기업 수소 열전
포스코, 탄소제로 성패는 '수소환원제철'
③3대 수소 활용법 '제철용·발전용·모빌리티용'…2050 탄소중립 달성
이 기사는 2021년 10월 20일 08시 09분 유료콘텐츠서비스 딜사이트에 표출된 기사입니다.
(사진제공=포스코)


포스코가 2050년까지 탄소중립을 실현하겠다는 중장기 비전을 수립하고 핵심 실행 방안으로 수소사업 확장이라는 카드를 꺼내 들었다. 최근 본업인 철강산업이 성숙기에 진입하고 탈(脫)탄소 움직임이 확산하면서 새로운 성장동력 마련에 나선 것이다. 포스코는 수소사업의 조달과 활용 등에서 그룹 주요 계열사들이 광범위하게 합심해 추진한다는 계획이다. 포스코의 미래 신사업인 수소가 주력인 철강과 함께 그룹을 이끌어갈 또 다른 핵심 축으로 자리잡기 위한 과제를 시리즈로 점검한다. [편집자주]


[팍스넷뉴스 유범종 기자] 포스코가 중장기적으로 추진하고 있는 수소사업의 화룡점정은 활용 부문이다. 현재 포스코가 구상 중인 수소를 활용한 사업방향은 제철용, 발전용, 모빌리티용 등 크게 3가지 부문으로 압축된다. 이 가운데 주력사업인 철강의 생산방식을 기존 탄소환원제철에서 수소환원제철로 전환시키는 작업은 포스코가 제시한 2050 탄소중립 목표 달성의 핵심이 될 전망이다.


포스코는 최근 수소환원제철포럼(HyIS 2021)을 열고 꿈의 철강 조업기술로 일컬어지는 수소환원제철공법을 상용화하겠다고 도전장을 던졌다. 철을 생산할 때 필연적으로 이산화탄소 배출이 불가피한 현 철강조업 특성을 고려하면 매우 도전적인 선언이 아닐 수 없다.



◆ 2050년까지 수소환원제철 공법 기술개발 완료 청사진


수소환원제철공법은 현재의 제철공법에서 사용되는 석탄 대신 환원제로 수소를 사용해 이산화탄소가 발생하지 않고 물이 발생하게 하는 미래 친환경 제철공법이다. 기술만 개발된다면 철강 생산에서 발생하는 오염물질을 획기적으로 줄일 수 있다. 포스코는 2050년까지 기술 개발을 완료하고 이를 기반으로 한 수소환원제철소로 거듭나겠다는 청사진을 그리고 있다.


포스코가 높은 장벽을 깨고 철강 공정기술의 혁신을 이뤄낸다면 단순히 오염 물질 배출 저감이 아닌 세계 철강산업의 패러다임을 변화시키는 '게임 체인저(game changer)'가 되는 것도 불가능한 일이 아닐 것으로 보인다.


(자료제공=포스코)


하지만 수소환원제철공법은 이미 2000년대 초부터 세계 유수의 철강기업들이 적극적인 개발에 나섰지만 아직 성과를 내지 못하고 있는 기술이다. 기술적인 난관과 경제성 확보 곤란 등의 이유로 향후 상용화에 대한 회의적인 시각도 여전히 존재한다.


특히 수소환원제철공법이 상용화되면 현 제철소 체제에서의 고로(용광로)는 더 이상 필요 없어지게 된다. 수소환원제철공법은 유동환원로에서 생산된 환원철(DRI)을 전로가 아닌 전기로에 넣어 녹이고 불순물을 정체하는 과정을 거친다. 기존에 고로를 통해 석탄과 철광석을 녹이는 공정이 없어지니 결국 고로와 함께 부속설비(소결공장, 코크스공장) 등이 사라질 수 밖에 없다.


따라서 수소환원제철소로의 전환을 위해선 현 설비에 대한 출구전략을 지금부터 준비해야 한다. 포스코는 현재 세계 최대 규모인 광양 1고로(6000㎥)를 포함해 내용적이 5500㎥ 이상인 초대형 고로만 6기를 보유하고 있다. 전세계에 포진한 초대형 고로가 총 15기임을 고려하면 절반에 가까운 수다.


고로는 특성상 한번 화입(火入)을 시작하면 불이 꺼질 때까지 쇳물을 생산하는 구조이기 때문에 수소환원제철공법 전환에 따른 선제적인 고민과 전략 마련이 필요하다. 혹여 나중에 이러한 준비가 되어있지 않다면 천문학적인 비용이 소모될 가능성도 배제할 수 없다.


포스코는 이에 대비해 지난 2017년부터 정부 주도로 추진하고 있는 '고로기반 이산화탄소 저감형 하이브리드(Hybrid) 제철기술' 개발에 참여했다. 이를 통해 석탄을 수소함유자원이나 바이오매스와 같은 탄소중립적인 환원제로 일부 대체하거나 철광석을 고로에 투입하기 전에 일부 환원해 사용하는 방안 등을 적극 모색하고 있다.


포스코 관계자는 "현 고로 체제에서 수소환원제철로의 급격한 전환은 대규모 비용 소모를 수반할 수밖에 없다"면서 "어느 날 갑자기 한꺼번에 전환하기보다 상황에 맞게 단계적으로 추진하면서 동시에 기존 고로에 대한 이산화탄소 저감 활동도 병행하는 것이 현실적인 방안"이라고 전했다.


◆ 그룹 수소발전소 전환 추진…200만톤 수요 창출 기대


포스코는 제철용 외에 그룹 차원에서 보유한 발전소를 수소발전소로 전환하는 부분도 함께 추진하고 있다. 포스코는 최근 그룹사인 포스코에너지, 포항산업과학연구원(RIST)과 함께 수소 혹은 암모니아를 액화천연가스(LNG)나 석탄과 혼합해 발전하는 혼소발전기술 연구에 돌입했다.  


이 과정에서 주도적인 역할을 맡은 포스코에너지는 현재 가동 중인 LNG복합발전소의 수소 혼소 비율을 점진적으로 높여 2050년에는 100% 수소발전소 운영을 목표로 하고 있다. 포스코그룹이 현재 보유한 발전소 설비 전체 용량은 약 6.5GW다. 이를 모두 수소발전으로 전환한다면 연간 200만톤의 수소 수요가 창출될 것으로 예상된다.


포스코에너지는 뿐만 아니라 광양에서 운영 중인 LNG터미널 인프라를 활용해 대규모 암모니아와 수소를 저장할 수 있고 생산과 공급까지 가능한 복합 수소 콤플렉스(Complex) 구축에 나섰다. 향후 여기에 저장된 수소는 전용 수소배관과 고압·액체 수소 트레일러를 이용해 수소발전소, 충전소 등의 수요처에 공급될 것으로 예상된다.


◆ 현대차그룹과 맞손…수소모빌리티·연료전지 사업 확장


포스코는 이에 그치지 않고 외부기업인 현대자동차그룹과 손잡고 수소모빌리티와 수소연료전지 등의 사업으로도 영역을 넓힐 예정이다.


포스코는 수소사업의 시너지 창출을 위해 지난 2월 현대자동차그룹과 '수소 사업 협력에 관한 업무협약'을 체결했다. 양사는 수소에너지 활용기술 개발과 수소전기차 전환 등 다양한 부분에서 협력할 계획이다.


먼저 수송에너지 활용기술에서는 포스코가 암모니아를 활용해 그린수소 제조기술을 개발하면 현대자동차그룹이 포스코의 그린수소를 사용하는 연료전지 발전사업을 추진할 예정이다. 동시에 양사는 포스코의 철강 기술력을 바탕으로 수소차용 차세대 소재 개발과 적용 연구에서도 협업을 해나갈 방침이다.


포스코는 수소모빌리티 확산을 위해 포항과 광양제철소에서 운영 중인 차량 약 1500대를 단계적으로 현대자동차의 무공해 수소전기차로 전환할 계획이다. 이 과정에서 포스코는 제철소에서 생산되는 부생수소를 수소트럭의 에너지원으로 사용할 예정이다.


포스코 관계자는 "수소를 활용하는 관점에서 현대차그룹과도 다양한 협력 방안을 찾아 수소경제 주도권을 확보해나갈 계획"이라고 전했다. 


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