일관제철소를 운영하는 포스코가 포항제철소에 수소로 철을 생산하는 수소환원제철 기술을 본격화하기 위해 '수소환원제철 개발센터'를 열었다. 지금은 용광로에서 철광석과 석탄을 섞어 고온으로 가열해 쇳물을 얻고 있다. 개발센터는 2050년 탄소중립을 달성하기 위한 포스코그룹의 로드맵에 따른 것이다.포스코는 탄소중립 달성전략은 우선 대형 전기로 도입과 확대, 궁극으로는 고로를 수소환원제철공법으로 완전 전환하는 것을 목표로 한다.수소환원제철 기술은 국가안보차원의 전략적 중요성과 국민경제 전반에 미치는 영향력을 인정받아 최근 국가전략기술로 선정됐다.
27일 보스코에 따르면, 26일 문을 연 개발센터는 포스코 고유의 친환경 제련공법인 수소환원제철공법인 '하이렉스(HyREX)' 구현의 전 단계인 시험 설비 구축의 핵심 역할을 할 계획이다.
수소환원제철 개발센터에는 총괄부서인 'HyREX 추진반'을 비롯해 △투자사업 관리를 전담 '투자엔지니어링실' △연구개발 부서 '저탄소제철연구소' △설계 담당 '포스코이앤씨'가 입주해 기술연구부터 설비 구축, 시험조업까지 일련의 과정을 통합 수행한다.
포스코 수소환원제철 개발센터는 오는 2027년까지 연산 30만t 규모의 HyREX 시험설비를 준공하고 HyREX 기술의 상용화 가능성을 검증할 계획이다.
이시우 포스코 사장은 개소식에서 "탄소 대신 수소를 활용하는 수소환원제철 기술 개발로 포스코가 신 철기시대 퍼스트 무버가 되자"고 말했다.
수소환원제철 기술은 철광석에서 철과 산소를 분리하기 위해 환원제로 석탄을 사용하는 대신 수소를 사용하는 기술이다. 기존 고로는 철광석(Fe2O3)을 석탄과 함께 섭씨 1500도 이상 높은 온도로 녹여 일산화탄소(CO)가 철광석의 산소(O)와 결합해 이산화탄소(CO2)를 만들고 산소(O)와 떨어진 환원철(Fe)을 얻는다. 철강 제품 1t 당 탄소 1.9~2t이 배출되는 것으로 알려져 있다.
수소환원제철은 화석연료인 석탄 대신 수소를 활용하는 기술이다. 석탄(일산화탄소) 대신 고농도 수소(H)를 환원제로 사용하면 철광석에 있는 산소는 수소와 결합해 물이 된다. 이산화탄소도 발생하지 않는다.
포스코는 지난 20년간 수소와 일산화탄소를 같이 사용하는 제선 기술인 파이넥스공정을 개발해 한국형 수소환원제철법인 하이렉스(HyREX) 공정의 기반 기술을 구축했다. 파이넥스공정을 개발하면서 고로에서 사용하기 까다로운 저급 광석을 활용할 수 있는 기술을 확보했고, 수소에 의한 반응 기구 변화에 대한 지식도 축적했다.
반면, 스웨덴의 SSAB, LKAB, VATTENFALL이 공동개발한 하이브리트(Hybrit) 공법은 고순도 철광석을 원료로 바이오 오일과 플라즈마 가열법을 이용해 펠렛을 제작한 다음 풍력과 태양광으로 얻은 전기에너지로 생산한 그린수소를 활용해 샤프트 반응로(Shaft Furnace)에서 펠렛을 환원시키는 공법으로, 이렇게 얻은 직접환원철(DRI)은 전기로에서 용융해 고품질의 철강 제품을 제조하는 데 활용한다.
그러나 하이브리트 기술이 용하는 고급 펠렛은 원료가 극히 제한된 데다 스웨덴과 같이 신재생에너지의 단가가 낮은 국가가 드물다는 점이다. 탈탄소를 하려면 전 세계에서 풍부한 저급 광석을 수소로 환원해 고순도 철을 얻는 수소환원제철법을 개발할 수 밖에 없다.
포스코는 오는 2050년 탄소중립 목표를 달성하기 위한 로드맵을 설정하고 이를 이행하고 있다. 포스코의 연간 이산화탄소 배출량은 7000만~8000만t 수준이며(국내공장 기준), 2022년 조강 1t당 이산화탄소 배출량은 2.05t 수준이다.
포스코는 2017~2019년 평균 배출량과 비교해 2030년까지 10% 줄이고, 2040년까지 50%를 감축하며, 2050년 탄소중립에 이르겠다는 계획이다
포스코의 2050년 탄소중립 달성전략은 우선 대형 전기로를 도입하고 확대하며 중국으로는 로를 수소환원제철공법으로 완전전환하는 것을 목표로 한다.
세부전략으로는 2025년까지 고로의 철스크랩 장입비율을 15%에서 30%까지 확대하고, 광양제철소(2026년)와 포항제철소(2027년)에 250만t급 대형 전기로를 각각 새로 설치할 계획이다. 장기로는 독자 개발중인 유동환원로 기반의 수소환원제철기술 '하이렉스(HyREX)'를 통해 2050년까지 기존 고로를 모두 수소환원제철로 교체할 계획이다.
포스코는 2024년 파일럿 설비 착공을 시작으로 2030년까지 수소환원제철 기술 개발을 완료하고, 이후 포항과 광양에 대규모 플랜트를 착공할 예정이다.
박준환 기자 naulboo@gmail.com
