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포스코의 HyREX 기술: 탄소중립 시대를 선도하는 수소환원제철 혁신

일반 리포트 2025년 03월 07일
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목차

  1. 요약
  2. 탄소중립 시대의 도래와 철강 산업의 과제
  3. 포스코의 기술 개발 현황 및 전략
  4. HyREX 수소환원제철 기술의 특징
  5. 포스코의 탄소중립 달성을 위한 로드맵
  6. 결론 및 향후 발전 방향 제안
  7. 결론

1. 요약

  • 포스코는 현재 탄소중립 시대에 대응하기 위해 혁신적으로 개발한 수소환원제철 기술인 HyREX를 통해 철강 산업의 저탄소 전환을 선도하고 있습니다. 이 기술은 기존의 화석연료 기반 제철 공정에서 발생하는 이산화탄소 배출 문제를 해결하기 위한 노력의 일환으로, 포스코는 1992년부터 개발해온 파이넥스 기술을 기반으로 수소를 환원제로 활용하여 환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 방안을 모색하고 있습니다. 이 보고서에서는 탄소중립 시대의 배경과, 포스코의 기술 개발 현황과 전략, HyREX 기술의 혁신적 특징, 포스코의 탄소중립 달성을 향한 로드맵 및 결론과 향후 발전 방향에 대한 깊이 있는 논의가 진행됩니다.

  • 즉, HyREX 기술은 철강 산업에서의 탄소 배출을 실질적으로 줄일 수 있는 가능성을 제시하며, 이를 통해 포스코는 탄소중립 목표를 달성하기 위해 2030년까지 본 기술의 상용화를 목표로 세우고 있습니다. 이 과정에서, 포스코는 고객 맞춤형 혁신 제품을 개발하고, 스마트 팩토리의 도입과 인공지능(AI) 및 로봇 기술의 적용 등을 통해 기술 혁신을 더욱 가속화하고 있습니다. 해당 기술은 단순한 환경적 책임을 넘어서, 글로벌 시장에서의 경쟁력을 이어가기 위한 필수적인 전략적 요소로 작용하고 있습니다.

  • 포스코는 또한 HyREX 기술의 소비자 맞춤형 생산과 지속 가능한 제조 공정을 확립하기 위해 전기 용융로(ESF)와의 연계를 추진하고 있습니다. 이를 통해 합성철 생산 과정에서의 탄소 배출을 최소화하고, 더 나아가 2050년까지의 탄소 배출 제로 목표를 달성하고자 하는 강한 의지를 가지고 있습니다. 이 모든 노력은 포스코가 글로벌 철강 산업 내에서 선도적 역할을 수행하는 데 기여할 것입니다.

2. 탄소중립 시대의 도래와 철강 산업의 과제

  • 2-1. 탄소중립 시대의 의미

  • 탄소중립 시대란, 인간의 활동으로 인해 발생하는 이산화탄소(CO2) 등의 온실가스 배출을 줄이고, 궁극적으로 이를 상쇄하여 대기 중의 농도를 일정하게 유지하는 시기를 의미합니다. 이는 지구온난화 문제와 직결되며, 각국 정부와 기업들은 지속 가능한 발전을 위해 탄소중립 목표를 설정하고 이를 실현하기 위한 다양한 노력을 기울이고 있습니다. 철강 산업은 전 세계적으로 이산화탄소 배출의 주요 원인 중 하나로, 점차적으로 저탄소화 기술을 개발하고 적용할 필요성이 커지고 있습니다.

  • 2-2. 철강산업의 탄소 배출 현황

  • 철강 산업은 세계적으로 이산화탄소 배출의 약 7%를 차지하는 주요 산업입니다. 특히, 전통적인 제철 공정에서는 석탄과 천연가스와 같은 화석 연료를 사용하여 철광석을 환원하는 과정에서 상당량의 이산화탄소가 발생합니다. 이와 같은 탄소 배출은 지구온난화에 기여하며, 시장의 저탄소 제품에 대한 요구가 높아지는 가운데 철강 산업은 새로운 기술과 공정을 도입하여 탄소 배출을 줄여야 하는 과제를 안고 있습니다.

  • 2-3. 포스코의 대응 필요성

  • 포스코는 국내외 철강 시장에서 탄소중립을 달성하기 위한 선도적인 역할을 수행해야 합니다. 이는 기업의 지속 가능성과 경쟁력을 사실상 결정짓는 중요한 요소로 작용합니다. 특히, 포스코는 이미 HyREX라는 수소환원제철 기술을 개발 중에 있으며, 이를 통해 재생 가능한 에너지원으로의 전환을 가속화하고, 탄소 배출을 실질적으로 줄일 수 있는 방향으로 나아가고 있습니다. 이와 같은 대응은 포스코가 글로벌 철강 산업 내에서 기술 리더십을 강화하고, 지속 가능한 미래를 위한 인증된 솔루션 제공자로서 자리매김하는 데 필수적입니다.

3. 포스코의 기술 개발 현황 및 전략

  • 3-1. HyREX 개발 배경 및 목표

  • 포스코의 HyREX(하이렉스) 기술은 탄소중립을 위한 수소환원제철 공법으로, 기존의 제철 방식에서 발생하는 이산화탄소 배출 문제를 해결하기 위해 개발되었습니다. 이 기술은 수소를 환원제로 사용하여 철광석에서 산소를 제거하며, 결과적으로 물(H2O)만이 생성되므로 탄소 배출이 크게 감소합니다. HyREX 기술은 포스코가 1992년부터 개발해온 파이넥스(FINEX) 기술을 기반으로 하며, 이를 통해 수소를 100% 사용하는 시스템으로 발전하고 있습니다. 목표는 2030년까지 HyREX 기술의 상용화를 완료하여 탄소중립 목표를 달성하는 것입니다.

  • 3-2. 기술 리더십 강화 전략

  • 포스코는 HyREX 기술의 개발과 함께 기술 리더십을 더욱 강화하기 위해 여러 가지 전략을 구상하고 있습니다. 이를 위해 회사는 장인화 회장의 비전 아래 '초일류'를 향한 로드맵을 마련하고, 기술 혁신을 통해 시장에서의 경쟁우위를 확보하고자 합니다. 포스코는 고객 맞춤형 혁신 제품을 개발하며, 스마트 팩토리를 통한 생산 공정의 자동화 및 최적화를 추진하고 있습니다. 인공지능(AI)과 로봇 기술을 적용하여 생산성을 극대화하고 있으며, 이를 통해 경쟁력을 강화하고 있습니다.

  • 3-3. 장기적으로 추진하는 브릿지 기술

  • 포스코는 HyREX 기술을 완성하기 위한 장기적 브릿지 기술 개발에도 집중하고 있습니다. 단기적으로는 기존 가동 중인 설비를 활용한 저탄소 연료 사용 확대와 전기로 도입을 통해 탄소 배출을 저감하고자 합니다. 중기적으로는 HyREX 공법의 상용화를 목표로 2027년까지 데모플랜트를 가동할 계획입니다. 이와 같은 브릿지 기술을 통해 포스코는 지속적으로 탄소중립 달성을 위한 기술적 기반을 다져 나갈 예정입니다. 더불어 글로벌 철강사들과의 협력강화를 통해 저탄소 기술개발을 촉진하고 있습니다.

4. HyREX 수소환원제철 기술의 특징

  • 4-1. 유동환원로 기술의 개요

  • 유동환원로 기술은 포스코의 HyREX 수소환원제철 공정의 핵심 구성 요소로, 고온의 수소 환경에서 철광석을 환원하여 고체 철(Fe)을 만드는 과정을 포함합니다. 이 기술은 수소를 환원제로 사용하여 탄소배출을 현저하게 줄일 수 있으며, 이는 기존의 고로 방식에서 많이 사용되는 석탄을 사용하는 방법과는 전혀 다른 접근방식입니다. 현재 포스코는 두 개의 유동환원로를 운용하며, 이들 각각은 고온으로 가열된 수소와 철광석을 접촉시켜 DRI(직접환원철)를 생산하는데 집중하고 있습니다. 유동환원로는 효율적인 열적 반응 및 환원 반응을 통해 지속 가능한 제철 과정 실현에 기여하고 있습니다.

  • 4-2. 전기 용융로(ESF)와의 연계

  • HyREX 공정의 또 다른 중요한 요소는 전기 용융로(ESF)입니다. ESF는 철의 용융을 위해 전기를 사용하는 방식으로, 기존의 고로 방식에 비해 균일한 품질의 쇳물을 생산할 수 있는 장점을 가지고 있습니다. 이전 포스코의 파이넥스 공법에서 이미 일부 수소를 사용해온 경험을 토대로, HyREX 기술은 ESF와의 결합을 통해 탄소배출을 더욱 줄이는 것을 목표로 하고 있습니다. 특히, ESF는 다양한 품질의 원료 처리에 유리하여, 생산 효율성과 품질 개선을 동시에 실현할 수 있습니다. 이를 통해 포스코는 탄소중립이라는 목표에 더욱 가까워질 수 있으며, 2027년까지 하이렉스 데모플랜트를 가동할 계획을 세우고 있습니다.

  • 4-3. 탄소배출 제로 목표

  • HyREX 기술의 가장 큰 특징 중 하나는 탄소배출 제로 목표입니다. 포스코는 2050년까지 탄소 배출이 없는 철강 생산을 실현하고자 하며, 이를 위해 수소를 환원제로 사용하는 전량 수소 공정을 개발하고 있습니다. 현재 기술 수준에서는 여전히 석탄이나 천연가스를 사용하는 과정에서 발생하는 잔여 수소를 활용하고 있으나, 향후 연구와 개발을 통해 100% 수소를 이용하는 시스템으로 나아갈 계획입니다. 이러한 혁신적인 접근은 철강 산업의 지속 가능한 발전을 가능하게 하며, 포스코가 기후 변화 대응 및 환경적 책임을 다하는 선두주자로 자리매김할 수 있는 근본이 됩니다.

5. 포스코의 탄소중립 달성을 위한 로드맵

  • 5-1. 단기 및 중기 목표 설정

  • 포스코는 탄소중립을 향한 로드맵을 수립하고 이를 이행하기 위한 단기 및 중기 목표를 설정하였습니다. 단기적으로는 현재 가동 중인 설비를 최대한 활용하여 저탄소 연료와 원료 사용을 확대하고, 열간 금속 비율(Hot Metal Ratio, HMR)을 낮춰 탄소배출량을 줄이는 데 중점을 두고 있습니다. 또한, 전기로의 도입 및 신기술을 통한 저탄소 브릿지 기술을 개발하여 탄소 배출을 효과적으로 줄일 계획입니다. 이러한 전략은 철강업계의 전반적인 탄소 배출 감소를 목표로 하며, 2035년까지 현재 수준보다 30% 이상의 탄소 감축을 목표로 합니다.

  • 5-2. 하이렉스 상용화를 위한 단계적 접근

  • 포스코는 HyREX 수소환원제철 기술을 단계적으로 도입하여 탄소중립을 이루기 위한 계획을 적극 추진하고 있습니다. 2021년에 포항제철소 내에 HyREX 기술을 위한 데모 플랜트 건립 용지를 확보하고, 2022년에는 FINEX 설비 설계를 전문 기업인 프라이메탈스와 함께 진행하여 이미 설비 개발에 착수하였습니다. 2023년에는 최초로 50kg 규모의 수소 유동환원 실험로를 도입하여 수소환원 기술을 검증하였으며, 2024년에는 시간당 1톤 규모의 전기용융로 시험 설비를 준공하였습니다. 이러한 실험과 결과들을 통해 포스코는 HyREX 기술 개발의 토대를 마련하고, 2030년까지 수소유동환원로 기술을 상용화하는 것을 목표로 하고 있습니다.

  • 5-3. 재생에너지 및 CCS 활용 계획

  • 탄소중립 달성을 위한 포스코의 핵심 전략 중 하나는 재생에너지원과 탄소 포집 및 저장 기술(CCS, Carbon Capture and Storage)의 적극적인 활용입니다. 수소환원제철 공정에서 필수적으로 요구되는 '그린 수소'는 신재생 에너지를 필요로 하며, 따라서 포스코는 태양광과 풍력 에너지의 생산 및 활용을 증대시키기 위한 노력을 기울이고 있습니다. 이와 더불어 CCS 기술을 통해 공정에서 발생하는 탄소를 포집하고 저장하는 시스템을 구축하여, 궁극적으로는 탄소 배출을 제로에 가깝게 줄이는 방법을 모색할 계획입니다. 이러한 재생에너지 및 CCS 기술의 활용은 포스코가 미래 철강시장에서도 지속 가능성을 확보하는 데 크게 기여할 것입니다.

6. 결론 및 향후 발전 방향 제안

  • 6-1. HyREX 기술의 글로벌 의의

  • 포스코의 HyREX 기술은 단순히 국내 철강 산업의 혁신에 그치지 않고, 글로벌 차원에서 중요한 의미를 지닙니다. 특히, HyREX는 수소를 환원제로 사용하는 최초의 기술로, 기존 화석연료에 의존하지 않는 제철 공정을 통해 탄소 배출을 획기적으로 줄일 수 있는 가능성을 보여줍니다. 이는 전 세계적으로 탄소중립 목표를 향한 움직임과 일치하며, 포스코는 이를 통해 글로벌 탄소중립 리더로 자리매김할 수 있는 기회를 가집니다.

  • 또한, HyREX 기술의 상용화는 다른 국가와 기업들에 지대한 영향을 미치며, 전 세계 철강 산업의 저탄소 전환을 추진하는 선도적인 역할을 할 수 있습니다. 이는 결국 포스코가 탄소중립을 위한 기술 개발에 있어 국제 협력과 신뢰를 구축하는 데 기여할 것입니다.

  • 6-2. 지속적 기술 혁신의 필요성

  • 탄소중립 시대에 발맞추어 포스코는 불가피하게 지속적인 기술 혁신을 필요로 합니다. HyREX 기술의 초기 성공 이후, 이 기술의 지속적인 개선과 발전 없이는 글로벌 시장에서의 경쟁력을 유지하기 어렵습니다. 특히 재생 가능 에너지원과의 통합을 통해 수소 생산 과정에서의 비용 절감을 달성하고 보다 경제적인 제철 공정을 개발하는 것은 필수적입니다.

  • 또한, 포스코는 CCUS(탄소 포집, 활용 및 저장) 기술과 같은 부가적인 기술 개발에 투자하여 이산화탄소를 효과적으로 관리해야 합니다. 이는 수소환원제철 기술과의 시너지를 통해 탄소중립 목표 달성을 더욱 가속화할 수 있을 것입니다.

  • 6-3. 포스코의 사회적 책임과 ESG 실천

  • 포스코는 ESG(환경, 사회, 지배구조) 경영의 실천을 통해 지속 가능한 경영을 강화하는 방향으로 나아가야 합니다. HyREX 기술의 개발은 포스코가 철강 산업 내에서 환경적 책임을 다하고 사회적 가치를 창출하는 데 기여할 것이며, 이는 진정한 지속 가능성을 추구하는 기업으로서의 이미지를 더욱 강화할 것입니다.

  • 이와 함께, 포스코는 지역 사회와의 협력 및 환경 보호 활동에도 적극 참여하여 철강 산업의 지속 가능한 발전을 위해 기여해야 합니다. 이는 포스코가 단순한 생산 기업을 넘어, 미래 세대와 지구에 대한 책임을 다하는 SBS(지속 가능한 비즈니스 모델)를 구축하는 중요한 기반이 될 것입니다.

결론

  • HyREX 기술은 포스코가 탄소중립을 위한 이정표를 세우는 데 있어 중요한 전환점이 되고 있습니다. 이 기술은 단순히 탄소 배출을 줄이는 데 그치지 않고, 전 세계적으로 지속 가능한 철강 생산 공정의 모델로 자리매김할 가능성을 내포하고 있습니다. 포스코는 이를 통해 수소를 활용하는 최초의 수소환원 제철 법을 통해 탄소 중립 목표 달성에 한 걸음 더 나아가고 있으며, 이를 위해 전 세계적인 기술 협력과 혁신을 적극적으로 모색하고 있습니다.

  • 지속적인 기술 혁신 또한 필수적인 요소로 자리잡고 있습니다. HyREX 기술의 성공적인 상용화 이후, 포스코는 변화를 주도하며 새로운 기술 개발과 더불어 수소 생산 과정에서의 비용 절감을 이루어내는 데 주력해야 할 것입니다. 재생 가능한 에너지와의 통합은 이 과정에서 핵심적인 역할을 하며, 탄소 포집 및 저장(CCUS) 기술의 병행 활용 또한 필요합니다. 이러한 방향성을 통해 포스코는 기술적 리더십을 더욱 견고히 할 수 있을 것입니다.

  • 마지막으로, 포스코는 ESG(환경, 사회, 지배구조) 경영을 통해 지속 가능한 비즈니스 모델을 구축하고, 지역 사회와의 긴밀한 협력을 통해철강 산업의 지속 가능한 발전에 기여해야 합니다. 이는 포스코가 미래 세대에 대한 책임을 다하며, 환경적 가치를 창출하는 기업으로서의 입지를 더욱 강화하는 기반이 될 것입니다.

용어집

  • HyREX [기술]: 포스코가 개발한 수소환원제철 공법으로, 기존 제철 공정의 탄소 배출 문제를 해결하기 위해 수소를 환원제로 사용하는 기술입니다.
  • 유동환원로 [기술]: HyREX 수소환원제철 공정의 핵심 구성 요소로, 고온의 수소 환경에서 철광석을 환원하여 고체 철을 생산하는 방식입니다.
  • 전기 용융로(ESF) [기술]: 전기를 사용하여 철을 용융하는 방식으로, 기존 고로 방식보다 균일한 품질의 쇳물을 생산할 수 있는 장점을 지닙니다.
  • CCS (Carbon Capture and Storage) [기술]: 탄소 포집 및 저장 기술로, 공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집하여 저장함으로써 탄소 배출을 줄이는 방법입니다.
  • HMR (Hot Metal Ratio) [지표]: 철강 생산 과정에서의 열간 금속 비율을 나타내며, 탄소 배출량을 줄이는 데 중요한 요소로 작용합니다.
  • 파이넥스(FINEX) [기술]: 수소환원제철 기술인 HyREX 개발의 기초가 되는 기존 제철 방식으로, 포스코가 1992년부터 개발해온 기술입니다.
  • 그린 수소 [자원]: 재생에너지를 이용하여 생산된 수소로, 탄소중립 제철 공정에서 필수적으로 요구되는 자원입니다.

출처 문서