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[포스코 에코 리포트 3] 포스코의 온실가스는 이렇게 관리되고 있다

[포스코 에코 리포트 3] 포스코의 온실가스는 이렇게 관리되고 있다

뉴스룸 편집팀 2019/11/29

“울 아빠는~ 지구를 지켜요! 미세먼지를 엄~청 줄이고 나쁜 연기도 없애서 공기를 맑게 해준대요. 소나무를 많~이 많이 심어 지구를 시원하게 해주고요~ 북극곰을 살려 준대요.” 이렇게 시작하는 광고, 우리나라에서 모르는 사람이 없을 정도로 히트를 쳤다. “아빠가 뭐 하시는데?” 질문에 광고 속 어린이의 대답이 걸작이다. “콘! 덴! 싱! 만~들어요.”

환경에 대한 국민적 관심사를 재빠르게 캐치한 보일러 회사의 광고다. 그런데 시청자들은 이 광고를 얄팍한 상업 광고로 여기지 않는다. 오히려 환경의 중요성을 일깨워줬다고 보는 게 맞을 것이다.

사실 보일러는 도시가스를 연료로 물을 가열하여 가정에 온수를 공급하는 장치다. 가스 연소에 따라 미세먼지와 온실가스 배출이 불가피한데, ‘콘덴싱’이라는 장치를 통해 에너지 효율을 높일 수 있고, 그만큼의 환경부하를 줄일 수 있다. 따라서 이 광고 메시지의 핵심은 에너지를 환경친화적, 지구 친화적으로 쓰는 보일러를 사용하라는 것.

 

l 온실가스(Greenhouse Gas)로 지구의 기온이 올라가고 있다

광고뿐 아니라 뉴스와 다큐멘터리에서도 북극곰이 등장한 지 오래됐다. 지구온난화와 기후변화의 희생양으로서 말이다. 북극곰이 ‘눈물’을 흘리게 만든 주요 원인은 온실가스 배출에 의한 지구온난화. 잘 와 닿지는 않지만, 지구의 온도는 산업화 이전 시대인 1850~1900년보다 1℃가량 더 높아졌다고 한다.

지구온난화의 원인이 되는 6대 온실가스는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화황(SF6)인데, 이 중에서 이산화탄소는 지구온난화지수(GWP, 온난화에 미치는 영향)는 가장 낮지만, 배출량의 대부분을 차지하고 산업화와 더불어 대기 중 농도가 급속히 증가하고 있기 때문에 온실가스 대표지표로 본다.

2015년 12월, 전 세계 196개국은 ‘파리협정(The Paris Agreement)’을 체결하고 온실가스 줄이기로 합의했다. 목표는 ‘2050년까지 지구 평균기온 상승폭을 2℃ 이하로 억제하고, 1.5℃ 이내로 유지’하는 것. 그러나 과학자들은 상승폭을 1.5℃ 이내로 제한해야 한다고 강조한다. 지구의 평균기온이 0.5℃ 더 상승할 경우 빈곤에 취약한 인구는 수억 명이 늘어나고, 심각한 물 부족에 노출되는 인구는 2배가 될 수 있다고 경고한다.

※ ‘미세먼지’와 ‘온실가스’는 무슨 차이가 있을까?
비슷하지만 다른 두 물질에 대한 정확한 이해가 필요하다. “미세먼지”는 중금속·유해화학물질 등을 포함한 직경 2.5~10㎛에 불과한 물질로, 기관지·폐 등 호흡기에 영향을 준다. 반면 온실가스는 석탄·가스·석유를 태우는 과정에서 발생해 오랜 기간 대기에 축적되는 물질로, CO2가 대표적이다. CO2는 독성은 없지만, 지구 대기 온도를 높이는 온실효과를 가져온다.
한편, 둘 다 인류가 화석연료를 이용하면서 배출되는 물질이며, 국경을 넘어 영향을 준다는 점에서는 유사하다. 다만 미세먼지는 온실가스보다 국지적으로 발생하고, 피해가 비교적 빠르게 나타나기 때문에 우리나라에서는 지금 미세먼지가 더 시급한 현안으로 다뤄지고 있다. 그러나 과학자들은 지구의 기후환경 시스템에 영향을 미치는 온실가스를 더 중요한 이슈로 본다.

 

l 글로벌 온실가스 배출량은 얼마나 될까

온실가스는 지구에 관한 문제다. 그럼, 지난 수 세기 동안 인류가 배출한 온실가스가 얼마나 되길래 오늘날 논란이 되는 것일까?

글로벌 카본 프로젝트(GCP, Global Carbon Project) 등의 데이터에 따르면, 1751년부터 2017년까지 260여 년 동안 세계는 1조 5,400억 톤 이상의 이산화탄소(CO2)를 배출해 왔다. 배출량 상위 15개국의 국가별 누적 배출량을 살펴보면 미국이 3,993억 톤으로 가장 많고(25.4%), 2위가 EU 28개국 3,530억 톤(22.9%), 3위가 중국으로 2,001억 톤(12.7%) 순이다.

또 2017년 한 해를 기준으로 보면 총배출량은 362억 톤인데, 중국이 98억 톤(27.2%), 그다음으로 미국 53억 톤(14.6%), EU 28개국이 35억 톤(9.7%)으로 뒤를 잇는다.

▲자료: Global Carbon Project; Carbon Dioxide Information Analysis Centre (CDIAC)

한국은 누적 배출량에서 158억 톤(1.0%), 2017년 배출량에서는 6억 톤(1.7%)으로 집계됐다. 지구적 차원의 문제라는 관점에서 보면, 1%대인 한국의 온실가스 배출 비중은 미미한 수준이다.

한편, 기후변화는 전 세계에 누적된 온실가스 배출량에 영향을 받기 때문에 역사적으로 CO2를 많이 배출해온 국가들의 책임과 역할이 강조되고 있는데, 누적 배출량 1위인 미국이 최근 자국의 경제적 부담을 이유로 파리협정 탈퇴 절차를 밟고 있어 빈축을 사고 있다.

▲자료: 2017년 환경부 온실가스종합정보센터 국가 온실가스 인벤토리

환경부 온실가스 종합정보센터가 공표한 ‘국가 온실가스 인벤토리’에 따르면, 2017년 우리나라 온실가스 총 배출량(CO2eq.)은 7억 914만 톤이었으며*, 배출 분야는 에너지(86.8%), 산업공정(7.9%), 농업(2.9%), 폐기물(2.4%)’ 순으로 많았다.
* CO2eq.: 온실가스 배출량을 대표 온실가스인 이산화탄소로 환산한 양으로, 각 온실가스 배출량에 지구온난화지수(GWP)를 곱한 값을 누계하여 구함.
*우리나라 환경부가 작성하는 온실가스 인벤토리(통계)는 에너지 연소 외 산업공정·농업·폐기물 분야 등을 포함하므로 해외 데이터보다 배출량이 높음.

국내 온실가스 총 배출량 가운데 철강 산업의 기여도는 14% 수준으로, 에너지와 산업공정 분야에 걸쳐 있다. 먼저 에너지 분야에서는 연료 연소에 따른 온실가스 배출이 거의 대부분인데, 전기 및 열 생산의 배출량(35.58%)이 가장 많다. 산업공정 중에서 철강 산업은 광물(시멘트)·화학·반도체 산업보다 온실가스 배출이 훨씬 적다.

※ 한국 철강산업의 에너지 관리 수준은?
국제에너지기구(IEA)는 우리나라와 일본 철강업의 추가적인 에너지 절감 가능성이 중국·인도의 1/4, 유럽의 2/3에 불과한 것으로 분석했다. 현재 한국 철강의 에너지원 단위가 그만큼 글로벌 톱 수준이라는 것이다.
일본 지구환경기술연구원(RITE)도 ‘대용량 폐열 회수설비인 코크스 건식소화설비(CDQ)와 고로 노정압 발전(TRT) 등 에너지 절감 5대 기술의 도입 비율은 한국 철강업이 최고 수준’이라고 분석한 바 있다.
한편, 온실가스 배출과 직접 관련된 고로 공정내 석탄사용량을 ‘환원제비’라 부르는데, 포스코의 쇳물 1톤당 환원제비는 500kg 수준으로 세계 최상위권에 속한다.

모두가 알고 있듯이, 역사적으로 경제성장과 온실가스 배출 수준은 상당한 상관관계가 있다. 아래 그래프에서처럼 우리나라도 마찬가지다. 기술의 발전은 산업화와 국내총생산(GDP) 증가를 가져왔지만, 온실가스 총 배출량을 증가시키는 결과를 낳았다.

▲자료: 환경부 온실가스종합정보센터, 세계은행

다행히 GDP당 온실가스 배출량은 점점 줄어드는 추세에 있다. 이는, 역설적이게도 기술발전이 만든 온실가스는 기술발전으로 해결할 수 있다는 것을 뜻한다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면, 온실가스를 감축하는 데에는 ‘에너지 효율 향상(40%) → 재생에너지 사용(35%) → CO2 포집·저장(14%)’ 순으로 기여도가 높다. 비록 기술발전이 온실가스를 증가시켰다 할지라도, 에너지 효율을 높이는 기술은 가장 효과적인 온실가스 감축 수단이 되어 전통적인 상관관계를 바꿔놓을 수 있다는 것. 서두에서 인용한 광고 속의 콘덴싱 보일러가 겨냥하고 있는 게 바로 ‘에너지 효율 향상’이다.

 

l 포스코 제철소는 어떻게 관리하고 있나

제철공정은 본래 자연 상태의 철광석에서 산소를 분리해 철 성분을 뽑아내고, 가공하는 과정이다. 포스코의 용광로에서는 철광석에서 산소를 떼어내기 위해 환원제로 석탄(구체적으로는 유연탄을 1차 가공처리한 코크스)을 사용하고 뜨거운 바람을 불어넣는데, 여기서 문제는 ‘석탄’.

용광로는 자원의 가용성이나 경제성 측면을 감안할 때 현존하는 가장 효율적인 철강 생산법으로, 현재 세계 대부분의 철강사들이 채택하고 있는 방식이다. 그러나 화석연료인 석탄을 사용하기 때문에 필연적으로 온실가스 배출 리스크를 안고 있다.

용광로 안에서의 화학반응
(1) 코크스 연소 2C + O2 → 2CO
코크스(C)와 산소(O2)를 고온에서 산화시켜 CO Gas를 생성
(2) 철광석 환원 Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2
CO Gas가 철광석으로부터 산소를 분리시켜 순수한 철(Fe)을 생성하는 화학반응에서 CO2 발생

따라서 포스코는 화석연료인 석탄 사용량 저감, 주요 공정에서의 에너지 효율 제고 등을 통해 환경 부하를 최소화하는 데 온실가스 배출관리의 초점을 맞추고 있다. 무엇보다, 제철소 전체 공정을 하나의 완결된 에너지 시스템으로 구축하여 내부 에너지를 재활용함으로써 온실가스 발생을 최소화하고 있다.

(1) 제철소 전체 에너지 시스템을 최적화한다

온실가스 배출은 에너지 소비가 어떻게 이뤄지느냐에 좌우되므로, 에너지 다소비 사업장인 제철소의 에너지 흐름을 설계·운영하는 것이 매우 중요하다. 그런 관점에서 포스코 제철소의 에너지 흐름은 물 샐 틈 없는 폐쇄회로와도 같다.

그림에서처럼 제철소의 공정은 크게 ‘화성(코크스)→제선(소결·고로·FINEX)→제강→압연’ 순으로 진행되는데, 포스코는 각 공정에서 배출되는 가스와 열이 회수되게끔 시스템이 설계돼 있다.

특히, 코크스로(Coke Oven), 고로(Blast Furnace), FINEX, 전로(Converter) 공정에서 발생한 부생가스들은 99% 이상을 회수하여 공정에 직접 재이용하거나 자가 발전에 사용함으로써 제철소는 물론, 국가적으로도 온실가스 배출을 줄이는 효과를 내고 있다. 철강공정이 달라 단순 비교하기 어렵다 하더라도, 에너지가 풍부한 미국 등지의 제철소는 부생가스를 활용하지 않고 그대로 대기 중으로 방산하는 경우가 많다.

(2) 버려지는 에너지원도 되살린다

불순물이 많은 원료 상태의 철광석과 석탄을 이용해 순수한 고품질의 철을 생산하려면 여러 공정을 거치며 가열과 냉각을 반복해야 한다. 이때 다양한 곳에서 고온·고압의 에너지가 발생하는데, 폐열은 그냥 흘러가게 두고 버리기엔 아까운 에너지원이다. 그래서 제철소에서는 각 공정에서 발생한 폐열들을 유용하게 재활용하기 위해 노력하고 있다.

에너지 사용과 온실가스 배출 비율이 높은 제선공정에는 △코크스 건식소화(CDQ) △석탄 수분 제어기술 △노정압 발전(TRT) △미분탄 직접 취입 등 방대한 기술이 적용되고 있다. 이어, 제강, 압연 공정에서도 다각도로 에너지 절감 및 효율 개선 기술이 채택되고 있다.

* 소결
– 소결광 냉각공정의 현열 회수
* 코크스
– 코크스 건식 소화(CDQ) – 적열 코크스를 냉각 가스와 열교환하여 현열 회수

– 석탄의 수분 조절을 통한 코크스 강도 및 고로 효율 개선
* 고로
– 노정압 발전(TRT) – 고로에서 배출되는 부생가스의 압력을 활용하여 발전

– 열풍로 배가스의 현열 회수
– 미분탄 직접 취입 – 코크스 대신 석탄을 고로에 직접 취입
* 전로
– 공정에서 배출되는 가스에 포함된 현열 회수
– 전로 하부에 아르곤 가스 주입으로 에너지 효율 개선
* 압연
– 고온 슬라브 직접 장입으로 재가열 에너지 절약
– 가열로에서 배출되는 가스의 현열 회수
* 발전
– 포집한 부생가스를 정제하여 연료로 재이용

고로에서 발생하는 고압의 가스로는 터빈을 돌려 전기를 생산한다. 뜨거운 코크스를 식히느라 뜨거워진 질소는 고압 스팀 생산에 사용하고, 이 고압 스팀으로도 발전기를 돌려 전기를 생산한다. 이렇게 폐열회수를 통한 발전량은 2018년 2,500GWh 이상이었다. 이를 온실가스 배출량으로 따지면 116만 톤(CO2eq.)을 저감한 것으로, 30년생 소나무 1억 7,400만 그루가 1년 동안 흡수하는 CO2량에 해당한다.

스팀을 만들 수 없는 저온의 열이 발생하는 공정도 많다. 포스코는 저온 폐열로도 발전이 가능한 유기랭킨 사이클(ORC), 열전발전소자 등에 대한 연구도 진행하고 있다. 지난해에는 공정상 폐열 회수, 부생가스 중 이산화탄소 회수 등 온실가스 감축을 위한 연구개발에 982억 원을 투입했다.

(3) 끝없는 공정개선으로 에너지 사용량을 줄여나간다

반복되는 얘기지만, ‘에너지를 절감하는 일= 온실가스를 줄이는 일’이다. 포스코는 제철소 현장의 온실가스를 줄이기 위해 끊임없이 공정을 개선해 오고 있다.

지난해에만 해도 포스코는 LNG 발전소 효율 개선, 집진기 인버터 설치 등 에너지 절감을 위해 1,205억 원을 투자했다. 포항제철소는 가스터빈 부품 교체, 기화 냉각시스템 설치 등을 진행하고, 광양제철소는 LNG 발전 효율 개선, 부생가스 발전 복수기 성능 복원 등을 실시했다.

양 제철소에서는 연료를 가장 많이 사용하는 가열로 전체를 대상으로 연소효율을 향상시키기 위해 매년 노체 진단, 연소 최적화, 열교환기 효율 증대 등의 개선활동을 수행하고 있다.

또 최근 포스코는 제철소 전체 공장과 사무동의 전등 35만여 개를 LED로 교체했는데, 이는 연간 전기 27GWh를 절약하는 효과가 있다.

한편 제철소에 구현하고 있는 스마트팩토리 기술들은 공정 운영을 더욱 최적화하여 에너지 효율을 높이고 온실가스 배출을 줄이는 데 기여할 것으로 기대된다.

 

l 빈틈없는 관리와 투자로 만든 ‘에너지 효율 글로벌 No. 1 제철소’

온실가스 및 에너지 관리는 포스코의 중요 경영지표다. 포스코는 정책 실행력을 높이기 위해 분기마다 ‘저탄소 친환경 카운슬’을 개최하는 등 전사 차원의 관리를 강화하고 있다.

2015년 1월 국내 온실가스 배출권거래제가 본격 시행됨에 따라, 포스코는 2006년부터 운영해오던 온실가스 관리시스템을 개선한 ‘탄소회계 시스템’을 구축하고, 배출권 수급을 예측하고 배출권 비용을 반영하는 등 시스템을 적극 활용하고 있다. 또한 배출량의 측정·보고·검증(MRV; Monitoring, Reporting and Verification) 관리를 위한 ‘배출량 검증지원시스템’을 구축하여 배출량 검증 과정의 투명성과 신뢰성을 높이고 있다.

한편, 지난 2010년 포스코는 ‘2020 온실가스 감축 목표’를 선언하고, 2020년까지 조강 1톤당 온실가스 배출량을 2.2톤(2007~2009년 평균)에서 2.0톤으로 9% 감축키로 했는데, 2012년에 사실상 목표를 달성했다. 지난해의 경우엔 기준연도 대비 13%를 감축했다.

▲자료: 2018 포스코 기업시민보고서

지난 10월 우리나라 정부는 ‘제2차 기후변화대응 기본계획’을 발표했다. 2016년 12월 수립한 1차 계획의 세부 방안을 마련한 것인데, 2030년 온실가스 배출 전망치 대비 37% 감축하겠다는 목표는 기존과 동일하지만, 국내에서의 감축 비율을 당초 25.7%에서 32.5%로 6.8%p 상향했다. 감축량으로 보면 2억 1,910만 톤에서 2억 7,630만 톤으로 상향된 것으로, 우리나라 산업계의 환경적 책임과 부담을 강화하는 정책이다.

점차 엄격해지는 환경정책 속에서 포스코는 중장기 에너지 효율 혁신기술을 개발하고, CO2-Free 제철소 실현을 위한 장기 전략을 수립, 이행하여 기후 관리에 대한 책임을 다할 계획이다.

끝으로 드리고 싶은 얘기 하나. 서두에서 언급한 광고 얘기로 돌아가면, 에너지 효율을 크게 높이는 콘덴싱 보일러의 핵심부품 중 하나가 ‘열교환기’란다. 이 열교환기는 포스코 같은 철강사가 생산한 스테인리스스틸 소재로 만들어진다. 스틸 솔루션을 통해 ‘사회적 온실가스’를 감축하는 데 일조하는 포스코의 많은 사례 중 하나다.

 

* 포스코 뉴스룸이 <포스코 에코 리포트>를 연재합니다. 포스코 환경경영의 참모습을 설명해 드리겠습니다.

 

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