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98% 재활용되는 철강 부산물, 어떻게 쓰이나

포스코 에코 리포트 4

98% 재활용되는 철강 부산물, 어떻게 쓰이나

뉴스룸 편집팀 2019/12/13

노릇노릇하게 구운 두부전과 구수한 비지찌개. 요즘처럼 추위가 닥쳐올 때 더없이 생각나는 음식들이다. 두붓집에서는 비지찌개를 같이 팔기도 하고, 식당을 찾은 손님들은 비지 한 봉지씩을 싸 들고 나오기도 한다.

‘철’ 공장 포스코를 이야기하면서 두부 요리를 떠올린 이유는 이 둘이 닮은 데가 있기 때문이다. 제철소가 철광석이라는 원료에서 철(Fe) 성분을 뽑아내고 나면 일종의 건더기가 생기는데, 마치 두붓집에서 콩을 불리고 끓여 단백질 성분만 쏙 뽑아내 두부를 만들고 나면 건더기로 비지가 생기는 것처럼 말이다.

여기서 끝이 아니다. 콩비지가 버려지지 않고 새로운 음식으로 탄생하듯이, 철강 생산공정의 부산물 또한 버려지지 않고 거의 대부분이 다양한 소재로 재탄생한다는 점이 닮은꼴의 포인트.

콩 - 두부 완성 + 비지, 비지를 재활용 하여 콩 비지 찌개, 철광석 - 철강재 완성 + 부산물(슬래그 등), 부산물을 재활용하여 농업비료, 시멘트 원료, 인공어초

이번 포스코 에코 리포트에서는 우리가 별로 관심을 두지 않는 철강 생산공정의 부산물에 대해 알아본다. 두붓집 콩비지만큼이나 쓸모 있는 ‘철비지’에 대한 이야기다.

l 철강 부산물은 또 다른 ‘제품’이다

포스코의 광양·포항 제철소는 단일 제철소 기준으로 각각 세계 1~2위를 하는 만큼 철강 생산량이 어마어마하다. 그런 만큼 제조공정에서 나오는 부산물의 규모도 엄청나서 2018년 기준 2,423만 톤이 발생했다. 하지만 이 철강 부산물은 제철공정의 찌꺼기나 쓰레기, 폐기물, 이렇게 불릴 신분이 아니다. 콩비지와 마찬가지로 ‘철비지’의 98% 이상이 버릴 필요 없이 제각기 쓰임새를 갖고 있기 때문이다. 철비지는 어디서 생겨나고, 어떻게 재탄생하는 것일까?

<철강 생산공정의 Input과 Output> 연,원료: 철광석, 원료탄 → 소결공정, 코크스공정 ( 콜타르, 더스트, 슬러지, 부생가스(COG)의 부산물 발생) → 제선공정 (고로 슬래그, 더스트, 슬러지, 부생가스(BFG)의 부산물 발생) → 제강공정 (제강 슬래그, 부생가스(LDG)의 부산물 발생) → 압연공정 (스케일(철가루), 산화철의 부산물 발생) → 제품 : 철강재

철강 생산공정은 연·원료인 철광석과 석회석, 원료탄을 가지고 철강 제품을 만드는 과정이며, 각 공정에서 다양한 철비지, 즉 철강 부산물이 발생한다.

대표적인 부산물은 슬래그(Slag)다. 철광석으로부터 철을 분리하고 남은 물질인 슬래그는 포스코 부산물 발생량 중 약 80%를 차지한다. 슬래그는 어디에서 발생했는지에 따라 고로슬래그와 제강슬래그로 구분되는데, 고로슬래그는 고로가 쇳물을 만드는 과정에서 발생한 암석 성분의 뜨거운 용융슬래그다. 이를 밀폐된 설비에서 고압의 물을 분사해 급속 냉각 시켜 제조하면 모래 형상의 수재슬래그가 되고, 야드에서 서서히 냉각시키면 괴재슬래그가 된다. 제강슬래그는 고로슬래그와 마찬가지로 전로나 전기로 등에서 쇳물을 정련하여 강을 만들 때 발생한다.

슬래그를 제외한 나머지 20%의 부산물에는 배가스 집진공정이나 수처리 설비 등 환경오염 방지시설로부터 포집한 더스트(Dust)와 슬러지(Sludge), 그리고 주조·압연공정에서 발생하는 철가루 형태의 스케일(Scale), 산화철 등이 포함된다. 이 밖에도 공정 내 화학반응을 통해 기체 상태로 발생하는 부생가스 역시 제철소 내에서 발생하고 재활용된다는 측면에서 넓은 의미의 부산물이라 볼 수 있다. 이렇게 포스코는 철강을 생산, 판매하고 남은 다양한 ‘철비지’들을 모아 새로운 제품이 될 수 있도록 가공, 자원화한다.

※ 부산물과 폐기물은 어떻게 다를까? 부산물은 제품이 될까?

폐기물관리법에 따르면, 폐기물은 ‘사람의 생활이나 사업 활동에 필요하지 아니하게 된 물질’이다. 포스코처럼 천연자원으로 철을 만드는 회사에서 배출하는 폐기물은 유해성이 없는 ‘사업장 일반폐기물’로 분류된다. 하지만 쓸모없어져서 단순히 버려지는 물질이 아니라, 다양한 산업 분야의 원료로 다시 사용되는 재활용 가능한 ‘부산물’ 자원으로 재탄생한다는 점에서 다른 폐기물과 차이가 있다.

부산물이란 ‘주산물(主産物)의 생산과정에서 필연적으로 발생하는 2차적 생산물’이다. 생산된 그대로, 또는 추가 가공하여 판매하거나 주요 제품 생산에 재활용할 수 있다면 부산물이라 할 수 있다. 부산물을 뜻하는 영어단어 ‘By-product’를 보면 의미가 조금 더 명확해진다. By는 ‘부수적인, 부차적인’이라는 의미를 가진 접두사이니, 결국 부산물이란 부수적으로 생산되어 또 다른 쓰임새가 있는 ‘제품’인 셈이다. 미국은 철강 생산품과 ‘병행 생산한 제품(Co-product)’으로 분류하고 있다.

l 철강 부산물에는 저마다 뚜렷한 ‘쓰임새’가 있다

앞서 말한 바와 같이 철강 부산물의 종류는 다양하지만, 그중에서 △80%가량을 차지하는 슬래그와 전 공정에서 발생·포집되는 더스트 및 슬러지 △부생가스 회수를 통한 발전(發電)과 화학제품 생산에 대해 알아보자.

(1) 슬래그는 친환경 시멘트와 비료로, 더스트와 슬러지는 다시 제철 원료로

철 1톤을 생산할 때 슬래그는 약 500kg 정도 발생하는데, 물리적·화학적 성질이 우수해 친환경 자재로 사용된다.

<부산물 활용 비율 (2018년 기준)> 부산물 재활용률 98.3% 처분 1.7% , 고로 슬래그 - 시멘트용 44.2%, 도로,토목 3.9%, 비료용 1.6%, 기타0.4%로 재활용, 제강 슬래그 - 도로 및 토목용 18.1%, 제철원료 9.1%, 시멘트 기타 1.4%, 벽돌,골재 0.3%로 재활용, 더스트,슬러지 - 사내 공정 원료 9.4%, 사외 재활용 원료 3.2% 매립,소각 1.5%으로 재활용, 기타 - 재활용 6.7%, 매립,소각 0.2%로 재활용

포스코 철강 부산물의 거의 절반을 차지하는 고로슬래그는 특히 쓰임새가 다양하다. 먼저 고로 수재슬래그를 석회석 대신 사용해 친환경 시멘트를 만들 수 있다. 시멘트의 주원료이자 천연자원인 석회석 대신 슬래그 사용 비율을 높이면 석회석 사용량을 45%가량 절감할 수 있다. 또한 시멘트가 물과 결합할 때 발생하는 수화열(水和熱)이 낮아 콘크리트 균열을 줄일 수 있고 내구성과 강도가 더 좋아진다. 포스코는 포스코건설, RIST와 함께 친환경적이고 경제적인 고성능 시멘트 ‘포스멘트’를 개발, 보급해오고 있다.

일반적으로 시멘트 1톤을 생산하면 1톤의 이산화탄소가 배출되는데, 슬래그를 활용하면 석회석 소성공정에 필요한 에너지의 약 40%를 저감할 수 있으며, 석회석의 열분해 및 연료 연소에 의한 이산화탄소(CO2) 발생량을 최대 60%까지 감축시킨다. 수재슬래그는 국내외로 환경안전성과 성능을 인정받아 국내에서는 연간 약 1,700만 톤이 시멘트 원료로 사용되는데, 그중 포스코의 수재슬래그는 지난해 1,069만 톤이 활용됐다.

또 하나 수재슬래그의 친환경적인 활용 방법은 바로 ‘규산질 슬래그 비료’다. 규산은 벼의 성장에 필수적인 영양소인데, 쇳물을 만들 때 함께 생산된 슬래그에 규산이 다량 함유되어 있다. 따라서 이 슬래그를 분쇄하여 비료를 만들면 벼가 튼튼해지고 토양의 산성화를 막을 뿐 아니라, 단백질 함량이 낮아져서 밥맛이 더 좋아진다. 포스코는 첫 쇳물을 출선한 다음 해인 1974년부터 지금까지 비료업체에 슬래그를 지속 공급해 왔으며, 지난해 공급량은 39만 톤이다. 그동안 국내 논에 공급된 규산질 비료는 총 1,376만 톤인데 이는 모두 포스코의 슬래그를 원료로 사용한 것이다.

고로에서 생산된 괴재슬래그와 전로·전기로에서 생산된 제강슬래그는 토목용 골재로 주로 사용된다. 건설공사에는 산이나 강에서 얻은 자갈이나 모래 같은 천연 골재가 많이 사용되는데, 천연 골재와 특성이 비슷한 슬래그 골재를 사용하면 석산(石山) 개발을 억제하고 골재 채취·가공 공정 등에 따른 에너지 절약이 가능하다. 지난해 토목용 골재로 사용된 괴재슬래그와 제강슬래그는 각각 95만 톤, 438만 톤이었다.

제강 슬래그로 제작한 골재와 시멘트로는 인공어초 트리톤을 만든다. 슬래그에는 해양 생태계에 유용한 칼슘과 철 등 미네랄 함량이 일반 골재보다 높다는 점에 착안한 것. 미네랄은 인공어초에 뿌리내린 해조류의 생장을 촉진함으로써 광합성을 통한 이산화탄소 고정 효과를 가져오고, 오염된 퇴적물과 수질을 정화한다. 해양에 서식하는 생물자원을 풍부하게 만들고 갯녹음 해역을 복원하는 효과도 있다. 지난해 포스코는 6,370톤의 제강슬래그를 인공어초 1,418개 제작에 활용했다.

한편, 더스트나 슬러지는 비교적 철이 많이 함유된 철강 부산물이다. 포스코는 포항·광양 제철소에 각각 연간 처리능력 20만 톤 규모의 RHF(Rotary Hearth Furnace) 설비를 이용해 철 성분이 들어 있는 부산물 중 유효 성분을 회수하여 철 함량 70% 이상의 DRI(직접환원철), DRI를 조개탄 모양으로 열간 성형한 HBI(Hot Briquetted Iron) 등을 생산한다. 이렇게 부산물 과정을 거쳐 재탄생한 제품들은 제철 공정에 원료로 재사용되거나 시멘트 제조에 필요한 철질 원료로 판매된다. 이 밖에도 철 함량이 높은 제강슬래그 역시 철 성분 회수 후 제철 원료로 재활용된다.

(2) 부생가스는 모아서 다시 제철소 에너지원으로

앞서 설명한 슬래그·더스트·슬러지 등이 고체 형태의 부산물이라면, 기체 형태의 부산물도 존재한다. 제철소를 방문한 적이 있다면, 끊임없이 이어지는 노란색 배관을 본 기억이 있을 것이다. 이 배관들을 쭉 연결하면 122km나 되는데, 제철공정에서 발생한 각종 부생가스를 회수하여 발전시설로 전달하는 배관들이다.

코크스 오븐의 COG(Coke Oven Gas), 고로의 BFG(Blast Furnace Gas), FINEX의 FOG(Finex Off Gas), 전로의 LDG(Linz-Donawitz converter Gas)와 같은 부생가스에는 메탄(CH4), 일산화탄소(CO) 등의 성분이 포함되어 있다. 이 가스들은 연료로 사용하기에 충분한 에너지를 가지고 있기 때문에 버리지 않고 99% 회수되어 제철공정에 직접 재이용하거나, 제철소 내 발전시설로 이동해 전력을 생산한다. 발전소에서는 가스압축기를 통해 부생가스를 압축, 공급하여 가스터빈에서 1차 전력을 생산한 후, 배출되는 고온의 배기가스를 회수하여 스팀터빈에서 2차 전력을 생산한다.

<포스코의 부생가스 활용 비율 (2018년 기준)> 발전 36%, 판매(포스코에너지)11%를 합하여 47% 2020년 이후 발전 활용 비율(예상) `19년 9월 부생가스복합발전소가 포스코에너지에서 포스코로 편입. 직접 재이용 50%, 판매(기타) 3%

▲ 자료: 2018 포스코 기업시민보고서

지난해 포스코 제철소에서 발생한 부생가스의 열량은 총 8,000만Gcal로, 이 중 50%는 가스 형태 그대로 철강공정에 직접 재이용됐다. 나머지 36%는 부생가스 발전시설을 통해 자가 발전하여 양 제철소에 총 1만 2,000GWh의 전기를 공급했는데, 이는 제철소 전체 전력 사용량의 절반을 충당한 양이다. 환경적 효과로 따지면 30년생 소나무 8억 5,500만 그루가 1년 동안 흡수하는 570만 톤의 이산화탄소를 저감한 것과 같다. 위 그래프는 2018년 기준 데이터로, 부생가스복합발전을 위해 포스코에너지에 판매하던 것까지 고려하면, 발전에 사용되는 부생가스의 양은 더욱 증가할 것이다.

부생가스는 전기 외에 다른 형태의 부산물로도 변환된다. 콜타르는 코크스 오븐에서 석탄을 고온 건류할 때 발생한 부생가스(COG)로부터 만들어진 화성 부산물로, 전기차 배터리의 소재가 된다. 포스코는 연간 57만 톤의 콜타르를 생산하는데, 콜타르에서 기름 성분을 제거하고 열처리 과정을 거치면 고탄소 덩어리인 침상코크스가 되고, 침상코크스로 만든 인조흑연은 전기차 배터리의 음극재 소재로 제조된다. 철강을 만들고 남은 부산물이 전기차의 핵심 소재가 되는 것이다.

l 포스코의 부산물은 ‘아껴 쓰고 나눠쓰고 바꿔쓰고 다시 쓴다’

포스코는 제철소 내에서 발생한 것을 허투루 내보내지 않고, 한 번 쓴 것 역시 허투루 버리지 않는다. 포스코는 미활용 폐기물의 매립처리 등 폐기량을 최소화하기 위해 ‘부산물 자원화율’도 핵심 경영지표(KPI)로 설정, 관리하고 있다. 아래 그래프에서 알 수 있듯이, 포스코의 부산물 자원화율은 최근 10년간 매년 98% 이상을 유지해오고 있으며, 2024년 98.8% 달성을 목표로 하고 있다. 25년 전 자원화율 81%와 비교하면, 부산물 관리와 재활용 기술 수준이 얼마나 고도화되었는지 알 수 있다.

<포스코 부산물 자원화율 추이> 세로 (단위: 만 톤) 부산물 발생량, 자원화량, 자원화율의 그래프 자원화율은 1994년 80.8%로 가장 낮은 값을 보이다가 2009년 이후로 98%대를 꾸준히 나타낸다. 부산물 발생량과 자원화량은 1994년 최저 수치에서 2011년 최고수치까지 상승하는 그래프를 보인다. 이후 2013년까지 소폭 감소했다가 2014년부터 2018년 까지 약 2300만 톤 정도의 수치를 유지하고 있다.

▲ 자료: 포스코 보고서

포스코는 설비 기술의 진보에 따라 최고의 기술을 즉각 적용하여 환경부하를 최소화하는 환경에너지 경영전략 아래, 현재 운영 중인 설비들을 항상 새롭게 업그레이드하고 있다. 일례로 양 제철소에서 운영 중인 부생가스 발전시설 중 오래된 6기는 2021년까지 폐쇄하고 3,500억 원을 투입해 최신 시설로 대체한다. 현재 이를 위해 환경 영향평가가 진행되고 있으며, 올 연말에 착공할 계획이다.

포스코의 부산물 자원화 활동은 부산물에 새로운 이용 가치를 부여하고 버려지는 폐기물의 양을 줄이는 것은 물론, 지역 경제 활성화와 일자리 창출에도 기여하고 있다. 철강 부산물을 최종 활용처에서 자원으로 사용하려면 부산물 생산 이후 추가적인 가공이나 운송이 필요하기 때문이다. 포스코는 제철소가 위치한 포항과 광양 지역의 전문업체 20여 곳과 함께 철강 부산물 자원화 관련 사업을 수행하고 있다.

최근 들어 포스코 제철소가 있는 포항과 광양에서는 수재슬래그를 실은 트럭에서 강알칼리성 물이 나와 주변 환경을 오염시켰다는 주장으로 곤욕을 치른 바 있다. 포항시와 광양시에서는 제철소를 즉각 방문하여 해당 시료를 분석했고, 수재슬래그의 알칼리 농도는 적정 수준이었으며 기타 수질오염물질 함량도 법규 기준치를 모두 만족하는 것으로 확인됐다. 환경부도 수재슬래그는 폐기물이 아니라 재활용 제품에 해당하지만, 수재슬래그 제조설비는 재활용 시설로 등록, 관리할 필요성이 있다고 권고함에 따라 포스코는 관련된 행정 절차를 모두 완료했다.

산업공정은 원료(Input)를 투입해 결과물(Output)을 만들어내는 일련의 과정이다. 그 과정에서 부산물이 발생하지 않는 산업공정이란 없다고 봐도 무방하다. 우리가 먹는 두부를 만들 때도, 하물며 우리가 생명 활동을 할 때도 부산물은 발생한다. 그러나 부산물은 새로운 쓰임새가 있기에, 더 이상 폐기물이 아닐 것이다. 앞서 이야기한 ‘사람의 생활이나 사업 활동에 필요하지 아니하게 된 물질’이라는 폐기물의 정의를 보면 더욱더 그렇다.

포스코에서 발생하는 철강 부산물은 또 다른 제품이 되는 완전히 새로운 자원이다. 철강을 비롯한 모든 산업계가 부산물의 재활용 방법을 적극적으로 찾는다면, 비지찌개 같은 훌륭한 요리가 다양하게 만들어질 수 있을 것이다. 오늘 저녁 식탁에 콩비지가 있다면, ‘철비지’를 한 번 떠올려보자.

 

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

 

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