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포스코, 수소환원제철로 그린 철강 시대를 선도하다

일반 리포트 2025년 03월 03일
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목차

  1. 요약
  2. 탄소중립의 필요성과 제철산업의 과제
  3. HyREX 기술의 개요와 혁신성
  4. HyREX 기술 개발 현황 및 상용화 전망
  5. 탄소중립을 위한 전략적 접근
  6. 결론

1. 요약

  • 포스코는 탄소중립을 이루기 위한 노력의 일환으로 수소환원제철(HyREX) 기술을 개발하여 제철 산업의 혁신을 꾀하고 있습니다. 이 기술은 기존의 제철 공정에서 발생하는 이산화탄소 배출을 근본적으로 제로화하여, 철강 생산의 환경적 영향을 최소화하는 데 중점을 두고 있습니다. HyREX 기술은 화석연료 대신 수소를 사용하여 철을 생산하는 방식으로, 이 과정에서 발생하는 부산물은 물(H2O)로 탄소 배출과는 무관한 청정한 결과를 야기합니다. 이러한 혁신적인 접근은 포스코가 친환경 철강 생산의 선두 주자로 자리매김할 수 있는 발판이 되고 있습니다.

  • 또한, 포스코는 다양한 기술적 혁신을 통해 HyREX 기술을 상용화하기 위한 준비를 하고 있습니다. 이를 위해 포항제철소에 구축 중인 데모플랜트에서는 실험적 운영을 통하여 수소환원제철의 가능성을 검증하고 있으며, 2025년까지 데이터 수집과 기술 최적화를 목표로 하고 있습니다. 이러한 진행 상황은 제철 산업의 변화를 촉진하는 중요한 이정표가 될 것입니다.

  • 현재 전 세계적으로 탄소중립 목표가 요구되고 있는 가운데, 포스코의 HyREX 기술은 탄소 배출 규제에 대한 대응뿐만 아니라 철강업계의 새로운 비즈니스 모델과 생산 패러다임을 제시하는 중요한 역할을 하고 있습니다. 특히, 이 기술의 상용화가 이루어질 경우 포스코는 지속 가능한 경제 발전에 기여하고, 글로벌 시장에서의 경쟁력을 더욱 강화할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다.

2. 탄소중립의 필요성과 제철산업의 과제

  • 2-1. 지구 온난화와 환경 규제의 심화

  • 21세기 들어 지구 온난화 문제는 심각한 환경 이슈로 대두되고 있습니다. 탄소 배출로 인한 기후 변화는 특정 지역의 기후 패턴에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 전 세계에서 극단적인 기상 현상을 자주 발생시키고 있습니다. 이에 따라 여러 나라들은 기후 변화에 대응하기 위해 각종 환경 규제를 강화하고 있으며, 이는 산업별로도 큰 변화를 요구하고 있습니다. 특히 제철 산업은 이산화탄소(CO2) 배출량이 높은 산업 중 하나로, 여타 산업에 비해 더욱 엄격한 탄소 배출 규제가 적용됩니다.

  • 전 세계적으로 탄소중립 목표가 설정됨에 따라, 제철 산업은 이러한 규제를 준수하기 위한 기술적, 운영적 혁신이 필요합니다. 예를 들어, 유럽연합의 탄소국경세 도입 계획은 포스코와 같은 한국의 기업들에게도 중대한 영향을 미칠 것이며, 이는 기존 제철 방식의 혁신 없이 글로벌 시장에서의 경쟁력을 상실할 수 있음을 시사합니다. 따라서, 탄소중립의 시대에 부응하기 위해 제철 산업은 탄소 배출량을 줄이고 지속 가능한 생산 방식을 확립하는 것이 절실합니다.

  • 2-2. 탄소중립 시대의 철강산업에서 요구되는 변화

  • 탄소중립 시대에는 철강산업의 구조적 변화가 요구됩니다. 이는 단순히 기존 공정을 대체하는 것이 아니라, 전반적인 제조 시스템, 원료 활용, 에너지 효율성 등을 포괄합니다. 예를 들어, 기존의 고로 방식에서 벗어나 수소환원제철과 같은 새로운 공법으로의 전환이 필요합니다.

  • 포스코의 HyREX 기술을 통한 수소환원제철이 중요한 이유는 바로 이러한 변화에 적합한 기술적 혁신을 제공하기 때문입니다. HyREX 기술은 화석연료 대신 수소를 사용하여 이산화탄소를 발생시키지 않고 철을 생산하는 프로세스로, 이 기술의 상용화는 제철 산업에서의 원자재 수급과 환경적 대응의 새로운 패러다임을 창출할 수 있습니다.

  • 이와 더불어, 기업들은 ESG(환경·사회·지배구조) 전략을 반영하여 탄소중립 목표를 달성해야 합니다. 국내외 소비자들이 친환경 제품에 대한 선호를 보이므로, 과거의 방식에서 탈피하고 새로운 가치 창출을 위해 도전적인 변화에 나서야 할 것입니다.

  • 2-3. 제철 공정에서의 탄소 배출 원인 분석

  • 제철 공정에서 발생하는 탄소 배출의 주요 원인은 전통적인 고로 방식에 의존하는 강철 생산에 있습니다. 이러한 공정에서는 철광석과 석탄이 고온에서 화학반응을 일으키며 이산화탄소를 발생시키는 구조입니다. 따라서, 석탄을 사용하는 비율이 높을수록 탄소 배출량이 증가합니다.

  • 현재 포스코 같은 기업들은 이러한 탄소 배출 구조를 혁신하기 위해 HyREX와 같은 새로운 제철 기술을 개발하고 있습니다. HyREX 기술은 환원로와 전기 용융로를 결합하여 각각의 공정을 분리하고, 전통적인 방식보다 탄소 배출량을 줄일 수 있는 효율적인 방법을 제공합니다. 이는 시장에서 요구하는 친환경 제품을 생산하기 위한 필수적인 진화입니다.

  • 마지막으로, 글로벌 제철 산업에서의 탄소 배출 감축 노력은 국가 간의 경쟁력에도 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서, 각국의 제철업체들은 같은 목표를 가지고 기술 발전과 함께 환경 보존을 위한 경쟁적 노력을 시도하고 있습니다. 이러한 맥락에서 포스코의 HyREX 기술은 전 세계적으로 지속 가능한 철강 시대를 선도할 수 있는 가능성을 지니고 있습니다.

3. HyREX 기술의 개요와 혁신성

  • 3-1. HyREX 기술의 기본 원리

  • HyREX(수소환원제철) 기술은 기존의 제철 공정에서 화석연료인 석탄과 천연가스를 대신하여 수소(H2)를 환원제로 사용하여 철을 생산하는 혁신적인 기술입니다. 여기서 수소는 화학반응을 통해 이산화탄소(CO2)가 아닌 물(H2O)을 생성하기 때문에, 이 기술은 탄소 배출을 크게 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 특히, 현대적이고 지속 가능한 철강 생산 방식으로 주목받고 있습니다. HyREX 기술은 포스코의 기존 FINEX 유동환원로 기술을 바탕으로 개발되었으며, 이는 철광석을 고온의 수소와 접촉시켜 직접환원철(DRI, Direct Reduced Iron)을 생산하는 방법을 포함합니다. 이후 이 DRI는 전기용융로(ESF)에서 녹여 철강 제품으로 가공됩니다.

  • 3-2. 전통적인 FINEX 공정과의 차별점

  • HyREX 기술은 기존의 FINEX 공정과 몇 가지 중요한 차별점을 가지고 있습니다. 첫째, 유동환원로는 고온의 수소 환원가스를 사용하여 가루 상태의 철광석을 환원하는 과정에서, 환원반응과 용융반응을 별개의 두 단계로 분리하여 진행합니다. 이는 전통적인 고로 방식에서는 석탄의 연소와 동시에 일어나기 때문에 반응 혼합의 복잡성을 줄이고 최적화할 수 있습니다. 둘째, HyREX 기술에서는 철광석을 별도로 가공할 필요 없이 그대로 사용할 수 있기 때문에, 생산 비용과 시간에서 효율성을 크게 높일 수 있습니다. 이는 결국 원료 확보의 용이성과 경제적 이점을 가져옵니다.

  • 3-3. 핵심 설비인 유동환원로와 전기 용융로(ESF)의 역할

  • HyREX 기술에서 핵심 설비인 유동환원로는 기존의 고로 조업 방식에 비해 열 제어와 환원 반응의 효율성을 믿을 수 있는 방식으로 진행하게 됩니다. 유동환원로는 여러 개의 다단계 반응기로 구성되어 있어 각 반응기에서 산소 추가 투입을 통해 온도를 조절할 수 있다는 강점이 있습니다. 이는 수소를 기준으로 한 환원공정에서 열 부족으로 인한 환원 불량을 방지할 수 있습니다. 또한, 전기 용융로(ESF)는 DRI를 고온 상태에서 녹이기 위한 필수적인 역할을 하며, 이때 수소 환원 제철 공정에서 생성된 DRI를 고르게 용융하여 최종 제품의 품질을 확보하게 됩니다.

4. HyREX 기술 개발 현황 및 상용화 전망

  • 4-1. 2025년까지의 HyREX 기술 검증 계획

  • 포스코는 HyREX 기술의 검증을 체계적으로 진행하고 있습니다. 2021년부터 수소환원제철의 구현을 위한 초기 단계로 포항제철소에 데모플랜트 건설을 계획하고 있으며, 이는 수소를 이용한 제철 방식의 실현 가능성을 확인하기 위한 것입니다. 이 과정에서 2023년에는 포항 기술연구원에 수소 유동환원 실험로를 도입하여 실제 운영 조건 하에서의 실험을 통해 HyREX 기술의 효용을 검증하였습니다.

  • 특히, 2025년까지는 이 데모플랜트에서의 데이터 수집 및 기술 최적화를 통해 HyREX의 상용화 가능성을 높이는 데 주력하고 있습니다. 이를 위해 포스코는 수소 생산 및 공급 시스템의 구축과 함께, 기존의 제철 공정과의 통합 실험을 병행중입니다.

  • 4-2. 현재 진행 중인 데모플랜트 설계

  • HyREX 데모플랜트의 설계는 포스코와 프라이메탈스를 포함한 여러 파트너사들과의 협력으로 진행되고 있습니다. 2022년 7월, 포스코는 FINEX 공정 설계에 대한 경험을 바탕으로 프라이메탈스와 함께 HyREX 기술의 주요 설비에 대한 공동 엔지니어링 업무협약을 체결하였습니다.

  • 이 데모플랜트는 연산능력이 시간당 1톤 규모의 전기용융로(ESF)를 포함하여, 효율적인 수소 유동환원 및 전기 용융 과정을 실험하는 설정으로 설계되었습니다. 이러한 혁신적인 접근은 HyREX 기술의 상용화를 위한 필수적인 단계이며, 현재의 설계가 성공적으로 완료되면 향후 연결된 상용화 단계로의 이행이 기대됩니다.

  • 4-3. 기술 상용화로 이어질 미래 경쟁력 확보

  • HyREX 기술의 상용화는 포스코의 경쟁력을 크게 강화할 수 있는 기회가 될 것입니다. 수소환원제철 기술은 탄소중립 목표 달성을 위한 핵심 기술 중 하나로, 기존의 고로 기반 제철 공정에서 벗어나 환경 친화적이고 경제적인 방식으로 전환하는 데 기여할 것입니다.

  • 또한, 포스코는 글로벌 철강업계와의 협력을 통해 기술 개발을 선도하고 있으며, 이는 수소환원제철 기술의 국제적 표준화를 추진하는 데 도움이 될 것입니다. 협력 관계를 통해 새로운 비즈니스 모델과 시장 기회를 창출하며, 지속 가능한 생산 방식으로의 전환을 가속화할 수 있습니다.

5. 탄소중립을 위한 전략적 접근

  • 5-1. 저탄소 연·원료 사용 확대 계획

  • 포스코는 탄소중립을 목표로 하는 중단기 계획을 수립하고 있습니다. 이를 위해 현재 가동 중인 설비를 최대한 활용하여 저탄소 연료 및 원료의 사용을 확대하는 전략을 채택하고 있습니다. 구체적으로 포스코는 기존 고로 설비에서 발생하는 이산화탄소를 줄이기 위해, 천연가스와 같은 저탄소 대체 연료를 적극적으로 도입하고 있습니다. 이러한 방식으로 감축할 수 있는 배출량은 2030년까지 30% 이상의 감소를 목표로 하고 있습니다. 또한 포스코는 고로에서 발생하는 소결광을 대체할 수 있는 펠렛과 같은 친환경 원료의 사용도 확대하고 있습니다.

  • 5-2. CCS(탄소 포집 및 저장) 기술과의 통합 가능성

  • 탄소 포집 및 저장(CCS) 기술은 포스코의 탄소중립 전략에서 중요한 역할을 하고 있습니다. CCS 기술은 산업 시설에서 발생하는 이산화탄소를 포집하여 압축하고, 이를 화학전환 또는 저장소에 안전하게 보관하는 과정입니다. 포스코는 최상이용 가능한 CCS 기술을 통해 공정에서 발생하는 CO2를 90% 이상 포집하여 재활용하는 방안을 검토하고 있습니다. 이러한 기술이 상용화된다면 포스코는 에너지 사용의 효율성을 높이고, 이산화탄소 배출을 획기적으로 줄일 수 있을 것입니다. 현재 포스코는 파이넥스 유동환원로 기술 기반에서 발생하는 CO2를 CCS 시스템에 통합할 방안을 모색하고 있습니다.

  • 5-3. 기업의 ESG(환경·사회·지배구조) 전략과의 연계

  • ESG(환경·사회·지배구조) 전략은 오늘날 기업 경영에 필수적인 요소로 떠오르고 있습니다. 포스코는 이러한 ESG 전략을 통해 지속 가능한 성장과 사회적 책임을 다하기 위한 방향을 정립하고 있습니다. 특히 환경 측면에서 포스코는 탄소중립을 구현하는 데 중점을 두고 있으며, 이를 통해 기업의 신뢰도를 높이고 투자자와 고객의 요구에 부응하고자 합니다. 포스코가 추진하는 저탄소 연료 사용 확대 및 CCS 기술 통합은 ESG 전략의 일환으로, 환경 문제 해결에 기여하고 지속 가능한 사회를 목표로 합니다.

결론

  • HyREX 기술은 포스코가 앞으로 나아가야 할 방향을 제시하는 동시에, 철강산업의 탄소중립 목표 달성을 위한 혁신적인 솔루션으로 부각되고 있습니다. 이 기술이 상용화된다면, 포스코는 단순히 철강 생산에 그치는 것이 아니라, 지속 가능한 생산을 통한 경제적 이익과 환경 보호를 동시에 추구하는 모델을 제시할 것입니다. 이는 범세계적인 탄소 저감 노력에 대한 투자가 필수적인 이 시점에서 더욱 주목받을 수밖에 없습니다.

  • 더 나아가, 포스코의 성공적인 기술 개발과 구현은 다른 기업들에게도 좋은 선례가 되어, 글로벌 철강 산업이 환경적으로 효율적인 방향으로 나아가는 데 기여할 것으로 예상됩니다. 이러한 점에서 기술의 상용화는 기업의 경제적 수익성뿐만 아니라 지속 가능한 사회를 향한 책임을 다하기 위한 중요한 발판이 될 것입니다. 지속 가능한 미래를 위해 이러한 변화는 더욱 중요해지며, 포스코와 같은 선도 기업의 리더십이 요구됩니다.

용어집

  • 수소환원제철 (HyREX) [기술]: 전통적인 석탄 대신 수소를 환원제로 사용하여 이산화탄소 대신 물을 생성하는 혁신적인 제철 기술.
  • 전기 용융로 (ESF) [설비]: DRI를 고온에서 녹여 최종 철강 제품으로 가공하기 위한 필수 설비로, HyREX 기술의 핵심 부분.
  • Direct Reduced Iron (DRI) [제품]: 수소환원제철을 통해 생산된 철을 지칭하며, 고온의 수소를 사용하여 직접 환원된 상태의 철.
  • 데모플랜트 [시설]: HyREX 기술의 실현 가능성을 검증하기 위해 포스코가 포항제철소에 구축 중인 실험적 생산 시설.
  • CCS (탄소 포집 및 저장) [기술]: 산업 공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집하여 저장하는 기술로, 포스코의 탄소중립 전략에서 중요한 역할.
  • ESG (환경·사회·지배구조) [전략]: 기업 경영에 있어 환경, 사회, 지배구조를 고려한 지속 가능한 성장을 위한 전략.
  • 화석연료 [연료]: 석탄이나 천연가스 등의 화석에서 유래한 연료로, 전통적인 제철 공정에서 주로 사용된다.
  • 탄소중립 [목표]: 온실가스 배출을 줄이고, 남은 배출량을 상쇄하여 순 배출량을 제로로 만드는 목표.

출처 문서