 재활용이 가능한 소재에요! 재활용이 손쉬운 이유는 먼저 스틸은 자성을 가지고 있어서 많은 쓰레기들 중에 쉽게 분리할 수 있어요. 쉽게 생각하면 굉장히 쎈 자석으로 스틸만 쏙! 쏙! 찾아낼 수 있어요. 스틸의 소재 특성상 이렇게 분류된 고철은 쇳물로 다시 녹여 새로운 스틸 제품으로 탄생하게 되는데 가전제품이나 건설자재 등 다양한 곳에서 새롭게 사용된다고 합니다.

다른 소재들도 스틸처럼 재활용이 가능한 것들이 많겠지만 스틸의 재활용률은 무려 85%가 넘고 자동차에 쓰인 스틸은 적어도 90% 이상 재활용이 된다고 해요. 스틸은 사용 후 다시 다른 스틸로 우리가 사용하게 되는 것이랍니다. 스틸은 재활용에 있어 최적의 소재이죠. 그래서 스틸로 된 것들을 학생이 사용하고 분리수거를 잘해주면, 무조건 재활용이 된답니다!

분리수거한 자원들이 다 재활용이 되지 않는다고 설명했는데요. 그래도 우리는 분리수거를 더 열심히 해야 해요. 분리수거 후 자원의 재활용을 통해 소각과 매립으로 처리되는 자원들을 줄여 환경보호를 할 수 있답니다. 무엇보다 중요한 것! 처음부터 재활용이 가능한 소재를 사용합시다!

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가족들과 제주도 여행을 다녀왔군요~! 맛있는 것도 많이 먹고, 경치 좋은 곳에 가서 구경도 많이 했나요? 부러워요!! >_< 제주도는 흔히 바람, 돌, 여자가 많다고 해서 ‘삼다도(三多島)’라 부르는데요. 바람이 많이 부는 특성을 활용해서 곳곳에 풍력발전기가 설치되어 있어요. 질문을 보내준 어린이가 본 커다란 바람개비는 풍력발전기입니다.

풍력발전기는 바람의 힘으로 발전기를 돌려 전기를 만들어내는 건데요. 청정 에너지 생산 방법으로 요즘에는 그 사용 범위가 넓어지고 있어요. 그 원리와 숨겨진 과학 이야기를 포스코 뉴스룸이 설명해드릴게요.

l 바람아~ 멈추지 마오~ 전기로 만들어 줄게!

풍력발전기는 어떻게 전기를 만들어낼까요?

풍력발전기 위에 달린 거대한 날개를 블레이드라고 부르는데요. 이 블레이드가 바람을 받아 바람개비처럼 회전하면 회전 운동 에너지가 만들어져요. 이 회전 운동 에너지는 증속기로 전해져서 회전 운동의 속도가 높아지고, 고속으로 바뀐 이 회전력은 발전기에서 전기 에너지가 돼요. 생각보다 간단하죠? 이렇게 만들어진 전기 에너지는 소비자에게 적절한 전압과 전류로 보내지기 위해, 변전소를 거친 후 우리가 살고 있는 집까지 오게 됩니다. 한국풍력산업협회에 따르면 풍력발전기는 1대 당 평균적으로 2MW(메가와트)의 전기를 만들어내는데요. 약 700가구가 1년 동안 사용할 수 있는 양이에요.

l 바람에 쓰러질 걱정은 NO NO! 풍력발전기 타워에 숨은 비밀!

양떼 목장이 있는 대관령에 가본 적 있나요? 제주도 바다 위에서 봤던 풍력발전기를 강원도 대관령에서도 볼 수 있어요. 산은 고도가 높아질수록 바람이 빠르고 강하게 불기 때문에, 산 꼭대기에 풍력발전기를 만드는 거랍니다. 그런데, 이렇게 산이나 바다에 만든 커다란 풍력발전기가 강한 바람에 휘청거리거나 쓰러지면 어떡하냐구요? 걱정하지 않아도 돼요! 풍력발전기는 스틸로 만들어진 원형 기둥의 타워 덕분에 튼튼하거든요! 그 이유에 대해 지금부터 살펴볼게요.

▲ 바람 많기로 유명한 ‘삼다도’ 제주의 해상풍력발전기! 다양한 크기의 바람과 조류 및 파도의 영향을 받기 때문에 여러 외부 압력으로부터 견딜 수 있어야 해요.

일반적으로 풍력발전기는 20~25년의 수명을 갖도록 설계되는데, 그 특성상 수명 기간 동안 반복적으로 다양한 방향으로, 다양한 크기의 바람과 조류 및 파도에 노출돼요. 그렇기 때문에 반복적인 외부 압력으로 파괴되지 않도록 적절한 피로강도(Fatigue Strength)*와 좌굴강도(Buckling Strength)**를 가지고 있어야 합니다.

스틸은 높은 피로강도를 가지고 있어서 풍력발전기는 대부분 스틸로 만들어져요. 같은 힘을 스틸과 콘크리트에 반복해서 가한다고 가정했을 때, 스틸은 콘크리트보다 힘을 5배 더 반복해서 가할 때까지 버텨내거든요.

풍력발전기는 꼭대기에 큰 날개 모양의 블레이드와 발전기가 달려 있는데, 그 무게 때문에 위에서 아래로 수직방향의 압력을 받아요. 그리고 풍력발전기를 향해 부는 바람이나 블레이드 회전 때문에 가로방향에서도 압력을 받죠. 이렇게 외부에서 다양한 압력을 받으면 모양이 변형될 수 있는데, 특히 단면 크기에 비해 길이가 길면 물체가 압력에 의해 꺾이는 현상(좌굴)이 일어나기 쉬워요. 마치 나무젓가락을 세워놓고 위에서 누르거나 옆에서 강한 충격을 주면 쉽게 휘고 부러지는 것처럼요. 그래서 풍력발전기의 타워는 좌굴강도가 높은, 원형 모양으로 생겼답니다. 원형이 삼각형, 사각형, 다각형보다 압력에 효율적이고, 유선형으로 바람의 영향을 가장 적게 받기 때문이에요!

가장 적절한 피로강도와 좌굴강도를 갖도록 설계된 ‘원형’ 모양의 ‘스틸’ 타워 덕분에, 풍력발전기는 강한 바람에도 굳건히 서있을 수 있어요. 지난 수십 년 간 풍력발전 산업이 발전해오면서 풍력타워 및 하부구조물만을 전문적으로 제작하는 업체가 생겨났는데, 이들 업체 모두 스틸로 만든 원형 모양의 강관을 전문적으로 다루는 회사라는 것도 이를 뒷받침합니다.

일반적으로 육상 풍력발전기는 높이가 100미터, 타워 하단부의 둘레는 13미터에 달하는 어마어마한 크기인데요. 타워에는 무려 200톤의 스틸이 들어가 있어 풍력발전기를 튼튼하게 지켜준답니다. 이제 쓰러질까 걱정 안 해도 되겠죠?

l 1,400만 그루의 소나무를 심는 것과 같다고요? 포스코그룹이 만드는 친환경 에너지

포스코는 풍력발전기가 거센 바람에도 버틸 수 있도록 타워에 쓰이는 고강도 풍력용강을 만들고 있는데요. 포스코의 풍력용강은 육지 또는 바다 위의 풍력 타워에 사용되며, 바람이나 파도에 의한 진동, 충돌, 낮은 온도 등 거친 환경에서도 견딜 수 있도록 만들어졌어요. 특히, 초대형 해상 풍력 타워는 더욱 두껍고 강한 강재로 만들어서 태풍이 불어도 끄떡없죠.

뿐만 아니라, 포스코의 스틸은 모터에도 쓰여요. 블레이더의 회전 속도를 높이는 증속기에 PosWIND가, 회전력을 전기로 바꾸는 발전기에 포스코의 무방향성 전기강판인 Hyper NO가 사용되는데요. PosWIND는 오랜 시간 회전해도 마모, 균열, 변형이 일어나지 않고, Hyper NO는 모터의 전력 손실을 감소시켜 에너지 효율을 높이는 장점이 있답니다.

▲포스코에너지에서 3월 준공 예정인 전남 신안군 육상풍력 발전단지의 모습

포스코가 풍력발전기에 사용되는 스틸을 생산해낸다면, 포스코에너지는 풍력발전을 활용해 직접 신재생에너지를 만들어내고 있어요. 포스코에너지가 전남 신안군 자은면 일대에 육상풍력 발전단지를 조성 중인데요. 총 62.7MW 규모로, 연간 12만 MWh의 전력을 생산해 지역사회에 공급할 수 있어요. 연간 4만 9,000톤의 이산화탄소를 저감하고 1,400만 그루의 소나무를 심은 것과 같은 효과를 기대할 수 있다니, 정말 대단하죠?

풍력 발전은 청정 에너지원으로, 환경오염을 유발하는 화석 연료를 대신하여 자원 고갈에 대비할 수 있는 아주 고마운 기술이에요. 청정에너지를 만드는 데에도 스틸은 꼭 필요하다는 점! 포스코그룹도 풍력 발전과 같은 친환경 에너지를 얻기 위해 많은 노력을 기울이고 있답니다. 오늘의 궁금증이 해결되었기를 바라면서, 다음에 다시 돌아올게요~!

* 도움말 주신 분: 포스코 기술연구원 김종민 수석연구원, 포스코에너지 고승현 과장

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오늘도 재미있는 질문이 도착했네요. 질문을 보내준 어린이는 세상에서 가장 얇은 스틸과 두꺼운 스틸이 어떤 것인지에 대해 묻고 있는데요. 포스코가 만들 수 있는 가장 얇은 스틸과 두꺼운 스틸의 두께는 어느 정도인지, 그리고 그 스틸은 어디에 쓰이는지 자세히 살펴볼게요.

결론부터 말하자면, 포스코는 휴지보다 얇은 스틸을 만들 수 있고, 또 빅맥 햄버거보다 두꺼운 스틸도 만들 수 있어요. 자세하게 하나씩 살펴보도록 할게요.

우리가 화장실에서 쓰는 두루마리 화장지 알죠? 3겹짜리 화장지의 두께는 약 0.35mm 정도 된다고 해요. 하지만 알다시피 화장지는 너무 얇아서 쉽게 찢어져요. 그런데! 이렇게 휴지처럼 얇지만 아주 튼튼하고 잘 늘어나는 스틸이 있어요.

두께는 0.2mm로 휴지보다도 얇지만, 플라스틱이나 유리처럼 깨지지 않는 성질이 있는 이 제품을 우리는 냉연재라고 해요. 냉연재는 쉽게 말해 차가운 상태의 철을 롤러로 밀어서 두께를 아주 얇게 만든 후, 다시 열을 가해서 만드는데요. 최종적으로 표면이 아주 반짝이는 고급 소재예요. 우리가 타고 다니는 자동차 내부 부품이나 주방의 싱크대에서 쉽게 볼 수 있는 스틸이 바로 이 냉연재죠.

그럼, 이번엔 가장 두꺼운 스틸에 대해서 알아볼까요? 포스코에서는 두꺼운 철판을 ‘후판’이라고 불러요. ‘두터울 厚, 널조각 板’, 한자로는 이렇게 쓰죠. 후판은 용도에 따라서 크루즈선과 같은 커다란 배, 백화점과 같은 각종 건물, 그리고 강이나 바다를 건널 수 있는 다리 등 우리 주변에서 쉽게 볼 수 있어요. 그중 포스코가 만드는 가장 두꺼운 후판은 두께가 몇 mm일까요?

정답은 바로 200mm랍니다. 어른들의 한 뼘 정도 되는 두께죠. 이렇게 두꺼운 철판은 석유, 천연가스, 전기와 같이 우리 생활에 꼭 필요한 에너지를 만들어내는 공장에서 주로 사용합니다. 대표적으로 먼바다에서 석유와 가스를 만드는 해양플랜트와 땅에서 전기를 생산하는 발전소가 있어요.

▲ 바다 한 가운데 우뚝 선 해양플랜트 (사진출처=Maersk Drilling)

해양플랜트는 바다 한가운데에서 설치되어 있기 때문에 파도를 견디며 넘어지지 않고 잘 서 있어야만 해요. 이 거대한 설비가 넘어진다면 정말 큰 일이겠죠? 그래서, 설비 바닥에 아주 두꺼운 후판을 튼튼하게 깔아요.

전기를 만들어내는 발전소를 살펴볼까요? 아래 사진을 보면 굴뚝처럼 높게 솟은 것들이 보이죠? 바로 이곳에 두꺼운 후판이 쓰이는데요. 고온·고압의 수증기를 버텨내야 하기 때문이에요.

▲ 발전소의 고온·고압 수증기를 버티는데 반드시 필요한 후판! (사진출처=SIEMENS)

자세하게 설명하면, 발전소에서는 석탄을 태워 보일러의 물을 끓여요. 물이 끓으면 어떻게 되죠? 맞아요, 수증기가 나오죠. 이렇게 나온 수증기로 발전기를 돌려서 우리 생활에 없어서는 안 될 전기를 만들어내는 건데요. 안전하게 전기를 만들기 위해서 반드시 두꺼운 후판이 있어야 해요.

오늘은 두꺼운 스틸과 얇은 스틸을 알아봤어요. 우리 집 반짝반짝 싱크대부터, 저 멀리 바다 한가운데 있는 해양플랜트에까지 얇고 두꺼운 스틸이 여기저기 자리 잡고 있네요! 또 궁금한게 있나요? 포스코 뉴스룸으로 언제든 물어봐 주세요. ʕ•ﻌ•ʔ

* 도움말 주신 분: 포스코 기술연구원 유승호 전문연구원

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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~!