“2050년 철강 넷제로, 정부 ‘수소 인센티브’ 필요”[미래기술25]

[이데일리 김은경 기자] “수소환원제철은 기존 공정과 다른 신기술로 상용화를 위한 기초부터 실증 단계까지 체계적인 기술 개발이 필요합니다. 리스크가 높고 상업화까지 장기간 투자가 요구돼 개별 기업의 노력만으로 한계가 존재합니다. 수소환원제철을 통해 생산된 철강 제품의 국내 시장 형성을 위한 인센티브와 제도적 뒷받침이 필요합니다.”

신명균 포스코기술연구원 저탄소제철연구소장.(사진=포스코

신명균 포스코기술연구원 저탄소제철연구소장은 수소환원제철 상용화를 위해 정부의 지원이 꼭 필요하다고 강조했습니다. 저탄소제철연구소는 포스코에서 수소환원제철 기술 개발과 기존 제선 공정의 이산화탄소(CO2) 저감 연구를 본격적으로 추진하기 위해 올해 신설한 곳입니다.

신 소장은 해외 사례를 예로 들었습니다. 그는 “유럽과 미국, 일본 정부에서는 자국 제조업 경쟁력을 강화하고 경제 성장 기회로 활용하기 위해 탄소중립 전환을 위한 연구개발(R&D)뿐만 아니라 상용설비 투자에도 대폭 지원할 수 있는 다양한 정책과 자금 지원을 강화하고 있고 탄소중립 인프라 구축과 탈탄소 가속화를 유도하고 있다”고 설명했습니다. 우리 정부에서도 안정적인 수소와 전력 공급을 위한 계획과 함께 국가 차원의 기술 개발 및 제도적 기반이 조성돼야 한다는 이야기입니다.

탄소중립 목표를 달성하기 위해 전 세계 대부분의 철강사가 고로 대신 전기로의 생산 비중을 늘리는 계획을 세우고 있습니다. 하지만 전기로의 원료인 부분환원철(HBI)과 스크랩은 공급량이 제한적이기 때문에 원료 수급을 위한 경쟁은 앞으로 더욱 심화할 전망입니다. 신 소장은 “매장량이 풍부한 고로용 철광석을 사용해 청정 철을 생산하는 것이 지속 가능한 미래를 위한 근본적인 해결책이며 수소유동환원로와 전기용융로(ESF)를 결합한 수소환원제철 기술을 통해 이러한 목표를 달성할 수 있을 것”이라고 밝혔습니다.

수소를 100% 사용하는 상용 설비급의 유동환원로나 용선 생산을 위한 ESF 기술은 아직 전 세계적으로 시도된 바가 없어 포스코가 최초로 개발하고자 하는 기술입니다. 수소는 매우 가벼운 가스로 분광석을 유동 환원하는 데 있어 석탄 가스와 물리적 물성과 화학반응 특성 등에 차이가 큽니다. 신 소장은 “ESF를 통한 용선 생산 역시 기존 HBI 보다 맥석이 많고 녹는점이 높은 수소환원철을 연속적으로 용융할 수 있어야 하므로 수소환원제철 기술의 성공적인 상업화를 위해서는 앞으로도 많은 연구와 투자가 필요할 것으로 예상된다”고 했습니다.

포스코는 최근 수소유동환원의 가스 성분과 온도 조건을 모사해 실험했을 때 환원율이 90% 이상인 환원철을 제조할 수 있음을 확인했다고 합니다. 신 소장은 “일산화탄소(CO) 가스로 환원할 경우 높은 환원율에서 환원철 간 응집과 부착이 심해지는 데 반해 수소로 철광석을 환원할 경우 높은 환원율에서도 응집과 부착이 완화되는 특성이 있다는 것을 확인해 수소유동환원의 성공 가능성을 실험실 차원에서 확인했다”고 소개했습니다.

이어 “ESF는 아니지만 실험실 규모의 소형 전기아크로에서 수소환원철의 용해 특성을 살펴보고 있다”며 “ESF 조업기술 개발을 위해 현재 시간당 1톤(t)의 환원철을 용해 시험할 수 있는 파일럿 ESF를 건설하고 있으며 올해 말부터 시운전 및 가동 예정”이라고 덧붙였습니다.