강초록이 오늘 김철석을 만나 같이 저녁을 먹기로 했는데요. 약속 시간 2시간 전… 갑자기 철석이에게 톡이 왔네요. “오늘은 에너지가 고갈돼서 못 나가겠다. 내일 볼까?” 에잇, 파투 났네요.

그런데 문득 ‘에너지’라는 이야기에 호기심이 생깁니다. 우리 몸의 에너지 원천은 물과 소금이라는데, 우리 일상을 돌아가게 하는 에너지의 원천은 뭘까요. 당장 석탄과 석유부터 떠오르는데요. 가장 많이 사용되지만 친환경과는 거리가 좀 멀잖아요? 초록창을 열어 검색해보니 그다음으로 우리가 많이 쓰는 게 LNG(Liquefied Natural Gas)라고 합니다. 그리고 ‘친환경’이라는 표현도 눈에 띄네요?

l 대세 에너지원으로 급부상하는 액화천연가스 LNG,

너 혹시 LNG에 대해서 좀 알아? LNG는 지하에 있는 천연가스를 채굴해서 액화시킨 거잖아. 근데 앞으로 LNG가 제2의 에너지원이 된다는 이야기가 있던데, 사실이야?

응 좀 알지. 우리 포스코 고객사들 중에 LNG선박, LNG탱크, LNG기자재를 제작하는 기업이 다수 있거든. 네 말대로 LNG가 앞으로 ‘대세’ 에너지원이 될 거래. 실제로 국제에너지기구 IEA(International Energy Agency)가 “향후 LNG가 석탄을 제치고 원유 다음으로 지배적인 에너지원이 될 것”이라고 발표하기도 했고. 2019년 세계 LNG 수요는 2018년보다 12.5% 증가한 3억 5,900만 톤을 기록했고 2040년에는 7억 톤으로 증가한다는 예측도 있어.

이유가 뭘까?

환경, 안전성이 키워드야. 이제 우리는 친환경적이지 않은 제품, 기술들과는 서서히 헤어지고 있잖아. 그간 에너지원으로 가장 많이 사용한 화석연료인 석탄, 석유는 미세먼지(PM 2.5)나 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx)들을 발생시키니 친환경과는 거리가 멀지. 또 원전은 후쿠시마 사고 이후 안전성에 대한 문제가 크게 제기됐고. 물론 풍력, 태양광 같은 신재생에너지들이 있지만 아직 화석연료를 완전히 대체하긴 어려워. LNG는 액화 과정에서 분진, 황, 질소 등이 제거되기 때문에 연소될 때 공해물질이 거의 발생하지 않아. 또 공기보다 가벼워서 누출이 돼도 쉽게 날아가고 발화 온도가 높아 폭발의 위험도 적지. 이렇게 친환경, 안전성 모두 잡으면서 경제성과 기술력에서도 크게 진보한 LNG가 각광받는 거야.

l LNG, 도대체 지구에 얼마나 좋길래 그래?

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특히 선박 시장은 IMO 2020 때문에 LNG추진선의 발주가 폭발적으로 증가했다던데. 이 또한 그런 이유겠지?

자동차도 친환경 전기차, 수소차, 하이브리드가 대세잖아. 그런데 전 세계 상위 규모 15척의 선박이 배출하는 SO₂(이산화황)양이 전 세계 모든 자동차의 배출량보다 많았대. 그러니 당연히 선박도 이제 친환경 연료로 운항해야 한다는 목소리가 커졌고, 벙커유에서 LNG로 연료의 세대교체가 빠르게 이뤄지고 있어.

그럼 기존 벙커유선박과 LNG추진선이 우리 환경에 어떤 영향을 주는지 비교해볼 수 있을까? 정말 LNG가 친환경적인 건지 확인해보자고.

좋아. LNG연료탱크로 실제 운항 중인 ‘그린 아이리스호(Green Iris)’라는 선박을 모델로 해서 9%니켈강 혹은 고망간강으로 제작한 연료탱크를 장착하고 LNG를 연료로 운항하는 경우와, 일반 후판 연료탱크에 벙커C유*로 달리는 경우를 비교해볼게. 아 참! 9%니켈강, 고망간강은 LNG탱크를 만들기 위한 소재인데.. 차차 설명하기로 하고. *벙커C유: 점착성이 가장 강한 중유로 선박 연료로 가장 많이 사용
부산에서 싱가포르까지 월 1회 왕복으로 25년 동안 운항하는 시나리오야. 배가 운항되는 25년뿐 아니라, 이 배의 연료탱크를 만들기 위해 제철소에서 9%니켈강, 고망간강, 일반후판이 생산되는 단계에서의 환경영향도까지 포함시켰어. 기존 벙커C유를 100%으로 놓고 산성화, 지구온난화, 자원소모 영향도를 비교해볼까?

와. 기존 벙커C유를 쓰는 선박 대비해서 LNG를 연료로 한 선박의 산성화 영향은 52%로 절반 수준으로 줄어드네. 지구온난화 영향도 73%, 자원소모 영향도 64% 수준으로 내려가는구나.

장기적으로 LNG를 사용하는 게 지구에 얼마나 이로운 지 보이지? 벙커C유에 대한 규제가 시작된 주원인이 바로 황산화물(SOx)이잖아. 이 황산화물을 포함한 산성화물질(SO2eq)의 발생량이 절반으로 줄어. 벙커C유 시나리오에서 1,220톤, LNG 시나리오에서 630톤이 나왔거든. 590톤이 저감되는거지.

황산화물 그거 미세먼지의 주범이지? LNG선으로 운항하면 거의 600톤을 줄일 수 있구나.

또 대표적으로 지구온난화에 영향을 주는 이산화탄소 등 온실가스(CO₂eq) 배출량은 벙커C유 시나리오에서 36만 톤, LNG 시나리오에서 26만 4천 톤이 나왔거든. LNG추진선이 벙커C유 선박보다  이산화탄소 배출량을 약 9만 톤 저감할 수 있다는 거야. 이 9만 톤이 지구에 쌓인다고 생각해봐. 소나무 한 그루가 연간 흡수할 수 있는 이산화탄소가 6.6kg 정도니까, 9만 톤이라 하면 소나무 1,360만 그루를 심어야 흡수할 수 있는 하는 양이야.

소나무 1,360만 그루라니. 엄청나다. 그럼 자원소모 영향? 이건 뭐야..?

자원소모 영향은 광물과 석유, LNG 등 화석연료의 소비로 인한 천연자원의 고갈 정도를 나타내. 단순히 천연자원이 얼마나 소모되나 양적인 절댓값만 따지는 게 아니라, 이 천연자원이 우리 지구에 얼마나 남아있는지도 고려해서 과한 자원 소모가 일어나지 않도록 알려주는 거지. 숫자가 높을수록 고갈 정도가 크다는 거니까 지구에 남은 자원량에 비해 현재 우리가 너무 많이 쓰고 있다는 뜻이 돼. LNG는 벙커유에 비해 자원소모 영향이 적다는 거지.

l 하지만 LNG는 너무 까다로워!

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아, 이렇게 좋은 LNG를 그동안 석탄, 석유 대신 썼으면 좋았잖아.

그러기엔 기술이 부족했어. LNG의 단점을 굳이 꼽자면 액화 과정과 운반, 저장이 까다롭다는 거야. 때문에 과거에는 수송과 처리에 막대한 비용이 소요되는 LNG가 크게 주목받지 못했어. 천연가스를 영하 163도 이하로 냉각해야 LNG가 되잖아. 이 조건에 적합한 기술과 소재를 개발하는데 꽤 긴 시간이 필요했던 거지.

그럼 가스전에서 가스를 뽑아서, 액화해서 액체로 우리가 쓰는 거야? 우리가 쓰는 도시가스가 LNG인 걸로 아는데, 그건 가스 형태잖아.

LNG는 공급망(Supply Chain)이 좀 길어. 우선 가스전에서 천연가스를 생산 후 파이프라인을 통해 LNG액화플랜트로 보내. 여기서 가스를 액화해서 LNG 형태로 만들어. 이 LNG는 LNG수송선이라는 특수 선박에 실려서 운송되고, 이렇게 바다를 건너온 LNG를 LNG터미널에서 받아서 저장해. 터미널에서는 이를 다시 한번 기체로 바꿔서, 파이프라인을 통해 발전소나 도시가스사 등 수요처로 보내지.

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와, 우리가 실제로 사용하기까지 엄청난 과정을 거치는구나. 진짜 복잡한 기술이 필요하겠다.

그 기술 중 핵심이 탱크 설계야. 또 설계에서 빼놓을 수 없는 건 바로 소재지. LNG플랜트가 상업적 규모로 본격 건설된 게 1941년 미국 클리블랜드(Cleveland) 플랜트인데, 당시 조업이 진행되다가 1944년에 탱크가 파괴되는 바람에 공장이 폐쇄됐어. 그 원인 중 하나가 탱크의 소재가 극저온인성에 약한 소재로 제작됐기 때문으로 알려졌고.

그때는 LNG탱크용 소재에 대한 연구가 많이 이뤄지지 못했나 보네. 극저온인성이 강한 소재가 쓰여야 하는구나.

물체에 힘을 주면 일정한 한계까지 버티다가 변형되고 결국 깨지잖자. ‘인성(認性)이 약하다’라고 하면 압력이 가해지자마자 버팀 없이 깨져버리는 걸 뜻해. 대부분의 소재는 저온일 때 인성이 약해. 영화에서 물건이나 사람이 급속도로 얼면 와장창 깨져버리는 거 본 적 있지 않아? LNG가 하역되고 저장될 때 상온과 영하 163도 이하까지 온도 변화가 급격하게 일어나는데, 이 조건에서도 저장탱크가 부서지면 안 되겠지. 또 원하는 탱크 구조로 만들 수 있는 가공성과 비용 효율성 조건도 만족하는 소재가 필요해.

그렇다면 LNG탱크에는 일반 강철은 쓸 수가 없겠네? 어떤 걸 써야 하는데?

거기에 바로 포스코의 스틸 솔루션이 있지! 궁금하면 지금부터 제대로 소개해 줄게.

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▲ LNG 공급망(Supply Chain) : 가스전에서 생산된 천연가스를 액화플랜트에서 액화하여 LNG수송선 등을 통해 LNG 터미널로 운송한다. 이후 이를 재기화하여 파이프라인을 통해 실 사용처로 공급한다. (이미지출처=포스코에너지)

국제에너지기구 IEA(International Energy Agency)는 일찍이 2015년에 ‘향후 천연가스가 석탄을 제치고 석유 다음으로 지배적인 에너지원이 될 것’이라고 발표했다. 세계 주요 에너지원에서 천연가스의 점유율이 2015년 기준 20.6%에서 2040년 기준 24.8%로 증가할 것이라는 전망이다. 세계 각지에서 이렇게 늘어나는 천연가스 수요를 충족하기 위해 주요 수출국을 중심으로 거대한 LNG 플랜트가 건설되고 있다. 그리고 이런 세계적인 LNG 프로젝트들에 대한민국 철강 파트너들의 합작품이 대거 공급되고 있다.

l LNG의 오랜 친구, 스테인리스 스틸

천연가스의 액화점은 1기압에서 영하 162℃로 알려져 있다. 이 기압과 온도 때문에 LNG를 저장하고 운송하는 게 까다로워진다. 그래서 원유 등의 파이프라인은 일반적으로 탄소강(주로 열연과 후판)으로 제작하지만, LNG 파이프라인은 저온 취성(脆性)에 더욱 강한 소재를 쓴다. 대표적인 것이 스테인리스 스틸이다.

일반적으로 스테인리스강은 ‘부식에 강하다’는 게 강점으로 꼽히지만, LNG 프로젝트에서는 스테인리스의 ‘저온충격인성’이 중요한 성질이다. 스테인리스강은 저온에서 취성을 띄는 탄소강과 달리, 극심하게 낮은 온도에서도 충격에 버티는 소재. 물론 극저온 강재로 고망간강이나 9%니켈강 등 특수소재도 속속 개발되어 널리 사용되고 있지만, 여전히 전 세계적으로 스테인리스 스틸이 보편적으로 쓰이다 보니 이 소재를 다루는 가공사가 많고 공급망(Supply Chain)도 잘 형성되어 있는 편이다. 이런 이유로 스테인리스 스틸은 LNG를 수송하는 후육강관(厚肉鋼管, 후판으로 제작하는 초대형 파이프), 기계장치 등에 두루 적용되며 LNG 플랜트 건설 시 반드시 사용되는 소재로 꼽힌다.

l K-스테인리스 1만 톤 들어가는 러시아 AMUR 프로젝트

​러시아의 Amur Gas Processing Plant(아무르 가스 처리 플랜트) 프로젝트는 러시아 Amur州의 Svobodny(스보보드니) 지역에 연간 420억 입방미터(m³)의 천연가스와 6천만 입방미터의 헬륨을 처리, 생산하는 플랜트 건설 사업이다. 투자비는 130억 달러, 우리 돈 약 15조 원으로 초대형 규모다. 공장의 첫 시운전은 2021년에, 나머지 라인은 2024년 말까지 순차적으로 가동에 돌입한다. 천연가스 외에도 헬륨(helium), 에탄(ethane, C₂H₆), 프로판(propane, C₃H₈₎ 등 다양한 성분들이 이 플랜트에서 처리된다. 세계 최대급 가스 플랜트의 탄생이다.

▲ 러시아 Amur Gas Processing Plant 조감도 (이미지출처)

이 플랜트의 가스를 처리하는 설비들에도 한국 스테인리스 스틸이 적용된다. 플랜트의 에탄 및 천연가스액(NGL, Natural Gas Liquid) 추출 시설, 헬륨 생산 시설에 들어가는 반응기와 열교환기 등에 스테인리스가 사용되는 것.

당초 이 설비들은 스페인 제작 업체 IDESA가 수주해 철강재를 유럽 Mill로 발주할 예정이었다. 하지만 IDESA가 공사를 중도 포기하면서 한국의 두산메카텍이 승계 수주를 하게 됐고, 두산메카텍 역시 유럽 Mill과 소재 공급에 대한 우선 협상을 진행했다. 가장 큰 이유는 설비 제작에 필요한 스펙의 스테인리스강이 국내에서는 생산되지 않았기 때문. 2016년 당시에는 국내에 두께 80mm를 초과하는 극후물 STS 321 강종을 생산하는 곳이 전무했다.

하지만 유럽산 강재를 사용하는 것은 두산메카텍에게 납기 면에서 큰 부담이었다. 국산 소재로 대체하기 위해서는 국내 Mill에서 새롭게 생산 체제를 구축해야만 했다. 이런 사정을 파악한 포스코는 주저하지 않고 손을 들었다. 당시 국내 화공기 제작 업체들의 수주 급감속으로 어려운 실정에서 꼭 필요한 물량이었고, 소재 국산화 면에서도 큰 의미가 있다고 판단했기 때문. 두산메카텍 역시 포스코가 해당 스펙의 강종은 생산 실적이 없음에도 불구, 그간의 신뢰를 바탕으로 포스코의 손을 잡았다.

2017년 3월, 두산메카텍-POSCO-DKC(포스코 스테인리스 서비스센터)는 AMUR 프로젝트 설비 제작을 위한 스테인리스 후판 공급 MOU를 체결, 소재와 설비의 100% 국산화를 도모했다. 포스코는 6개월 동안 두산메카텍이 요구하는 스펙의 스테인리스를 생산할 수 있는 체제를 갖춰 안정적인 공급을 시작했다. 2017년부터 올해까지 포스코에서 생산된 1만 2천 톤의 스테인리스 스틸은 두산메카텍에서 반응기, 열교환기 등으로 제작되어 러시아로 건너가고 있다. 이 플랜트는 완공 후 현지에서 생산된 가스(Feed Gas)를 처리하여 파이프라인을 통해 중국으로 공급할 예정이다.

l 캐나다 역사상 최대의 개발 사업에도 K-스테인리스!

캐나다 역시 ‘캐나다 역사상 최대의 LNG 개발 사업’이 진행 중이다. 사업 규모 약 140억 달러, 우리 돈 16조 6천억 원. 이 사업으로 말미암아 창출되는 고용 효과도 엄청나서 지역사회에서는 아주 핫한 프로젝트다. 브리티시 컬럼비아주(British Columbia) 서부 해안 Kitimat(키티맷)에 천연가스 액화플랜트를 건설하고 현지 가스전에서 천연가스를 조달해 수천 킬로미터 떨어진 아시아에 LNG 형태로 수출하게 된다. 플랜트는 2단계에 걸쳐 건설되는데, 1단계에서는 각각 650만 톤씩 총 1천3백만 톤의 LNG 생산 설비(Train) 2기를 건설하고 2단계에서 설비를 확장할 예정으로, 최종 생산능력은 2천6백만 톤까지 늘어날 것으로 예상된다.

이 플랜트에 들어가는 후육강관 약 8천 톤은 우리나라 1위 강관제조기업 세아제강과 포스코, DKC의 합작품이다. 포스코가 생산한 스테인리스 후판 반제품(Black Plate)를 DKC가 소둔 산세 가공해 완제품(White Plate)으로 생산하고, 세아제강에서 이를 후육강관으로 제작해 프로젝트 발주처인 LNG CANADA에 공급 중인 것.

세아제강은 KITIMAT 프로젝트 수주를 위해 응찰(Bidding) 단계부터 포스코-DKC와의 협업을 통해 발주처의 요구를 100% 반영한 소재 스펙과 납기를 약속했다. 특히 자재 하나의 납기 지연이 전체 공정에 치명적인 영향을 줄 수 있는 대형프로젝트의 특성상 소재의 단납기 공급이 필수적이었는데, 이는 포스코와 DKC가 적극적으로 대응했다. 요청 소재가 6.4mm의 박물재부터, 40mm의 후물재까지 광범위해 생산이 까다로웠지만, 3사의 긴밀한 협조로 지난 1분기부터 순조롭게 소재 공급과 강관 제작이 이뤄지고 있다. 세아제강의 후육강관은 KITIMAT 플랜트의 각종 설비와 해상 운송용 라인파이프로 쓰일 예정이다.

▲ 세아제강이 제작한 스테인리스 후육강관 (이미지출처=세아제강)

KITIMAT 프로젝트는 2018년 10월 최종투자결정(FID, Final Investment Decision)이 완료됐는데, 우리나라의 한국가스공사도 15%의 지분 참여를 했다. 가스공사는 2024∼2025년 이후 연간 70만 톤 규모의 LNG를 이 플랜트로부터 조달할 예정으로 알려져 있다. 한국산 후육강관을 타고 생산되는 캐나다의 LNG를 머지않아 한국에서 직접 사용할 수 있게 될 것으로 기대된다.

포스코 스테인리스마케팅실은 오늘도 세계 각지의 LNG 프로젝트 수주에 힘을 쏟는 고객과 함께하고 있다. 카타르 LNG 프로젝트 등 앞으로 기다리는 굵직한 사업들에도 K-스테인리스를 심기 위한 노력은 멈추지 않을 예정. 우리 일상을 움직이는 에너지가 만들어지는 세계 곳곳에도 포스코가 있다.