[ENTECH 후기] 다방면으로 탄소감축 방안을 모색하는 포스코

[ENTECH 후기] 다방면으로 탄소감축 방안을 모색하는 포스코

대학생신재생에너지기자단 23기 김태현, 26기 류호용

 

에너지믹스와 전기믹스

신재생에너지로 전기를 생산하는 것은 화석 연료를 줄일 수 있는 대표적인 방법이다. 이전부터 신재생에너지는 화석연료를 대체할 수단으로 주목받아왔다. 화석연료에 따른 환경오염 문제가 화두에 오르며 신재생에너지를 확대해 화석연료 사용량을 제로에 가깝게 줄이는 것이 궁극적 목표지만, 아직 갈 길이 많이 남아 있다. 설비 부지 제한, 기술적 요인 등 여러 이유로 신재생에너지 발전 속도는 이전보다 느려지고 있다.

그런데, 신재생에너지 발전 비율을 100%로 늘려도 환경오염은 완전히 해결되지 않는다. 왜일까? 바로 화석연료는 전기 생산 외에도 다른 분야에도 쓰이기 때문이다. 이와는 달리 신재생에너지는 발전 분야에 한정된다. 철강, 보일러 등의 분야는 전기로 대체할 수 없다. 즉, 이 분야에는 신재생에너지를 사용할 수 없다는 의미다. 화석연료 사용량을 더 줄이기 위해서는 전기를 친환경적으로 만드는 신재생에너지 외에도 다른 방법으로 탄소 배출량을 줄여야 한다. 

[자료 1. 포스코 부스의 개요 부분]   

출처 : ⓒ23기 김태현 

철강 산업은 철광석을 환원하는 과정에서 석탄을 원료로 하는 코크스가 산화되어 이산화탄소를 만들기 때문에 필연적으로 탄소 배출량이 많다. 특히 앞서 언급했듯 철강은 전기를 쓰지 않으므로 신재생에너지로 대체할 수 없는 산업이다. 따라서 이 분야를 담당하고 있는 포스코의 다방면적인 탄소 감축이 필요하다. 그렇다면 포스코는 어떠한 방식으로 탄소를 감축하고 있을까? 이에 관해 더 자세히 살펴보도록 하자. 

 

근본적인 문제 해결을 위해, 수소환원제철

[자료 2. 포스코의 수소환원제철 모형]   

출처 : ⓒ23기 김태현 

포스코 부스의 가장 왼쪽에는 수소환원제철 전반적인 설비의 모형을 나타냈다. 수소환원제철은 석탄이 주성분인 코크스 대신 수소를 철광석을 환원시키는 환원제로 사용하는 방식이다. 기존에는 탄소가 철광석에서 환원된 산소화 반응해 이산화탄소를 만들었지만, 여기에 수소를 쓰면 탄소 대신 수소가 산소와 결합해 이산화탄소 대신 물이 만들어져 탄소 배출량을 획기적으로 줄일 수 있다.

포스코의 HyREX(수소환원제철) 기술은 가공 없이 자연 상태의 철광석인 분철광석을 그대로 사용할 수 있다. 이는 제조 가격을 낮출 수 있으며 철의 원가 감축으로 이어진다. 또한, 수소 회수 장치를 사용함으로써 일부 수소를 재활용해 경제성과 환경성을 확보할 수 있다. 

수소 공급 역시 하나의 중요한 과제다. 포스코는 다양한 방법을 통해 수소 공급망을 확보하려고 노력하고 있으며, 이와 동시에 재생에너지로 생산하는 수소의 비중을 늘리기 위해 힘쓰고 있다. 

 

AI 설비를 통한 탄소 배출량 감소

[자료 3. AI를 이용해 탄소절감을 하는 포스코의 기술]   

출처 : ⓒ23기 김태현

철강 분야도 시대의 흐름에 따라 AI를 친환경적으로 사용하려고 노력하고 있다. 철광석과 코크스 사용량 제어, 원료 품질 정보 데이터화, 원료 혼합비 최적화 등 인공지능과 최적화로 자원 절약에 힘쓰고 있다. 또한, 이번 기후산업국제박람회에서는 지능형 로봇을 선보이면서 사람들의 관심을 끌었다.

 

탈탄소를 위한 움직임

[자료 4. 포스코의 탄소 절감 기술]   

출처 : ⓒ23기 김태현 

AI 코너 옆에는 직접적인 탄소 배출 사업을 엿볼 수 있었다. 가장 먼저 탄소 저감 브릿지 기술이다. 브릿지 기술은 기존 설비를 그대로 이용할 수 있는 기술로, 포스코의 브릿지 기술은 HBI를 기존 고로에 투입해 탄소 배출량을 감축시키는 기술이다. HBI는 철광석을 파쇄해 일정한 크기의 구형인 펠렛 형태로 만들고 이를 환원시키고 가공해 만들어진 원료다. 이는 이미 산소가 제거됐기 때문에 탄소 배출량을 감축시킬 수 있다는 장점이 있다. 

이 외에도 철강 생산 도중 이산화탄소을 줄이는 방법은 상저취전로를 이용하는 방법이 있다. 상저취전로란, 고로에서 생산된 '용선'이라는 쇳물을 정제하는 항아리다. 전체 과정 중 용선을 생산하는 단계에서 전체 이산화탄소 배출량의 80%가 발생한다. 상저취전로 기술은 철 환원 과정에서 쓰이는 용선의 양을 줄이는 것을 의미한다. 전로에서 용선의 양을 줄이면 열이 부족해 온도가 낮아 원활한 제철이 이루어지지 않는다. 따라서 이때 기존 상부에서만 투입했던 산소를 하부에서도 투입하며 열원을 늘려 이를 해결하는 방식이 상저취전로 방식이다. 전기로 방식은 전극봉의 저항에서 나타난 열을 열원으로 이용한다. 이것만으로는 온도를 효율적으로 높이기 어려워 추가적인 쇳물을 혼합하거나 전자기장 관련 기술을 투입해야 한다. 하지만 전기로 방식은 전기믹스가 아닌 것을 전기믹스로 바꿀 수 있어 신재생에너지로도 철을 생산할 수 있다는 장점이 있다. 화석 연료 대체가 어려운 분야에서 쉬운 분야로의 전환이 이루어져 어떻게 보면 더 친환경적이라고 볼 수 있다.

탄소저감 철강 기술 옆에는 CCUS 관련된 내용이 있었다. CCUS는 이산화탄소를 포집해 활용하는 CCU 기술과 저장하는 기술인 CCS 기술로 나뉜다. 포스코는 제철 공정에서 나오는 이산화탄소 포집에 특화된 공정을 보유하고 있으며, 이를 활용하거나 저장하기 위한 많은 노력이 이루어지고 있다. 현재 이산화탄소를 다른 물질로 바꾸기에는 쉽지 않아 주로 탄산음료에 이용하고 있는데 이것도 배출한 이산화탄소에 극히 일부분만 사용하고 있어 이산화탄소를 저장하는 것이 더 주목받고 있다. 이산화탄소는 지진파 탐사를 통해 저장할 수 있는 공간을 찾을 수 있는데, 현재 해상에서 더 많은 저장 공간이 탐색되고 있다. 따라서 이산화탄소를 저장해 해안까지 수송하기 위해 액화시키고 탱크에 담는 과정이 필요한데, 전시에서는 여기서의 이산화탄소 탱크와 운송선을 확인할 수 있었다. 

수소환원제철을 위해 수소 운송도 필요한데, 수소를 기존 설비인 금속관을 통해 운송하면 수소가 금속에 붙어 금속의 취성이 매우 강해진다. 따라서 포스코에서는 용접을 통해 수소가 금속에 붙지 않도록 한 수소관을 만들었다. 이 외에도 수소 탱크와 운송선을 제시해 수소환원제철을 위해 수소를 액화시켜 운송하고 있음을 보여주었다.

 

전기 생산도 친환경적으로! 수소 혼소 발전과 에너지 전환

[자료 5, 6. 포스코의 탈탄소 발전 기술]   

출처 : ⓒ23기 김태현 

포스코는 전체적인 에너지 믹스 외에도 전기 믹스도 담당하고 있다. 가장 눈에 띄는 것은 많은 발전사가 담당하고 있지 않은 수소 혼소 발전이다. 재생에너지의 기술적 발전이 빠르게 이루어졌지만, 재생에너지만으로 전기 믹스의 100%를 충당하기는 아직 불가능하다. 이는 화석 연료로부터의 전기 생산이 아직은 불가피함을 의미한다. 따라서 화석 연료로 발전할 때 일부를 수소를 주입해 발전하면 화석연료의 사용량을 줄일 수 있다. 

마지막으로는 포스코에서 진행하고 있는 신재생에너지 발전 단지를 전시했다. 신안 태양광 단지부터 여러 곳에서 진행하는 육, 해상 풍력 단지를 모형으로 확인할 수 있었다.

 

신재생에너지에 친숙한 사람은 에너지를 생각했을 때 에너지 믹스가 아닌 전기 믹스를 생각하기 쉽다. 실제로 전체적인 에너지 믹스보다 전기 믹스의 친환경으로의 전환이 더 빠르게 이루어지고 있다. 그러나 전기믹스가 차지하는 비중이 두드러지게 많은 것이 아니기에 이 외적인 에너지 믹스도 생각해야 한다. 포스코는 이번 기후산업국제박람회에서 전체적인 에너지 믹스를 생각하고 있음을 보여준 만큼, 우리나라의 에너지 믹스에서 화석 연료가 차지하는 비중을 줄일 수 있기를 기대한다.

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