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탄소중립 시대, 포스코의 혁신적 수소환원제철 기술 HyREX의 전망

일반 리포트 2025년 03월 15일
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목차

  1. 요약
  2. 탄소중립 시대 철강 산업의 도전
  3. 포스코의 HyREX 기술 개발 배경
  4. HyREX 기술의 핵심성과와 적용 사례
  5. 포스코의 향후 전략 및 기술적 방향
  6. 결론

1. 요약

  • 포스코는 지구 온난화와 그에 따른 탄소 저감 요구에 직면하여 철강 산업의 혁신을 선도하고 있습니다. 최근 개발된 HyREX 기술은 전통적인 제철 공법에서 벗어나, 화석 연료를 사용하지 않고 수소를 환원제로 활용하여 탄소 배출을 제로로 만드는 혁신적인 해법을 제시합니다. 이 기술은 기존의 생산 공정에서 발생하는 이산화탄소를 획기적으로 줄이는 데 기여하며, 포스코의 지속 가능한 발전을 위한 중추적인 역할을 수행합니다. 새로운 철강 생산 방식으로서 HyREX는 관련 부문의 시장 요구와 환경 적응을 반영하여, 포스코가 철강 산업의 변화를 이끌고 경쟁력을 갖출 수 있는 기회를 제공합니다. 본 글에서는 HyREX 기술을 통해 포스코가 마주하고 있는 산업적 도전, 기술적 방향, 그리고 향후 전망에 대해 심층적으로 분석합니다. 특히, 기존 제철소 공법의 한계를 극복하고 수소를 이용한 혁신적 방법론을 통해 제철 과정을 개선해 나가는 모습에 주목할 필요가 있습니다.

  • HyREX 기술은 포스코의 탄소중립 목표를 달성하기 위한 필수적이면서 전략적인 선택으로 자리잡고 있습니다. 이 기술을 통해 포스코는 국제적인 탄소 저감 기준에 부합하며, 지속 가능한 철강 생산을 위한 다양한 가능성을 모색하고 실행해 나갈 것입니다. 탄소 배출의 감소는 단순한 산업적 목표에 그치지 않고, 환경 보호와 사회적 책임을 다하는 데 중요한 의미를 지닙니다. HyREX의 상용화를 통해 포스코는 고객의 요구에 맞춘 친환경 제품 생산에 주력하며, 이를 통해 업계에서의 지도력을 강화할 수 있을 것으로 기대합니다.

2. 탄소중립 시대 철강 산업의 도전

  • 2-1. 지구 온난화의 영향

  • 지구 온난화는 최근 수십 년간 철강 산업에 심각한 영향을 미치고 있습니다. 이 현상은 온실가스의 대량 배출로 인해 지구의 평균 온도가 상승하며, 그 결과로 기후 변동성이 증대되고 자연재해의 빈도와 강도가 증가하고 있습니다. 철강 산업은 이러한 변화의 중심에 있으며, 탄소 배출량이 전 세계적으로 가장 많은 산업 중 하나입니다. 따라서, 지속적인 지구 온난화는 철강 제품의 생산과 이에 따른 탄소 배출을 더욱 압박하는 원인이 되고 있습니다. 이는 또한 시장에서 친환경 제품에 대한 수요가 증가함에 따라 철강사들이 생존을 위해 더욱 강력한 대응을 요구하고 있다는 것을 의미합니다.

  • 2-2. 저탄소 제품에 대한 시장 요구

  • 최근 몇 년간 저탄소 제품에 대한 수요는 급격히 증가하고 있습니다. 다양한 산업, 특히 자동차, 건축, 에너지 분야에서는 환경 친화적인 제품을 선호함으로써 철강 산업에 큰 압박을 가하고 있습니다. 이로 인해 철강 제조업체는 저탄소 공정으로의 전환을 필수적으로 고려해야 합니다. 포스코는 이러한 흐름을 반영하여 수소환원제철 기술인 HyREX를 개발하고 있으며, 이는 기존의 화석 연료 사용을 줄이고 환경 영향을 최소화하는 혁신적인 접근 방식입니다. 시장의 요구에 맞춰 기업들이 탄소 저감 기술을 계속해서 발전시키고, 이를 제품에 반영하지 않으면 경쟁력을 잃을 수 있습니다.

  • 2-3. 제철소의 기존 공법의 한계

  • 전통적인 제철 공법은 석탄과 같은 화석 연료를 사용하여 철광석을 환원하는 방식으로 이루어져 있습니다. 이 과정에서 대량의 이산화탄소가 발생하며, 이는 탄소 중립 목표와 상충합니다. 이러한 공법은 이론적으로 높은 효율을 보일 수 있지만, 환경적 요건이 점점 더 엄격해짐에 따라 한계를 초래하고 있습니다. 특히, 기존 공법의 구조적 변화는 연구 및 설비 투자 측면에서 막대한 자원이 필요하며, 이러한 대전환은 시간과 비용 측면에서 큰 도전이 됩니다. 따라서 저탄소 시대에 맞춰 새로운 기술을 도입하지 않으면 철강사들은 지속 가능성 문제를 겪게 될 것입니다.

3. 포스코의 HyREX 기술 개발 배경

  • 3-1. HyREX 기술의 필요성

  • 현대 사회는 지구온난화와 환경 파괴와 같은 심각한 문제에 직면해 있습니다. 특히, 철강 산업은 전 세계 이산화탄소 배출량의 약 7%를 차지하는 주요 산업으로, 지속 가능한 발전을 위해 고유의 생산 공정에서 발생하는 탄소 배출을 줄일 필요가 있습니다. 포스코는 이러한 상황을 인지하고, 그 해결책으로 수소환원제철 기술인 HyREX를 개발하고 있습니다. HyREX는 화석 연료 대신 수소를 환원제로 사용하여 탄소 배출을 획기적으로 줄이는 방법으로, 탄소중립 목표를 달성하기 위한 핵심 요소로 자리매김하고 있습니다.

  • 3-2. 기존 공법에 대한 기술적 전환

  • 현재 포스코의 기존 제철 공법인 FINEX는 특정 조건에서 수소를 약 25% 사용하는 방식으로 운영되며, 이는 탄소 배출량을 줄이는 데 한계가 있습니다. 기술적 전환의 필요성은 이러한 기존 방식이 환경 규제의 강화와 시장의 저탄소 제품 수요 증가에 효과적으로 대응할 수 없다는 점에서 기인합니다. 포스코는 HyREX 기술을 통해 전통적인 고로(용광로) 공정을 대체하고, 수소를 100% 사용하는 혁신적인 환원 방식을 도입하여 철강 생산 과정에서 탄소 배출을 실질적으로 제로로 줄이는 목표를 세우고 있습니다.

  • 3-3. 저탄소 브릿지 기술의 중요성

  • HyREX 기술은 포스코의 탄소중립 로드맵에서 중요한 브릿지 기술로 작용합니다. 이는 중·단기적 차원에서 이미 가동 중인 기존 설비를 최대한 활용하는 동시에, 저탄소 연료와 원료 사용을 확대하여 탄소 배출량을 낮추는 기반을 마련합니다. 포스코는 앞으로 수소환원제철 공정에서의 핵심 기술인 유동환원로와 전기용융로의 연계를 통해, HyREX 기술을 실현하고 지속 가능한 철강 생산을 추구하고 있습니다. 이와 같은 기술 전환은 단순히 포스코 개인 회사의 이익에 그치지 않고, 전 세계 철강업계 차원에서의 저탄소 혁신을 이끄는 중요한 변화로 여겨지고 있습니다.

4. HyREX 기술의 핵심성과와 적용 사례

  • 4-1. 유동환원로와 전기용융로의 역할

  • HyREX 기술에서 유동환원로와 전기용융로(ESF)는 각각 환원 반응과 용융 반응을 수행하는 주 설비로 역할을 합니다. 유동환원로는 철광석을 수소와 접촉시켜 직접환원철(DRI)을 생산하는 과정에서 핵심적인 기능을 수행합니다. 이 과정에서 수소는 철광석의 산소를 제거하고, 순수한 철을 생성하는 데 중요한 역할을 합니다. 전기용융로는 이러한 DRI를 용융하여 최종 제품인 쇳물을 만드는 과정을 담당합니다. 이러한 분리된 반응 구조는 기존의 제철 공법에서 발생하는 탄소 배출을 줄이는 데 효과적입니다. 포스코의 HyREX 기술은 특히 가루 상태의 철광석을 그대로 사용할 수 있어 원료비용을 절감하는 동시에 저품질 광석의 활용도 극대화할 수 있습니다.

  • 4-2. HyREX 데모플랜트 설계

  • HyREX 데모플랜트의 설계는 포스코가 수소환원제철 기술을 상용화하기 위한 중요한 단계입니다. 2025년 3월 현재, 포스코는 파이넥스(FINEX) 설비의 경험을 바탕으로 영국의 플랜트 건설사 프라이메탈스와 협력하여 데모플랜트의 주요 설비 설계에 착수하였습니다. 이 데모플랜트는 수소환원제철 기술의 실제 운영 가능성을 검증하고, 2030년 상용화 목표를 위한 기반을 마련하게 됩니다. 특히, 포스코는 데모플랜트를 통해 제작된 장비에서 다양한 원료의 시험 조업을 통해 에너지 효율성과 용강 품질을 높이는 연구를 지속적으로 수행할 계획입니다.

  • 4-3. 현장 적용 성과

  • 현재 HyREX 기술은 포스코의 포항제철소에서 실제 운영되고 있으며, 초기 성과가 확인되고 있습니다. 포스코는 이미 기존의 파이넥스 공법에서 수소를 환원가스의 25%로 사용하고 있으며, 이 기반 위에 HyREX 기술을 통해 100% 수소만으로 DRI를 생산하는 것을 목표로 하고 있습니다. 이 과정에서 포스코는 carbon-neutral(탄소중립) 달성을 위한 효과적인 방안을 제시하고 있으며, 수소환원제철 기술 개발로 세계적인 철강업체들과의 경쟁에서도 선도적인 위치를 강화할 수 있음을 보여주고 있습니다. 실제로 HyREX 기술은 유럽, 미국 등의 다른 철강사들보다 고객 요구에 신속히 대응할 수 있는 혁신적인 기술을 제공하고 있습니다.

5. 포스코의 향후 전략 및 기술적 방향

  • 5-1. 2030년까지의 목표

  • 포스코는 2030년까지 탄소 중립을 위한 구체적인 목표를 설정하고 이를 달성하기 위해 HyREX(수소환원제철) 기술의 상용화를 최우선 과제로 삼고 있습니다. 이는 기존 방식의 고로에서 발생하는 이산화탄소를 연소하지 않고, 수소를 활용해 환원 공정을 진행하는 혁신적인 접근입니다. 특히, 포스코는 HyREX 기술의 개발을 통해 세계 최초로 100% 수소를 사용하는 공정으로 전환하는 것을 목표로 하고 있으며, 이를 위해 필요한 기술적 검증 및 상용화 작업을 2023년부터 진행하고 있습니다.

  • 5-2. 탄소중립 로드맵

  • 포스코의 탄소중립 로드맵은 단계적으로 진행되며, 현재 가동 중인 설비를 활용해 저탄소 원료 사용 확대와 저 HMR(Hot Metal Ratio) 조업을 통해 탄소 배출을 저감할 계획입니다. 장기적으로는 HyREX 기술을 도입하여 연도별로 탄소 배출량의 감소 목표를 수립하고 이를 달성하기 위한 다양한 브릿지 기술도 적극 활용할 예정입니다. 이러한 계획은 2050년까지의 탄소중립 목표와 긴밀히 연결되어 있으며, 포스코는 글로벌 철강업계 차원의 탄소중립 이행에도 중요한 역할을 자처하고 있습니다.

  • 5-3. ESG 및 환경적 책임

  • 포스코는 ESG(환경, 사회, 지배구조) 경영을 회사의 핵심 가치로 삼고, 지속 가능한 경영을 위한 정책을 철저하게 준수하고 있습니다. 포스코는 탄소중립 실현을 위해 자원 재활용 및 이산화탄소 포집, 활용 및 저장(CCUS) 기술을 검토하여 환경적 책임을 다하고 있으며, 4차 산업혁명 기술을 도입하여 생산 공정을 스마트화함으로써 불필요한 에너지 소모 및 자원 낭비를 줄이고 있습니다. 이러한 노력은 포스코가 국내외 시장에서 환경 친화적인 철강사로 자리매김하는 데 기여하고 있습니다.

결론

  • HyREX 기술은 포스코가 탄소중립 시대 철강 산업의 새로운 기회를 창출하기 위한 중대한 전략이며, 이는 포스코가 환경적 압박과 시장 변화에 효과적으로 대응할 수 있는 기반을 마련합니다. 향후 HyREX 기술의 상용화가 진행됨에 따라, 포스코는 글로벌 경쟁에서 우위를 점할 수 있는 새로운 가능성이 열릴 것입니다. 독일, 스웨덴 등 유럽 국가들을 포함한 세계 각국의 철강사들은 포스코의 기술을 주목하고 있으며, 이에 따라 포스코는 지속적으로 기술 개발과 ESG 경영을 강화함으로써 철강업계의 롤 모델으로 자리매김할 수 있을 것입니다.

  • 결론적으로, 포스코의 HyREX 기술 개발과 실행은 단순한 기술 혁신을 넘어, 철강업계의 전반적인 패러다임 전환을 이끄는 주역으로 기능할 것입니다. 탄소중립 목표 달성을 위한 노력은 포스코가 환경친화적인 철강사로서의 입지를 확고히 하고, 지속 가능한 사회로의 전환에 기여하는 중요한 의의를 담고 있습니다. 이러한 방향은 앞으로의 비즈니스 모델 설정과 기업의 사회적 책임 이행에 있어 결정적인 영향을 미치게 될 것입니다.

용어집

  • HyREX [기술]: 포스코의 수소환원제철 기술로, 화석 연료 대신 수소를 사용하여 탄소 배출을 제로로 만드는 혁신적인 공정.
  • 저탄소 제품 [제품]: 탄소 배출을 최소화하여 생산된 제품으로, 환경 친화적인 특성으로 다양한 산업에서 선호됨.
  • 유동환원로 [설비]: 수소를 사용하여 철광석을 환원해 직접환원철(DRI)을 생산하는 과정에서 핵심 기능을 수행하는 제철소 설비.
  • 전기용융로 [설비]: 직접환원철(DRI)을 용융하여 최종 제품인 쇳물을 만드는 과정에서 사용되는 제철소 설비.
  • FINEX [기술]: 포스코의 기존 제철 공법으로, 특수 조건에서 수소를 일부 사용하여 운영되지만 탄소 배출 저감 한계가 있음.
  • 탄소중립 [목표]: 탄소 배출을 실질적으로 제로로 만드는 목표로, 포스코는 이를 위해 HyREX 기술을 최우선 과제로 삼음.
  • ESG [경영 전략]: 환경, 사회, 지배구조를 고려한 경영 방침으로, 기업의 지속 가능성과 사회적 책임을 강조함.
  • 브릿지 기술 [기술]: 기존 설비를 활용하여 저탄소 연료와 원료 사용 확대를 통한 탄소 배출 저감을 모색하는 기술.

출처 문서