포스코가 2023년 12월 5일부터 12월 7일까지 아랍에미리트 아부다비에서 열린 ‘혁신기술 콘퍼런스’에 참가해 포스코형 수소환원제철(HyREX)을 소개하고 회사의 탄소중립 비전을 알렸습니다. 세계 각국의 철강사와 수소환원제철 및 탄소중립을 치열하게 논의했던 혁신기술 콘퍼런스 현장을 소개합니다.

‘혁신기술 콘퍼런스(Breakthrough Technology Conference)’는 포스코가 2021년에 세계 최초로 서울에서 개최한 ‘수소환원제철 국제포럼(Hydrogen Iron&Steel Making Forum)’의 주제와 참석 범위를 확대해 세계철강협회 주관으로 올해 처음 개최한 행사입니다.

혁신기술 콘퍼런스에는 철강사뿐 아니라 연구기관, 엔지니어링 업체 등 관계자 총 300여 명이 참석해 수소환원제철, CCUS(탄소 포집·활용·저장), 전기로 등 저탄소 기술분야를 전반적으로 논의했습니다.

포스코는 이번 혁신기술 콘퍼런스에서 포스코의 탄소중립 전략과 포스코 고유의 수소환원제철 기술인 ‘하이렉스(HyREX, Hydrogen Reduction)’를 집중적으로 알렸습니다. 콘퍼런스는 최정우 포스코그룹 회장의 연설로 포문을 열었습니다. 최정우 회장은 기조연설을 통해 대체할 수 없는 소재인 철의 중요성을 강조하며 전 세계 철강사들이 탄소중립을 위해 노력해야 하는 작금의 상황을 알렸습니다. 또한 포스코의 경우 1992년에 이미 파이넥스(FINEX)라는 수소를 활용한 고유의 제철기술을 개발하기 시작해 현재 수소를 100% 활용하는 하이렉스(HyREX) 기술 개발에 노력하고 있다고 했습니다.

▲최정우 포스코그룹 회장이 12월 5일 아부다비 ‘혁신기술 콘퍼런스’ 오프닝 세션에서 연설을 하고 있다.

이어 주세돈 기술연구원장이 포스코의 2050년 탄소중립 달성을 위한 마스터 전략을 발표했습니다. 저탄소 제철 기술, CCUS, 하이렉스(HyREX)에 이어 2022년에 출시한 탄소중립 마스터 브랜드 그리닛(Greenate)까지 총망라해 포스코의 탄소중립 활동을 전 세계에 알렸습니다.

▲주세돈 기술연구원장이 12월 5일 아부다비 ‘혁신기술 콘퍼런스’ 기조 연설에서 포스코 탄소중립 전략을 발표하고 있다.

마지막으로 신명균 연구소장이 포스코형 수소환원제철 기술인 하이렉스(HyREX)를 상세히 소개했습니다. 수소환원에 대한 기술 업데이트 현황, 수소 환원 테스트 결과, 수소환원제철 부지 등 포스코의 하이렉스(HyREX) 기술을 전 세계 철강사 공동의 발전을 위해서 기꺼이 공유했습니다. 그래서일까요? 많은 철강사들이 포스코의 발표 내용을 담고자 사진을 찍는 모습이 눈에 띄었습니다. 특히 포스코의 발표 자료 페이지가 넘어갈 때마다 연신 사진 촬영을 하는 일본 철강사 직원의 모습이 인상적이었습니다.

행사장 내외에서 참석자들의 외교전 또한 치열했습니다. 콘퍼런스 본 행사 하루 전에는 참석자들이 자유롭게 교류할 수 있도록 세계철강협회에서 환영 리셉션을 마련했습니다. 이 자리에는 세계철강협회, 철강사, 엔지니어링사 등 다양한 업체 관계자들이 참석했습니다. 아부다비의 아름다운 저녁 불빛 아래 포스코 참석자들도 활발히 철강 외교전을 펼쳤습니다.

첫째 날 공식 만찬에서도 치열한 외교전이 이어졌습니다. 특히 행사장 로비의 스탠딩 테이블에서 참석자들이 만찬 전 자유롭게 네트워킹을 하는 모습이 인상적이었습니다. 환영 리셉션보다 더 많은 참석자들이 참여해 교류를 이어나갔고, 이날 역시 포스코 직원들은 쉴 새 없이 철강 외교에 최선을 다하는 모습이었습니다.

▲(왼쪽) 천성래 포스코홀딩스 철강팀장과 이재완 포스코홀딩스 국제협력팀장이 에드윈 바송(Edwin Basson) 세계철강협회 사무총장과 12월 5일 열린 공식 만찬에서 환담을 나누고 있다. (오른쪽) 주세돈 기술연구원장과 김기수 기술연구원 공정연구소장이 마이클 세터달(Michael Setterdahl) 前 미국 리버티 스틸(Liberty Steel) CEO와 교류하고 있다.

이번 현장 취재에서는 콘퍼런스에 참여한 세계철강협회, 철강사, 엔지니어링사 등 다양한 관계자들을 인터뷰했습니다. 세계의 철강 관계자들은 포스코의 탄소중립 여정을 어떻게 바라보는지 확인해 보시죠.

콘퍼런스가 진행되는 동안 포스코형 수소환원제철(HyREX)에 대한 글로벌 핵심인사들의 관심이 뜨거웠습니다. 포스코는 이번 혁신기술 콘퍼런스에서처럼 앞으로도 수소환원제철 기술을 선도하고 그 중요성을 알리는 데 앞장설 것입니다. 탄소중립을 향한 포스코의 노력과 저탄소 기술에 많은 관심 부탁드립니다!

알면 알수록 신나는 포스코! 포스코TV <알신포> 시즌2 1편에서
가수 카더가든이 일일 취재기자로 변신, 수소환원제철 기술에 대하여 집중 취재를 하고 왔다는데요.
다양한 미션과 인터뷰를 진행하며 포항제철소 파이넥스 공장을 체험하고 온 카더가든
그 생생한 현장을 함께 만나 보겠습니다. <편집실>

안녕하세요. 가수 카더가든(본명,차정원)입니다. 제가 갑자기 포스코에 온 이유가 궁금하신가요? 저는 사실 포스코와 인연이 깊은데요. 작년 냉천범람으로 인해 포항제철소에서 수해복구 작업이 한창일 때 위로의 노래를 부르기도 했고요. 제가 또 헬스장에서 철로 된 운동기구도 많이 들었다 놨다 하거든요. 하하

그 깊은 인연으로 제가 이번 <알신포> 시즌2의 취재기자를 맡게 됐습니다! 모든 열정을 불살라서 열심히 취재하고 왔는데요. 아무래도 초보 기자인 제가 걱정됐는지 포스코의 유능한 사원 포석호 씨를 불러주셨더라고요! 덕분에 긴장도 좀 풀리고 재미있게 다녀왔습니다.

오늘 취재의 첫 미션 카드! 석호 씨와 제가 도착한 곳은 한 연구소였는데요. 시끌벅적한 소리가 들리는 곳으로 가보니, 남자 세 분이 오붓하게 케이크를 나눠먹고 계시더라고요. 포스코 기술연구원분들이셨는데 직원 한 분이 생일이라 파티 중이셨대요.

저 카더가든을 아시는지 조심스레… 여쭈었더니, 한 분이 갑자기 엄청난 노래 실력을 뽐내시는 게 아니겠어요? 저도 질 수 없죠! 저의 답가가 기분 좋은 생일 선물이 되었으면 하네요. 그럼 이제 본론으로 돌아가 저는 미션을 풀기 위해 연구원분들에게 도움을 구했는데요

미션 카드를 보여드리자마자 다들 당연히 알겠다는 듯한 미소를 보이셨습니다. 바로 미션 카드 속 숫자와 그림은 수소환원제철과 관련된 이야기였던 것이죠.

물방울은 수소를 표현한 것이고, 숫자 25와 100은 ‘파이넥스(FINEX)’라는 유동환원로기술로 수소 25%를 환원제로 사용해 왔었는데, 그것을 100%까지 늘리겠다는 의미라고 해요. 쉽게 말하면 25%만 사용하던 수소를 100%까지 끌어올린다는 것이죠.

자! 이렇게 연구원분들께 도움을 받아 첫 번째 미션을 완료했습니다. 그런데 여기서 ‘파이넥스’라는 생소하면서 신비로운 이름을 듣고 호기심이 생겼는데요. 수소로 만드는 철이라니! 명색이 취재기자인데 안 가볼 수 없겠죠? 당장 파이넥스 공장으로 달려갔습니다!

석호 씨와 파이넥스 공장에 도착했는데요. 오자마자 미션 카드를 또 주시더라고요! 이번엔 믹서기(?) 4개에 당근주스가 담겨 있는 것 같은 그림이 그려져 있었는데요. 역시나 어떤 의미인지 전혀 모르겠더라고요. 미션을 풀기 위해 파이넥스 공장 안으로 들어갔습니다.

안으로 들어가니 파이넥스 3공장 운전실 이창형 리더님이 따뜻하게 맞이해 주셨습니다! 그런데 방송국 중계실 같은 느낌이 들어 여쭤봤더니 여기는 공장을 모니터링할 수 있는 곳이라고 해요. 내부 온도가 3000도 가까이 되기 때문에 여러 센서들을 달아놓고 긴급한 상황이 생겼을 때 해결할 수 있도록 하는 곳이라고 합니다! 그래서 여기서 근무하시는 분들은 순발력이 필수라고 하네요.

이제 본격적으로 취재를 시작했는데요. 아까 연구실에서 들었던 파이넥스 기술에 대한 질문을 드렸습니다. 대체 어떻게 탄소 배출을 줄이고 있는 건지 여쭤봤더니 리더님이 신나게 설명해 주셨어요. 파이넥스 기술은 유동환원로라는 설비를 이용한다고 해요. 고로 내에서 동시에 이루어지던 공정들을 분리해 유동환원로에서 단계적 환원 과정을 거치게 되는 것이죠. 파이넥스 누계 생산량은 3,500만 톤으로 세계 최대 생산량이라고 합니다.

답변을 듣고 나니 공장을 직접 체험해 볼 순 없는 건지 아쉬움이 들어 리더님께 말씀드렸는데요. 쇳물이 끓는 용융로는 들어가 보기 힘들지만 공장 안은 가볼 수 있다고 하셔서 안전모와 마스크, 고글을 끼고 공장으로 향했습니다!

리더님을 따라 용융로타워 위쪽으로 올라가봤는데 그곳에서 ‘유동환원로’라는 설비가 한눈에 들어오더라고요. 그런데 아까 미션 카드에서 본 믹서기(?)가 있는 게 아니겠어요? 실제로 보니 엄청난 크기와 포스에 압도됐습니다.

리더님은 보여줄 설비가 한 가지 더 있다며 저를 이끌었는데요. 이번에는 PSA 설비였어요. 배출되는 이산화탄소를 포집하여 제거해 주는 공정을 CCUS라고 하는데요. 이 설비를 통해 CCUS* 기술을 적용하면 이산화탄소 배출을 50%나 절감할 수 있답니다. 전 세계에서도 포항 FINEX 공장에서 세계 최대 규모의 PSA설비(3FINEX : 20개 , 2FINEX : 14개)를 보유한만큼 CCUS 기술은 당연히 포스코가 일등이겠죠?

* CCUS (탄소 포집 .활용. 저장 기술) : carbon capture, utilization and storage

두 번째 미션을 끝내니 점심시간이 돼 다 같이 구내식당으로 이동해서 식사를 했는데요. 조금 여유롭게 있어볼까 했는데, 맛있는 철(?)로 식사를 마친 석호 씨가 새로운 미션 카드를 주더라고요. ‘2050’이라는 숫자는 대체 어떤 의미일까요?

같이 식사하던 부장님께서 실험동에 힌트가 있을 거라고 하셔서 바로 이동! 이곳은 파이넥스처럼 대량으로 작업하기 전 조금씩 연구를 해보는 소형유동환원 장치가 있었어요. 원래는 소형 장치로 실험하다가 최근 중형 장치로 늘렸다고 하는데요. 머지않아 이 공정이 상용 설비까지 업그레이드 될 거라고 하셨습니다! 정말 탄소 배출 없이 물로 철을 만드는 미래 제철소가 다가오고 있네요.

더 안쪽으로 들어가니 ‘상온유동층모사’라는 실험 장치가 있었는데요. 연구원님 말씀을 들어보니 이 장치에 광석을 넣으면 어떻게 움직이는지 볼 수 있다고 해요. 간단하게 유동로를 체험하는 장치라고 생각하면 되겠습니다!

특별히 직접 광석을 넣어 볼 수 있게 도와주셨는데요. 제가 탄소중립 연구에 참여했다니 너무 설레는 시간이었습니다. 광석을 넣으니 바로 끓는 모습이 보이더라고요. 수소 100%일 때 환원 유동이 어떻게 되는지 차이가 있을 수 있기 때문에 직접 실험해서 설정한다고 해요.

이처럼 현장과 연구원의 끊임없는 도전으로 2030년 까지 하이렉스(HyREX) 상용 기술 개발을 완료한 후 2050년까지 포항, 광양 제철소의 기존 고로 설비를 단계적으로 수소환원제철로 전환해 ‘2050 탄소중립’을 달성할 계획이라고 해요!

뭔가 엄청난 비밀을 알아버린 거 같아 두근두근했는데요. 잠깐 여기서 ‘2050’ 왠지 낯익은 숫자 아닌가요? 바로 미션 카드 속 숫자입니다! 2050은 탄소중립 실현을 말한 거였네요.

이렇게 마지막 미션을 완료하니 어렵게만 생각했던 포스코 기술들이 쉽게 와닿았습니다. 과연 다음에 방문했을 때 포스코는 어떤 모습일까요? 환경과 미래를 모두 다 잡을 2050 수소환원제철 건립을 응원하며 취재를 도와주신 기술연구원 이준혁 부장님, 라기호 수석연구원님과 파이넥스 공장 이창형 리더님, 그리고 귀염둥이 석호 씨에게 감사 인사드립니다. 그럼 일일 취재기자 카더가든이었습니다!

▼카더가든 취재기 영상으로 만나보기!

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.

포스코그룹이 1월 16일 서울 포스코센터에서 그룹 수소 밸류체인을 소개하는 ‘포스코 수소 월드(POSCO hydrogen world)’ 특별전을 개막했다.

포스코그룹은 지난해 9월 킨텍스에서 열린 국내 최대 수소산업 전시회인 ‘2022 H2 MEET’에서 선보인 포스코그룹 수소사업에 대해 다시 한번 알리고자 이번 특별전을 마련했다.

특히, 이번 전시에는 △포스코 △포스코인터내셔널 △포스코건설 △포스코모빌리티솔루션 △RIST가 참여해 수소 생산부터 운송, 저장, 활용 단계까지 포스코그룹이 쌓아온 기술력과 차별화된 제품 등을 선보이고 있다.

▲포스코그룹이 1월 16일 서울 포스코센터에서 그룹 수소 밸류체인을 소개하는 포스코 수소 월드 특별전을 개최했다.

포스코그룹은 이번 특별전에서 △수소시너지존 △ 수소생산기술존 △수소플랜트존 △CCS·해외인프라존 △수소강재존 △수소모빌리티존 △수소저장·활용 등 총 7개 테마 존을 마련했다. 전시관 입구에는 포스코그룹의 수소사업 포트폴리오와 밸류체인 전반을 소개하는 영상을 상영한다.

▲ 수소시너지존에 설치한 수소환원제철 모형이다.

먼저, 수소시너지존에는 수소생산, 수소환원제철 모형을 설치해 관람객들이 수소 생산과정을 쉽게 이해할 수 있도록 했다. 특히, 호주, 말레이시아, 오만 등 6개국의 수소생산 프로젝트를 영상으로 선보여 현지 수소 제조공정과 생산설비를 소개한다. 이를 통해 관람객들은 석탄 대신 수소로 친환경 철강을 만드는 수소 환원제철의 원리와 미래의 가상 수소환원 제철소 모습을 확인할 수 있다.

▲수소생산기술존 전시부스의 모습이다.

수소생산기술존에서는 고온에서 물을 전기 분해해 수소를 생산하는 고온 수전해 기술과 암모니아로 수소를 만드는 암모니아 크래킹(분해) 기술과 중조(베이킹소다)를 활용한 블루수소 생산기술도 확인할 수 있다.

▲ 수소플랜트존에 설치한 그린수소 생산 플랜트 모형이다.

수소플랜트존에는 올해 1월 종합 에너지사업회사로 발돋움한 포스코인터내셔널의 수소혼소발전, 해외복합터미널, 탄소 포집·저장기술(CCS)* 사업 현황과 포스코건설의 수소사업 EPC** 역량을 소개했다.
*탄소 포집·저장기술(CCS) : Carbon Capture and Storage의 약자로, 대기 중에 있는 이산화탄소뿐 아니라 산업 공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집해 활용하거나 저장하는 기술을 말한다.
**EPC : Engineering, Procurement, Construction의 약자로, 설계·조달·시공을 말한다.

▲ 수소 운송·저장·활용 강재(왼쪽)와 구동모터코어(오른쪽) 전시부스의 모습이다.

서울 포스코센터 1층 로비에서 2월 28일까지 열리는 이번 특별전은 예약절차 없이 누구나 관람할 수 있다.

포스코그룹은 앞으로도 미래 성장동력인 수소사업 밸류체인에 대한 대외 이해관계자들의 이해를 높이고 수소 분야 그룹사간 협업체계를 지속 강화해 나갈 예정이다. 포스코그룹은 2050년까지 단계적으로 수소 700만 톤 생산체제를 갖춰 국내 최대 수소사업회사로 성장해 나갈 계획이다.

2022 탄소중립 엑스포가 11월 2일부터 4일까지 3일간 일산 킨텍스(KINTEX)에서 열렸다. 올해 2회를 맞은 탄소중립 엑스포는 정부, 기업, 공공기관이 한자리에 모여 산업계 탄소중립의 현주소와 미래 방향을 논의하는 뜻깊은 자리였다.

포스코는 참가업체 중 최대 규모의 전시부스를 마련해 ‘수소환원제철(HyREX)’ 기반 친환경 제철소 구현을 위한 미래 전략과 기술을 선보였다. 전시부스는 ▲재생에너지와 그린수소 ▲친환경 저탄소 원료 ▲수소환원제철(HyREX) ▲친환경 제품 ▲사회적 온실가스 감축 활동 등 5개의 섹션으로 구성해 ‘2050 탄소중립’을 향한 포스코의 비전과 목표를 내다볼 수 있었다.

▲ 2022 탄소중립 EXPO에 참가한 포스코 전시부스 전경.

특히 전시관 중앙에 다단의 유동환원로를 형상화한 거대한 수소환원제철(HyREX) 오브제가 방문객들의 시선을 단숨에 사로잡았다. 이 오브제는 고로(용광로) 공정에서 붉은 쇳물이 생산되는 전통 철 생산 방식에서 푸른 물이 연료가 되는 혁신적인 기술 ‘수소환원제철’로 전환되는 모습이 표현되었다. 이를 통해 탄소배출 없는 깨끗한 세상을 만들어 나가려는 포스코의 의지를 담아냈다.

○ 재생에너지/그린수소

▲ 에너지 및 수소에 관한 전시 섹션 모습이다.

먼저, 재생에너지/그린수소 섹션에서는 수소 종류별 생산 방식에 대해 소개했다. 그 중 그린수소는 태양광, 풍력 등 재생에너지로 물을 전기분해하여 만들어지기 때문에 생산 과정에서 탄소 배출이 없다는 점을 강조했다. 포스코는 2050년까지 700만 톤 수소생산 목표로 청정수소를 안정적으로 확보해 경쟁력 있는 수소 밸류체인을 구축하고자 한다.

○ 저탄소 원료

▲ 저탄소 원료에 관한 전시 섹션 모습이다.

포스코는 탄소중립 시대에 대비해 저탄소 원료인 철스크랩과 HBI(Hot Briquetted Iron) 확보에도 나서고 있다. 흔히 고철이라고 부르는 철스크랩을 원료로 사용하면 철강 제조과정에서 발생하는 이산화탄소를 75%가량 줄일 수 있어 친환경 원료로 주목받고 있다.

하지만 철스크랩을 충분히 확보하기 어려운 문제가 있어 직접환원철(DRI, Direct Reduced Iron)과 HBI(Hot Briquetted Iron)가 대체재로 떠오르고 있다. 이때 HBI 제조에 필요한 고품위 철광석이 전 세계 철광석 물동량의 3%밖에 없는 점을 고려해, 포스코의 FINEX공법은 매장량이 풍부하고 저렴한 분철광석을 활용해 유사한 HCI(Hot Compacting Iron)를 제조하고 있다.

○ 포스코의 핵심 기술 ‘하이렉스(HyREX)’

▲ 수소환원제철기술 HyREX를 소개하는 섹션과 수소환원제철을 재현한 모형의 모습이다.

수소환원제철 섹션에서는 포스코의 수소환원제철 핵심기술인 하이렉스(HyREX)*를 소개했다. 다수의 철강사들이 개발 중인 샤프트(Shaft)환원로 기반의 수소환원제철과 포스코의 HyREX를 비교해 관람객들의 이해를 높였다. 특히, 벽면 LED 패널을 통해 HyREX 기술을 소개하는 영상과 함께 수소사업의 밸류체인을 한눈에 볼 수 있도록 제작한 모형이 방문객들의 가장 많은 관심을 받기도 했다.

포스코는 이미 상용화된 유동환원로 도입을 통해 수소환원제철로의 전환이 보다 용이할 것으로 바라보고 있다. 유동환원로는 경제적이고 풍부한 원료를 사용하고, 원료의 사전 처리 공정이 불필요하다는 장점이 있다. 게다가 수소환원제철 공정은 흡열반응이 일어나 지속적인 열 공급이 필요한데, 이를 위한 추가 열공급이 용이해 지속적인 환원반응을 가능하게 한다. 이러한 차별화된 기술 경쟁력을 바탕으로 포스코는 HyREX 기술을 완성해 ‘그린 철강’으로의 전환을 추진하고 있다.
* 하이렉스(HyREX) : 포스코 고유의 파이넥스(FINEX) 유동환원로 기술을 바탕으로 한 수소환원제철 기술

▲ 탄소중립 핵심 기술에 관한 전시 섹션 모습이다.

다만, HyREX는 저품위의 분철광석을 사용하기 때문에 생산된 DRI 품질이 기존 공정에 비해 상대적으로 낮을 전망이다. 이에 포스코는 저품위 DRI를 용해하는 데 적합한 전기로인 ESF(Electric Smelting Furnace) 기술을 개발해 최적의 수소환원제철 체계를 갖출 계획이다.

현재 포스코 그룹사인 SNNC는 전 세계에서 가장 큰 규모의 ESF를 보유하고 있고, 스테인리스의 원료인 페로니켈(FeNi)을 생산하고 있다. 이를 시작으로 포스코는 수소환원제철 핵심 전기로 기술개발을 가속화할 방침이다.

○ 친환경 제품 및 사회적 온실가스 감축

▲ 친환경 제품에 관한 전시 섹션(왼쪽)과 사회적 온실가스 감축에 관한 전시 섹션(오른쪽) 모습이다.

친환경 제품 섹션에서는 포스코의 3대 친환경 제품 브랜드인 이노빌트(INNOVILT), 이오토포스(e Autopos), 그린어블(Greenable)이 소개되었으며, 마지막으로 사회적 온실가스 감축 섹션에서는 철강 부산물을 재활용해 탄소중립을 실천하는 모습을 그려냈다.

포스코는 슬래그로 인공어초 ‘트리톤’ 개발해 바다숲을 조성했다. 트리톤은 철강 슬래그의 높은 비중과 단단한 특성으로 해일에 잘 파손되지 않을 뿐 아니라 철분과 미네랄 함량이 높아 해조류 포자 부착 등을 촉진하는 등 해양생태계 복원에 큰 기여를 하고 있다.

또 해안에 쌓여있는 패각*을 제선·제강 공정의 원료로 사용해 지역사회 환경개선에 기여하고 있다. 다시 말해, 패각의 주성분이 공정에 사용되는 부원료인 석회석과 유사한 석회질로 이루어진 점을 이용한 것으로, 약 92만 톤의 패각을 제철공정에 활용할 경우 약 41만 톤의 이산화탄소 감축 효과를 거둘 수 있을 것으로 전망하고 있다.
*패각 : 굴, 조개 등의 껍데기 통칭

▲ 부스를 돌아다니며 퀴즈를 푸는 관람객들(왼쪽)의 모습과 체험존에서 체험해보는 관람객(오른쪽)의 모습이다.

▲ 포스코의 탄소중립 기술에 대한 설명을 듣는 관람객의 모습이다.

포스코 전시장에 찾아온 방문객들은 단순히 관람하는 것에 그치지 않고 포스코가 마련한 저탄소 기술 관련 퀴즈 이벤트에 흥미롭게 참여하며 수소환원제철에 대한 정보를 보다 쉽게 알아가는 시간을 가졌다.

김희 포스코 탄소중립담당 상무와의 인터뷰를 통해 미래 철강업에서의 경쟁력을 제고하기 위한 포스코의 사업 전략과 추진 방향에 대해 자세한 내용을 들어봤다.

이번 탄소중립 엑스포를 통해 포스코를 비롯한 다양한 기업의 탄소중립 전환과 순환경제 활성화를 위한 산업발전 방향에 대해 한눈에 살펴볼 수 있었다. 포스코는 세계 최고 수준의 철강 기술력을 바탕으로 에너지부터 원료, 기술, 제품, 사회적 감축까지 전 영역의 전략을 조화롭게 추진해 무탄소 청정에너지 기술을 선도하는 기업으로서 철강분야의 탈탄소, 수소시대를 열 수 있는 그날까지 친환경 기업이념을 지속 실천해나갈 방침이다.

‘저탄소 친환경 제철 프로세스로의 대전환’ 시리즈에서는 포스코의 수소환원제철기술 개발, 재생에너지 확대, CCS 등 포스코가 ‘2050 탄소중립’ 목표를 달성하기 위해 추진 중인 탄소중립 실행방안을 살펴보고, ‘생존’의 길을 함께 모색해 보고자 한다.

l HyREX와 수소환원제철의 개념

수소환원제철은 화석연료 대신 수소(H₂)를 사용하여 철을 생산하는 혁신적인 기술이다. 석탄이나 천연가스와 같은 화석연료는 철광석과 화학반응하면 이산화탄소(CO₂)가 발생하지만, 수소는 물(H₂O)이 발생하기 때문에, 수소환원제철은 철강 제조과정에서 탄소배출을 혁신적으로 줄일 수 있다.

HyREX(Hydrogen Reduction)는 포스코가 보유하고 있는 파이넥스(FINEX) 유동환원로 기술을 기반으로 가루 상태의 철광석과 수소를 사용하여 쇳물을 제조하는 수소환원제철 기술이다.

l 수소환원제철의 핵심 설비 ‘환원로’ : HyREX는 유동환원로

석탄, 천연가스, 수소의 공통점은 철광석(Fe₂O₃)에서 산소(O₂)를 떼어내는 환원제의 역할을 한다는 것이다. 수소환원제철의 핵심은 바로 수소에 의해 철광석의 환원반응이 일어나는 설비인 ‘환원로’에 있다.

전통적인 제철공정에서 이 환원로의 역할은 ‘용광로’(고로)가 담당한다. 고로 조업은 철광석과 석탄을 사용하기 적합한 형태로 가공해 고로에 넣고 뜨거운 공기를 불어넣으면서 이뤄진다. 뜨거운 공기는 석탄을 연소시키고, 이때 발생되는 일산화탄소 가스는 철광석에서 산소를 떼어내는 환원반응을 일으킨다. 또한, 고로 내부에 발생하는 1,500도 이상의 열은 철광석을 녹이는 용융반응을 일으키며 쇳물을 만든다. 즉, 철광석에서 산소를 떼어내는 환원반응과 환원된 고체 철(Fe)을 녹이는 용융반응이 석탄에 의해 고로 내에서 동시에 이루어지는 것이다.

하지만 수소환원제철공정에서는 환원반응과 용융반응이 고로가 아닌, ‘환원로’와 ‘전기로’라는 두 가지 설비에서 각각 분리되어 일어난다. 먼저 환원로에서 철광석 (Fe₂O₃)을 고온으로 가열된 수소와 접촉시켜 고체 철(Fe)을 제조한다. 이러한 방식으로 제조된 철을 직접환원철(DRI, Direct Reduced Iron)’라고 부른다. 이후 이 DRI를 전기로에 넣어서 녹이면 쇳물이 생산되는 것이다.

수소환원제철의 핵심이 환원로인 이유는 아직 전 세계적으로 100% 수소만을 사용해 DRI를 생산하는 환원로가 상용화되지 않았기 때문이다. 현재 기술로는 석탄 또는 천연가스를 사용하는 과정에서 발생하는 수소를 일부 활용하여 DRI를 생산하는 것이 가능하다. 포스코의 FINEX 기술도 석탄을 사용하는 과정에서 발생하는 수소가 철광석의 환원에 약 25% 사용되고 있다. 포스코는 FINEX에 적용된 유동환원로 기술을 기반으로, 수소를 100% 사용하는 HyREX 기술 개발을 정부를 포함한 국내 철강사들과 함께 추진 준비 중이다. 반면, 유럽, 미국, 중국 등 해외 철강사들은 천연가스(CH₄)를 일산화탄소(CO)와 수소(H₂) 가스로 개질하여 사용하는 샤프트환원로(Shaft Furnace)를 기반으로 기술 개발을 추진 중이다.

포스코는 지난해 10월 세계 최초의 수소환원제철 국제포럼인 HyIS 2021 (Hydrogen Iron & Steel Making 2021)을 개최했으며, 이 자리에서 HyREX 기술을 글로벌 철강사들에 처음으로 선보였다. HyREX에 적용되는 유동환원로는 해외 철강사들의 샤프트환원로 방식과는 철광석의 종류부터 수소와의 접촉방식까지 완전히 차별화된 수소환원제철기술이다. 포스코는 2030년까지 HyREX 기술을 검증함으로써 탄소중립으로 전환되는 미래 글로벌 철강 기술 리더십을 강화하고 그린철강 시대를 주도해나갈 계획이다.

l HyREX ‘유동환원로’와 타 철강사 ‘샤프트환원로’의 차이점

그렇다면, 포스코의 유동환원로와 해외 철강사의 샤프트환원로의 차이점은 무엇일까? 크게 3가지로 나눠볼 수 있다.

첫째, 원료 자체의 차이다. 샤프트환원로는 철광석을 파쇄·선별한 후, 일정한 크기의 구형으로 가공한 펠렛(Pellet)을 사용하나, 유동환원로는 별도의 가공없이 광산에서 채굴한 가루 상태의 철광석을 그대로 사용한다.

둘째, 원료와 수소 환원가스와의 접촉 방식의 차이다. 샤프트환원로는 고온의 환원가스인 수소가 환원로에 안에 쌓여 있는 펠렛의 사이사이 빈 공간을 아래에서 위로 지나가며 펠렛의 환원반응을 일으킨다. 이렇게 환원된 펠렛은 환원로에 들어온 순서대로 DRI가 되어 밖으로 나간다. 환원가스가 펠렛 사이을 원활히 지나가려면 환원로 내 통기성 확보가 중요하기 때문에, 일정한 크기와 강도를 확보할 수 있는 형태인 펠렛으로 철광석을 가공하여 사용하는 것이다.

반면 유동환원로는 고온의 환원가스가 환원로 하부의 분산판을 통해 골고루 분사되어 가루 상태의 철광석을 공중으로 띄워 액체를 혼합하듯이 서로 뒤섞으면서 환원반응을 일으킨다. 이렇게 환원된 철광석 분광은 4단계로 된 계단 형태의 다단환원로를 거쳐 DRI가 되어 밖으로 나간다. 이 같은 접촉 방식의 차이로 인해 유동환원로는 철광석을 펠렛으로 사전 처리하지 않고 분광 그대로 사용할 수 있는 것이다.

셋째, 탄소 배출의 차이다. 일반적으로 펠렛 1톤 생산 시 50~150 kg의 CO₂가 발생한다. 이는 샤프트환원로가 탄소중립을 달성하려면, 펠렛 제조에 사용되는 에너지도 풍력, 태양광 같은 그린에너지를 사용해야 한다는 뜻이다. 반면 철광석 분광을 그대로 사용하는 유동환원로는 펠렛 가공과정에서의 탄소배출을 염려할 필요가 없다.

l 포스코가 HyREX 기술을 개발하는 이유

포스코가 샤프트환원로가 아닌, 유동환원로 기술을 적용한 HyREX 수소환원제철 기술을 개발하는 이유는 크게 원료와 설비기술의 측면에서 나눠볼 수 있다.

먼저, 원료의 측면에서 HyREX는 철광석 분광을 그대로 사용할 수 있기 때문에 원료 확보가 용이하고 생산 원가가 경제적이다. ’20년 기준 전세계 철광석 생산량 18억 톤 중 펠렛 공급량은 4.2억 톤 수준이다. 이는 현재 펠렛 공급량이 전세계 철강 수요를 충족시키지 못하는 상황임을 의미한다. 지난해 12월 국제철원협회(IIMA, International Iron Metallics Association)는 원료 생산에 대한 추가 투자와 제강 기술 혁신 없이는 2030년 DRI용 펠렛 공급 부족사태에 직면할 가능성이 있다고 전망한 바 있다. (관련 기사 보기)

그렇다면 펠렛 생산량을 늘리면 되지 않을까? 여기에도 한계점이 있다. 펠렛은 주로 유럽, 미주에서 적철광 또는 자철광만으로 생산되는데, 이는 전세계 철광석 사용량의 30%에 불과하며, 나머지 70%는 펠렛 제조에는 활용하기 어려운 갈철광이 차지하고 있다. 가격 측면에서도 ’21년 기준 철광석 분광은 펠렛보다 톤당 약 U$85 저렴하였으며, 이는 펠렛을 생산하는 데 분광에 가공처리가 추가로 필요하기 때문이다.

펠렛은 품위에 따라 여러 종류가 있지만, 값싼 저품위 펠렛은 부서져 가루가 발생하고 반용융 상태의 융착물을 생성시킬 수 있어, 통기성을 떨어뜨리고 DRI의 배출이 힘들어질 우려가 있기 때문에 샤프트환원로에는 주로 값비싼 고품위 펠렛이 사용된다.

지난해 7월 글로벌 컨설팅 회사 맥킨지&컴퍼니는 기사(보기)를 통해 고급 원료의 제한된 생산이 철강산업의 그린 전환을 방해할 수 있다는 우려를 표명하기도 했다. 펠렛 생산국의 자국 소비량을 제외한 해상물동량 1.1억 톤 중 DRI를 생산할 수 있는 고품위 펠렛이 4,900만 톤에 불과한 것을 감안하면, 앞으로 철강사들의 고품위 펠렛 확보 경쟁은 더욱 심화될 것으로 보인다.

다음으로 설비기술의 측면에서, 유동환원로는 샤프트환원로 대비 환원로의 온도 제어에 유리하다. 환원로의 열이 부족해지면 철광석은 환원불량을 일으키기 때문에, 수소환원제철에서 환원로의 온도 제어 기술은 매우 중요하다. 석탄이나 천연가스와 같은 화석연료를 이용한 철광석의 환원반응은 자체적으로 열을 발생시키는 발열반응이 일어나지만, 수소는 철광석과 접촉 시 주변의 열을 흡수하는 흡열반응이 일어나기 때문에 환원로 내부의 열은 쉽게 부족해진다. 즉, 온도 저하로 환원불량이 일어나지 않도록 외부에서 환원로에 열을 지속적으로 공급하고 제어해줘야 하는 것이다.

환원로의 열은 산소와의 반응열로 뜨겁게 데워진 고온의 수소 환원가스를 통해 공급되는데, 유동환원로는 여러 개의 반응기가 계단 형태로 구성된 다단환원로로 이루어져 각각의 반응기 별로 산소 추가 투입을 통한 온도 제어가 가능하고, 반응기 하부뿐만 아니라 벽부에서도 가열이 가능하기 때문에 900℃ 이하의 환원가스 주입 만으로도 충분한 환원반응이 가능하다. 반면 샤프트환원로는 단일 환원로로 이루어져 하부에서 주입되는 환원가스의 열로만 환원로 전체의 온도를 제어해야 하기 때문에 환원로 상부의 온도가 저하되기 쉬워 1000℃ 이상 고온의 환원가스 주입이 필요하다.

글로벌 철강사들은 현재 천연가스를 환원제로 쓰는 샤프트환원로에 일부 수소를 부가하는 방식의 수소환원제철 기술을 개발하고 있다. 샤프트환원로는 천연가스 개질 방식과 조업 압력에 따라 크게 두 종류로 나뉜다. 다국적 철강기업 아르셀로미탈(ArcelorMittal)은 전세계 DRI의 60%를 점유하여 비교적 조업안정성이 높으나 설비투자비가 높은 미드렉스(MIDREX) 방식을, 스웨덴의 SSAB와 독일 잘츠기터(Salzgitter)는 설비투자비가 낮고 설비매몰비가 적어 상대적으로 수소전환에 유리한 에너지아이언(Energiron) 방식을 채택했다. 이중 SSAB는 지난해 *하이브리트(HYBRIT) 프로젝트를 통해 시간당 1톤 규모의 DRI를 파일럿 단계에서 생산하기도 했다.

*HYBRIT(Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology) 프로젝트: 스웨덴 철강업체 SSAB, 철광석 생산기업 LKAB, 에너지 기업 바텐발(Vattenfall)이 합작해 그린스틸 생산을 추진 중인 프로젝트

국제에너지기구(IEA)는 ’20년 10월 보고서(보기) 에서 2030년 수소환원제철 상용화 전망에 대해 샤프트환원로를 100% 수소로 전환하기 위해서는 환원로의 열 부족과 원료 제한을 극복하는 기술 개발에 상당한 기간이 소요될 것으로 예상했다.

l HyREX 기술 상용화 계획

포스코는 정부 및 국내 철강사와 협업하여 2028년까지 포항제철소에 연산 100만 톤 규모의 시험설비를 건설하여, FINEX 유동환원로 기술을 기반으로 한 수소환원제철 기술인 HyREX 기술의 상업화 가능성을 확인할 예정이다. 이는 기존 FINEX 유동환원로의 일산화탄소(CO)에 수소가 일부 혼합되어 있는 방식을 100% 수소로 전환하기 위해, 유동 환원 조업이 기존 FINEX와 어떻게 다른지 기술적으로 확인하는 것을 의미한다. 또한 수소환원제철 전용의 新전기로 공정 기술 개발도 추진된다. 화석연료로 만든 DRI는 침탄반응에 의해 탄소가 소량 함유되어 있다. DRI에 탄소가 함유되면 철(Fe)의 녹는점이 1538℃에서 200~300℃ 낮아져서 용융이 쉬워진다.  반면 100% 수소로 생산한 DRI에는 탄소가 전혀 함유되어 있지 않아 상대적으로 용융이 어렵기 때문에, 수소환원제철을 완성하기 위해서는 기존 전기로와는 다른 새로운 형식의 전기로 기술 개발이 요구된다.

포스코는 ’92년 FINEX 기술 개발을 시작하여, ’07년 상용화 이후 현재까지 파이넥스 공장에서 누계 3천 4백만 톤의 쇳물을 성공적으로 생산하고 있다. 일반적으로 기술의 개발 단계는 Lab(컨셉검증)-Pilot(연속공정검증)-Demo(상용화검증) 단계를 거쳐 상용화 확대로 이어지는데, 포스코는 FINEX 공정 개발과정 중 확보한 기술과 경험을 활용하여, Pilot 단계 없이 2025년부터 Demo 단계에 돌입, 2030년까지 HyREX 기술을 검증할 계획이다. 또한 2050년까지 포항·광양 제철소의 기존 고로 설비를 단계적으로 수소환원제철로 전환하여, ‘2050 탄소중립’을 달성할 계획이다.