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.

l 포스코의 수소산업 육성을 통한 탄소중립 달성 전략

에너지를 많이 소비하는 철강산업의 입장에서 그린수소(재생에너지만을 이용하여 만드는 수소)를 활용하여 탄소중립을 지향하는 전략은 도전적이지만 의미 있는 것으로 평가된다. 국내 대표적인 철강기업인 포스코는 지난해 12월 2050년까지 수소 500만 톤 생산체제를 구축해 미래 청정에너지인 수소 사업을 개척하고, 탈탄소시대를 선도하겠다는 의미를 담은 <수소경제를 견인하는 그린수소 선도기업> 비전을 선포한 바 있다.

포스코는 이러한 비전 실천을 위한 방안을 진행하기 시작했다. 지난해 포스코는 호주 철광석 회사 FMG와 신재생에너지를 활용한 그린수소 사업에서 상호 협력하기로 하고, 올해 들어 포스코는 유수 국내 연구소와 수소분야 연구협력 증진을 위한 업무협약을 수소사업 역량 확보에 본격적으로 나서기로 했다. 이어 포스코는 세계 해상풍력발전 1위 업체인 덴마크 오스테드와 MOU를 통해 해상풍력발전 단지 구축에 필요한 철강재 공급과 함께 풍력발전을 활용한 그린수소 생산에 참여하기로 하는 한편, 현대차•SK•효성그룹과 함께 국내 기업들의 참여하는 수소기업협의체를 설립을 준비하기로 했다.

l 철강산업과 결코 떼려야 뗄 수 없는 수소산업

포스코가 이렇게 수소산업에 적극적으로 나서는 이유는 수소가 철강산업과 밀접하게 연관되어 있기 때문이다. 우선 철강 생산부분에서 현재 포스코는 코크스 제조 공정에서 발생하는 부생가스(COG)와 천연가스를 이용한 연간 7천 톤의 수소 생산 능력을 갖추고 있으며, 약 3,500톤의 부생수소를 추출해 철강 생산 중 온도 조절과 산화 방지 등을 위해 사용하고 있다. 장기적으로는 탄소 배출이 없는 철강 생산방법인 ‘수소환원제철’ 공법을 상용화하기 위한 기술을 개발 중이다. 이 기술은 세계 어느 철강사도 상용화하지 못한 꿈의 기술로, 포스코는 이미 수소환원제철에 가장 가까운 독자 제선기술인 파이넥스(FINEX) 기술을 상용화하여 15년 가까이 안정적으로 운영하고 있다.

파이넥스 공법은 환원제의 25%를 수소로 이용한다. 포스코는 이러한 앞선 기술을 바탕으로 가동 중인 유동환원로 2기의 수소 농도를 단계적으로 높여가며 수소환원제철을 개발할 계획이다.

한편 수소산업은 새로운 특수 철강재 수요처가 된다. 수소 수송을 위한 특수 고압 강관, 액체 수소 저장을 위한 극저온강, 내식성과 전도성이 뛰어난 수전해 분리판과 연료전지 분리판, 해상풍력발전기용 내부식성이 뛰어난 특수 철강 등 수소산업 발전에는 각 용도에 적합한 철강재 개발 및 공급이 중요하다. 포스코는 세계 최초로 수소 연료전지 분리판용 철강제품을 개발해 국내에서 생산되는 수소차에 공급하는 등 수소 생산과 이용에 필요한 역량을 갖추고 있다.

▲ 포스코 스테인리스스틸 소재(Poss470FC)로 만든 연료전지 분리판이 2016년 북미국제모터쇼(NAIAS) 기술전시회 포스코 부스에 전시되어 있다.

l 갈수록 중요해지는 그린수소 확보의 중요성

탄소중립을 위해서는 수소환원제철 등 수소 이용기술 개발과 아울러 탄소 배출이 없는 그린수소를 적정한 가격에 안정적으로 확보하는 것도 중요하다. 수소는 우주 질량의 75%를 차지할 정도로 풍부하다 하나, 지구상에는 수소 기체가 매우 희박하다. 그래서 인류는 쉽게 구할 수 있는 수소원자가 포함된 화합물, 즉 물(H2O)이나 화석연료 등에서 수소를 추출하여 사용한다. 탄화수소 화합물인 화석연료에서 수소 생산은 비용이 저렴하나 필연적으로 이산화탄소(CO2)가 발생하며, 이를 제거하기 위해서는 CCS(Carbon Capture and Storage 탄소 포집 및 저장) 기술이 필요하다. 아직은 CCS에 비용이 많이 들며 국토가 협소한 우리나라에서는 저장 장소 확보도 용이하지 않다.

반면 재생에너지 전력을 이용한 수전해 수소는 탄소 배출이 없으나, 아직은 생산비용이 비싸다. 비록 최근 들어 재생에너지 발전단가가 많이 낮아졌다고는 하지만, 국토 면적이 협소하고 풍황 등이 열악한 우리나라는 재생에너지 발전 건설에 주민 수용성 확보와 복잡한 인하가 등으로 주요국에 비해 발전단가가 비싼 실정이다. 재생에너지 발전 비용 하락을 위한 획기적인 노력이 필요하다.

탄소 배출이 없는 그린수소나 블루수소를 경제적으로 확보하기 위해서 생산비용이 저렴한 해외에서 확보하는 방안을 적극적으로 검토할 필요성이 있다. 최근 연구에 따르면 국토 면적이 넓고 자연적 여건이 양호한 호주, 미국, 중동지역 등에서 수소를 저렴하게 생산할 것으로 전망되고 있다. 이들 지역으로부터 수소를 수입하거나, 재생에너지 발전 및 수소 생산에 직접투자를 통해 수소를 확보할 수 있다. 수입되는 수소의 부피를 줄이기 위해서는 액화가 필수인데, 암모니아로 변환시키는 방법이 현재로서는 가장 경제적인 방법으로 알려져 있다. 포스코에서 최근 친환경적인 암모니아 활용 기술 개발 등 수소사업 역량 확보 노력은 적절한 것으로 보인다.

▲ 2050년 국가별 그린수소 무역 전망 (출처: 블룸버그NEF Hydrogen Economy Outlook, 2020.3.30)

l 탄소중립 실현을 위한 민•관 협력의 필요성

탄소중립을 실현하기 위한 그린수소 확보 및 활용은 몇몇 기업의 노력만으로는 한계가 있다. 수소의 생산, 유통, 소비의 각 밸류체인별로 산업생태계가 구축되어야 하며, 초기에는 우선 정부의 선도적인 역할이 중요하다. 정부는 수소 관련 R&D투자를 적극적으로 확대하고, 민간의 R&D 투자에 대해서는 세제 감면 등의 인센티브를 제공할 필요가 있다. 그리고 정부가 수소 관련 기업들 간에 거래를 원활히 할 수 있도록 규제보다는 지원책을 제공해야 하며, 그린수소와 저탄소 전력에 대한 공급 인프라 구축 및 유연한 시장 제도를 마련해야 한다.

포스코가 고유기술로 개발해 첫 상용화 설비로 만든 파이넥스 2공장이 고효율·친환경 설비로 재탄생했다.

파이넥스 2공장은 79일간의 개선공사를 거쳐 지난 5월 11일 불을 지핀 지 26시간만에 1,200톤의 쇳물을 성공적으로 생산했다. 파이넥스 2공장은 90년대 초부터 포스코가 개발해 완성한 신제선 공법의 첫 상용화 설비로 2007년 첫 화입 이래 10년 11개월간 14백만톤의 쇳물을 안정적으로 생산한 바 있다.

포스코는 이번 파이넥스 2공장 개선작업을 진행하면서 가스와 분철광석을 나누는 판의 소재를 기존 내화물 소재에서 스테인리스 소재로 바꿔 설비의 내구성을 높였다.

또한, 기존 내화물 벽 내부에  가스유로를 두어 통과 과정에서 열충격 등에 의한 열화 문제가 있었으나 CO가스를 노내(환원로) 관을 통해 직접 공급함으로써 내화물의 수명도 연장시켰다.

아울러, 공정에서 발생하는 먼지들을 물로 뿌려서 포집하던 기존 방식에서 마른 상태에서 직접 포집하는 방식으로 개선했다. 이로 인해  먼지의 덩어리화를 방지할 뿐만 아니라 폐기, 운반하는 별도 과정을 생략해 환경오염 저감과 원가절감 효과를 한층 더 높였다는 평가를 받았다.

▲ 파이넥스 2공장이 지난 5월 11일 화입식을 가졌다.

성능을 개선해 재탄생한 파이넥스 2공장이 성공적인 작업진행 상태를 보임에 따라, 파이넥스 기술의 해외 수출도 탄력을 받을 것으로 전망된다. 이번에 새로 개발 적용한 설비들이 안정적으로 가동하고 있기 때문이다.

파이넥스의 2기는 국제 학계에서도 뜨거운 관심을 받았다. 포스코 파이넥스상용화 추진반장 이상호 전무는 5월 13일부터 서울 그랜드 앰버서더 호텔에서 개최된 국제 유동층 전환 학회에서 기조 강연을 통해 파이넥스 공정 소개 및 2기에 적용된 신 유동층 설계 기술을 발표했다. 파이넥스의 상용화 성공과 끊임없는 발전에 대한 이야기는 학회에 참석한 국내외 전문가 250여명의 이목을 집중시켰다.

▲ 파이넥스 2공장 화입식 이후 26시간만에 첫 쇳물을 쏟아내고 있다.

한편, 포스코는 파이넥스와 관련해서 성형탄 기술특허 등 200여개 국내특허와 20여 개국에서 50여개 이상의 해외특허를 보유하고 있고 중국 등 세계적인 철강사들과 협약을 맺고 파이넥스 공법 수출을 협의하고 있다.