올해 6월, 미국이 한국산 철강에 부과하는 관세를 기존 25%에서 50%로 인상한 후, 대미(對美) 철강 수출이 빠르게 감소했습니다. 이에 정부는 철강업의 구조적 위기에 선제적으로 대응하고 미래 경쟁력 강화를 촉진하기 위해 K-스틸법을 발의하고, 철강산업 고도화 방안을 발표하며 산업구조 재편에 나섰습니다. 철강업계의 든든한 방파제가 되어줄 K-스틸법과 철강산업 고도화 방안에 대해 자세히 살펴봅니다.

지난 8월 여야 의원들이 공동 발의한 뒤 3개월 넘게 국회에 계류돼 있던 ‘K-스틸법(철강산업 경쟁력 강화 및 녹색철강기술 전환을 위한 특별법안)’이 11월 27일 국회 본회의를 통과했습니다.

K-스틸법은 국내 철강업계가 직면한 글로벌 수요 둔화, 저가 철강재 수입 증가, 미국 등 주요국의 관세 장벽 강화, 그리고 탈탄소 규제 부담 심화에 대응하기 위한 종합 입법 패키지입니다. 법안에는 철강산업의 경쟁력 강화와 탈탄소 전환을 지원하기 위해 ▲저탄소 인증제 도입 ▲저탄소 철강 특구 신설 ▲기업결합 사전 심사 기간 단축 ▲공정거래법상 공동행위 예외 및 정보 공유 허용 등 다양한 특례 조항이 포함됐습니다.

또한 산업 구조의 장기적 전환을 위해 산업통상자원부 장관이 5년 단위로 ‘철강산업 경쟁력 강화 기본계획’을 수립하고, 이를 뒷받침할 연간 실행계획을 마련·시행하도록 의무화해 철강산업이 글로벌 경쟁 속에서도 성장할 수 있는 기반을 마련하도록 했습니다.

철강업계는 이번 K-스틸법 가결로 철강산업 정책 지원을 위한 법적 기반이 마련돼 최근 정부가 발표한 ‘철강산업 고도화 방안’과 맞물려 지원 정책이 속도감 있게 추진될 것으로 기대하고 있습니다. 더불어 이를 통해 국내 철강산업 구조가 고도화되고, 탈탄소 미래소재 산업으로 도약하는 데 중요한 발판이 될 것으로 전망하고 있습니다.

K-스틸법이 국회 본회의를 통과하기 전, 산업통상자원부는 ‘산업의 쌀’이자 국내 제조업 경쟁력의 근간을 이루는 철강산업의 위기 징후가 점차 확산되고 있음을 인식했습니다. 이에 철강산업의 생존력을 높이고 미래 경쟁력을 강화하기 위해 경제관계장관회의와 산업경쟁력강화관계장관회의를 열고, 관계 부처가 함께 마련한 ‘철강산업 고도화 방안’을 발표했습니다. 이 방안의 핵심은 철강산업을 한 단계 끌어올리고, 탈탄소 전환을 가속하는 데 있습니다.

정부는 공급과잉 품목과 관련해 ‘철강 설비 규모 조정의 3대 원칙’을 마련했습니다. 첫 번째 원칙은 경쟁력이 약화되어 공급 과잉 문제가 심각해진 형강·강관 등 일부 품목은 해당 기업이 설비 조정 계획을 제출하면, 고용을 최대한 유지하려는 노력과 책임 있는 경영을 전제로 정부가 지속적으로 지원하겠다는 방침입니다.

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시장에서 자율적으로 조정하기 어려운 철근처럼 수입재 침투율이 낮은 품목은 과거 석유화학 산업 구조개편 사례를 참고해 정부가 기업의 자발적인 사업 재편을 뒷받침할 수 있도록 할 계획입니다. 반면 열연·냉연·아연도금 강판처럼 수입재 침투율이 높은 품목은 먼저 수입 대응을 진행한 뒤, 시장 상황을 살펴 가며 설비 규모 조정 등을 단계적으로 추진할 것입니다. 경쟁력이 유지되고 공급과잉 위험이 상대적으로 적은 전기강판과 특수강 분야에 대해서는 과감한 선제 투자를 지원할 예정입니다.

정부는 미국의 철강 50% 관세와 EU 세이프가드 TRQ 전환* 제안에 대응하기 위해, 양국과 공식·비공식 협의를 이어가며 수출 기업들이 겪는 어려움을 덜어줄 후속 조치를 마련할 계획입니다.

*철강 TRQ(관세율 할당제도, Tariff Rate Quota) : 연간 면세 수입 쿼터를 기존 대비 약 47% 축소하고, 쿼터 초과 물량에 대해서는 25%에서 50%로 상향된 관세율 적용

특히 지난 9월 3일 발표한 미국 관세 협상 후속 지원 대책을 차질 없이 이행하면서, 4,000억 원 규모의 철강 수출 공급망 보증상품과 1,500억 원 규모의 철강·알루미늄·구리·파생상품 이차보전사업을 신설해 관련 기업들이 정책금융을 더 쉽게 활용할 수 있도록 지원할 예정입니다.

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이어서 반덤핑 등 무역 규제 조치를 공정하게 집행하는 동시에, 관세청·산업부·철강협회 등 관계 기관과 긴밀히 협력해 정보를 신속히 공유하고, 불공정 수입재를 철저히 단속할 계획입니다. 또한 수입 대응이 실제로 효과를 낼 수 있도록 관련 제도적 기반도 한층 강화하기로 했습니다.

한편 정부는 지난 3월 19일 발표한 철강·알루미늄 통상 리스크 대응 방안에 따라, 내년부터는 품질검사증명서 제출을 의무화해 수입 절차를 꼼꼼히 모니터링할 예정입니다. 제3국이나 보세구역을 거쳐 반덤핑 관세를 피하려는 불공정 행위를 막기 위해 기획재정부와 관세청과 협력해 관세법 시행령 개정, 원료 과세 신고 의무화, 보세구역 특허기간 단축 등을 추진하며 보세구역 관리도 강화할 계획입니다.

정부는 특수탄소강 분야를 초혁신경제 15대 선도프로젝트* 중 하나로 선정했습니다. 특수탄소강 분야의 미래 시장을 선점하기 위해 연구개발(R&D) 로드맵을 마련하고, 2,000억 원 규모의 지원으로 세계 최고 수준의 기술력과 생산 기반을 갖춰 나갈 계획입니다. 또한 기획재정부와 협력해 관련 기술을 신성장 원천기술로 지정해 세제 혜택을 줄 수 있는 방안도 검토할 예정입니다.

*초혁신경제 15대 선도프로젝트 : 첨단 소재·부품, 기후·에너지, 미래대응 등 15개 과제를 선정해 2025년부터 단계적으로 추진하는 국가 전략 프로젝트

정부는 국내 주요 사업에서 우수한 철강재가 더 많이 쓰일 수 있도록, 새로 개발된 제품의 국내 납품 실적(트랙레코드) 확보를 적극 지원할 예정입니다. 인프라 설비 입찰 과정과 시방서, 각 부처의 주요 법정 계획에도 안전성과 품질이 뛰어난 철강재를 활용하는 원칙을 단계적으로 반영하고, 국토교통부 등 관계 부처와 협력해 철강 소비를 늘릴 수 있는 다양한 프로젝트도 추진할 예정입니다.

▲진공흡착식 크레인으로 이송되고 있는 고망간강. 포스코가 독자개발한 고망간강은 자성을 띠지 않는 비자성 특성을 가진 강재이다. 사진 출처 : 포스코그룹 뉴스룸 DB

또한, 철강산업에 AI 기술을 적극 도입해 효율성·안정성 등을 강화할 것입니다. 철강 분야에서 속도감 있는 제조AX(Manufacturing AI Transformation, M.AX)를 달성하기 위해 AI팩토리와 AI솔루션 확산에 힘쓰고, 철강 특화 제조 AI 모델 개발을 추진해 세계적인 수준의 스마트 제조 시스템을 만들어 갈 예정입니다.

▲2024 기후산업국제박람회 관람객들이 포스코형 수소환원제철 하이렉스(HyREX) 모형을 관람하고 있다. 사진 출처 : 포스코그룹 뉴스룸 DB

정부는 철강 산업의 저탄소 공정 전환을 본격적으로 지원해, 저탄소 철강 기준과 인증 제도를 마련하고 저탄소 철강재 수요를 늘릴 수 있는 기반을 마련할 것입니다. 특히 수소환원제철 전환은 미래 경쟁력 확보를 위해 꼭 필요한 과제인 만큼, 지난 6월 예비타당성 조사를 통과한 8,100억 원 규모의 ‘한국형 수소환원제철 실증사업’을 차질 없이 추진하고 기후부 등 관계 부처와 협력해 경제성이 있는 청정수소를 확보할 수 있도록 인센티브 제도 마련 등 다양한 지원책도 확대할 것입니다.

▲포스코는 지난해 1월 26일 포항제철소에 수소환원제철 개발센터를 개소하고, 2030년 수소환원제철 상용 기술 개발 완료를 목표로 연구개발을 지속하고 있다. 사진 출처 : 포스코그룹 뉴스룸 DB

저탄소 공정 전환에는 많은 비용이 드는 만큼 저탄소 전환에 필수적인 법적 지원 근거를 마련하고, 전기로에 꼭 필요한 원료인 철스크랩을 안정적으로 공급할 수 있도록 기후부와 협력해 철스크랩 산업을 키우는 방안도 추진할 예정입니다.

설비 규모 조정과 저탄소 전환 등 산업 구조 개편 과정에서 철강산업에 크게 의존하는 지역경제가 흔들리지 않도록 산업위기 선제대응지역으로 지정하고, 관련 지원책을 꾸준히 추진할 계획입니다.

또한 철강산업 집적지에서 단기적으로는 고용을 안정시키고, 중장기적으로는 경쟁력을 높일 수 있도록 철강 및 관련 산업에 대한 투자를 촉진할 예정이며 산업 구조를 다각화해 최종적으로는 지역의 철강 의존도를 줄일 수 있는 방향으로 정책을 추진할 것입니다.

더불어 기준 미달 제품의 국내 유입을 막아 국민의 안전을 지킬 수 있게 인증 기준을 강화하고, 시판재에 대한 공장 심사 등 사후 관리 체계도 보강해 KS 인증제도가 시장에 제대로 자리 잡을 수 있도록 할 계획입니다. 건설 현장에서 사용되는 비KS재 관리도 국토교통부·산업부·철강협회가 합동 점검으로 강화할 것입니다.

아울러 철강산업 내 중대재해를 예방하기 위해 AI 기반 사전 예방 시스템을 구축하고, 철강산단에 스마트 안전 솔루션 설치 지원, 모범사례 홍보와 사고예방 매뉴얼 배포 등을 통해 안전 인식을 높여 나갈 계획입니다. 이 밖에도 상·하공정 기업 간 소재 수급 협력 촉진, 철강사와 원료산업 간 가격·물량 안정화 협의, 철강과 수요산업 간 기술개발 지원을 통해 철강-원료-수요산업 전체가 함께 성장하는 상생 협력을 확대할 예정입니다.

정부는 K-스틸법과 철강산업 고도화 방안을 철강산업의 새로운 도약을 위한 전환점으로 삼아, 산업이 지속가능한 성장 궤도에 안착할 수 있도록 전방위적으로 지원할 계획입니다. 이에 기업은 K-스틸법이 실효성을 갖출 수 있도록 시행령을 만드는 과정에서 현장의 목소리를 적극적으로 전달해 업계 현실에 맞는 조항이 반영되도록 노력해야 합니다. 또한 탈탄소 전환을 위한 구체적인 지원책도 정부와 함께 논의하여 최적의 결과를 만들어 나가야 합니다.

철강산업의 경쟁력 강화와 탈탄소 전환이라는 시대적 과제를 해결하기 위한 발판이 될 K-스틸법. 국무회의 의결을 거쳐 공포된 후 6개월이 지난 날부터 본격적으로 시행될 예정인데요. 철강업계가 오랫동안 요구해 온 과제였던 만큼 철강산업 고도화 방안과 K-스틸법, 그리고 정책 법률이 맞물려 시너지 효과를 발휘할 수 있기를 기대합니다.

본 글의 ‘철강산업 고도화 방안’ 내용은 대한민국 정책브리핑 정책뉴스 ‘철강산업 구조 재편…과잉설비 줄이고 특수탄소강 등 경쟁력 키운다’를 토대로 작성하였으며,
공공누리 제1유형(출처표시) 조건에 따라 이용하였습니다.

포스코그룹 대표 사업 분야의 동향을 전문가가 직접 알기 쉽게 알려드립니다. 3편은 철강산업에서 순환경제를 실현하는 최신 트렌드 3R에 대한 이슈를 포스코경영연구원 이종민 수석연구원과 함께 짚어봅니다. 전 세계 철강산업에 지대한 영향을 미치고 있는 순환경제 3R 트렌드와 포스코의 에너지 절감 사례 등 다양한 이야기를 살펴봅니다.

최근 천연자원을 절약하고 환경에 미치는 영향이 적은 산업을 구현하고자 하는 사회적, 경제적 목소리가 커지고 있습니다. 이에 따라 철강산업도 혁신적이고 지속가능한 솔루션 개발로 철강제품 생산과정에서 생기는 부산물 회수율을 높이고 품질을 향상하고자 노력하고 있는데요.

3R 캠페인은 2008년 영국 웨일스에서 처음 나타난 환경운동입니다. 쓰레기를 줄이고(Reduce), 버릴 물건을 다시 사용하고(Reuse), 재활용 제품(Recycle)을 적극적으로 사용하자는 취지에서 Reduce, Reuse, Recycle 개념으로 출발했습니다. 이 개념이 산업 속으로 들어오면서 산업에서의 3R 기술은 새로운 개념인 Recover, Replace, Rot 등을 추가해 4R을 구분하기도 합니다.

예를 들어, 화학산업에서는 ‘Rot’ 개념을 적용해 플라스틱 제품이 잘 썩도록 만드는 기술을 개발함으로써 환경 피해를 최소화하기도 하고, ‘Replace’ 개념을 도입해 환경오염의 위험이 있거나 인체에 유해한 물질을 새로운 것으로 대체하는 기술을 개발하기도 합니다. 하지만 기존 3R과 명확한 구분이 어렵거나, 산업에 따라 적용하기 어려운 상황도 있죠.

최근 철강산업에서도 순환경제가 강조되면서 3R 트렌드의 바람이 거셉니다. 철강산업에서 사용하는 3R 기술은 ‘Reduce(감소)’, ‘Recover(회수)’, ‘Recycle(재활용)’ 종류로 구분할 수 있는데요. Reduce 기술은 철강제품 생산 과정에서 사용하는 에너지와 원료의 사용량을 감축하는 기술로, 효율적인 제품 설계, 생산공정의 최적화, 에너지 효율성 향상 기술 등입니다. Recover 기술은 생산과정에서 발생하는 부산물이나 폐기물을 회수해 재사용하거나 다른 용도로 사용하는 기술입니다. 마지막으로 Recycle 기술은 사용한 제품이나 원자재를 분해해 재사용하거나, 다른 용도로 활용하는 기술을 의미합니다.

철강산업은 에너지 소비가 많은 제조업이라 에너지 소비 축소에 중점을 두고 기술을 개발합니다. 특히 철강 제조 프로세스 중 에너지 사용 비중이 가장 높은 고로(Blast furnace) 공정을 중심으로 다양한 기술을 개발하고 있습니다. 대표적인 기술은 미국 DOE(에너지부 : Department of Energy) 등에서 주도하는 Hot Oxygen Injection 기술로 현재 Pilot 수준의 기술 진척을 보이고 있는데 고로에 고온 산소를 주입함으로써 기존 고로 대비 생산성을 15% 증가시키는 기술로, 단위 에너지 당 철강 생산량을 극대화하는 기술입니다. 고로의 배출가스를 다시 고로의 연소 가스를 미리 예열하는 데 사용해 연료비를 절감하는 Blast Furnace Heat Recuperation 기술과 화학⋅금속산업에서 광범위하게 사용되는 Plasma를 고로 공정에 이용해 Metal Loss를 최소화하는 기술인 Plasma Blast Furnace 기술도 에너지 절감 기술의 대표적 사례라고 할 수 있습니다.

스마트 팩토리 기술은 철강제품 제조 시 수율을 향상시켜 원자재, 에너지 절감 효과를 얻을 수 있습니다. 스마트 팩토리를 구현해 불량률 저감, 의사 결정 시간 단축, 불필요한 재고나 설비장애발생 감축, 사고발생건수 감소, 이상대응시간 단축 등 다양한 효과를 기대할 수 있습니다.

포스코 제강공정은 용선의 온도, 성분, 원료가 달라도 조건에 맞춰 AI가 학습하도록 설계해 온도 적중률을 80%에서 90% 이상으로 높여 원료 사용량을 60% 정도 감축했습니다.

포스코 연주공정은 기존에 수많은 소재 중 대표 소재만 의무적으로 100% 표면 검사 후, 이상 발생 시 모든 소재 대상으로 검사를 확대해서 결함을 제거했는데요. 스마트 팩토리 도입 후 품질 이상에 대한 기준을 AI에 입력하고 결함이 있는 소재만 선별해서 원인을 분석하는 표면 품질 예측 모델을 적용해 연간 6억 원의 원가를 절감했습니다.

포스코 도금공정에서는 딥러닝으로 제품의 강종⋅두께⋅폭⋅조업조건과 목표 도금량을 스스로 학습해 정확하게 제어하도록 해서, 기존 도금 제어 적중률을 89%에서 99% 이상으로 끌어올렸습니다.

탄소저감을 목표로 신공정을 개발하고 있지만 수소환원기술 상용화까지는 상당한 시간이 걸릴 것으로 보입니다. 매몰비용 등을 따지면 기존 고로 설비를 계속 활용할 수밖에 없습니다.  따라서 현재 사용 중인 고로에 대한 에너지 절감 기술 개발이 활발하게 이뤄질 전망입니다. 스마트 팩토리 기술은 Al 기술 발전과 맞물려 철강사들이 경쟁적으로 도입하면서, 기술 경쟁이 가장 뜨겁게 이뤄질 분야가 될 것으로 보입니다.

철강산업 Recover 기술은 생산과정에서 발생하는 부산물이나 폐기물을 회수해 재사용하거나 다른 용도로 사용하는 기술입니다. 글로벌 철강산업은 이로 인해 전 세계적으로 97.3%의 효율성을 보여주고 있습니다.

세계적으로 철강 생산 시 생기는 철강제품, 부산물, 폐기물 비율은 각각 64.4%, 32.9%, 2.7% 수준입니다. 이 중 철강생산과정의 대표적 부산물인 슬래그(slag)는 시멘트, 비료 산업의 원료로 사용하거나 로드스톤 또는 아스팔트에 쓰입니다. 분진(dust) 등에서는 아연(Zinc)이나 철(Iron) 성분을 회수합니다.

슬래그
철강제품 생산 시 발생하는 부산물 중 가장 대표적인 것은 슬래그인데요. 매년 4억 톤 이상 만들어지며, 이 가운데 고로슬래그는 시멘트 또는 비료의 원료로 사용합니다. 철광석으로부터 철을 분리하고 남은 물질인 슬래그는 어디에서 발생했는지에 따라 고로슬래그와 제강슬래그로 구분할 수 있습니다. 고로슬래그는 고로에서 쇳물을 만들 때 생성된 암석 성분의 뜨거운 용융슬래그입니다. 이를 밀폐된 설비에 넣고 고압의 물을 분사해 급속 냉각하면 모래 형상의 수재슬래그가 되고, 야드에서 서서히 냉각하면 괴재슬래그가 되죠.

고로에서 생성된 수재슬래그를 시멘트의 주원료이자 천연자원인 석회석 대신 사용해 시멘트를 만듭니다. 석회석 대신 슬래그 사용 비율을 높이면 석회석 사용량을 45% 가량 절감할 수 있고, 시멘트가 물과 결합하면서 발생하는 수화열(水和熱)이 낮아 콘크리트 균열을 줄일 수 있으며 내구성과 강도도 높일 수 있습니다. 괴재 슬래그 와 제강슬래그는 토목용 골재로 사용해 석산(石山) 개발을 억제하고 골재 채취⋅가공 공정 등에 사용할 에너지를 절감하는 효과가 있습니다.

부생가스
코크스 오븐의 COG(Coke Oven Gas), 고로의 BFG(Blast Furnace Gas), 전로의 LDG(Linz-Donawitz converter Gas)와 같은 부생가스에는 메탄(CH4), 일산화탄소(CO) 등의 성분이 포함되어 있습니다. 이런 부생가스는 연료로 사용하기에 충분한 에너지를 보유하고 있기 때문에 재사용되는데요. 발전소에서는 가스 압축기로 부생가스를 압축해 가스터빈에서 1차 전력을 생산한 후, 배출되는 고온의 배기가스를 회수해 스팀터빈에서 2차 전력을 생산합니다. 부생가스는 99% 회수해 재이용하거나 발전시설에서 전력 생산에 사용하는 것이죠!

철강산업 부산물 회수 기술개발은 수십 년간 이어져오면서 주목할 만한 성과를 냈습니다. 시멘트, 비료 산업 등 타산업의 원료로 사용하면서 모범적인 공급사슬을 구축했고, 토목용 골재로 사용하는 괴재와 제강슬래그는 무리한 석산(石山) 개발을 줄여 환경 파괴를 최소화하는 효과를 냈습니다. Recover 기술은 철강산업의 지속가능성을 극대화한 분야로, 앞으로도 꾸준한 기술 고도화와 개발이 필요한 분야입니다.

Recycle 기술은 사용한 제품이나 원자재를 분해해 재사용하거나, 다른 용도로 사용하는 기술입니다. 현재 철강산업에서는 철스크랩에 관련한 다양한 Recycle 기술이 개발 중인데요. 철스크랩은 전기로 제강의 주요 원료로 사용되고 있으며, 고로 프로세스에서도 저HMR(Hot Metal Ratio) 조업으로 이산화탄소 배출을 줄이는 재활용 기술을 집중적으로 개발하고 있습니다.

순환성 원소 제거 기술
대표적인 철강산업 Recycle 기술로 철스크랩의 순환성 원소(tramp element) 제거 기술을 들 수 있습니다. 철스크랩에 포함된 구리(Cu)나 주석(Sn) 같은 순환성 원소는 쉽게 제거하거나 분리할 수 없는 한계가 있어, 이들 원소가 들어가면 고순도 철강제품 제품을 생산하기 어렵습니다. 따라서 전기로 공정에서 구리와 주석 등을 효과적으로 제거하는 기술에 초점을 맞춰 연구개발이 이뤄지는데요. 구리에 관해서는 저온 슈레더(shredder) 법, 알루미늄 용액 침적법, 아민 이온을 함유하는 암모니아 용액으로 구리를 분리하는 습식 기술 등을 개발 중입니다. 주석 제거에도 다양한 물리적, 화학적 방법을 적용한 기술을 시도하고 있습니다.

AI 활용 철스크랩 검수 시스템

인공지능을 활용한 철스크랩 검수 시스템도 개발 중입니다. 최근에는 철스크랩 재활용 효과를 높이는 Al 활용 화상 검수 자동화가 활발히 이뤄지고 있습니다. 철스크랩은 재활용하기 전 경량, 중량, 생철 등 다양한 등급으로 분류하고 불순물 함량 정도를 분석하는 과정을 거칩니다. 지금까지는 현장 작업자들이 육안에 의존해 작업했기 때문에 판별 오류, 안정성 이슈가 자주 제기됐는데요. Al를 활용한 화상 검수 자동화 시스템을 도입하면 데이터를 기반으로 철스크랩 등급 비율, 품질 등을 자동으로 분류하고 검수할 수 있어 판별 정확도도 높아지고 비용 절감도 가능해집니다. 2~3년 전부터 일본과 중국 등에서 경쟁적으로 기술을 개발하고 있으며, 한국에서는 아직 철스크랩 분류 시스템이 업계에 보편적으로 적용된 상태는 아니지만 개발 실증 단계에 돌입했습니다.

블록체인 기술
블록체인 기술 역시 아직 쉽게 찾아볼 수는 없지만, 앞으로 관련 철스크랩 산업의 추적성, 투명성과 인증 관련 문제를 해결할 대안 기술로 주목받고 있습니다. 블록체인을 활용하면 거래와 운송 현황이 기록되고 문서화되므로, 수집에서 처리에 이르기까지 각 단계에서 신뢰할 수 있는 기록이 남는다는 장점이 있습니다.

드론 활용 기술
드론을 활용하면 상공에서 실시간으로 현장을 관찰함으로써 철스크랩 야적장에서 일어나는 안전 문제를 사전에 해결하고 사고 위험을 최소화할 수 있습니다. 또, 드론에 카메라와 센서를 장착해 혁신적인 재고 관리도 가능합니다.

최근 들어 가장 기술개발이 활발한 분야는 스마트 팩토리 기술과 철스크랩 관련 분야입니다. Reduce 관점에서 스마트 팩토리 기술은 수율 향상과 에너지 소비 절감 등의 효용이 확실하고, 관련 기술의 발달로 적용 분야의 폭도 넓어지고 있습니다. 저탄소 시대에 특히 각광받는 분야인 철스크랩 산업은 수집, 분류 등에 Al 및 드론기술을 적용해 재활용률을 높이려는 노력과 투자가 매우 활발합니다.

포스코 역시 순환경제의 흐름 속에서 빠르게 변해가는 철강산업, 3R의 관점에서 밝은 미래를 그려가고 있습니다.

전 세계 자동차 생산량은 2017년 기준 9,400만 대 수준. 연간 폐기되는 자동차도 6,000만 대에 이를 것으로 추정된다. 적지 않은 숫자다. 국가를 불문하고 모든 산업에 거쳐 가장 중요한 개념이 되고 있는 ‘친환경성’은 폐차 과정에서도 예외가 아니다. 기후변화 대응 및 이산화탄소 감축 등 당면 과제를 풀기 위해 세계 각국은 자동차의 친환경적인 처리 개발 기술과 제도화에 힘쓰고 있다.

<우리나라의 연간 자동차 생산 수와 폐차 수>

우리나라의 연간 자동차 생산 대수는 400만 대 이상. ‘한국자동차 해체 재활용협회’ 통계에 따르면 이중 실제 국내에서 폐차되는 자동차 수는 생산량 대비 20% 수준인 79만 대다(2016년 기준). 우리나라의 폐차 비율이 세계 평균에 비해 낮은 데에는 자동차 사용 연한이 길어지는 이유도 있지만, 노후화된 차량을 개발도상국 등으로 많이 수출하는 것도 한몫한다.

비율은 적을지언정, 80만 대에 이르는 폐차량도 결코 적은 숫자가 아니다. 또한 전문가들은 앞으로 소비 수준 상승에 따른 가구 당 차량 보유 수 증가 등으로, 폐차량도 자연히 늘어날 것으로 예측하고 있다. 국내에서도 친환경적인 폐차와 자동차 재활용에 대한 고민과 제도 마련이 중요한 이유다.

l 자동차 재활용, 어떤 과정 거칠까?

자동차에 들어가는 부품의 종류가 다양한 만큼 이를 재활용하는 과정 또한 복잡할 수밖에 없다. 재활용을 시작하기 전 위험·오염 물질을 먼저 제거하고, 재활용할 수 있는 부품은 무엇인지, 또 재활용된다면 어떻게 분류할 것인지 점검이 필요하다. 복합적인 자동차 재활용 순서를 간결하게 정리하면 사전 처리-해체-파쇄 이렇게 세 단계로 나눠볼 수 있다.

(1) 사전 처리: 엔진 냉각수·윤활유 및 오일과 같은 액상류, 그리고 배터리·타이어·에어백같이 재활용 업체에서 수거할 수 있는 부품들이 분리된다.

(2) 해체: 재사용이 가능한 부품(엔진, 변속기, 교류발전기, 시동 발동기 및 인포테인먼트 시스템 등)과 위험 물질(수은, 에어백에 추진제로 사용되는 아지드화 나트륨)이 제거된다.

(3) 압축: 사전 처리와 해체를 거친 자동차가 압축되는 과정으로 금속과 비금속이 섞여 있는 폐자동차가 자력 분리(Magnetic Separation)* 를 거친다. 분리된 금속은 큐브 형태로 압축된 후 재활용 업체를 거쳐 제강 업체에 보내진다. 이렇게 재활용된 금속이 신형 모델의 차 프레임을 제조하는 데에도 사용된다.

*자력분리(Magnetic Separation): 쇠부스러기, 철편 등과 다른 금속의 자기적 성질을 이용, 자석에 의해 선별 분리하는 것

(3) 단계인 압축 과정에서 파생된 비금속류의 파쇄 잔재물은 ASR(Automobile Shredder Residue)이라 지칭하는데, 통상적으로 ASR은 매립하는 것이 일반적이었다. 1990년대 후반부터 이를 회수하여 토요타메탈과 같은 업체 등이 비금속류의 재활용률을 높이는 노력에도 박차를 가하고 있다.

l 자동차 철강 재활용률, 100%

통상적으로 1만 대의 폐차를 분쇄하면 약 4천 톤의 철이 나온다고 한다. 폐차 재활용 기술 수준에 따라 제품의 절감(Reduce), 폐기물의 재사용(Reuse) 및 완성차의 수리 폐기 시 재활용(Recycle) 등이 이루어지는데 폐차의 재활용률은 차량의 총중량에서 재활용 또는 에너지 회수가 가능한 중량을 의미한다.

미국 철강협회(AISI: American Iron and Steel Institute)의 자료에 의하면 미국 철강재의 재활용률은 80% 후반에서 90% 초반 수준을 보이고 있다. 캔 등 포장 용기로 사용되는 철강의 재활용률은 70% 전후이지만, 자동차에 사용되는 재활용률은 100%에 달한다.

l 순환경제 패러다임, 그리고 철의 미래

‘만들고, 쓰고, 버리는’ 사회에서 적게 사용하고(Reduce), 재사용하고(Reuse), 재생산(Remanufacture) 및 재활용(Recycle) 등 소위 4R에 중점을 두는 순환 경제(Circular economy)의 시대로 패러다임이 변화하고 있다. 원료 조달부터 생산, 판매, 유통 및 재활용까지 원료의 전체 라이프 사이클을 분석하는 LCA* 관점에서 철강산업은 다양한 포인트에서 기여할 수 있는 좋은 위치에 있으며, 많은 제품과 서비스의 환경 문제에 대한 솔루션의 일부가 될 수 있다.

*라이프 사이클 어세스먼트(LCA; Life Cycle Assessment): 원료 및 에너지의 소비, 오염물질과 폐기물의 발생 등 생산 · 유통 · 폐기의 전 과정에 걸쳐 환경에 미치는 영향을 분석하는 방법론

앞서 확인했듯이, 자동차에 들어가는 철강은 거의 100% 재활용된다. 또한 포스코의 기가스틸과 같은 기가급 자동차 강판의 경우, 차량 경량화를 통해서 연비를 향상시켜 연료 소비를 줄일 수 있는데, 이는 이산화탄소 발생을 감소시키는 효과를 가져오며 기존 제품 대비 차량의 내구성을 강화하여 차량 사용 연수를 증가시킨다. LCA 관점에서 보면 이러한 철강의 재활용 규모와 제품의 우수성은 더욱 강조되어야 마땅하다.

세계에서 가장 많이 재활용되는 소재가 철강이라면, 자동차는 소비자 제품 중 가장 재활용률이 높다. 자동차와 철강 품목에서 세계적인 기술을 보유하고 있는 우리나라가 철강과 자동차 재활용 부문에서도 세계를 리드할 만한 성과를 이루길 기대해본다.

▲잉카 문명 고대도시 마추 픽추(Machu Picchu), 페루 (출처: Unsplash)

덴마크의 고고학자 톰센(Christian Jürgensen Thomsen)은 인류 문명의 발달 단계를 세 시기, 그러니까 석기시대, 청동기시대, 철기시대로 구분했다. 여기에 공통으로 들어가는 ‘기(器)’는 보통 ‘그릇’을 뜻하는데, 어의가 확장되어 ‘도구’의 뜻으로도 쓰인다. 그러니까 이 세 시기 구분법은 인류가 사용한 도구의 재료를 기준으로 삼은 것이다.

톰센이 제시한 기준대로라면, 우리는 21세기 현재 무슨 시대에 살고 있을까? 놀랍게도 답은 철기시대다. 철기가 처음 등장한 것이 기원전 2000년경이고, 본격적으로 철기시대의 막이 열린 것이 기원전 1000년경이다. 그때로부터 무려 3000년의 세월이 흘렀는데, 우리는 여전히 철기시대에 머물고 있다? 스마트폰 하나로 모든 것을 할 수 있는 최첨단과학 시대인데, 가장 많이 사용하는 것이 아직도 철이라고?

놀랄 수밖에 없는 이유가 있다. 평소에 철을 잘 의식하지 못하기 때문이다. 물론 의식할 때도 있긴 있다. 철사, 철판, 철근, 철골, 철도 등 ‘철’ 자 돌림 물건들을 접하거나, 포스코와 같은 철강기업 용광로에서 쇳물이 뿜어져 나오는 장면을 TV에서 볼 때는 100% 의식 가능하다.

▲포항제철소 FINEX2공장 출선장면 (출처: 포스코)

그러나 와이어로프가 있기에 건설이 가능했던 ‘현수교’, 철이 전체의 60%를 차지하는 ‘자동차’, 철이 강력한 뼈대가 되어주어야만 만들 수 있는 ‘초고층 빌딩’ 등의 이름에서는 철의 존재감이 크게 와 닿지 않는다. 그럴 정도니 주변에서 흔히 보는 나무 제품과 플라스틱 제품의 이름에서는 철의 이미지가 전혀 떠오르지 않는 것이 당연하다. 이들도 철로 만든 기계 설비를 이용해 만든 것인데 말이다!

▲미국 샌프란시스코 만의 입구를 가로지르는 세계 대표적 현수교인 금문교 (Golden Gate Bridge) (출처: Pixabay)

처음 등장할 때만 해도 ‘도구계’의 절대강자였고, 금보다 귀한 금속이었던 철. 인류 문명을 꽃피우는 도구이자 인류 문명을 파괴하는 전쟁 무기로 세계사를 좌지우지했던 철. 그러나 지금은 너무 익숙해서 평소에 의식조차 되지 않는, 약간 과장해서 말하면 공기와 거의 다름없는 존재가 되어버린 건 아닐까? 그러다 보니 우리는 철에 대해 그동안 너무 무신경했다. 정말 많이 알아야 하는 존재인데, 정말 몰라도 너무 모르는 것 아닐까?

철의 존재감을 확실히 느끼기 위해서는 이 수치 하나면 충분하다. 인간이 사용하는 수많은 종류의 금속 중 무려 90%가 철이다 . 그야말로 압도적 1위인데 ‘인간이 가장 많이 사용하는 도구’라는 말로는 부족하고, ‘지배적인 도구’라고 해야 맞는 표현일지도 모르겠다.

“그럼, 알루미늄은?”

일상에서 자주 사용하는 알루미늄 캔을 떠올리면 자연스럽게 나올 법한 질문이다. 사실, 알루미늄이 1위는 아니더라도 비중 있는 2위 정도는 할 줄 알았는데 너무 뜻밖이라고 생각할 수 있다. 둘의 격차가 큰 이유는 크게 두 가지다. 지구 지각을 구성하는 원소의 양은 순서대로 산소 > 규소 > 알루미늄 > 철 > … 알루미늄이 철보다 매장량이 많다. 그러나 알루미늄은 분산된 반면 철은 광맥의 형태로 한곳에 집중되어 있어서 채굴에 유리하다. 생산 비용 면에서도 철이 8배나 경제적이다.

그렇다면 철기시대는 미래에도 계속될까? 가까운 미래에 끝날까, 아니면 훨씬 더 오래 지속될까? 철은 유한하다. 지구가 더 커지거나 지각이 더 두꺼워지지 않는 한, 석탄이나 석유처럼 유한하다. 현재 지각에 매장된 철광석의 양은 1500억 톤 정도다. 엄청나게 많아 보이지만, 지금의 채굴 속도면 150년 이내에 고갈될 거라고 한다. 그렇다면 150년 뒤에는 철기시대가 막을 내릴까?

철을 대체할 수 있는 강력한 존재가 나타난다면 그럴 수도 있다. ‘~시대’라는 이름을 양보해야 할 것이다. 그러나 새로운 경쟁자가 출현하지 않는다면, 철의 독주체제가 당분간 지속될 것이고, 자진해서 미래의 무대에서 내려오는 일도 없을 것이다. 왜 그럴까?

바로 철이 지닌 고유한 성질 때문이다. 철은 자연 상태에서 산소와 늘 붙어 지낸다. 그래서 ‘산화철(FeO)’이다. 산화철은 붉게 녹슬어 있다. 이 상태로는 쓸모가 없다. 그래서 인간은 불로 산소를 떼어낸 뒤에 철을 사용하는 것이다. 그러나 철은 금과 다르다. 시간이 지나면 붉게 녹이 슬어 볼품없는 존재가 되어버린다. 즉 다시 산소와 만나 산화철 상태로 되돌아가는 것이다.

▲철 스크랩 (출처: 세계철강협회)

이 상태의 철을 ‘철 스크랩’이라고 한다. 우리 식으로 고철이다. 철 스크랩은 얻기가 무척 쉬운 편이다. 플라스틱이나 유리 역시 재활용이 가능하지만, 이들은 쓰레기 더미에서 일일이 손으로 골라내야 한다. 반면 철에는 자성이 있어서 자석을 이용하면 쉽게 분리해낼 수 있다.

철 스크랩은 90% 이상을 다시 철로 생산할 수 있다고 한다. 게다가 ‘산화철→ 철→ 산화철→ 철 …’ 이 과정을 여러 차례 반복할 수 있다. 광산에서 채굴한 철광석을 제련해서 철 1톤을 생산했다고 치자. 이 1톤의 철은 ‘생산→ 소비→ 회수→ 재생산’이라는 재생 사이클을 열 번도 넘게 되풀이할 수 있기 때문에 10톤이 넘는 철과 맞먹는 셈이 된다.

우리가 앞으로도 계속 철기시대에 살게 된다면, 그래서 철과 계속 공존해야 한다면, 지금부터는 ‘어떻게 공존할 것인가?’라는 고민을 해야 하지 않을까? 현재 인류에게 닥친 가장 큰 문제는 환경 문제, 그중에서도 특히 지구 온난화다. 화석 연료를 많이 사용하여 이산화탄소 배출량이 늘어난 것이 지구 온난화의 주요 원인이다.

그 책임을 모두 철에 전가해서는 안 된다. 다만 철이 역사상 가장 많이 제련된 금속이라는 점, 지금도 인류가 사용하는 금속 중 대다수를 차지하고 있다는 점을 감안하면, 철과 지구 온난화의 관계를 결코 가볍게 봐서는 안 된다.

현재 철의 친환경적 생산을 위해 여러 각도에서 연구가 진행 중이다. 가장 대표적인 것이 철을 에너지원으로 쓰자는 것인데, 그게 가능할까? 철은 녹는점이 1,535도, 끓는점이 2,862도나 된다. 철을 끓이려면 화석 연료가 엄청나게 많이 소모될 텐데, 그럴 바에야 굳이 철을 에너지원으로 활용할 필요가 있을까?

그러나 나노 기술이 결합되면 이야기가 달라진다. 쇳가루를 머리카락 굵기의 1,000분의 1 수준인 50나노미터로 작게 만들면 250도에서도 연소시킬 수 있다는 것. 그러나 아직은 연구 중이고 상용화 단계까지는 아직 갈 길이 멀다.

▲철 생산, 소비 및 재활용 (출처: 세계철강협회)

철 스크랩 재생은 경제적으로도 유용하지만 환경적으로도 현실적인 대안이다. 철 스크랩을 재활용하면 철광석에서 직접 철을 생산할 때보다 이산화탄소를 80% 이상 줄일 수 있다. 세계철강협회(worldsteel)의 최신 수치에 따르면 매년 6억 3천만 톤의 철 스크랩이 재활용 되고 있으며, 이로 인해 이산화탄소 배출량을 9억 5천만 톤을 줄일 수 있었다고 한다 . 우리나라에서도 포스코를 비롯한 철강기업들이 철 스크랩을 적극적으로 재활용하고 있다.

그동안 철은 성능 향상을 위해 니켈, 크롬, 알루미늄, 몰리브덴, 구리 등 다른 금속과 결합하여 새로운 변화를 모색해 왔다. 그러나 문제는 재활용에는 불리하다는 것. 합금 원소가 첨가된 스크랩은 재활용하는 데 제약이 많기 때문이다. 그래서 합금하지 않고도 철의 성능을 높일 수는 없는지 연구가 이뤄지고 있다.

철은 건설과 파괴를 되풀이하며 인류 문명을 발전시켜왔다. 그 과정에서 환경 문제를 일으켰지만 동시에 그것을 해결하는 데도 앞장서고 있다. ‘내가 만든 문제는 내가 해결한다!’ 그야말로 ‘두 얼굴의 철’이다.

그러나 좀 더 진지하게 성찰해보면 그 말은 옳지 않다. 철의 얼굴은 원래 하나다. 철은 그저 철일 뿐이다. 철을 두 얼굴로 만든 것은 바로 인간의 욕망이다. 그러므로 철과 어떻게 공존할 것인가의 문제는, 인간의 욕망을 어떻게 다스릴 것인가의 문제와 직결된다. 철을 인문학적으로 성찰해야 하는 이유다.