LNG가 이렇게 친환경적인 에너지원인 줄 미처 몰랐어. 네가 말한 대로 LNG를 더 잘 쓰려면 다양한 기술 개발이 필요할 것 같은데. LNG를 위한 포스코의 솔루션이라는 게 뭐야?
우선 LNG탱크 제작에 쓰이는 포스코의 극저온용 강재 라인업부터 소개할게. 포스코에는 극저온용강 삼총사가 있어. 바로 9%니켈강, 고망간강, STS304L이야. 강종 하나하나 설명해 줄게.
l LNG를 위해 포스코가 준비한 삼총사를 소개할게
– 포스코 극저온용 강재 No.1 9%니켈강
sss
9%니켈? 내가 맞춰볼게. 니켈이 9% 들어간 강재라는 거지?
정확해. 9%니켈강은 LNG 탱크 제작에 가장 많이 쓰이는 강종이야. 극저온에서도 우수한 강도와 충격 인성을 유지하는 니켈의 성질 덕분이지. 미국 INCO社가 1944년에 최초 개발한 이후, 1960년에 모형실험을 통한 안전성 입증이 이루어지면서 현재까지 초저온 저장탱크용 소재로 널리 사용되고 있어. 하지만 원재료인 니켈이 가격이 비싸고 수급이 불안정하다는 게 단점이야. 여기다 이 강종은 과거에 해외 특정 철강사들만 생산할 수 있다보니 우리나라 조선사들은 9%니켈강을 대부분 수입에 의존하는 실정이었어. 다행히 포스코가 1993년 최초로 국산화에 성공한 후, 품질 안정화를 거쳐 2007년부터 소재 생산에 가속도가 붙었지. 최근에는 우리나라 현대중공업, 대우조선해양, 삼성중공업, 이른바 조선 Big3와 활발히 이 소재를 이용한 LNG 탱크 기술 개발에 협력하고 있어.
– 포스코 극저온용 강재 No.2 고망간강
sss
고망간강이라. 이건 망간이 많이 들어간 강재라는 거 같네.
맞아. 극저온용 고망간강은 포스코가 2010년 개발에 착수해 2013년 세계 최초로 개발한 극저온용 신소재야. 망간이 22.5~25.5% 포함된 소재로 영하 196도에서도 쉽게 파손되지 않아. 저온 충격을 가했을 때 와장창 깨지는 일반 탄소강과 달리 고망간강은 주욱 늘어나. 철강에 망간을 넣으면 입자 조직이 바늘같이 세밀하게 형성돼 충격을 흡수하는 능력이 탁월해지고, 마모를 견디는 능력도 뛰어나거든.
9%니켈강과 차이점은 뭐야?
두 강종 모두 극저온인성이 강하다는 점은 같지만, 가장 큰 차이가 가격경쟁력이야. 니켈에 비해 망간은 가격이 저렴하고 매장량이 풍부해서 수급 안정성이 높아. 소재 가격은 고망간강이 9%니켈강보다 약 30% 저렴하고 각 강재를 용접하는데 드는 용접재료 비용도 고망간강이 훨씬 낮거든. 9%니켈강과 스테인리스강 모두 LNG 탱크 제작에 훌륭한 강종이지만, 너무 고가인 점이 탱크제작사들에게는 부담이었어. 이 문제의 솔루션으로 포스코가 고망간강을 개발한 거지. 원래 선박용 극저온 LNG 탱크 소재로는 IMO(International Maritime Organization) 규정에 따라 니켈합금강, 스테인리스강, 9%니켈강, 알루미늄합금 4종류만 사용하게 되어있었거든. 여기에 더해서, 2018년에 고망간강도 공식적으로 사용 승인을 얻었어. 포스코가 독자 개발한 고망간강의 우수성을 국제적으로 인정받은 거야.
– 포스코 극저온용 강재 No.3 STS304L
sss
스테인리스 304L…? 이건 무슨 뜻인지 잘 모르겠는걸.
스테인리스 스틸에도 앞서 말한 니켈이 들어가. 304는 스테인리스 중에서도 상온에서 오스테나이트(austenite) 조직을 띄는 ‘오스테나이트계’라는 걸 뜻하고, L은 탄소 함유량이 0.03% 이하로 적은 저탄소(Low carbon)강 임을 의미해. 스테인리스강은 9%니켈강, 고망간강에 비해 가공하기가 편리해서 LNG플랜트의 후육강관이나 기계장치류에 더 많이 사용되지만, 탱크용으로 스테인리스를 채용하는 고객들이 있기 때문에 포스코는 이 강종을 가지고도 이용기술을 계속 개발해서 솔루션을 제공하고 있어.
오~ LNG를 위해 신강종까지 개발하고! 우리 집 도시가스랑 포스코가 연관이 있을 줄은 상상도 못했네.
맞아. 근데 진짜 솔루션 이야기는 지금 부터야. 포스코가 신 강종을 개발한 것도 의미 있는 일이지만, 이 강재를 가져다가 LNG 탱크를 만드는 고객사에서 잘 쓸 수 있어야 하잖아. 우리가 LNG를 좀 더 경제적이고 안전하게 사용할 수 있도록 포스코는 수년간 고객과 함께 LNG탱크 연구개발에 참여 해왔어. 굵직한 성과들에 대해서 이어서 이야기해 보자고.
l 친환경 LNG를 위한 포스코의 막강한 스틸 솔루션!
LNG탱크를 제작하는 포스코의 고객사들은 저마다 개발하는 탱크의 특성에 따라 9%니켈강, 고망간강, STS304L 중 가장 적합한 강종을 선택하거든. 고객의 요구에 맞춰 포스코는 어떤 강종이든 최고의 솔루션을 제공하고 있지. 그 굵직한 성과들만 좀 나열해볼까?
– 9%니켈강 솔루션 :세계 최대 사이즈로 고객 원가 절감, 중소고객사에게는 기술 이전을!
아주 오랜 연구 끝에, 드디어 포스코 9%니켈강 연료탱크를 장착한 선박이 건조되고 있어. 바로 현대삼호중공업의 ‘HL ECO’와 ‘HL GREEN’호야. 이 배들은 둘 다 18만 톤 급 LNG추진 벌크선인데, 연료탱크 소재로 포스코 9%니켈강이 실제 적용된거지. 올 연말에 동시에 선주 H-LINE社로 인도될 예정이래. 탱크에 쓰인 9%니켈강뿐 아니라, 선체에 들어간 후판까지 ALL POSCO STEEL이라 더 의미가 커. 즉, 이 선박들은 소재부터 연료탱크 기술까지 마침내 100% 국산화를 이룬 결실이야. 그리고 여기에 포스코의 필살기 솔루션이 또 있지. 포스코는 LNG탱크 제작에 필요한 모든 두께의 9%니켈강을 생산할 수 있고, 또 ‘광폭’, ‘장척’ 사이즈의 니켈강도 생산 가능하다는 점!
광폭, 장척이라. 폭이 넓고, 길게 생겼다는 뜻이겠군. 근데 그게 왜?
탱크 제작사들은 니켈강을 판재 형태로 가져가서, 이를 한 장 한 장 용접해서 탱크를 제작해. 용접은 인건비도 비싸고 시간도 오래 걸려서 전체 공정률에 큰 영향을 미치거든. 그래서 포스코 고객사들의 숙제는 늘 ‘어떻게 하면 용접 공수를 줄이지?’야. 심지어 9%니켈강은 일반강에 비해 용접에 필요한 용접재료가 비싸. 그래서 포스코는 용접 공수와 비용을 줄일 수 있는 방법으로 아예 면적이 넓은 소재를 개발한 거야.
같은 크기의 탱크를 만들 때 강판 50장을 용접해서 만드는 것보다 30장을 용접해서 만드는 게 시간과 비용 면에서 훨씬 효율적이겠네!
포스코는 현재 세계에서 가장 큰 사이즈의 조선용 9%니켈강을 생산할 수 있어. 기존에는 3.85m x 15m까지 생산 가능했던 것을 포스코가 6개월간 연구개발 끝에 4.3m x 20m까지 생산하는 체제를 구축했지. 포스코 자체적인 연구개발도 중요했고, 이 제품을 실제 고객의 탱크에 적용하기 위해서 풀어야 할 규제할 숙제도 많았어. 그래서 영국 LR(LLOYD’S REGISTER OF SHIPPING) 선급과 니켈강의 품질에 대해 선제적으로 논의하고, 이를 토대로 현대미포조선과 탱크 설계, 구조 타당성 검토, 성능 테스트 등을 함께 했지. 코로나19 사태 때문에 공동 연구가 끊길뻔하기도 했는데, 포스코가 고객사에 직접 다자간 영상회의 시스템을 구축해서 활동을 이어왔어. 그 결과 광폭장척 9%니켈강은 성공적으로 지난 4월에 현대미포조선에 최초 공급됐지!
이제 한창 그 LNG 탱크가 만들어지고 있겠구나.
포스코의 광폭장척 9%니켈강은 현대미포조선이 건조하는 길이 169m, 너비 25.6m, 높이 15.6m의 25,000톤 DWT급 석유화학제품 운반선에 들어가는 LNG연료탱크 제작에 쓰이고 있어. 이 배는 벙커C유와 LNG를 모두 사용할 수 있는 이중연료 엔진을 탑재하거든. 차로 치면 하이브리드카 같은 거지. 이 배는 내년 3월 건조 완료되어 선주사인 버뮤다의 ‘메리디안(MERIDIAN)’으로 인도될 거래.
우리나라가 LNG선 강대국이라는 이야기는 여러 번 들었어. 최근 3년(2017~2019년) 간 전 세계 선사가 발주한 LNG추진선 124척 중 118척을 우리나라 조선사들이 수주했다며. 이런 LNG탱크 소재와 기술로 우리 경쟁력이 더 강해지겠다!
응. 조선 대기업은 물론이고, 중소 탱크 제작사들과 함께 강해지는 길도 모색 중이지. 사실 조선산업 장기 불황으로 우리나라 기자재 업체들이 큰 어려움을 겪고 있고, 조선 3사 협력사 위주의 일감 확보로 생계가 유지되는 상황이거든. 포스코는 이런 위기를 함께 극복하기 위해 회사가 보유한 9%니켈강, 고망간강 적용 LNG 연료탱크 이용 기술을 중소기업들이 사용할 수 있게끔 기술을 무상으로 지원하고 있어. 9%니켈강, 고망간강을 이용한 가공, 용접 기술을 알려주고 글로벌 선사들을 포스코가 직접 초청해서 우리나라 중소 탱크 제작사의 제품을 홍보해 주기도 해. Mill-중소기자재 제작사-조선사로 이어지는 강건한 산업 생태계를 만드는 거지.
– 고망간강 솔루션 : 신소재로 LNG의 신대륙을 개척 중!
고망간강은 포스코가 새롭게 개발한 강종이라고 했지? 그럼 이용기술부터 하나하나 새롭게 연구되었겠네.
고망간강은 LNG 분야의 공인된 소재로 등록이 되어있지 않았기 때문에 곧바로 상용 프로젝트에 적용할 수가 없었어. 그래서 포스코는 우선 고망간강을 2014년 한국산업표준(KS), 2017년과 2018년에 각각 미국재료시험협회(ASTM)와 국제표준화기구(ISO)에 소재규격으로 등재시켰어. 고망간강이 실제 LNG탱크에 성공적으로 적용된 사례가 2017년 건조된 국내 최초의 친환경 LNG추진선 ‘그린아이리스(Green Iris)’호야. 이 배는 포스코와 현대미포조선의 합작품으로 유명한데, 당시 ‘세계 최대’ LNG추진 벌크선이자, 포스코가 자체 개발한 고망간강을 ‘세계 최초’로 적용한 선박이라 큰 주목을 받았지. 지금 강원도에서 광양제철소까지 석회석을 운반하는 용도로 열심히 바다 위를 달리고 있어.
벌써 고망간강으로 만든 LNG탱크가 사용되고 있다니. 연구 진척이 엄청 빠르네.
최근에는 고망간강이 적용된 육상 LNG탱크도 상업운전을 개시했어. 이 탱크 역시 최초 설계를 할 당시만 해도 국내 표준 규격이나 LNG터미널 관련 설계코드에 고망간강이 등록되어 있지 않아서 표준 규격 개정 절차부터 필요했어. 포스코는 고망간강을 적용한 육상 LNG탱크의 안전성을 직접 검증하기 위해서 목업(Mock-up) 탱크를 제작해 운영하기도 했지. 탱크의 수명을 50년으로 가정하고 1천 번 이상 LNG를 채웠다가 비우는 테스트를 진행했고, 테스트가 끝난 후 탱크를 해체해서 고망간강의 성능에 문제가 없음을 눈으로 직접 확인했어. 마침내 2019년, 가스기술기준위원회가 육상 LNG 저장탱크 제조 기준에 고망간강을 사용 가능 소재로 등재하면서 상용화의 길이 열렸지. 그후 고망간강으로 제작된 광양 LNG터미널 5호기 탱크는 저장 규모 20만㎘를 갖추고 지난 4월부터 상업 운전에 돌입했어.
▲ 포스코 고망간강이 적용된 LNG연료탱크를 장착한 그린아이리스호(왼쪽)와 광양 LNG터미널 5호기 저장탱크
– STS304L 솔루션 : 스테인리스 적용 국내 독자 LNG저장탱크 모델 개발
포스코 STS304L을 적용한 국내 독자 LNG저장탱크 모델도 빼놓을 수 없지. 바로 대우조선해양의 LNG저장탱크 솔리더스(SOLIDUS)야. 솔리더스는 이중 스테인리스 방벽을 적용해 LNG 누출을 방지하고 안전성을 극대화했어. 이 설계기술은 영국(LR), 미국(ABS), 노르웨이(DNV-GL) 등 글로벌 5대 메이저 선급사로부터 실제 LNG운반선 적용에 적합하다는 인증까지 획득했어. 포스코는 대우조선해양의 솔리더스 개발을 지원하기 위해 LNG 저장 환경에서 STS304L의 다양한 성능 테스트를 함께 진행했지.
본격 LNG 시대를 앞두고 포스코와 고객사들의 협력이 하나둘씩 결실을 보는구나. 특히 우리 소재와 기술로 당당히 한국산 LNG탱크들이 바다 위로 진출한다고 하니 괜히 나도 뿌듯한걸? 친환경과 국산 경쟁력 강화 두 마리 토끼를 잡은 것 같아. 계속 기대해도 되겠지?
포스코는 광양 LNG터미널에 적용한 고망간강 육상탱크 기술을 고도화해서 6번째 탱크 제작 연구에도 참여 중이야. 특히 국제설계코드 개정 후 해외 프로젝트에도 적용할 수 있도록 노력 중이고. 최근에 고망간강 적용을 검토한 유럽의 메이저 오일기업이 세계적인 가스 콘퍼런스 ‘Gastech 2020’에서 고망간강의 경쟁력에 대해 호평하기도 했대. 9%니켈강과 STS304L 역시 LNG탱크 기술개발의 중요한 열쇠가 될 수 있도록 포스코는 오늘도 고객사들과 머리를 맞대고 있어.
뜻밖에 초록이가 LNG 박사가 되어버렸네요. ･ิ▽･ิ 우리 지구를 위해 더욱 앞당겨야 할 LNG 시대! 포스코는 오늘도 친환경 제품과 기술이 필요한 모든 곳에 최고의 스틸 솔루션을 제공하고 있답니다! 다음으로 포스코의 GPS가 향하는 곳은 어디일까요? 기대해 주세요.