급변하는 세계정세 속에서 주목해야 할 최신 글로벌 경제 및 산업 이슈는 무엇일까요? 포스코경영연구원 전문가들이 포스코그룹의 주요 사업과 관련한 글로벌 산업, 경제 동향을 심층 분석해 드립니다. 전 세계는 지속가능한 미래를 위해 각 산업 분야에서 탄소 배출을 획기적으로 줄일 수 있는 전기화에 힘쓰고 있습니다. 포스코경영연구원 한강수 수석연구원과 함께 전기화 글로벌 트렌드와 파급효과에 대해 분석해 봅니다.

포스코경영연구원 한강수 수석연구원

지구 온난화와 기후 변화에 대응하기 위해 전 세계적으로 탄소 배출 감축 및 탈탄소화를 위한 노력이 가속화되고 있습니다. 주요 국가들은 온실가스 배출 저감 목표를 설정하고, 재생 에너지 확대, 에너지 효율 향상, 탄소 배출 규제 강화 등 다양한 방법을 통해 탈탄소화를 추진하고 있죠.

이런 흐름 속에서 전기는 에너지를 가장 효율적으로 사용할 수 있게 해주고, 탄소 배출을 크게 줄일 수 있는 중요한 해결책으로 주목받고 있습니다. 국제에너지기구(IEA)는 2050년까지 온실가스 감축 목표를 달성하기 위해서는 전기화가 전체 온실가스(GHG) 감축의 최대 60%를 차지해야 한다고 강조하고 있습니다.

지난 10년간 재생에너지 단가는 태양광은 83%, 육상풍력은 63%로 하락했습니다. 전기 생산의 전체 비용이 낮아지면서 전력 가격도 빠르게 하락하고 있는데요. 이런 변화에 맞춰 각국 정부도 발 빠르게 움직이고 있습니다. 유럽연합(EU)은 ‘Fit for 55*’, 미국은 ‘인플레이션감축법( IRA)**’, 중국은 ‘14차 5개년 계획***’ 등 강력한 탈탄소 법제를 도입하고 있죠. 이러한 배경에서 전기화는 비용 경쟁력을 바탕으로 빠르게 확산되고 있으며, 온실가스 배출 저감 기준은 규제, 금융, 공공조달 등에서 필수 조건으로 자리 잡고 있습니다.

결국 전기화와 온실가스 배출 저감이라는 두 축은 전력을 ‘더 많이, 더 깨끗하게’ 생산·소비해야 하는 시장의 구조적 숙제를 동시에 제시하고 있는 상황입니다. 전기화는 에너지 사용 효율을 획기적으로 개선해 탄소 배출 저감에 크게 기여하기 때문에 온실가스 감축 목표 달성을 위한 필수적인 요소로 평가받고 있습니다.

*Fit for 55: 2030년까지 1990년 대비 온실가스 55%를 감축하기 위한 유럽연합(EU)의 핵심 정책 패키지
**IRA(Inflation Reduction Act): 2022년 미국에서 제정된 법으로, 2030년까지 온실가스 배출을 2005년 대비 약 40% 감축하기 위한 인센티브와 지원책을 포함 (현 트럼프 2기 행정부는 바이든 정권 시절 도입된 IRA를 바탕으로 기후변화 대응 보조금 삭감을 추진하고 있다)
***14차 5개년 계획: 중국 정부가 2021~2025년 단위 GDP당 에너지 소비 13.5%, CO₂ 배출 18% 감축을 목표로 제시한 국가 중장기 계획.

실제로 글로벌 최종 에너지 소비에서 전기가 차지하는 비중은 2023년 약 23%에서 2050년에는 약 50% 수준으로 대폭 확대될 것으로 전망됩니다. 특히 운송 부문의 전기차 전환과 건물 부문의 히트펌프 도입은 대표적인 전기화 사례로, 가장 큰 탄소 저감 효과가 기대되는 분야입니다. 이러한 변화가 실현되기 위해서는 각국 정부의 강력한 정책적 지원과 함께 민간 부문의 투자 확대가 필수적입니다.

전기화란 기존의 화석 연료(석탄, 석유, 천연가스 등)를 사용하는 기술, 설비, 시스템을 전기 기반의 기술로 전환하는 과정을 의미합니다. 주로 교통, 산업, 건물 분야에서 이루어지는데요. 전기화의 목적은 에너지 효율성을 높이고, 온실가스 및 대기오염물질 배출을 줄이며, 에너지 시스템의 탈탄소화를 실현하는 데 있습니다. 특히, 전기화는 태양광, 풍력 등 재생에너지와 결합될 때 효과가 극대화되어, 미래 에너지 전환의 핵심 전략으로 주목받고 있습니다.

전기화의 역사는 크게 세 단계로 구분할 수 있습니다.

1차 전기화는 20세기 초반 등유와 가스등 같은 기존 조명 방식이 에디슨의 전구와 발전기로 대체되었고, 증기기관 대신 전기모터가 동력원으로 자리 잡으면서 대규모 산업화와 전력망의 확장이 빠르게 이루어졌습니다. 전기가 일상생활과 산업 현장에 본격적으로 도입된 시기라고 할 수 있습니다.

2차 전기화는 21세기에 들어서 본격화되었습니다. 전기차와 히트펌프 등 전기 기반의 신기술이 빠르게 확산되었고, 특히 테슬라와 같은 기업들이 전기차 시장을 선도하면서 교통 분야의 변화가 두드러졌습니다. 전기가 단순한 동력원을 넘어, 에너지 전환의 중심축으로 자리 잡기 시작했다고 볼 수 있습니다.

3차 전기화는 사물인터넷(IoT)과 인공지능(AI) 기술의 발전과 함께 진행되고 있습니다. 스마트 그리드와 에너지 저장 시스템(ESS) 등 혁신적인 기술을 바탕으로, 지능형 전력 네트워크를 구축하고 초연결 사회 실현을 목표로 합니다. 앞으로는 이러한 첨단 기술들이 주도적 역할을 하여 에너지 시스템의 효율성과 유연성을 더욱 높여줄 것으로 기대됩니다.

*스마트 그리드 기술: 기존 전력망에 정보·통신기술을 접목하여 공급자와 수요자간 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 지능형 수요관리, 신재생에너지 연계, 전기차 충전 등을 가능케 하는 차세대 전력인프라 시스템
**에너지 저장 시스템(ESS): 저장이 어렵고, 사용 후 없어져 버리는 에너지를 효율적으로 사용할 수 있도록 저장·관리하는 시스템

전기화는 건물, 운송, 산업 등 다양한 분야에서 빠르게 진행되고 있습니다. 각 부문별로 어떤 변화가 일어나고 있는지 살펴보겠습니다.

① 건물 부문: 히트펌프 확산
저온의 열원에서 열을 흡수해 고온의 열원으로 열을 운송하는 기계장치 ‘히트펌프’는 냉난방 효율을 높이고 탄소 배출을 감소시키는 주요 기술입니다. 탈탄소 정책을 빠르게 도입한 유럽이나 북미에서는 이미 가스보일러 대신 히트펌프의 보급이 빠르게 확산되고 있고, 일부 국가에서는 히트펌프 설치 보조금 및 의무화 정책 등을 마련해 사용을 장려하고 있습니다. 국내에서도 주택 난방 탈탄소를 위한 히트펌프 확대 정책 및 보급의 필요성이 논의되고 있는 상황입니다. *관련 기사 : “전기 기반 난방 패러다임 전환 필요…. 히트펌프 확대 정책 시급”

세계 히트펌프 시장 규모는 2025년 754억 달러에서 2030년 1,204억 달러로 확대될 것으로 보입니다. IEA 자료에 따르면, 히트펌프 설치 용량은 2023년 1,000GW에서 2030년 3,000GW로 3배 수준으로 늘어날 전망입니다.

② 운송 부문: 전기차 시장 확대
글로벌 전기차(EV) 전력 수요는 2023년 253TWh에서 2030년 976TWh로 약 네 배 성장할 것으로 전망됩니다. 글로벌 전기차 시장은 2024년 약 1,763만 대가 판매돼 전년 대비 26% 성장하였으며, 전체 자동차 시장 점유율은 18%로 확대됐습니다. 유럽 시장은 성장이 둔화하고 있으나 중국 및 아시아(중국 제외)와 기타 지역의 전기차 시장이 두 자릿수 성장률을 기록하고 있습니다.

▲포스코는 저탄소 생산체제로의 전환을 위해 지난해 2월 약 6천억 원을 투입해 광양제철소 내 연산 250만톤 규모의 대형 전기로 공장을 착공했으며, 오는 2026년 본격 가동에 나설 예정이다. 사진은 광양제철소 전경.

③ 산업 부문: 전기화 및 수소 기술 도입 확대
글로벌 철강 산업은 저온 공정과 전기화, 수소 활용으로 탄소 배출을 줄이는 방향으로 변화하고 있습니다. 기존에는 철강을 만들 때 주로 석탄을 태워 1,500℃ 이상의 고온에서 철광석을 녹였으나 최근에는 전기 에너지를 활용해 상대적으로 낮은 온도에서 철을 생산하는 기술이 확대되고 있습니다. 대표적으로 전기로(EAF, Electric Arc Furnace)는 고철이나 직접환원철(DRI)을 전기 아크로 녹여 철강을 생산하는 방식입니다. 이 방식은 전통적인 고로 방식에 비해 에너지 효율이 높고, 온실가스 배출이 상대적으로 낮습니다.

또 다른 방식으로는 수소를 만들어 철광석 환원에 사용하는 방법이 있으며 이때 수소 생산 자체에 전기가 필요하므로, 이를 ‘간접 전기화’라고 부릅니다. 기존의 고온 공정(용광로 등)을 대체하거나 보완하는 데 수소가 중요한 역할을 할 것으로 기대되는데요. 유럽과 일본은 수소 생산과 관련 인프라 구축에 적극적으로 투자 중입니다.

▲철강산업의 탈탄소 전환을 위한 포스코의 한국형 수소환원제철(포스코홀딩스 IR 영상)

포스코도 에너지 전환 시대에 맞춰 전기화를 적극적으로 추진하고 있죠. 대표적인 사례가 수소환원제철과 전기로입니다. 포스코는 파이넥스(FINEX)의 유동환원로 기술을 기반으로 가루 상태의 철광석을 수소로 환원시킨 후, 전기용융로(ESF) 설비를 활용하여 쇳물을 제조하는 한국형 수소환원제철 공법인 하이렉스(HyREX) 기술을 개발하고 있습니다.

철강 산업의 탈탄소 해법으로 꼽히고 있는 수소환원제철은 국가 경제 및 안보 측면의 전략적 중요성을 인정받아 지난해 2월, 국가전략기술로 지정되기도 했습니다. 최근 국책과제와 연계한 ‘한국형 수소환원제철 실증사업’의 예비타당성 조사도 통과했습니다.

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에너지 시스템의 전기화가 가속화되는 가운데, 디지털 기술의 발전 역시 에너지 수요에 큰 영향을 미치고 있습니다. 최근에는 디지털 기술, 특히 인공지능(AI)의 발전으로 에너지 소비가 빠르게 늘고 있는데요. 문제는 AI가 발전할수록 에너지 소비도 함께 늘어난다는 점입니다.

IEA에서 발표한 자료에 따르면 인공지능(AI) 및 암호화폐 산업의 확산으로 인해 전세계 데이터센터의 전력 소비량은 2022년 대비 2026년에는 두 배 이상 급증할 것으로 예상됩니다. 특히 OpenAI의 GPT 모델, 구글 바드(Bard) 등 AI 모델의 훈련과 운영에 막대한 전력이 소모되면서, 데이터센터의 전력 효율성 개선과 냉각 기술에 대한 투자가 글로벌 IT 기업의 최우선 과제로 부상하고 있습니다. 이러한 변화에 따라, 관련 글로벌 전력 인프라 투자 수요는 연간 수천억 달러에 이를 것으로 추산되며, 특히 신재생 에너지 연계와 효율적인 전력망 구축을 위한 투자가 시급한 상황입니다.

최근 러시아-우크라이나 전쟁 이후 에너지 가격이 급등하면서, 유럽 등 주요국에서는 전기요금이 크게 인상되었습니다. 이에 따라, 저렴하고 안정적인 전기 확보가 기업의 원가 경쟁력 유지에 있어 핵심 요인으로 부각되고 있습니다. 아울러 전력 가격, 재생에너지 접근성, 송전망 용량이 제조 설비 입지 결정의 주요 변수로 떠오르고 있어, 각 기업에서는 신규 투자 계획 시 지역별 전력시장 구조, 다양한 지원 정책(인센티브), 송전망 확장 속도 등에 대한 검토가 필요할 것으로 보입니다. ‘전기화 시대’로 변화하는 에너지 환경 속에서, 미래 경쟁력 확보를 위한 기업의 선제적 대응이 그 어느 때보다 중요한 시점입니다.

급변하는 글로벌 정세와 산업계 변화 속에서 철강•에너지소재•인프라 등 포스코그룹의 주요 사업에 대한 현안을 전문가의 시선으로 진단해 본다. 현재 가장 뜨겁고 중요한 이슈를 짚어보고, 분야별 전문가와의 심층 대담을 통해 그에 대한 해답을 모색해보자. 세 번째 대담에서는 전기요금 인상으로 인해 전력 사용이 많은 철강산업의 글로벌 수출경쟁력이 악화되고 있는 상황을 진단하고, 철강산업이 미래 경쟁력을 확보하기 위한 전략과 국가적 지원정책을 알아본다.

최근 3년 사이에 산업용 전기 요금이 약 두 배 오르면서 국내 철강업계의 글로벌 경쟁력이 심각하게 위협받고 있다. 포스코의 전력구입비용은 5,000억 원이 넘어 국내 대기업 중에서도 상위 10위 안에 드는 수준이다. 탈탄소화 시대에 접어들어 수소환원제철로의 전환이 불가피한 상황에서 에너지 비용은 더욱 증가할 전망이다. 전기로 중심의 생산체제를 갖춘 현대제철의 경우, 매년 전력구입비용이 1조 원에 달하고, 전력구입비용이 원가에서 차지하는 비율도 10%를 넘어섰다. 미국, 독일, 일본 등 주요 선진국들은 철강 산업 탈탄소화를 앞두고 산업용 전기요금에 보조금을 지급하는 등 값싼 산업용 전기를 공급하기 위한 지원에 발벗고 나섰다. 다가올 저탄소 철강 시장에서 한국 철강산업이 경쟁력을 확보하고 선점하기 위해 필요한 실질적 에너지 마스터플랜은 무엇인지, 거시경제, 에너지자원, R&D지식산업의 경제적 분석 분야 전문가로서 산업통상자원부 에너지위원회 위원, 전력거래소 전력비용평가위원, 장기천연가스수급위원으로 활동한 바 있고, 현재 한국자원경제학회 회장을 역임 중인 단국대학교 조홍종 교수와의 대담으로 알아본다.

한국 산업용 전기요금은 2024년 11월 평균 1㎾h당 181.8원으로 직전 가격보다 9.7% 상승했습니다. 전기요금은 최근 3년간 꾸준히 올랐는데, 배경에는 여러 복합적 요인이 작용했습니다.

첫 번째는 러시아-우크라이나 전쟁 여파입니다. 2022년 러시아-우크라이나 전쟁으로 러시아에서 유럽으로 가는 천연가스가 줄어들면서 동북아 지역의 천연가스 가격과 다른 연료 가격이 급등한 점이 전기요금 상승의 가장 주된 요인이 됐습니다. 러시아-우크라이나 전쟁이 다양한 공급망을 교란시키면서 다른 물품 가격이 상승했고, 서비스와 인건비까지 상승하며 전반적인 에너지 인플레이션이 야기됐습니다.

두 번째로는 에너지 전환 비용의 상승입니다. 사실 에너지 전환 비용은 러시아-우크라이나 전쟁 이전부터 꾸준히 상승하고 있었습니다. 재생에너지 증가로 인해 보조서비스 비용이 상승하고 그로 인한 환경설비 개선 등에 천문학적 비용이 이미 지출되어 왔기 때문입니다. 이 모든 것이 인플레이션의 원인입니다.

세 번째 요인은 한전 적자 해소 정책과 불공평한 요금 인상입니다. 한전은 연료비 연동제*를 도입하고 있으나, 이 제도가 제대로 작동하지 않았습니다. 이에 따라 한전은 전기요금 인상을 미루기 위해 부채를 발행했고, 그 결과 누적 적자가 200조 원을 넘어서며 이자 부담까지 떠안는 악순환에 빠지게 되었습니다. 또한 2024년에는 산업용 전기요금을 평균 9.7% 인상하는 등 대폭적인 요금 조정이 있었습니다. 하지만 주택용 전기요금은 정치적 부담으로 사실상 동결되면서, 산업계에만 비용 부담이 전가되는 불공평한 구조가 만들어졌습니다.

*연료비 연동제 : 국제 에너지 가격 변동에 따라 전기요금을 자동으로 조정하는 제도

전기요금 인상은 철강업계에 치명적인 타격을 주고 있습니다. 산업용 전기를 사용하는 대기업들이 가장 큰 부담을 떠안고 있으며, 이들 기업은 전체 전력 소비자의 약 0.1%에 불과하지만, 연간 부담액이 4조 원을 넘을 것으로 예상됩니다. 포스코를 포함한 전력 사용량 상위 10대 기업의 추가 전력구입비용만 1조 원 가까이 증가할 것으로 보입니다. 특히 철강업계가 저탄소 전환을 위해 구축•운용하는 전기로에서 생산한 철강 제품 원가 중 전력구입비용은 무려 10~20%를 차지합니다. 전기로는 철스크랩을 녹여 철강 제품을 생산하는데, 이때 전기 에너지를 많이 사용하면서 전력구입비용이 증가해 수익성이 줄어들고 있는 것입니다.

국내 철강업체들은 고로 등에서 발생하는 부생가스를 이용해 자체 발전을 해왔습니다. 특히 포스코는 부생가스를 비롯해 LNG 자가발전 설비로 필요한 전기의 80%를 생산해서, 2023년 전력구입비용이 약 5천억원으로 현대제철의 절반 수준이었습니다. 최근 전력구입비용 부담이 커지자 포스코는 부생가스ㆍ천연가스 등 자체 발전 비중을 높이고, 다른 철강업체 역시 주간 대신 전기요금이 저렴한 야간에 생산하는 등 원가 줄이기에 나섰습니다.

업계 전체를 살펴보면 수익성 악화가 더욱 명확합니다. 철강업계 평균 영업이익률이 2019년 8.5%에서 2024년 1.8%로 급락했고, 매출액 대비 전기요금 비율은 2019년 12%에서 2024년 25%로 두 배 이상 증가했습니다. 이에 따른 산업계 변화 양상을 보면 투자 위축 현상과 생산 체제 조정이 두드러집니다. 또한 전력 사용량이 많은 고급강 생산이 위축되고 범용제품 위주로 조정되는 흐름이 생기고, 일부 중소 철강업체들은 조업 단축이나 휴업을 검토하고 있습니다.

또 철강업계는 국내 신규 설비 투자를 연기하고 해외 투자를 늘리는 추세입니다. 루이지애나는 화석연료 비중이 압도적으로 높은 지역으로, 미국 내에서도 전기요금이 가장 낮은 축에 속하기 때문입니다. 한국과 비교해 산업용 전기가 절반 이상 저렴하다는 점을 생각하면, 우리나라 제조업이 전기요금이 저렴한 지역으로 공장을 이전하는 것을 탓할 수가 없습니다. 만약 이런 추세가 지속된다면 국내 고용은 대폭 줄어들고 말 것입니다.  

전기요금 인상으로 어려움을 겪는 것은 한국만은 아닙니다. 지난해 영국의 경우, 전기요금이 프랑스와 스페인보다 높아지면서 철강업계가 경쟁력 약화를 우려하는 목소리를 냈습니다. 실제로 영국 전기요금은 평균 약 11만 7,000원/MWh 으로 약 4만 8,000원/MWh인 프랑스와 스페인보다 훨씬 높았습니다. UK스틸은 영국 철강 산업이 전기로 전환으로 전력 의존도가 높아지면서 전력 소비가 2배 증가할 것이라며, 정부에 에너지 비용 문제 해결을 촉구했는데요. 영국 정부는 이전부터 재생에너지 관련 세금과 부과금을 줄이는 ‘영국 산업 슈퍼차저’ 정책을 도입했지만 높은 전기요금의 영향을 막기에는 역부족이었습니다.

수소환원제철로의 전환은 에너지 수급 구조를 근본적으로 변화시켜, 철강업계는 에너지 비용의 급격한 증가와 인프라 부족 등 구조적인 문제에 직면할 것으로 예상됩니다.

철강업계에서는 전기요금이 1㎾h당 1원 인상되면 연간 원가 부담은 200억 원 증가한다고 추산합니다. 대기업 기준으로는 원가 부담 3,400억 원이 추가로 늘어나게 되는 것인데, 이런 수익성 감소는 곧 생산량 저하로 이어지게 됩니다. 전기요금 상승에 따라 전기로를 운영하는 철강업체는 비싼 전기요금 상승분을 제품 가격에 반영할 수밖에 없고, 그렇게 되면 ‘가성비’가 나오지 않는 전기로강을 찾는 수요자가 감소하는 악순환의 고리가 형성됩니다.

청정수소 공급 인프라의 부족도 시급한 문제입니다. 막대한 양의 수소가 필요하지만, 국내 청정수소 생산능력은 극히 제한적입니다. 또한, 수소의 운송과 저장 인프라를 구축하는데에도 막대한 비용이 소요됩니다.

다른 나라의 사례를 살펴볼까요? 독일은 정부가 철강업계 탈탄소화에 총 10조 2,000억 원을 지원합니다. 직접 보조금 40~60%와 함께 세제 혜택, 저리 융자를 패키지로 제공하며, 수소 인프라 구축을 국가 차원에서 추진해 민간 부담을 경감하는 지원 정책을 펼치고 있습니다. 일본 역시 기업 단독으로 투자하기 어려운 대규모 저탄소 전환 사업에 대해, 3조 5,000억 원 규모의 ‘그린 이노베이션 기금’을 조성해 정부가 직접 지원하고 있습니다. 이처럼 막대한 비용이 드는 저탄소 전환은 개별 기업만으로는 감당하기 어려워, 정부의 적극적인 지원이 필수적임을 보여줍니다.

그렇다면 국내에서 현실적으로 실행할 수 있는 정부의 지원 방안으로는 무엇이 있을까요?

수소환원제철 등 탈탄소 전환 설비에 대한 투자 지원책 마련과 함께, 탈탄소 R&D 예산 확대 등 다양한 정책적 노력이 필요해 보입니다. 직접적인 투자비 지원뿐 아니라 탈탄소 기술 개발을 위한 전용 R&D 기금 마련, 저탄소 설비의 조기 도입을 위한 운영비(OPEX) 지원 제도 도입이 그 방안이 될 수 있습니다.

무탄소 전력과 수소 인프라 확충도 중요합니다. 현재 2,685억 원 수준인 탈탄소화 투자 정부 지원을 최소 5조 원 이상으로 대폭 확대해서 설비 투자의 30~50%를 직접 지원함으로써 철강을 국내에 유지하는 최소한의 인프라를 확충해야 합니다. 이 에너지 인프라 확충에는 청정수소 생산과 공급 인프라 구축, 그리고 원전을 활용한 청정수소 생산과 전력 공급 체계 구축 등이 포함됩니다.

더불어 규제 개선도 이어져야 합니다. 산업 탈탄소 전환을 규제가 아닌 경제 관점에서 지원하는 것인데요. 예를 들면, 수소환원제철 관련 인허가 절차 간소화와 원스톱 서비스 제공 등이 대표적입니다. 탄소배출권 할당 방식을 조정해 탈탄소 투자에 대한 인센티브를 강화하는 것도 좋은 방안이 될 수 있습니다. 탈탄소 정책을 규제 일변도로 지속할 경우 기업들은 해외 이전 외에 다른 방법을 찾기 힘들 것입니다.

최근 철강업계를 비롯한 산업계 전반에서 수소, LNG, 원자력, 재생에너지 등 다양한 에너지원에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 이는 탈탄소와 에너지 안보라는 두 가지 거대한 과제를 동시에 해결해야 하는 산업 현장의 현실을 반영하는 것입니다. 결국 우리가 필요로 하는 에너지 전략은 청정하고 저렴하면서 견고한 에너지 공급 방식입니다. 이 세 가지를 모두 충족한다는 것은 불가능에 가깝기 때문에, 우리는 우선순위를 정하고 비용효과적인 에너지 전환 과정도 함께 고려해야 합니다.

특히 열에너지를 상용(常用)하는 난감축산업의 경우에는 탈탄소화가 거의 불가능에 가깝거나 천문학적인 비용을 수반해야 합니다. 가장 경제적이면서도 효율적으로 철강을 생산할 수 있는 국가였던 대한민국이 앞으로도 이를 유지하려면 무엇이 필요할까요? 국가적 지원으로 R&D 투자, 인프라 투자를 해서 수소환원제철을 조기 상용화할 수 있도록 전 세계에서 가장 빠르게 실증에 성공해야 합니다.이를 위해서는 에너지 편식을 줄이고 현실적인 접근을 해서 다양한 포트폴리오를 구성함으로써 리스크를 줄일 필요가 있습니다.

당분간 LNG를 적극 활용해야 합니다. LNG는 기존 인프라를 그대로 활용할 수 있고, 탄소배출량도 석탄 대비 약 50%가 적습니다. 따라서, 화석 연료에서 신재생에너지로 전환하는 과정에서 과도기적 역할을 하는 ‘브리지 에너지’원으로서 필수불가결한 요소입니다. 무엇보다 발전 측면에서 보면, 출력 조절이 용이하기 때문에 ‘부하추종(負荷追從 ; 전기 수요에 대응해 발전기의 출력량을 조정하는 운전)’이 가능하고 재생에너지의 간헐성(재생 에너지 발전원의 특성 상 발전량이 불안정하고 예측하기 어렵다는 문제점)을 보완하는 데도 적합합니다.

청정 전원이지만 간헐성과 변동성에 취약한 재생 에너지는 전력계통 운영을 위해 생산된 전기를 저장했다가 필요할 때 사용하는 시스템인 에너지저장장치(ESS), 차세대 지능형 전력망 시스템인 스마트 그리드, 현재 전력량의 수요에 맞추기 위해 전기 사용자가 사용량을 조절하는 수요 반응(DR) 등의 보완 기술과 송전망 구축이 핵심적으로 뒤따라야 합니다. 또 망에 대한 부담을 줄이기 위한 감소 규제가 필수적입니다. 이런 비용 증가는 천문학적인데, 앞으로도 이런 부담이 지속된다면 에너지 다소비 산업은 어려움에 직면할 수밖에 없습니다. 또한 모든 원자재와 부품이 중국의 공급망으로부터 자유로울 수 없다는 문제도 있습니다.

이런 복합적인 에너지 전환 환경 속에서, 포스코와 같은 철강기업들은 이 문제에 다음 방향에서 접근해야 합니다.

단기간에 급격한 변화를 꾀하기보다는, 장기적 관점에서 기술과 경제성을 균형 있게 고려한 로드맵이 필요합니다. 에너지 문제는 치고 나가서 선도하면 그만큼 위험이 커지는 분야입니다. 열역학 법칙을 어기면서 에너지 전환을 이뤄내는 것은 불가능하기 때문에 과학적 접근이 필요합니다. 하이렉스(HyREX) 기술의 실증, 확산, 상용화 순서를 명확히 하고, 2030년까지는 경제성 확보에 집중하며, 2050년까지 글로벌 경쟁 기업들의 전략을 잘 파악하면서 가능성을 확보하는 방식으로 접근해야 합니다.

수소, LNG, 원자력, 재생에너지를 복합적으로 활용하는 에너지 믹스로 위험을 분산하고, 외부 충격에 대한 회복 탄력성을 높여야 합니다. 이는 물론 기업이 혼자 할 수 없는 일입니다. 따라서 국가가 적극적으로 에너지 믹스와 현실화ㆍ합리화를 추구하고, 이를 기업들이 활용할 수 있도록 인프라 투자와 기술적 고도화를 지원해야 합니다. 또 해외 LNG, 호주 수소, 몽골 태양광 등 해외 청정에너지 프로젝트에 대한 적극적 투자와 전략적 해외 이전 등도 고려해야 합니다.

이제 에너지 문제는 기업의 생존과 국가의 번영, 국민의 풍요로운 삶이라는 관점에서 접근해야 합니다. 탈탄소 시대, 질 좋은 철강을 만드는 한국 철강기업이 국내에서 계속 일자리를 창출할 수 있도록 하는 탈탄소 기술 혁신 지원 정책과 각 기업의 효과적인 에너지 전략이 절실한 때입니다.

포스코홀딩스 미래기술연구원이 12월 16일 국내 수소경제 성장을 앞당길 혁신기술로 평가받는 20kW급 고체산화물수전해전지(SOEC, Solid Oxide Electrolysis Cell) 시스템의 핵심부품인 스택(Stack)* 모듈을 국산화하는데 성공했다. 포스코홀딩스는 지난 2021년 5월 산업통상자원부 주관 ‘대면적 고효율 고체산화물 SOEC 평판형 셀과 20kW급 스택 모듈 시스템 개발’ 국책과제에 참여해 이번 연구에 들어갔다.

*스택(Stack) : 수소와 산소의 화학반응으로 전기를 생산하는 장치로, 수백개의 셀(Cell)을 직렬로 쌓아올린 전지 본체.

고체산화물수전해전지(SOEC) 기술은 고온의 스팀에서 전기를 활용해 수소를 추출하는 기술로, 전기에너지와 열에너지를 함께 사용해 기존에 전기에너지만 활용하는 다른 수전해 방식과 비교해 전해 효율이 높다. 또한, 고체 전해질을 사용해 부식에 대한 내구성이 뛰어나 유지보수가 용이한 장점이 있어 수전해 분야 게임 체인저(Game-changer) 기술로 평가받는다. 다만 기술 개발의 난이도가 높아 그동안 유럽의 셀-스택-시스템 기술을 도입해 국내 일부 기관에서 실증하는데 머물렀으나, 이번 국산화 성공으로 청정수소를 국내 기술로 더 경제적이고 친환경적으로 생산할 수 있게 됐다.

▲수소경제를 앞당길 혁신기술로 평가받는 20kW급 SOEC(Solid Oxide Electrolysis Cell) 시스템의 핵심부품인 스택 모듈을 국산화하는데 성공한 포스코홀딩스 미래기술연구원 청정수소연구센터 수전해 연구팀.

포스코홀딩스는 지난 2017년 자체 개발한 높은 전류 조건에서 구동 가능한 높은 내구성의 셀을 활용하고, 이 셀을 효율적으로 쌓아올리는 스택(5kW) 제작기술을 개발했다. 또한, 인공지능 기반의 전산해석 모델을 적용하고 국내 연구기관과 협업해 고효율, 고안정성의 시스템을 설계∙제작하는데 성공해 SOEC 기술 국산화를 이뤄냈다. 수전해 시스템 효율은 83.3%로 글로벌 톱티어 수준을 달성했다.

미래기술연구원 청정수소연구센터 수전해 연구팀은 이번 연구를 성공시켜 제철소에서 발생하는 폐열·스팀을 활용한 SOEC기술과 원전의 저가 전기·열을 사용하는 SOEC기술을 개발해 대량의 수소를 경제적으로 생산할 수 있는 기반을 만들었다. 수전해 연구팀은 앞으로는 물과 이산화탄소를 동시에 분해하는 고온 공전해(Co-electrolysis) 기술 개발에도 힘써 수소 뿐 아니라 일산화탄소(CO)를 추가로 추출하는 등 탄소중립 연료 생산에도 활용할 계획이다.

▲고온수전해 셀-스택-핫박스-시스템 개념도.

이번 연구의 책임자인 안진수 수석연구원은 “완성된 시스템을 바탕으로 앞으로 넘어야 할 Scale-Up 혁신기술에도 박차를 가해 세계 최고 경쟁력을 갖는 경제적 고온수전해 시스템 구축이 필요하며, 셀-스택-모듈-시스템의 각 기술별 원가 절감을 통해 2027년까지 국내 최초로 메가와트(MW)급 고온 수전해 시스템 양산설계 기술개발을 완성할 계획이다”고 포부를 밝혔다.

포스코홀딩스가 정부 국책과제로 주관하는 ‘폐갱도 활용 이산화탄소 육상저장 시범사업’을 추진을 위해 삼척시와 협력에 나선다.

포스코홀딩스는 11월 21일 포스코센터에서 공동 시범사업 기관인 한국광해광업공단, 카본코, 테크로스 환경서비스와 함께 삼척시와 업무협약을 체결하고 관계자들과 함께 상호 협력 방안을 논의했다.

이번 업무협약에 따라 삼척시는 이산화탄소 육상저장 기술 개발 및 실증을 위한 제반을 지원하며 포스코홀딩스를 비롯한 시범사업 기관과 함께 국가온실가스감축목표(NDC) 달성을 위한 협력을 강화할 예정이다.

이산화탄소 육상저장 시범사업은 제철소에서 발생하는 이산화탄소를 철강 슬래그와 반응시켜 고정화한 후, 총 300톤 규모의 탄산화 슬래그를 생산하여 폐갱도에 되메우는 기술을 설계하고 운영하는 사업이다. 제철소 부산물 가운데 80%를 차지하는 철강 슬래그는 이산화탄소를 광물화반응을 통해 안정적으로 고정화 할 수 있는 칼슘과 마그네슘 성분이 다량 포함되어 있다. 포스코홀딩스는 탄산화된 철강 슬래그를 폐갱도에 저장해 온실가스를 저감하는 기술 개발을 추진한다.

포스코홀딩스는 삼척시와 협력하여 대성MDI(주) 삼척사업소에 총 300톤 규모의 탄산화 슬래그 실증 플랜트를 운영하고, 이를 바탕으로 폐갱도를 활용한 국내 최초 이산화탄소 육상저장 모델을 수립할 전망이다. 국가 CCS사업의 한계로 지적받고 있는 탄소저장소 부족 문제를 해결하고, 지역 사회와 함께 상생할 수 있는 기회를 마련할 것으로 기대하고 있다.

포스코홀딩스는 ‘폐갱도 활용 이산화탄소 육상저장 시범사업’을 기반으로 철강산업의 탄소중립에 기여하고, 폐광산 지역에 광물탄산화 기술을 확대 적용할 수 있도록 지속 개선해 나갈 계획이다.

▲11월 21일 서울 포스코센터에서 개최된 ‘폐갱도를 활용한 이산화탄소 육상저장 시범사업’ 업무협약 체결식에서 포스코홀딩스 컨소시엄 및 삼척시 관계자들이 기념 촬영을 하고 있다.

포스코홀딩스 미래기술연구원 수소저탄소연구소가 8월 13일 포항 체인지업그라운드에서 산업통상자원부 주관 ‘폐갱도 활용 이산화탄소 육상저장 시범사업’ 과제 착수회의를 개최했다.

이번 착수회의에는 사업수행기관 및 관계자 등 총 30여명이 참석하여 과제 수행 계획을 논의하고 질의응답의 시간을 가졌다.

포스코그룹 수소생산과 저탄소 CCUS 연구개발을 수행하고 있는 포스코홀딩스 수소저탄소연구소는 최근 산업통상자원부의 ‘폐갱도를 활용한 이산화탄소 육상저장 시범사업’ 국책과제에 탄산화 기술의 우수성을 높게 평가받아 주관 기관으로 선정되었다.

이번 시범사업은 국가온실가스감축목표(NDC) 중 CCUS에 할당된 이산화탄소 감축 목표량 1,120만톤 달성 기여를 위해 국내 최초로 폐갱도를 활용한 이산화탄소 육상저장을 목표로 한다. 탄소저장소로서 폐갱도의 환경성 평가를 비롯해 공정 부산물 활용 광물탄산염화 실증 등의 사업성 평가를 수행하며, 과제 기간은 2024년 6월부터 2027년 12월까지 3년 6개월로, 사업비 67억 6천만원은 정부에서 지원한다.

주요 사업 내용은 일 3톤급 이산화탄소 탄산화 파일럿 설비 실증, 300톤 탄산화 슬래그 이산화탄소 육상저장을 통한 저비용 탄소저장소 확보, 이에 따른 CCUS 연계 산업 기반 조성이다. 이번 사업이 성공적으로 진행될 경우 국내 폐갱도를 활용한 이산화탄소 육상저장을 통해 NDC 달성에 기여하는 것은 물론, 향후 포스코그룹의 블루수소를 활용한 철강 생산도 가능할 것으로 기대하고 있다.

이번 시범사업에는 포스코홀딩스, 카본코, 테크로스환경서비스, 한국광해광업공단이 공동 참여하며, 수소저탄소연구소는 슬래그 탄산화 및 폐갱도 되메움 실증을 총괄할 예정이다.

과제 책임을 맡은 포스코홀딩스 김용헌 연구위원은 “이번 사업으로 국내 CCS사업의 한계로 지적받고 있는 저장소 부족문제를 일부 해소하는 브릿지 기술로 완성할 계획”이라며 “이를 통해 NDC 목표달성에 기여하고 폐갱도 되메움 본사업 기반을 조성하여 국가 이산화탄소 육상저장모델을 구축할 수 있을 것”이라 말했다.

포스코홀딩스 수소저탄소연구소는 실증 및 시범사업을 기반으로 폐광산 지역에 본 탄산화 기술을 범용 적용할 수 있도록 개선할 계획이다.

▲8월 13일 포항 체인지업그라운드에서 개최된 ‘폐갱도 활용 이산화탄소 육상저장 시범사업’ 과제 착수회의에서 관계자들이 기념 촬영을 하고 있다.

포스코홀딩스 미래기술연구원(이하 미래연)은 3월 12일 충북 청주에 위치한 환경부 온실가스 종합정보센터(Greenhouse Gas Inventory and Research Center, 이하 GIR)에서 ‘탄소중립 이행을 위한 수소 및 CCUS^* 부문 온실가스 감축경로 분석방법론 개발’ 연구과제의 착수보고회를 개최했다.

*CCUS: Carbon Capture Utilization and Storage의 약자로 공기 중에 배출되는 이산화탄소(CO₂)를 포집(Capture)하여 활용(Utilization) 또는 저장(Storage)하는 기술

▲포스코홀딩스가 3월 12일 환경부 GIR에서 「탄소중립 기술정보 종합 및 활용기반 구축-CCUS, 수소부문」 연구 착수보고회를 가졌다.

이번 착수보고회에는 과제 발주처인 GIR(센터장 정은해) 관계자와 자문위원(한국해양대 신영재 교수, 단국대 이창현 교수, 한국화학연구원 최지나 박사), 미래연 연구진 등 총 10여 명이 참석하여 과제 수행에 대한 논의와 질의응답의 시간을 가졌다.

이번 과제는 지난해 온실가스 감축방법론 과제를 수행한 포스코홀딩스 미래기술연구원의 분석 전문성을 고려하여 온실가스종합정보센터와 수의계약으로 진행됐다. 향후 미래연은 CCUS와 수소 분야의 온실가스 발생 사례를 모의 실험하고 국가 차원의 다양한 온실가스 감축 시나리오들의 효과를 분석하는 프로그램을 개발한다. 올해 11월까지 총 7개월간 진행될 이번 과제의 범위는 온실가스 감축 시나리오별 심층연구와 개략적인 비용의 추산까지 포함하고 있다.

특히 해당 과제는 미래연 산하 AI 연구소와의 협업으로 머신러닝 기반의 최적 온실가스 감축 시나리오를 도출할 뿐만 아니라 감축 시나리오 시각화와 분석 통합 어플리케이션까지 구축할 계획으로 보고회 참석자들은 차별화된 연구 결과물에 높은 기대감을 나타냈다.

미래연 수소저탄소에너지연구소장은 “해당 과제를 시작으로 대한민국의 탄소중립 목표 실현에 포스코그룹이 기여하고 나아가 지속가능한 미래를 선도하는 기업으로 자리매김할 수 있도록 노력하겠다”고 말했다.

한편 연구책임기관인 포스코홀딩스 미래기술연구원은 지난 2022년 수소저탄소연구소를 설립했다. 현재 고온수전해, 암모니아 크래킹, 철강공정 연계 CO₂ 자원화 기술, CCUS 기술개발 등 수소산업 밸류체인 전반에 걸친 연구들을 수행하고 있다.

제철, 어디서 왔고 어디로 가는가

보스턴 미술관에는 폴 고갱의 <우리는 어디서 왔고, 우리는 무엇이며, 우리는 어디로 가는가>가 걸려있다. 건강도, 재산도 잃어버린 채 방탕한 삶을 살던 고갱이 타히티에서 아끼던 딸의 부고를 접한 이후 그린 대작이다. 제품의 탄생부터 폐기까지 일련의 과정도 이러한 인간의 삶과 닮았다. 그러니 같은 질문을 던져볼 수 있겠다. “이 제품은 어디서 왔고, 이 제품은 무엇이며, 이 제품은 어디로 가는가?”

세상의 모든 물질은 크게 유기물과 무기물로 구분할 수 있다. 유기물은 생명체의 근간을 이루는 물질로 탄소와 탄소 또는 탄소와 수소의 결합을 근간으로 이루어져 있다. 반면 무기물은 생명체와는 무관한 것으로 금속, 산화물, 기체 등을 포함한다. 생명체의 근원인 유기물은 무기물인 산소와 반응해 이산화탄소나 물의 형태로 바뀌는데, 이러한 반응은 생명체가 자연의 무기물로 돌아가는 과정이다.

생명체는 무기물을 흡수한 뒤 생명체 안에 새로운 세포들을 만드는데, 이러한 유기물과 무기물의 반복적 변화는 실로 놀라운 일이 아닐 수 없다. 유기물의 근본이 되는 탄소와 수소가 산소와 반응하는 것을 연소라고 부르며, 연소는 인류에게 열에너지를 공급하는 기본적인 수단이다. 또 탄소와 수소가 산소를 포함한 산화물과 반응하면 연소와 마찬가지로 이산화탄소와 물이 형성되고, 산화물을 구성하는 금속 성분을 얻게 되는데, 이것을 환원 반응이라 부른다. 열역학적으로 산화물의 환원반응은 흡열반응이어서 연소로 공급된 열에너지를 활용해 환원반응을 완성하며, 이것을 제련이라 부른다. 궁극적으로 금속을 얻기 위한 과정은 생명의 희생이 깃들여져 있으며, 그곳에 생명을 구성하는 탄소와 수소의 역할이 강조된다.

탄소와 수소의 연소, 환원반응에서 불가피하게 탄소를 만들어 냈던 인류는 탄소저감 시대를 맞아, 수소의 기여를 높여 지속가능한 미래를 만드는 도전에 사활을 걸고 있다. 이는 고귀한 생명의 희생이 헛되지 않도록 지구의 균형 추를 맞추는 작업이기도 하다. 금속 제련 공정에서도 탄소 중심의 반응을 멈추고 수소에 중점을 둔 반응이 요구되는데, 가장 대표적인 것이 철강의 저탄소 제련 공법인 수소환원제철이다.

인류가 가장 많이 사용하는 금속인 철은 약 30억 년 전 호상철광층(Banded Iron Formation)의 축적으로 시작됐다. 학자들은 원시시대에 박테리아가 내뿜은 산소가 물속에서 농도가 높아지며 철이온과 결합해 산화철을 형성한 뒤 얕은 바다에 가라앉았고, 이렇게 퇴적된 산화철층과 점토나 모래에 의한 퇴적층이 교대로 쌓여 호상철광층을 이루었다고 설명한다.

▲호주 카리지니 국립공원의 호상철광층

이후 지각의 융기와 탈수반응을 통해 지금의 철광석 광산이 만들어졌다. 철의 제련은 이렇게 만들어진 산화철을 탄소와 수소를 이용하고 고온에서 산소를 제거해 금속 철을 얻는 과정이다. 이러한 생성 기구로 인해 철광석에는 다양한 불순물인 맥석 성분이 존재하며 약 30~68%의 철 성분이 포함되어 있는데, 고로 조업에는 철 성분을 58% 이상 포함한 소결광이나 65% 이상을 포함한 펠렛을 제작해 사용한다.

한편, 전기로에 직접 투입하는 직접환원철(DRI)을 제조하려면 맥석 성분이 거의 포함되지 않은 철 성분 67% 이상의 펠렛이 요구되는데, 이러한 고급 펠렛은 전 세계 철광석 사용량의 약 2.4% 정도로 그 양은 매우 미미하다.

수소환원제철, 꿈은 이루어진다!

현재 전 세계에서 가장 앞서 나가는 수소환원제철법은 스웨덴의 SSAB, LKAB, VATTENFALL사에서 공동 개발한 하이브리트(Hybrit) 공법이다. 고순도 철광석을 원료로 바이오 오일과 플라즈마 가열법을 이용해 펠렛을 제작하고, 풍력과 태양광으로 얻은 전기에너지로 생산한 그린수소를 활용해 샤프트 반응로(Shaft Furnace)에서 펠렛을 환원시키는 공법으로, 이렇게 얻어진 직접환원철(DRI)은 전기로에서 용융해 고품질의 철강 제품을 제조하는 데 활용한다.

문제는 하이브리트(Hybrit)에서 사용하는 고급 펠렛은 원료가 극히 제한적이며, 스웨덴과 같이 신재생에너지의 단가가 낮은 국가가 드물다는 점이다. 결국에는 전 세계적으로 풍부한 저급 광석을 수소로 환원해 고순도 철을 얻는 수소환원제철법의 개발이 요구된다.

포스코는 지난 20년간 수소와 일산화탄소를 같이 사용하는 차세대 제선 기술인 파이넥스공정을 개발해 한국형 수소환원제철법인 하이렉스(HyREX) 공정의 기반 기술을 구축했다. 파이넥스공정을 개발하는 가운데 고로에서 사용하기 까다로운 저급 광석을 활용할 수 있는 기술을 확보했고, 더 나아가 수소에 의한 반응 기구 변화에 대한 지식도 축적했다. 특히 200만 톤 급 상용 설비를 운영하며 체득한 독보적인 파이넥스의 유동환원 기술은 전 세계 경쟁사에서 따라올 수 없는 수준에 있다. 전 세계 철강사들이 포스코의 수소환원제철법인 하이렉스(HyREX) 공정에 주목하는 이유다.

포스코는 한국에 첫 대형 고로를 도입해 산업화의 주춧돌을 놓았고, 파이넥스 기술 개발로 저탄소 제선 기술의 최전선을 달리고 있다. 이제 꿈의 기술인 수소환원제철 공정 개발을 통해 인류가 지속가능하게 살아갈 터전인 지구의 균형을 맞추는 일을 감당하고자 한다.

세계반도체시장통계기구(WSTS)에 따르면 2022년 전 세계 반도체 시장은 약 6천억 달러에 이른다. 한편 세계철강협회(worldsteel)에 의하면 2022년 전 세계 철강 생산량은 18억 3000만 톤이고, e나라지표에서 밝힌 2022년 하반기 철강 제품의 가격은 철근 1133달러/톤, 후판 1850달러/톤, 열연 867달러/톤, 냉연 1259달러/톤 수준으로 대략 1000달러/톤 내외로 볼 수 있다. 이를 통해 대략적으로 추산해 보면, 전 세계 철강 시장은 약 1조 8000억 달러 이상인 것으로 추정할 수 있다. 이는 반도체 시장의 약 3배 이상의 규모이며, 전후방 산업 분야에 미치는 파급효과 또한 막대하다.

대한민국이 한국형 수소환원제철법인 하이렉스(HyREX) 상용화를 통해 전 세계 철강산업을 주도한다면, 이는 대한민국을 새롭게 다시 세우는 일이요, 인류의 지속가능한 미래에 공헌할 수 있는 기회가 될 것이다. 정부, 기업, 학계, 연구소가 하나로 힘을 합쳐 꿈의 기술을 현실로 이루어 내기를 간절히 기대한다. 꿈은 이루어진다!

포스코그룹이 지난 9월 13일부터 15일까지 일산 킨텍스에서 열린 국내 최대 규모의 수소산업 전시회 ‘H2 MEET 2023’에 참가해 수소사업의 핵심 역량을 펼쳐 보였다. 올해로 4회째를 맞은 ‘H2 MEET’는 우리나라 수소산업을 차세대 선도 산업으로 육성하는 것은 물론, 세계적인 산업 생태계 구축에 필요한 산업 특성을 반영한 국내 최대 규모의 국제 수소산업 전문 전시회다.

이번 전시에는 포스코홀딩스, 포스코, 포스코인터내셔널, 포스코이앤씨, 포스코모빌리티솔루션, 포항산업과학연구원(RIST) 등 포스코그룹 6개 사가 참여해 청정수소 생산 및 운송부터 저장, 활용에 이르기까지 수소사업 밸류체인 전반에 걸친 청사진과 주요 성과를 총망라하며 수소산업을 이끌어가는 그룹사다운 면모를 보였다.

포스코그룹은 ▲글로벌수소생산존 ▲수소밸류체인존 ▲수소생산기술존 ▲수소플랜트EPC존 ▲CCS존 ▲수소인프라존 ▲수소발전존 ▲수소강재솔루션존 ▲모빌리티솔루션존 ▲HBI존 ▲HyREX존 등 11개 테마로 전시부스를 마련하고 전시 기간 내내 바쁘게 국내외 관람객들을 맞았다.

포스코 뉴스룸이 ‘H2 MEET 2023’ 특별 현장 취재로 각 테마별 부스를 자세히 만나보고, 관계자의 생생한 목소리로 포스코그룹 수소사업의 현주소와 경쟁력을 들어봤다.

▲ 관람객들이 전시관 정면의 스크린을 통해 포스코그룹의 청정수소 생산 프로젝트 영상을 관람하고 있다.

가장 먼저 관람객의 눈길을 사로잡은 것은 포스코그룹이 전 세계에서 추진 중인 청정수소 생산 프로젝트의 성과와 미래 비전을 담은 3D 파노라마 영상이었다. 부스 벽을 가득 채운 대형 스크린에는 그린수소, 블루수소, HBI 연계 수소를 생산하는 대표적인 글로벌 청정수소 프로젝트 현장이 생생하게 흘러나왔다. 마치 한 편의 광고처럼 다이내믹하게 펼쳐지는 포스코그룹의 수소사업 프로젝트에 많은 이들이 자리를 떠나지 않고 스크린에 집중하는 모습이었다. 포스코그룹이 이끄는 수소사회는 어떤 모습일까 하는 기대감을 가지기에 충분한 하이라이트 콘텐츠였다.

▲ 오만 그린수소 프로젝트의 규모와 생산 과정을 나타내는 모형도.

대형 스크린 앞에는 오만 그린수소 프로젝트를 나타낸 모형도가 자리하고 있었다. 오만 그린수소 프로젝트는 5GW 규모의 재생에너지 단지를 조성하고 연 22만 톤의 그린수소를 생산하는 사업으로, 포스코홀딩스는 지난 6월 오만 두쿰 지역에 서울시 면적 절반에 해당하는 대규모 부지를 확보하는 데 성공했다. 오만에서 생산된 수소는 2030년부터 국내로 도입해 수소환원제철, 발전용, 산업용으로 활용할 예정이다.

▲ 전시관 관계자가 포스코그룹의 수소사업 비전에 대해 설명하고 있다.

‘Hello! HYDROGEN WORLD’라고 적힌 입구로 들어서면 가장 첫 번째 콘텐츠로 포스코그룹의 수소사업 밸류체인을 만날 수 있다.

포스코그룹이 해외에서 생산한 청정수소는 암모니아 형태로 합성해 도입한 후 암모니아 자체 또는 수소로 추출해 공급될 예정이다. 이 과정에서 소재-인프라-저장-운송 등 수소사업 전 밸류체인에서 그룹사의 전문 역량을 발휘해 세계 최고의 Hydrogen Player가 되는 것이 포스코그룹의 목표다.

수소생산기술존은 포스코홀딩스와 포항산업과학연구원(RIST)과 함께 상용화 개발을 추진하고 있는 암모니아 기반 수소추출 기술을 만나볼 수 있는 부스다. 수소밸류체인 상의 핵심 기술인 암모니아 크래킹 기술(암모니아에서 수소를 추출하는 기술)과 고온수전해 기술(고온에서 물을 전기 분해해 수소를 만드는 기술), 중조(탄산수소나트륨)를 활용한 블루수소 생산기술을 한눈에 확인할 수 있어 흥미로웠다. 수소저장탱크, 암모니아 저장탱크 등 수소생산에 필요한 실제 설비 시설을 모형으로 재현해 수소가 만들어지고 공급되는 과정을 쉽게 이해할 수 있었다.

▲ 포스코홀딩스의 암모니아 기반 수소 추출 과정이 모형으로 구현되어 있다.

▲ 전시관 관계자가 암모니아 기반 수소 수출 기술에 대해 설명하고 있다.

암모니아는 수소 함량이 높고 기존 인프라 활용이 가능하다는 장점이 있어 그린수소를 가장 효율적으로 저장하고 운송할 수 있는 소재로 주목받고 있다. 이에 포스코홀딩스는 국내 최초로 상용 암모니아 수소추출 기술을 확보하기 위해 2025년까지 데모플랜트 실증을 완료할 계획이다.

포스코이앤씨의 수소사업 EPC, 설계(engineering)에서부터 조달(procurement), 시공(construction)을 원스톱으로 제공하는 수행 역량을 소개하는 수소플랜트EPC존은 3D 영상과 모형으로 그린수소와 블루수소 생산 플랜트의 특징을 관람객들이 쉽게 이해할 수 있도록 구성했다. 포스코이앤씨는 글로벌 파트너사들과 함께 대규모 수소 프로젝트에 적극 참여하고 있으며, 수소 분야 EPC 사업을 선도해 탄소저감 구축에 적극적으로 이바지하겠다는 포부를 밝혔다.

CCS존과 수소인프라존, 수소발전존에서는 올해 1월 종합 에너지사업회사로 발돋움한 포스코인터내셔널의 CCS(탄소포집저장) 기술과 국내 수소복합터미널, 수소혼소발전 사업 현황이 전시되어 관람객들의 흥미를 끌었다. CCS에서 가장 중요한 것은 이산화탄소를 포집해 저장할 수 있는 저장소를 확보하는 것인데, 포스코인터내셔널은 다양한 해외 자원 개발 프로젝트 수행 경험을 바탕으로 글로벌 에너지 기업들과 CCS 공동 연구를 진행 중이며, 미국과 호주 등지에서 CCS 사업화를 추진 중이다.

또한 2035년까지 인천과 광양, 포항을 중심으로 총 126만 톤 규모의 수소복합터미널을 구축하고, 인천에서 운영 중인 LNG 발전소를 수소혼소 발전기로 대체해 세계 최초 GW(기가와트)급 상업용 수소혼소 발전소를 운영할 계획이다.

해외에서 생산된 수소는 어떻게 국내로 가져올까. 수소강재존에는 수소 운송에 쓰이는 고망간강 저장탱크를 비롯해, 모빌리티용 연료탱크, 수소배관 등의 실물들을 전시해 관람객들의 이해도를 한층 높였다. 포스코는 수소저장/운송용으로 특화된 제품을 공급하고 있는데, 이 제품들은 안전하게 수소를 운송하는 것은 물론, 가격 경쟁력 확보와 소재 국산화에도 크게 기여한다는 평가를 받고 있다. 평소 접하기 어려운 소재인 만큼 제품 하나하나를 카메라에 담는 관람객들도 많았다.

포스코모빌리티솔루션은 포스코의 철강 소재를 사용해 미래 모빌리티의 핵심 부품인 ‘구동모터코아’와 ‘수소연료전지 분리판’을 생산하고 있다. 이번 전시에서는 수소 전기차 구동모터코아, 하이브리드 차량용 구동모터코아, 수소연료전지 분리판에 사용하는 핵심 부품을 전시해 관람객들의 이해를 도왔다. 실제로 하이브리드 차량에 사용하는 부품인 만큼 자동차에 관심 있는 관람객들은 꽤 오랜 시간 모빌리티솔루션존을 머물며 꼼꼼히 관람하는 모습을 보이기도 했다.

구동모터코아는 포스코모빌리티솔루션의 다양한 적층 기술과 높은 정밀도를 자랑하며, 특히 Poss470FC 수소연료전지 분리판은 세계 최초로 ‘무코팅 표면처리’ 기술을 적용해 최고 수준의 전기 전도성과 경제성을 확보한 스테인리스 소재로 업계의 주목을 받고 있다.

이번 H2 MEET 행사에서 첫 신설된 HBI은 저탄소 철강 원료인 HBI 연계 수소 프로젝트를 선보이는 자리였다. HBI는 철광석에서 산소를 제거(환원)한 환원철을 조개탄 모양으로 성형한 가공품이다. HBI존에서는 HBI를 비롯해 분광, 괴광, 펠렛 등 저탄소 원료를 실물로 전시해 수소사업에 대한 이해를 도왔다. 일부 관람객들은 전시된 저탄소 원료가 궁금한지 해당 부스 담당자에게 원료와 관련한 질문을 하고 함께 사진을 찍기도 했다.

포스코는 궁극적인 그린철강 생산기술로 ‘수소환원제철’ 기술을 개발함과 동시에 브릿지 기술로 전기로를 도입해 이산화탄소 배출을 줄여나간다는 계획을 공표한 바 있다. 이에 포스코는 철광석과 재생에너지 자원이 풍부한 호주에서 그린수소를 생산하고 수소를 환원제로 사용하는 저탄소 철강 원료 HBI를 생산할 계획이며, 현재 서호주에서 HBI 플랜트 건설 및 그린수소 생산 프로젝트를 동시에 추진 중이다.

마지막으로 HyREX전시존은 포스코그룹이 수소사업을 추진하는 가장 근원적인 이유인 수소환원제철을 소개하는 공간이다. 포스코는 석탄 대신 수소로 철을 만드는 유동환원로 기반의 수소환원제철 기술 HyREX를 개발 중이며, 2030년까지 수소환원제철 기술 실증을 완료하고, 대규모 상용 플랜트를 운영해 탄소저감을 이룬다는 계획이다.

▲ 오만 그린수소 프로젝트 모형 앞에서 도슨트 설명을 듣는 관람객들의 모습.

포스코 전시장에는 하루에 2번 전문 도슨트가 관람객들에게 해당 전시의 내용을 상세하게 설명하는 시간을 가졌다. 다소 멀게 느껴지던 수소산업에 대해 쉽게 이해할 수 있는 시간으로, 국내외 많은 관람객이 도슨트의 설명을 들으며 포스코 전시관을 흥미롭게 관람했다. 도슨트의 설명을 들은 한 관람객은 “포스코가 진행하는 수소산업에 대해 전반적으로 이해할 수 있는 자리였다”며 “수소 생산부터 저장, 운반까지 전 밸류체인을 실물과 모형으로 볼 수 있어서 무척 뜻깊은 전시였다”고 소감을 전했다.

‘H2 MEET’는 국내최대 수소산업 비즈니스 전시회로 포스코그룹은 수소사업을 효과적으로 대외에 알리고자 3년 연속 참여하고 있습니다. 올해는 포스코홀딩스, 포스코, 포스코인터내셔널, 포스코이앤씨, 포스코모빌리티솔루션, RIST가 함께 전시에 참여해, 글로벌 청정수소 생산부터 운송, 저장, 활용 등 전 밸류체인에 걸친 포스코그룹사의 수소사업 역량과 성과를 선보입니다.

작년까지는 포스코그룹의 장기적 수소 생산 비전을 보여주었다면 올해에는 보다 현실화된 사업 내용으로 준비했습니다. 모형과 영상 콘텐츠를 활용해 오만, 북미, 호주 등 각국에서 진행하고 있는 청정수소 생산 프로젝트를 쉽게 이해할 수 있도록 하였고 또한 새롭게 저탄소 철강원료인 HBI를 소개하는 ‘HBI 존’을 신설하였습니다. 서호주 필바라 지역에서 27년 시운전을 목표로 진행하고 있는 HBI플랜트 건설 프로젝트를 모형으로 준비했습니다. 이번 전시에서는 QR코드 스캔을 통한 관람객 참여형 E-도슨트를 준비해 쉽게 사업 내용을 이해할 수 있도록 했습니다.

포스코그룹은 수소사업 주도권 확보를 위해 수소 밸류체인 내 핵심기술인 암모니아 수소추출, 고온수전해, 중조 기반 블루수소 생산 기술을 개발하고 있습니다. 전세계 98%의 수소사업 프로젝트에서 암모니아 합성,운송 방식을 검토할 정도로 현재로서는 암모니아가 가장 효율적인 수소 운반수단입니다. 포스코홀딩스는 암모니아 수소추출 기술을 자체 개발 중으로 2025년 데모 플랜트 설립을 목표로 하고 있습니다.

또한 고온수전해는 수증기를 700℃ 이상의 고온에서 전기분해하는 기술로 적은 양의 전기에너지를 필요로 하기 때문에 효율적으로 수소 생산이 가능한 기술입니다. 현재 상용화를 목표로 시스템 개발을 진행하고 있습니다. 마지막으로 중조 기반 블루수소 생산은 이산화탄소와 제철소 탈황공정 및 이차전지 발생 부산물인 망초를 활용하여 중조(베이킹소다)를 생산하는 이산화탄소 포집 및 활용(CCU, Carbon Capture Utilization) 기술입니다. 부산물을 활용해 중조 및 석고를 생산하는 기술이며, 블루수소의 경제성을 올릴 수 있는 효과적인 기술입니다.

지난 6월 포스코홀딩스가 주도하는 3개국 5개사 컨소시엄으로 오만 그린수소 독점개발 사업권을 확보하였는데, 이는 국내 기업이 추진하는 해외 최대 규모의 그린수소 생산 프로젝트입니다. 오만 두쿰지역의 부지면적은 서울시의 절반에 해당하는 340Km²으로, 앞으로 해당 부지에 5GW 규모의 재생에너지 단지를 조성하고, 2030년 연 22만톤의 그린수소를 생산할 계획입니다. 현지 생산 그린수소는 효율적이고 안전한 운송을 위해 약 120만톤의 암모니아로 전환한 후 국내로 들여와 수소환원제철, 혼소발전 등에 활용할 계획이며, 일부 물량은 오만 현지에도 공급할 예정입니다.

최근 정부에서 청정수소 발전 입찰제도를 시행하는 등 세계 최초로 대규모 수소 수요 시장을 창출하기 위해 노력하고 있습니다. 포스코그룹은 수소환원제철과 수소, 암모니아 혼소발전 등의 자체 수요만으로도 약 500만톤의 수소가 필요한데, 이는 2050년 국내수요 2천800만톤의 약 18%에 해당하는 막대한 양입니다. 포스코그룹은 국내 최대 규모의 캡티브(Captive) 수요를 기반으로 경쟁기업보다 규모의 경제를 달성하는데 유리한 강점을 보유하고 있습니다. 또한 수소산업 전 밸류체인에 걸쳐 각 그룹사들이 역량을 보유하고 있는 만큼 이로 인한 시너지도 클 것으로 기대합니다.

포스코는 이번 ‘H2 MEET 2023’을 통해 그룹사의 수소사업 밸류체인을 총망라하며 차별화된 기술력과 제품을 다시 한번 국내외에 널리 알렸다. 수소사업 밸류체인은 포스코가 만들어갈 지속가능한 미래시대 핵심으로, 우리나라뿐 아니라 세계적인 수소산업의 견인차 역할을 할 것으로 기대를 모으고 있다.

국가 경제를 좌우하는 이동의 중요성

예로부터 이동은 국가의 경제를 발전시키는 원천이었다. 모든 길은 로마로 통한다는 말처럼 로마는 전국을 촘촘한 도로망으로 연결했는데, 로마제국의 도로 길이는 총 약 40만 ㎞에 이르렀다고 한다. 이는 현재 대한민국 도로 길이의 약 4배에 이르는 거리로, 당시 로마가 국가의 경제력을 확보하는데 이동을 얼마나 중요하게 여겼는지 알 수 있다. 우리나라에서도 김정호의 대동여지도를 통해 도로를 통한 이동의 중요성을 확인할 수 있다. 대동여지도에는 10리마다 작은 눈금을 찍어 거리를 표시했는데, 사용자는 눈금 수를 세는 방법으로 거리를 확인할 수 있었고, 이는 사람과 물자의 이동을 통제하는 매우 중요한 정보로 활용됐다. 역사지도 전문가인 김종혁 박사가 대동여지도를 조선시대의 ‘대동여비게이션’이라고 부르는 이유이기도 하다.

이동이 멈추면 경제 활동도 멈춘다. IMF에 따르면 2009년 세계 금융 위기 당시 전 세계 GDP가 0.1% 감소한 반면 2020년 코로나로 인한 락다운으로 전 세계 GDP가 3.0% 감소했다고 한다. 사람으로 치면 근골격이 강건해도 순환계에서 문제가 생기면 정상적인 활동이 불가능한 것과 같다. 반대로 이동이 회복되면 경제 활동도 회복된다. 최근 코로나로 인한 사회적 거리두기가 폐지되면서 국내 여행사들은 1분기 흑자 전환에 성공했고, 저비용항공사(LCC)는 사상 최대 분기 실적을 기록했다.

교통을 넘어선 모빌리티 시대의 도래

일반적으로 자동차, 기차, 배, 비행기를 이용해 사람이 오고 가거나 짐을 실어 나르는 이동을 ‘교통(traffic)’이라고 부른다. 그런데 언제부터인가 ‘모빌리티(mobility)’라는 말이 교통을 대신하게 되었다. 국제적인 자동차 쇼도 모빌리티 쇼로 이름을 바꾸어 부르기 시작했고, 이러한 세계적인 변화에 발맞추어 국토부에서도 작년 12월 ‘모빌리티자동차국’을 신설했다. 카카오모빌리티의 김건우 수석이코노미스트는 ‘교통’은 ‘공급자’가 정한 장소, 시간, 방법에 의한 이동을 의미하는 반면 ‘모빌리티’는 ‘이용자’가 원하는 장소, 시간, 방법에 따른 이동을 의미한다고 정의했다. 현대자동차 홈페이지에서도 궁극적인 이동의 자유를 모빌리티라고 이야기한다. 그리고 이러한 이동의 자유를 가능하게 하는 것이 바로 정보통신 기반의 데이터이다.

2022년 카타르 월드컵을 기억하는가? 카타르 알라이얀의 에듀케이션시티 스타디움에서 열린 조별리그 H조 3차전 대한민국과 포르투갈 경기에서 포르투갈 수비에 둘러싸인 손흥민이 옆에서 쇄도하는 황희찬에게 어시스트를 하여 골을 성공시켰다. 알라이얀의 기적이라고 불리는 이 역전 골로 대한민국은 12년 만에 월드컵 16강에 진출하는 쾌거를 이뤘다. 경기 후 인터뷰에서 손흥민은 수비수로 둘러싸여 막힌 상황에서 순간 상대 수비수의 다리 사이로 공간이 보였고, 그곳으로 볼을 밀어 보냈다고 이야기했다. 움직이는 곳에서 순간적으로 새로운 기회를 포착한 것이었다.

모빌리티도 마찬가지이다. 모빌리티는 이동을 통해 이전의 부동산 위주의 사회에서는 만들어 낼 수 없었던 새로운 비즈니스 기회를 만들어 낸다. 이동 과정에서 다양한 교통수단과 정보통신 기반 데이터를 연결해 새로운 비즈니스를 창출했다. 차량 공유, 택시 호출, 공유 킥보드, 공유 자전거와 같은 것들이다. 실례로 카카오모빌리티 보고서에 따르면 일반 택시 대비 호출 중심의 택시는 공차 이동과 대기 시간 감소로 에너지 소비량을 약 25% 절감했다고 한다.

모빌리티 등장과 이동의 확장

이동의 본질은 무엇인가? 이동은 삶의 반경의 확장을 의미한다. 예전에는 공간과 공간의 연결에 그쳤다면 이제는 이동하는 수단이 새로운 공간을 창조하고 있다. 즉, 모빌리티는 부동산의 가동산화를 만들어낸다. 최근 유행하고 있는 푸드 트럭과 차박은 가동산의 대표적인 예이다. 새로운 모빌리티의 등장은 이동의 공간을 3차원으로 넓혔다. 2024년 파리 올림픽에서는 도심항공모빌리티(UAM)의 운영을 계획하고 있고, 국내에서도 조만간 UAM이 도입될 것으로 기대하고 있다. 결과적으로 이동은 국토를 가장 효율적으로 사용할 수 있는 방법이다.

이동의 확장은 인류의 삶에 필연적 변화를 가져온다. 가장 큰 특징은 여객과 물류에 대한 모빌리티 구분이 사라질 것이라는 점이다. 즉, 승용차와 화물차의 구분이 사라진다는 것이다. 예를 들어 24시간 자율 운행이 가능한 모빌리티의 경우 사람들이 잠든 시간에 물류를 운송할 수 있다. 코로나로 우버 승객이 감소했을 때, 우버잇츠(Uber Eats)와 같은 배달 서비스가 활성화된 점을 주목할 필요가 있다. 스마트 도시에서 공유 오피스가 공간 사용의 효율을 극대화한다면 미래 모빌리티에서 공유 차량은 이동의 효율을 극대화할 수 있다. 이러한 이동은 여객과 물류의 벽을 허물고 진화할 것이다. 이를 위해 필요한 기술적 요소는 연결, 자율주행, 공유, 전동화로 요약할 수 있다. 그리고 현재의 자동차는 이러한 다용도 모빌리티로 활용되려면 그 형체가 크게 변화할 것으로 예상하고 있다. GM의 크루즈(Cruise)와 같은 차량이 대표 사례다.

한편 스마트 미래 모빌리티가 지속가능성을 담보하려면 지속가능한 이동의 속성을 확보할 필요가 있다. 아쉽게도 현재까지 인류의 이동은 환경을 지속적으로 가능하지 못하게 하는 방향으로 진행됐다. 엔진의 개발은 인류의 번영을 가져왔지만 동시에 온실가스의 배출을 증대시켰다. 지구온난화와 자원 고갈의 문제 앞에서 이러한 방향은 지속 가능하지 않다는 것이 증명되었다. 이에 많은 자동차사들이 내연기관의 종말을 선언하고 나섰다. 지구온난화가 인류에게 미치는 영향을 고려한다면 친환경차로의 전환은 속도의 문제이지 방향의 문제가 아닌 것으로 판단된다.

미래 모빌리티 시대가 요구하는 철강의 성능

한편 자동차 중심의 이동 수단이 미래 모빌리티로 변해도 바뀌지 않는 것이 있다. 바로 구조체는 여전히 철강을 기반으로 만들어질 것이라는 점이다. 이는 모빌리티의 수요와 지구의 자원을 고려할 때 매우 당연한 결과이다. 단, 미래 모빌리티 소재가 요구하는 성능을 철강이 만족시킬 수 있을 것인가에 대해서는 생각해 볼 필요가 있다.

첫 번째 성능은 고강도 경량화이다. 전기차의 전비를 향상하는 방법은 내연기관 차량과 동일하게 고강도 강재를 사용해 차량의 경량화를 달성하는 것이다. 두 번째로 요구되는 성능은 고강성이다. 미래 모빌리티가 승객과 화물을 동시에 수용해야 한다면, 내부 적재 용량을 최대한 확보할 필요가 있으며, 회전 시 쏠림 현상을 막으려면 매우 높은 강성이 요구된다. 실례로 테슬라의 사이버트럭은 높은 강성의 스테인리스 차체를 사용한 엑소스켈레톤 방식이 적용된 것으로 알려져 있다.

세 번째는 고내식성이다. 여객과 물류의 구분이 없어질 경우, 높은 수준의 청정도를 지속 유지하려면 강재 전반의 내식성을 향상할 필요가 있다. 마지막으로는 향상된 내피로 성능이 요구된다. 연결, 자율주행, 공유, 전동화로 표현되는 미래형 모빌리티는 현재에 비해 운행 시간이 기하급수적으로 늘어날 수 있다. 따라서 지금까지의 차량 유지 보수와는 다른 차원의 접근법이 필요하다고 할 수 있다. 오랜 시간 운행으로 야기될 피로의 문제는 궁극적으로 해결해야 하는 핵심 기술이 될 것이다. 미래형 모빌리티의 동력에 해당하는 모터에 사용하는 전기강판의 극박화와 효율 증대, 배터리용 케이싱 소재의 안전성 강화 등도 철강 분야에서 주목해야 할 영역이라고 할 수 있다. 철강 외 소재 분야에서는 배터리 소재의 성능 향상과 가격 경쟁력 향상의 도전이 지속될 것으로 보인다.

지금까지 지속가능한 미래 사회를 만드는 두 개의 축, 스마트 도시와 미래 모빌리티를 살펴보았다. 결론적으로 지속가능한 미래사회는 데이터와 철강 기반의 구조물을 정보통신으로 서로 연결하는 것이 핵심임을 알 수 있었다. 다음 편에서는 수소 사회와 철강에 대해 알아보도록 하겠다.

인구 증가 그리고 도시의 증가

2022년 유엔의 ‘세계 인구 전망’ 보고서에 따르면, 전세계 인구는 지속적으로 성장하고 있다. 올해 세계인구는 약 80억 명으로, 2030년에는 85억 명, 2050년이 되면 약 97억 명까지 증가할 것으로 예측하고 있다. 전세계에서 가장 많은 인구가 거주하는 곳은 23억 명이 거주하는 동부·동남아시아 지역과 21억 명이 거주하는 중부·남부아시아 지역이다. 가파른 인구 성장을 보이고 있는 지역은 중부·남부아시아와 아프리카로, 2020년부터 2050년까지 각각 21억 명에서 26억 명, 12억 명에서 21억 명으로 급격한 성장을 보일 것으로 예상된다.

이러한 인구 증가는 필연적으로 도시의 증가를 야기한다. ‘도시’는 인간의 사회∙경제∙정치 활동의 중심이 되는 장소로, 수천∙수만 명 이상의 인구가 집단 거주하여 가옥이 밀집되고 교통로가 집중되어 있는 곳으로 정의된다. 도시와 반대되는 개념은 ‘촌락’으로, 인간의 사회∙경제∙정치 활동이 활발해질수록 촌락에서 도시로의 인구 유입이 늘어난다. 1990년 43% 수준이었던 도시인구는 2018년 55%까지 성장했으며, 2030년 60%, 2050년 68%까지 성장할 것으로 예상되고 있다.

도시는 국민소득과도 밀접한 관계를 갖는다. 국민소득이 높은 나라의 도시화율은 1990년 이미 74%를 기록했으며, 2050년에는 88%를 달성할 것으로 기대하고 있다. 반면 국민소득이 낮은 나라들은 도시화율이 1990년 23%에서 2050년 50% 수준으로 전세계 평균에 한참 미치지 못한 수준이다. 도시화는 사회의 부를 창출하는 원동력이기에 현재 전 세계 모든 나라에서는 도시 개발을 위한 다양한 프로젝트를 진행하고 있는데, 그것이 바로 ‘스마트도시’ 프로젝트이다.

스마트도시의 등장

스마트도시는 사회기반시설과 서비스를 데이터로 연결한 도시이다. 스마트도시는 1990년대 인터넷 보급과 함께 ‘디지털 시티’라는 이름으로 시작되었다. 2000년대 고속인터넷이 확산되면서 첨단 IT인프라와 유비쿼터스 정보기술을 갖춘 도시를 추구했고, 국내에서는 ‘유시티(U-City)’ 프로젝트라는 이름으로 개발됐다.

유시티(U-City)에서는 모든 정보 시스템을 무선네트워크나 RFID 태그 등으로 연결하고, 행정, 교통, 방범, 방재 시스템은 물론 주거공간의 홈네트워크화가 이뤄졌다. 2010년부터는 빅데이터의 수집과 관리가 가능해지면서 정보통신기술을 기반으로 도시의 경쟁력 강화, 삶의 질 향상, 환경친화성 강화, 사회기반시설의 운영 등의 영역으로 확장됐다.

스마트도시에서는 데이터를 기반으로 기존의 도로를 넓히거나 새로운 도로를 건설해 교통 이동 시간의 단축, 사고 감소, 공기 질 정화 등의 효과를 내기도 하고, CCTV와 모바일 앱 등을 활용하여 경찰 업무의 효율을 높여 범죄 발생률을 감소시키기도 한다. 노후한 수도관 누수 지역을 정밀 검사하여 교체함으로써 수도의 낭비를 억제하기도 하며, 쓰레기의 양을 측정해 비용을 부담하게 하는 방법으로 쓰레기 발생량을 줄이고, 재활용률을 높이기도 한다. 야간에는 도로의 통행량을 모니터하고 그에 따라 조명을 조절해 에너지 절약도 가능한 것이 스마트도시다.

일반적으로 스마트도시는 데이터와 정보통신기술을 기반으로 한 서비스에 관심을 갖고 있으나 실제 스마트도시를 구현하는 물질적 실체는 인프라, 곧 사회 기반시설에 있다. 기본적으로 주거시설, 상업시설과 같은 건축물, 사람과 물자의 연결 통로인 도로, 다리, 철도, 에너지를 수송하는 전력망, 정보를 연결하는 통신망, 그리고 물, 가스 등을 수송하는 파이프라인에 이르기까지 사회기반시설의 구성이 가장 밑바탕에 위치하고 있다. 아시아 지역의 급격한 인구증가와 함께 스마트도시 개발 사업으로 발생하는 막대한 철강의 수요 증대가 기대되는 이유다.

한편 스마트도시의 인프라를 가장 효율적으로 사용하는 방법은 ‘공유’이다. 2018년부터 활성화된 공유 오피스는 코로나로 인한 거리두기가 전면 해제되면서 다시 주목을 받고 있다. 대기업은 지역 거점 오피스로 활용하기도 하며, N잡러 프리랜서와 스타트업 예비창업자가 늘면서 1인 기업을 위한 공유오피스는 새로운 업무 공간 트렌드로 자리잡고 있다. 세계적인 체인인 H 호텔은 낮시간에 호텔방을 업무용 공간으로 대여하는 서비스를 운영하는 등 도시 인프라의 고효율화를 위한 비즈니스가 확대하고 있다.

미래형 스마트도시 속 철강의 역할

그러나 기존의 콘크리트 기반 인프라는 시대 변화에 따른 공간 변화의 요구를 반영하는 데 한계가 있다. 거주 공간에서는 가구 구성원의 변화, 외식이나 배달 중심의 식문화의 변화 등을 반영하기 어렵고, 사무 공간에서는 1인 기업의 활성화, 증가한 온라인 화상회의 등으로 인한 소음과 보안 문제에 능동적으로 대응하기 어려운 것이 현실이다. 따라서 이러한 사회적 구조 변화를 반영해야 하는 미래 스마트도시에서는 콘크리트가 아닌 철골 중심의 건축물이 증가할 것으로 예상된다. 특히 판재를 원하는 형태로 재단하고 용접해 제조하는 빌트업빔은 다양한 구조의 건축물에 맞춤형 규격으로 제작할 수 있어 건축물 자체의 온실가스 배출량을 최소화하고, 자유로운 공간 설계가 가능하다는 장점이 있다.

최근 건축용 철강 내외장재의 발전은 공간 연출 측면에서도 획기적인 발전을 이룰 수 있게 했다. 대리석은 물론, 나무의 외관과 감촉까지 구현한 컬러강판은 철강 제품이 어디까지 진화할 수 있는가를 단적으로 보여주는 미래형 소재이다. 이러한 철강 제품을 조합하여 제작한 모듈러 유니트 베스룸은 기능적 우수성은 물론 사용 후 리사이클링을 고려해도 가장 환경 지향적인 선택이 될 수 있다. 건물 외부에 태양광 패널을 설치할 수 있도록 한 스마트 솔라 패널 또한 도시의 에너지 효율을 극대화하는 데 기여할 수 있는 효과적인 선택지이다.

▲포스코스틸리온의 나무무늬 컬러강판을 적용한 스타벅스.(자료:포스코스틸리온홈페이지)

미래형 스마트도시에서 주목받고 있는 구조물은 철강 모듈 건축이다. 특히 도심 속 재건축 현장에서는 공기의 단축과 건설 중 소음 및 먼지 발생 저감, 숙련된 건설 인력 구인난 등을 극복하고자 모듈러 건축이 요구되는데, 철강 모듈 건축은 자원의 효율적 이용은 물론 온실 가스 배출 저감 부문에서도 다른 형태의 건축을 압도하는 특징을 갖고 있다.

▲포스코A&C가 모듈러 건축 공법으로 지은 공동주택 청담뮤토(왼쪽)와 평창동계올림픽 미디어레지던스 모듈러호텔.(자료:포스코A&C홈페이지)

지금까지 살펴본 바와 같이 미래형 스마트도시에서 철강의 역할은 각별하다. 지리적 여건으로 볼 때, 전세계에서 가장 많은 인구가 거주하며 가장 많은 도시 건설이 요구되는 아시아 지역에서 국내 철강사, 특히 포스코의 책임은 막중하다. 도시의 인프라 건설에서 가장 중요한 소재가 바로 철강이고, 이러한 제품을 가장 효과적으로 공급할 수 있는 기업이 바로 포스코이기 때문이다. 기존의 도시 관리도 중요하지만, 철강으로 처음 건설하는 도시의 에너지와 자원 효율을 극대화하는 설계가 궁극적으로는 전세계 기후변화에 대응하는 가장 효과적인 방법일 것이다.