[서울=뉴스핌] 채송무 기자 = 탄소중립의 시대, 철강산업은 수십 년 간 지속해 온 제철공법을 설비부터 기술, 원료에 이르기까지 저탄소 체제로 대전환해야 하는 과제를 안는다. 포스코는 수소환원제철과 브릿지 기술을 개발하면서 시대적 과제 해결에 나서고 있다.

철강제품 생산시 이산화탄소가 배출되는 이유는 철광석을 철로 환원시킬 때 석탄, 천연가스 등 화석 연료가 쓰이기 때문인데 이를 차단하기 위해서는 화석 연료를 대체할 수 있는 친환경 환원제가 필요하다.

글로벌 철강사들은 이 때문에 수소를 환원제로 사용하는 수소환원제철 기술을 개발하고 있는데 포스코도 파이넥스(FINEX) 유동환원로 기술을 기반으로 가루 상태의 철광석과 수소를 사용하여 쇳물을 제조하는 수소환원제철 기술인 HyREX를 개발 중이다.

HyREX는 포스코가 보유하고 있는 파이넥스 유동환원로 기술을 기반으로 가루 상태의 철광석과 수소를 사용해 쇳물을 제조하는 수소환원제철 기술이다.

그러나 아직 전 세계적으로 100% 수소만을 사용하는 환원로가 상용화되지 않았다. 현재 기술로는 석탄 또는 천연가스를 사용하는 과정에서 발생하는 수소를 일부 활용해 직접환원철(DRI)를 생산하는 것이 가능한데 포스코의 FINEX 기술도 석탄을 사용하는 과정에서 발생하는 수소가 철광석의 환원에 약 25% 사용되고 있다.

포스코는 FINEX에 적용된 유동환원로 기술을 기반으로, 수소를 100% 사용하는 HyREX 기술 개발을 정부를 포함한 국내 철강사들과 함께 추진 준비 중이다.

포스코는 지난해 10월 세계 최초의 수소환원제철 국제포럼인 HyIS 2021을 개최했으며, 이 자리에서 HyREX 기술을 글로벌 철강사들에 처음으로 선보였다. HyREX에 적용되는 유동환원로는 해외 철강사들의 샤프트환원로 방식과는 철광석의 종류부터 수소와의 접촉방식까지 완전히 차별화된 수소환원제철기술이다.

포스코는 2030년까지 HyREX 기술을 검증함으로써 탄소중립으로 전환되는 미래 글로벌 철강 기술 리더십을 강화하고 그린철강 시대를 주도해나갈 계획이다.

포스코는 향후 FINEX 유동환원로 기술을 기반으로 한 수소환원제철 기술인 HyREX 기술의 상업화 가능성을 확인할 예정이다. 이는 기존 FINEX 유동환원로의 일산화탄소(CO)에 수소가 일부 혼합되어 있는 방식을 100% 수소로 전환하기 위해, 유동 환원 조업이 기존 FINEX와 어떻게 다른지 기술적으로 확인하는 것을 의미한다.

포스코는 FINEX 공정 개발과정 중 확보한 기술과 경험을 활용해 2050년까지 포항·광양 제철소의 기존 고로 설비를 단계적으로 수소환원제철로 전환해 '2050 탄소중립'을 달성할 계획이다.

다만 이 과정에서 기존 공정을 대체해 설비를 전환하고 유동환원로, 전기로 등 수소환원제철 신규 설비를 건설하는 데에는 시간이 소요된다. 또 대량의 그린수소가 경제적으로 공급될 인프라도 확보되어야 한다. 이 때문에 기존 고로, 전로 등 설비를 활용해 저탄소 철강제품을 생산하는 공정 기술인 '브릿지 기술'이 주목받고 있다.

브릿지 기술은 기존 고로를 활용한 방법으로는 소결광을 대체해 철광석을 파쇄·선별한 후 일정한 크기의 구형으로 가공한 원료인 펠렛을 고로에 투입, 이미 환원 처리된 원료인 HBI를 고로에 투입, 석탄 대신 저탄소 연료인 천연가스를 환원제로 사용하는 방법 등이 꼽힌다.

전로를 이용하는 방법의 핵심은 용선의 양을 줄이는 것인데 이는 고로 용선과 전기로 용강을 혼합해 전로의 용선 사용량을 줄이는 전기로 합탕 기술과 전로 상하부에서 산소를 불어넣어 출가 열원을 확보하는 상저취전로 기술이 꼽힌다.

포스코는 가루 상태의 철광석과 석탄을 사용하여 쇳물을 생산하는 파이넥스(FINEX) 공법을 개발했는데 현재 파이넥스 유동환원로에는 철광석 환원에 수소가 약 25% 사용되고 있다. 포스코는 유동환원로에 수소를 추가 공급하여 수소환원을 증대시키는 기술을 연구개발 중이다.

한편, 포스코는 파이넥스 설비에서 포집된 이산화탄소를 재활용하거나 저장하는 CCUS 방안을 검토 중이다. CCUS는 산업시설로부터 이산화탄소를 포집한 후 90% 이상의 고농도로 압축해 화학 전환 또는 광물탄산화 등의 방법으로 재활용하거나, 육상 또는 해양의 지하저장소에 안전하게 저장하는 일련의 과정 또는 기술이다. 

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