우리 생활 속 철의 중요성을 되짚어보는 [철이 미래다] 시리즈!
철을 대체할 수 있는 소재에는 어떤 것들이 있을까요? 알루미늄이나 마그네슘? 플라스틱?
특히 알루미늄이나 마그네슘이 무게가 가벼워서 일찍부터 철강재를 대체할 강력한 경쟁소재로 예상되어 왔는데요. 하지만 아직도 철강재를 완전히 대체하기는 어려워 보입니다! 철은 친환경성과 경제성 등 우수한 강점을 많이 갖고 있기 때문인데요.
오늘은 ‘최고의 소재’라 말할 수 있는 철의 우수성에 대해 함께 살펴보겠습니다~: D
l 철의 우수성 1. 강도 대비 저렴한 가격, ‘경제성’ 뛰어난 철
철강은 건축물로서 연간 25억 톤이 소비되는 시멘트에 이어 연간 15억 톤이 생산되는, 전 세계적으로 두 번째로 건축물에 많이 쓰이는 소재입니다.
플라스틱이 연간 3억 톤 내외, 알루미늄은 4000만 톤 안팎이 만들어지는데요. 구리는 연간 사용되는 양이 2000만 톤에 불과하죠. 철강은 대체재들에 비해 적게는 5배에서 많게는 75배나 다량으로 사용되고 있는 셈입니다!
△ 광양제철소 4열연공장
특히 철강은 강도에 비해 가격에 크게 낮은 경제성이 뛰어난 소재인데요. 강도 대비 가격이 어느 정도인지를 나타내는 비강도(比强度) 가격을 추정해보면 철강제품은 4.4로, 알루미늄 합금(21.2)과 플라스틱(11.3)에 비해 크게 낮습니다. 그만큼 우수한 강도를 가지면서도 가격이 저렴하다는 의미라 할 수 있죠!
또, 철은 풍부한 만큼 가격이 매우 저렴한데요. 대표적인 철강제품인 열연 코일의 톤당 가격은 약 55만 원으로, 리터당 1500원 정도인 물을 톤당으로 환산했을 대, 물 1톤은 약 150만 원으로 철강재 가격의 3배나 된다는 사실~! 철의 대표적인 대체재인 알루미늄 가격도 톤당 1700달러에서 2000달러이기 때문에 철강제품의 가격은 이의 3분의 1 수준밖에 안된답니다~: )
l 철의 우수성 2. 가공·내구성 모두 갖춰 사용분야 ‘광범위’
철이 많이 사용되는 것은 단순 가격 때문만이 아닙니다!
철은 뛰어난 기계적 특성과 가공성, 내구성 등으로 가장 다양한 산업분야에 적용할 수 있는 소재이기 때문인데요~: D 그래서 철강은 ‘바늘에서 선박까지’ 라는 캐치프레이즈로 광범위한 용도를 설명하기도 합니다.
철강 재질은 높은 강도와 내구성, 우수한 성형성, 뛰어난 인장강도와 항복강도, 그리고 열전도성 등을 주요 특성으로 갖아 철도·도로·항만 등을 건설하는 데에 중요한 역할을 합니다. 철강은 세계에서 가장 중요한 엔지니어링 및 건설 자재로 평가되고 있죠~: D
여기서 잠깐! ‘인장강도’와 ‘항복강도’는 무엇일까요?
① 인장강도 : 재료가 파괴될 때까지 견디는 힘
② 항복강도 : 재료가 힘을 가해도 힘을 제거한 후, 변형되지 않고 돌아올 수 있는 최대의 힘
여기에 더해, 뛰어난 용접성과 가공성을 자랑하는 철강은 조선과 플랜트, 자동차, 기계 등에 가장 적합한 소재로 평가되고 있습니다. 우수한 내식성과 전기전자적 특성 덕분에 가전제품과 건축에도 활발하게 사용되고 있답니다~: )
l 철의 우수성 3. 수명 다한 철도 불순물 제거 후 90% 이상 ‘재활용’ 가능
통상 소재가 친환경적이냐 그렇지 않으냐를 평가할 때 소재의 재활용성을 기준으로 삼는데요. 일반적으로 재활용성을 측정하는 지표로 ‘리사이클링 강도’가 사용됩니다.
여기서 잠깐! ‘리사이클링 강도’란?
‘리사이클링(재활용)에 의한 생산량’을 ‘광석에 의한 생산량’으로 나눈 값 입니다. 알루미늄이 0.39, 구리가 0.08, 티타늄이 0.02인 데 비해 철강은 0.84로 타 소재에 비해 압도적으로 높습니다.
철은 플라스틱이나 종이와 비교해서 재활용 공정이 매우 단순한데요. 철을 재활용할 때에는 무조건 전로에 넣기만 하면 되는데요~ 철 스크랩은 전로에서 강을 뽑아내면서 자연스레 불순물이 걸러지기 때문입니다.
또, 철을 재활용하면 광물로부터 직접 철을 만드는 공정에 비해 이산화탄소는 82%, 질소산화물은 88.9%, 황산화물은 94.7%를 줄일 수 있습니다. 이 때문에 철 스크랩은 철광석, 원료탄(코크스)과 더불어 철의 3대 원료로 대접받고 있죠!
이처럼 철은 재활용이 용이하기 때문에 경제성도 매우 뛰어난데요. 철로 만들어진 공공시설물들이 자주 도난을 당하는데, 이는 고철이 비싼 대접을 받고 있다는 사실을 나타냅니다. 고철은 더 이상 폐기물이 아닌 것이죠!
이 때문에 1990년 결성된 한국고철업연합회는 1997년에 ‘한국철스크랩공업협회’로 이름을 바꾸고 ‘고철’이라는 명칭 대신 수집한다는 뜻의 스크랩(scrap)을 붙여 ‘철 스크랩’으로 부르고 있습니다.
이처럼 철은 생산과정에서도 다른 광물자원에 비해 자연을 비교적 적게 파괴하면서도 쓰레기를 거의 남기지 않는 친환경적인 소재랍니다 : ) 다른 소재 대신 철을 사용하면 사용할수록 환경보존에 도움이 된다는 사실~: D
여기서 잠깐! ‘경제적 품위’란 무엇일까요?
광산을 개발해 수지를 맞추려면 캐낸 철광석 안에 철이 얼마 이상 함유돼야 하는지를 따지는데, 이를 ‘경제적 품위(品位)’라고 합니다.
금(金)의 경우 1톤의 금광석을 채굴해 3g의 금이 함유돼 있으면 경제성이 있는 것으로 보는데요. 즉, 경제적 품위가 0.03%인 것이죠! 알루미늄(보크사이트)은 13%, 아연은 5%, 구리는 0.8%인 것에 반해, 철은 60% 수준의 수치를 가지고 있습니다.
l 철의 우수성 4. 인공뼈대·전화카드 등 생활 속에서 다양하게 쓰이는 철
이 밖에도 철은 여러 가지 우수성을 많이 갖고 있는데요. 인간의 몸속에도 일정량의 철이 존재하고 있고, 식품 저장용기는 물론 인체 내 인공 뼈대를 만들 때 사용되기도 합니다.
또한 철은 그 특성을 이용해서 좀 더 개선된 성능을 가진 금속을 만들기도 하는데, 대표적인 예가 스테인리스강입니다. 스테인리스강은 탄소가 적당량 포함된 보통강에 니켈과 크롬을 첨가해 합금으로 만든 강으로, 녹이 슬지 않고 무척 강한 성질을 가지고 있습니다.
이처럼 철에 어떤 합금을 첨가하느냐에 따라 다양한 성질을 가진 철강제품으로 만들 수 있는데요. 철의 합금이나 산화물은 자성을 띠는 특성이 있어서 컴퓨터의 디스켓, 녹음테이프, 스키퍼 및 전화카드 등에도 유용하게 사용된답니다.
l 철의 우수한 특성을 살린 ‘스틸하우스’란 무엇일까요?
‘스틸하우스’에 대해 들어보셨나요?
스틸하우스는 친환경적 장점 등 철의 우수한 특성들을 잘 활용해 제작한 철강재 조립주택(Steel Framed House)입니다. 스틸하우스는 두께 1mm 정도의 도금강판으로, 외부 치수가 목재와 동일하게 ㄷ자 모양인 스틸-스터드(Steel-Stud)로 조립합니다.
스틸하우스는 철의 친환경적인 장점과 내구성을 살려 자재 재활용률이 높고, 시공현장에서 발생하는 쓰레기의 양이 적어 매우 친환경적인데요. 또, 절단하거나 구멍을 뚫어도 부식되지 않는 아연도금강판을 사용해 100년 이상의 내구성을 갖고 있기도 하죠! : D
일반적으로 목조건물이나 콘크리트 주택이 철로 만든 스틸하우스보다 친환경적이라고 생각하기 쉽습니다. 하지만, 목조주택의 경우 약 100㎡짜리 한채에 50년산 나무 4~50그루가 필요하며, 콘크리트 주택은 시공과정에서 생긴 쓰레기가 흙을 오염시키기도 합니다. 반면 스틸하우스는 자재 재활용률이 100%에 가깝고, 시공현장에서 발생하는 쓰레기의 양이 적다는 사실~!
여기서 잠깐! 우리나라의 ‘스틸하우스’는 어디에 있을까요?
목재를 철강재로 대체한 주택, ‘스틸하우스’는 국내에는 1996년에 처음으로 도입되었는데요. 현재 남해 삼동보건지소, 포항제철지곡초등학교, 포항스틸러스 축구단 숙소 등이 스틸하우스 공법으로 만들어진 건물입니다.
또, 스틸하우스 단지도 조성되고 있는데 대표적인 예로, 판교 포스틸 단지(25가구), 파인밸리 석천타운하우스(40가구), 포항주택단지(112가구), 평내 포레스트힐(155가구)이 있습니다. 단, 아직까지는 건축법의 제한으로 4층까지밖에 지을 수 없어 대중화되고 있진 않습니다.
△ 포스코패밀리 임직원의 1% 나눔운동기금으로 설립한 ‘해피스틸하우스’
이렇게 장점이 많은 스틸하우스! 많은 사람들이 사용하면 더 좋겠죠? : )
포스코에서는 가정불화나 가정폭력 등으로 정상적인 생활을 할 수 없는 가출 청소년들을 도와주는 기관인 ‘청소년쉼터’를 스틸하우스로 건립한 바 있는데요. 이외에도, 포스코패밀리 임직원들의 1% 나눔운동을 통한 기금으로 설립한 노인보호쉼터 ‘해피스틸하우스’ 도 스틸하우스로 준공하는 등 여러 사회공헌 분야에서 스틸하우스는 톡톡히 활용되고 있답니다~ : D
오늘 Hello, 포스코 블로그에서는 철의 경제성, 친환경성, 활용성 등 철의 우수성에 대해서 알아봤는데요. 포스코에서는 앞으로도 철이 가진 우수성을 더욱 발전시켜 우리 생활의 질을 높일 수 있도록 노력할 것입니다.