인류는 수천 년 동안 철과 함께 진화해왔습니다. 불로 녹이고 망치로 두드려 형태를 만들며 문명을 세우고, 산업을 확장했는데요. 오늘날도 다르지 않습니다. 철은 여전히 세계 경제를 움직이는 가장 근본적인 힘입니다. 그러나 과거 불꽃 속에서만 경쟁력을 찾던 철강산업이 지금은 기술과 장벽, 미래를 위한 도전 앞에 서있다고 하는데요. 경제 전문 유튜브 채널 ‘삼프로TV’의 김프로와 함께 자세한 내용을 알아보겠습니다.

‘산업의 쌀’이라 불리는 철강. 쌀이 식탁에서 빠질 수 없듯이, 철강은 모든 산업에서 빠질 수 없는 기초 핵심 소재입니다. 철은 우리가 생각하는 것보다 훨씬 많은 곳에 활용되고 있습니다. 그러나 지금 우리가 마주한 철은 더 이상 단순한 ‘소재’가 아닙니다. 산업의 성장과 경쟁력을 결정하는 철강의 정교한 진화가 산업 전반의 기초를 바꾸고 있습니다.

한국 철강산업은 끊임없는 기술 혁신과 품질 향상을 통해 글로벌 표준을 선도하고 있습니다. K-철강의 경쟁력은 세계 최고 수준의 기술력에서 비롯됩니다. 한국 철강 기업들은 극한의 환경에서도 성능을 유지하는 특수강 개발에 집중하며 기술적 우위를 점하고 있습니다.

포스코의 고망간강은 세계 최초로 독자 개발한 특수강으로, 철에 망간을 10~30% 첨가한 합금강입니다. 우수한 저온 인성(저온 환경에서 충격에 잘 견디는 성질)을 갖추고 있어 극저온 환경에서도 뛰어난 성능을 발휘하며, 에너지 분야를 비롯한 다양한 산업에서 널리 활용되고 있습니다. 특히 고망간강은 LNG 저장탱크 및 선박 소재용 분야에서 세계 표준으로 자리매김하며 글로벌 시장을 선도하고 있습니다. 이순기 포스코 수석연구원은 “천연가스를 액화시키려면 -165℃가 돼야 하는데, 일반강은 이를 견딜 수 없다”라고 말했습니다.

1970년 포항제철소의 착공과 함께 우리나라의 중화학공업 시대*는 시작됐습니다. 철강은 국가 산업의 근대화부터 현대화까지, 모든 순간을 함께 해오며 지금도 든든하게 제조업을 받쳐주는 역할을 하고 있습니다.

*중화학공업 시대 : 국가 경제 발전 과정에서 철강, 조선, 기계, 석유화학, 자동차, 전자 등과 같은 산업이 중심이 되는 시기. 한국에서는 1970년대에 정부 주도로 본격적인 중화학공업 육성 정책이 추진되었다.

그러나 철강산업은 최근 새로운 도전에 직면했습니다. 무역 장벽이 더욱 높아진 것인데요. 미국이 철강을 다시 강조하기 시작한 건, 철강이 현재뿐만 아니라 미래를 결정지을 수 있는 주력산업이라는 인식에서 비롯됐다는 분석이 지배적입니다.

이에 질세라 유럽도 역내 산업 보호를 명분 삼아 철강 수입 장벽을 대폭 높이겠다고 발표했습니다. 대표적인 수출주도형 경제 모델인 한국 산업의 구조에서 철강은 직격탄을 맞을 수밖에 없었는데요. 이는 지속적인 수출 감소로도 이어졌습니다.

안팎으로 한국 철강의 위기가 계속되는 가운데, 철강은 탈탄소 전환이라는 새로운 도전에도 직면하고 있습니다. 기후 재난의 주요 원인인 온실가스 감축을 위해 세계 각국은 탄소 배출을 줄이고자 노력하고 있는데요. 그 일환으로 EU가 올해부터 ‘탄소국경조정제도(CBAM)’*을 시행한다고 밝혔습니다. 국내 온실가스 감축 목표도 강화되고 있고요.

*탄소국경조정제도(CBAM, Carbon Border Adjustment Mechanism) : 유럽연합(EU)이 탄소 유출 문제를 해결하기 위해 도입한 제도로, EU로 수입되는 특정 제품의 제조 과정에서 발생한 탄소 배출량에 따라 세금을 부과하는 정책.
**국가온실가스감축목표(NDC, Nationally Determined Contribution) : 각 회원국이 온실가스 배출에 대한 책임과 역량을 고려해 자발적으로 얼마만큼의 온실가스 배출을 줄일 것인지를 유엔기후변화협약에 공식적으로 제출하는 계획.

미국의 관세 강화와 중국의 저가 공세에 탄소 규제까지. 이처럼 철강산업은 사면초가의 상황에 놓여 있습니다. 그렇다면 철강산업이 생존을 위해 찾은 전략은 무엇일까요?

무역 장벽 돌파! 해외 고수익·고성장 시장을 여는 ‘완결형 현지화 전략’

철강산업은 현지 생산에서 문제 해결 방법을 찾았습니다. 해외 고성장·고수익 시장에서 현지 생산 및 가공 판매 체계를 구축하는 ‘완결형 현지화 전략’이 그것이죠. 국내 자동차, 전자, 조선업 등이 현지 생산 전략을 선택하자 그 토대가 되는 철강산업 역시 우리 기업들의 든든한 지원군으로 함께 움직이기 시작했습니다.

소재를 공급해야 하는 철강산업은 제철소 현지 건립 등 생산 현지화에 더욱 집중하고 있습니다. 포스코그룹은 2029년 상업 생산을 목표로 하는 현대차그룹의 미국 루이지애나 제철소 건설 프로젝트에 참여하고, 인도 1위 철강사인 JSW그룹과 합작해 인도에 규모 600만 톤의 일관제철소 건설을 추진하고 있습니다. 이에 더해 미국 조강 생산량 1위 클리블랜드 클리프스(Cleveland-Cliffs) 철강사와도 협력에 나섰습니다.

이로써 현지 시장 진출을 강화하고 공급 체계를 확보했는데요. 이제 철강의 완결형 현지화 전략은 특히 미국에 진출한 한국 조선과 방산업을 지원하며 한미 간 중요한 산업 동맹인 MASGA* 프로젝트에서도 중요한 뒷받침을 할 것으로 예상됩니다.
*MASGA(Make American Shipbuilding Great Again, 마스가) : ‘미국 조선업을 다시 위대하게 만들자’는 뜻으로 한국 정부가 미국 조선업 재건을 돕기 위해 제안한 대규모 협력 프로젝트.

철강 탈탄소 전환의 유일한 해법 ‘수소환원제철’

그러나 철강산업의 도전은 여기서 끝이 아닙니다. 시장을 주도할 경쟁력을 갖추면서 탄소 배출도 획기적으로 줄이며 인류의 미래를 생각해야 하는 과제에도 직면해 있는 것인데요. 현재 유일한 대안으로 손꼽히는 것이 바로 수소환원제철(Hydrogen-based Direct Reduced Iron)입니다. 수소환원제철은 제선 공정에서 기존에 석탄을 사용해 철광석 속 산소를 제거하던 환원제를 수소로 대체하는 기술입니다. 수소환원을 통해 산소를 제거한 환원철을 전기용융로에 투입하면, 불순물을 효과적으로 제거하며 고품질 철강 제품을 생산할 수 있습니다. 이 방식은 기존 고로 공정 대비 약 5분의 1 수준으로 탄소 배출을 줄일 수 있어, 궁극의 탈탄소 제철 기술로 주목받고 있습니다. 때문에 수소환원제철 기술 개발과 상용화를 위해 세계 철강사들의 경쟁이 치열한 상황이죠.

▲(왼쪽) 포스코는 2024년 1월 26일 포항제철소에 수소환원제철 개발센터를 개소하고 2030년 수소환원제철 상용 기술 개발 완료를 목표로 연구개발을 지속하고 있다. (오른쪽) 포스코 HyREX 추진반 김치환 리더가 HyREX 공법에 대해 설명하고 있다.

포스코는 2024년 포항제철소에 수소환원제철 개발센터를 짓고, 이곳에서 시험 설비 구축과 상용화 기술 개발에 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 포스코가 세계 최초로 개발한 파이넥스(FINEX) 공법의 유동환원로 기술을 확장해 수소를 최대 100%까지 사용하는 하이렉스(HyREX)의 상용화 기술을 개발하는 것입니다.

수소환원제철은 혁신적인 공정입니다. 정은미 선임연구위원은 “실험실에서 생각한 일반적인 화학식을 실제 대규모 공정 설비로 구현한다는 것이기 때문에 굉장히 도전적인 과제”라고 말했습니다. 그렇기에 우리는 수소환원제철을 ‘꿈의 기술’이라고 부르는 것이죠.

그럼에도 철강산업의 성장을 위해서는 반드시 우리가 먼저 성공시켜야만 합니다. 현재 포스코는 HyREX 데모플랜트(Demo Plant)를 건설하는 계획을 갖고 있습니다. 기술 개발이 완수되면 속도감 있게 상용화를 진행할 예정입니다. 또한, 수소환원제철 상용화를 위해서는 수소와 전기에너지가 대량으로 필요해 반드시 인프라가 함께 조성되어야 합니다.

▲포스코 수소환원제철 기술 HyREX 공정의 특징을 시각적으로 형상화한 모형. 4기의 유동환원로 설비와 전기용융로 설비를 나타낸다.

수소환원제철은 미래를 결정짓는 핵심 사업으로서 그 중요성이 더욱 커지고 있습니다. 이에 정부도 실증 설비 예비타당성 조사 통과, K-스틸법 추진 등으로 이 전환에 힘을 싣고 있습니다. K-스틸법은 국내 철강업계가 직면한 글로벌 수요 둔화, 저가 철강재 수입 증가, 미국 등 주요국의 관세 장벽 강화를 비롯해 탈탄소 규제 부담 심화에 대응하기 위한 종합 입법 패키지로, 지난해 11월 국회 본회의를 통과했습니다. K-스틸법은 탈탄소 전환이라는 시대적 과제를 해결하고 국내 철강산업의 새로운 도약을 위한 전환점이 될 전망입니다.

▲ 포스코 하이렉스(HyREX) 기술로 운영될 제철소 전경. (※가상 시뮬레이션으로 연출한 영상)

산업의 근간이 흔들리고 있습니다. 세계 제조업의 전환점을 지나고 있는 지금, 한국 철강산업은 선택의 기로에 서있습니다. 과거의 방식에 머물 것인가, 아니면 위기를 넘어 새로운 기준을 만들 것인가. 세계의 표준이 되어 경쟁력과 기술 주도권을 갖기 위해 K-철강은 끊임없이 변화하고 있습니다.

▼K-철강, 세계의 표준이 되다 보러 가기

최근 전 세계가 기후 변화 대응에 나서면서 ‘탈(脫)탄소 전환’이 산업 전반의 가장 중요한 과제로 떠오르고 있습니다. 이에 따라 생산 과정에서 탄소 배출이 불가피한 철강 산업의 패러다임도 빠르게 변화하고 있는데요. 그렇다면 세계 각국은 어떤 방식으로 탄소 감축 전략을 추진하고 있을까요? 고려대학교 신소재공학부 이준호 교수와 함께 글로벌 탄소 감축 전략 현황과 우리나라의 탈탄소 추진 과제를 살펴보겠습니다.

“If you don’t have steel, you don’t have a country.” (철강이 없으면 나라도 없다)

지난 3월, 미국 의회 합동 연설에서 트럼프 대통령이 한 말입니다. 최근 미국은 철강에 추가 관세를 부과하면서 자국 철강 산업 보호에 나서고 있는데요. AI가 각광받는 요즘 같은 시대에 미국이 철강에 이토록 신경 쓰는 이유는, 바로 철강이 국가 안보의 핵심이자 건설·조선·자동차·에너지·기계 등 모든 제조업의 근간이 되는 소재이기 때문입니다.

혹시 ‘러스트 벨트(Rust Belt)’라고 들어보셨나요? 한때 제조업으로 잘 나갔던 미국 오대호 연안 지역이 산업 쇠퇴로 심각한 경기 침체를 겪고 몰락해 붙은 이름인데요. 철강 공급이 끊기면 산업 생태계는 물론 일자리까지 얼마나 큰 영향을 받는지 잘 보여주는 이 사례로, 철의 가치가 국가 경쟁력과 직결된 문제라는 걸 잘 알 수 있습니다.

철은 한 국가의 기간 산업인 만큼 전 세계 철강 생산량은 2024년 기준 무려 18억 8000만 톤이나 됩니다. 그만큼 생산 과정에서 나오는 온실가스도 만만치 않겠죠? 온실가스는 지구 온난화나 집중호우 같은 기후 재난의 주된 원인이어서 세계 각국은 탄소 배출을 줄이기 위해 힘을 쏟고 있는 실정이에요. EU는 2026년 1월부터 ‘탄소국경조정제도(CBAM)’*을 시행한다고 밝혔고, 이외에도 정부와 기업이 함께 탄소 배출을 줄이기 위한 다양한 전략을 내놓고 있습니다.

가끔 철강의 대체재로 알루미늄이나 마그네슘 같은 금속을 언급하기도 하는데요. 사실 다른 금속이 철을 따라잡기는 어렵습니다. 철강 1톤을 만들 때 발생하는 온실가스가 약 2톤이라면, 알루미늄은 1톤 당 14~16톤의 온실가스가 발생하거든요. 게다가 철은 인장 강도**를 용도에 맞게 다양하게 조절할 수 있어 품질 면에서도 훨씬 뛰어나죠. 결국 철을 대체할 만한 금속을 찾기는 현실적으로 어려운 셈입니다.

*탄소국경조정제도(CBAM, Carbon Border Adjustment Mechanism) : 유럽연합(EU)이 탄소 유출 문제를 해결하기 위해 도입한 제도로, EU로 수입되는 특정 제품의 제조 과정에서 발생한 탄소 배출량에 따라 세금을 부과하는 정책.

**인장 강도 : 물체가 잡아당기는 힘에 견딜 수 있는 최대한의 응력.

그렇다면 세계 각국은 어떤 탈탄소 전략을 세우고 있을까요? 대부분의 국가는 제선 공정에서 기존에 석탄을 사용해 철광석 산소를 제거하던 환원제와 원료탄을 석탄 대신 수소로 바꾸는 기술 개발에 한창인데요. 이 기술을 수소환원제철(Hydrogen-based Direct Reduced Iron) 기술이라고 합니다. 기술이 상용화되면 온실가스 배출을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있죠.

먼저 CBAM을 전면 시행하며 탄소 감축 의지를 강하게 내비친 EU를 한번 살펴볼까요? EU는 가장 발 빠르게 수소환원제철로의 전환을 진행하고 있습니다. 2021년 클린 스틸 파트너십*을 결성하고, 2030년까지 대형 데모 플랜트 개발을 목표로 연구개발비 26억 유로를 지원하고 있습니다.

스웨덴의 철강기업 SSAB AB는 ‘하이브리트(HYBRIT)’라는 수소환원제철 기술로 파일럿 플랜트 실증을 성공적으로 마쳐 큰 주목을 받았고요. 또 다른 스웨덴 기업 스테크라(Stegra)는 연간 200만 톤 규모 설비를 건설 중이며, 이외에도 유럽 각국의 철강사들이 2026~2030년을 목표로 연간 200만 톤 내외 규모의 수소환원제철 설비를 구축·개발하고 있어요. 다만, 글로벌 조강 생산량 2위 철강사인 아르셀로미탈(ArcelorMittal)은 수소 인프라 부족과 정책 불확실성 때문에 투자를 잠정 보류한 상태입니다.

*클린 스틸 파트너십(CSP, Clean Steel Partnership) : 유럽연합(EU)에서 추진하는 철강 산업의 탄소 배출 저감 및 공정 혁신을 위한 공동 연구·혁신 프로그램.

일본은 에너지 환경분야와 산업기술을 담당하는 독립행정법인 신에너지산업기술종합개발기구(NEDO)와 철강 연맹을 중심으로 수소 DRI(Direct Reduced Iron) 프로세스, 대형 전기로, CCUS* 기술 개발 등 다양한 탈탄소 프로젝트를 적극 추진하고 있는데요. 이런 행보 뒤에는 정부 차원의 투자 지원이 깔려 있습니다.

일본 정부는 탈탄소 전환을 위해 설비 투자에 5조 엔, 연구개발비에 5000억 엔이라는 막대한 자원을 투입했습니다. 또한 2000년부터 시행된 ‘그린 구매법’을 통해 수소환원제철로 생산된 탄소 저감 철강이 시장에 나오면 정부가 먼저 구매함으로써 초기 시장을 형성하는 구조를 마련하기도 했죠. 기업과 정부가 함께 소매를 걷어붙이고 탈탄소 전환을 향해 나아가는 협동 전략이라고 볼 수 있어요.

*CCUS(Carbon Capture, Utillzation and Storage) : ‘탄소 포집, 활용 및 저장’의 약자로, 이산화탄소를 포집해 산업적으로 활용하거나 땅속에 저장하는 기술.

철강 산업은 전 세계 온실가스 배출량의 약 8%를 차지합니다. 세계적으로도 철강 산업이 발달한 한국은 국내 온실가스 배출량 중 철강 산업 비중이 약 17%로, 상대적으로 높은 편인데요. 현재 정부는 수소와 철광석을 반응시켜 탄소 대신 물을 배출하는 제철 공법인 수소환원제철 기술을 국가 전략기술로 지정하고, 철강 산업의 탈탄소 전환을 추진하고 있습니다. 포스코는 정부와 협력해 2030년까지 수소환원제철 기술 상용화를 목표로, 핵심 기술인 HyREX(하이렉스) 개발에 박차를 가하고 있습니다. HyREX는 포스코가 20년간 독자 개발한 파이넥스(FINEX) 공정의 유동환원 기술을 기반으로 한 한국형 수소환원제철 기술인데요. 이 유동환원로 방식은 스웨덴을 비롯한 유럽 철강사들이 주로 사용하는 샤프트환원로 방식과는 뚜렷한 차이가 있습니다.

샤프트환원로 방식에서는 철광석을 일정한 크기의 구형으로 가공한 고순도 펠렛이 필요한데요. 문제는 이 원료가 전 세계 철광석 물동량의 약 4%에 불과하다는 겁니다. 결국 샤프트환원로 방식은 전 세계에서 일반적으로 사용하는 고로 소결용 분광(철광석 미분을 소결해 고로 투입용 소결광으로 만드는 원료)을 그대로 사용할 수 없다는 단점이 있죠. 반면 유동환원로 기술은 별도의 가공 없이 광산에서 채굴한 가루 상태의 일반 분광을 바로 사용할 수 있어 경제성과 활용성 면에서 우수합니다.

▲2024 기후산업국제박람회에 모형으로 전시된 포스코 수소환원제철기술 HyREX 공정.

우리나라만의 탈탄소 전략 경쟁력, 이게 다가 아닙니다. 파이넥스 공정에서는 환원 과정에 필요한 가스를 사용해 왔는데요. 그동안 가스에 약 25% 정도의 수소가 포함된 상태로 환원을 진행해 왔기 때문에 이미 수소환원 경험에 익숙하죠. 이 경험은 앞으로 완전한 수소환원제철로 전환하는 데 중요한 기술적 발판이 될 전망입니다. 결국 한국이 출발은 늦었지만, 기술을 빠르게 완성하기만 한다면 글로벌 탈탄소 전략에서 주도권을 확보하고 선도할 수 있을 것으로 기대됩니다.

물론 탈탄소 전환은 전 세계적으로 중요한 과제인 만큼 기술 혁신만이 아닌 국가 차원의 적극적인 지원도 함께 뒷받침돼야 한다는 의견이 나오고 있어요. 이런 기대에 맞춰 최근 국회는 철강산업 경쟁력 강화 및 녹색철강기술 전환을 위한 특별법안, ‘K스틸법’을 발의했죠. 거기다 지난 6월에는 한국형 수소환원제철 실증 기술 개발 사업이 총 사업비 8146억 원(국비 3088억 원) 규모로 예비타당성 조사를 통과해 내년부터는 한국형 수소환원제철 기술 개발에 한층 속도가 붙을 전망입니다.

인류 문명의 필수 소재이자 국가 경쟁력을 좌우하는 철! 이 중요한 소재를 탄소 배출 영향을 최소화해 생산할 날이 멀지 않았는데요. 포스코그룹은 앞으로 한국형 수소환원제철 기술 상용화를 위해 더욱 힘차게 나아갈 예정입니다. 철강 산업의 지속가능한 미래를 향한 여정을 기대해주세요!

▼한국만이 가진 탈탄소 경쟁력 만나보러 가기

기후위기 대응을 위한 글로벌 환경규제가 강화되고 있는 가운데, 철강산업의 탈탄소 전환은 지속가능한 미래 사회를 위한 중요한 과제로 떠오르고 있습니다. 포스코그룹은 수소환원제철(HyREX) 기술, 탄소감축 브릿지 기술, 청정에너지 전환 등 차별화된 탈탄소 전략을 바탕으로 철강산업의 새로운 패러다임을 선도하고 있습니다. 이번 특집에서는 철강산업의 탈탄소 혁신을 이끌 포스코그룹의 ‘2050 탈탄소 로드맵’과 단계별 기술 적용 전략을 자세히 살펴봅니다.

포스코그룹은 그룹 내에서 가장 많은 온실가스를 배출하는 철강 사업 부문의 탈탄소 전환을 위해, 중장기 종합 전략을 담은 ‘2050 탈탄소 로드맵’을 수립했습니다. 이 로드맵에는 원료, 투자, 에너지, 기술 개발 등 다양한 분야의 중장기 전략이 포함되어 있으며, 포스코그룹은 매년 모니터링과 전략 갱신을 통해 탈탄소 전환을 위한 노력을 지속적으로 이어가고 있습니다.

▲기술 개발, 설비 투자, 원료 구매, 에너지 조달 등 중장기 종합 전략이 포함된 포스코 ‘2050 탈탄소 로드맵’. [2024 포스코홀딩스 지속가능경영보고서 中]

이러한 중장기 전략을 바탕으로, 포스코그룹은 2017~2019년 3년간 평균 배출량인 7880만 톤을 기준으로 2050년까지 탈탄소 전환을 이루어내겠다는 목표를 세웠습니다. 2030년과 2035년의 감축 목표는 국가 온실가스 감축 목표(NDC)*와 연계해 재점검 중입니다. 포스코그룹은 탈탄소 전환을 그룹의 미래 성장 동력을 강화하는 전략적 기회로 인식하고 기술 개발, 설비 투자, 에너지 조달 등 전 과정에서 체계적인 탈탄소 전략 이행을 이어 나갈 계획인데요. 포스코그룹이 추진하는 철강산업의 핵심 탈탄소 기술과 그 실행 전략을 지금부터 자세히 짚어봅니다.

*국가온실가스감축목표(Nationally Determined Contribution·NDC) : 각 회원국이 온실가스 배출에 대한 책임과 역량을 고려해 자발적으로 얼마만큼의 온실가스 배출을 줄일 것인지를 유엔기후변화협약에 공식적으로 제출하는 계획.

철강 제품 생산 시 이산화탄소가 배출되는 주된 이유는, 철광석에서 산소를 떼어내 철로 환원하는 과정에서 석탄이나 천연가스 같은 화석연료가 사용되기 때문입니다. 이 과정에서 많은 이산화탄소가 발생하게 되는데요. 이산화탄소 배출을 근본적으로 줄이기 위해서는, 화석연료를 대체할 수 있는 새로운 환원제가 필요합니다. 이러한 상황에서 고로와 전로 등 기존 설비를 최대한 활용하면서도 탄소를 저감한 철강제품을 생산할 수 있는 ‘브릿지(Bridge)’ 기술이 점점 더 주목받고 있습니다.  포스코그룹은 수소환원제철 전환기 동안 탄소 배출을 줄이기 위해, 탄소저감형 연원료 활용, 대형 전기로 도입, CCUS 실증 등 다양한 브릿지 기술을 병행하고 있습니다. 또한 데이터와 AI 기반의 인텔리전트 팩토리로 에너지 효율성을 높이고 안전한 생산 현장을 만들고 있습니다.

① 고로 기반 탄소감축 기술

흔히 용광로라 불리는 고로는 철강 생산의 중심에 있는 핵심 설비입니다. 석탄(코크스)과 철광석(소결광)을 고로 상부에서 넣어 겹겹이 쌓은 뒤, 고로 하부에 뜨거운 바람을 불어넣어 녹여서 쇳물(용선)을 만들어 내는 설비입니다. 고로에서 발생하는 탄소 배출을 줄이려면 근본적으로 원료와 환원 공정을 개선하는 방법이 있습니다. 포스코그룹은 펠렛(Pellet), HBI(Hot Briquetted Iron), 함수소가스, 세 가지 주요 방식을 통해 고로 기반 탄소감축 기술 개발을 추진하고 있습니다.

펠렛(Pellet)은 기존에 원료탄으로 사용하던 소결광 대신, 철광석을 파쇄·선별해 일정한 크기의 구형으로 가공해 고로에 투입하는 방법입니다. 원료를 소결광에서 펠렛으로 변경하는 것만으로도 소결광 생산에 사용되는 화석연료를 줄일 수 있어, 이산화탄소 배출 원단위를 낮추는 효과가 있습니다. 또한 펠렛은 소결광보다 높은 온도에서 잘 녹고 환원성이 좋아서 석탄 사용량도 줄일 수 있습니다.

HBI(Hot Briquetted Iron)는 철광석에서 산소를 제거해 환원한 직접환원철(DRI, Direct Reduced Iron)을 조개탄 모양으로 성형해 고로에 투입하는 방법입니다. 이 방식을 활용하면 환원에 필요한 석탄의 사용량을 크게 줄일 수 있죠. 쇳물 1톤을 생산할 때 HBI를 100kg 사용한다고 가정하면, 이산화탄소를 약 100kg 정도 줄일 수 있습니다.

함수소가스 방식은 석탄 대신 저탄소 연료인 천연가스(NG)를 환원제로 사용하는 방법입니다. 천연가스의 주성분인 메탄은 개질 과정*을 거치면서 일산화탄소와 수소로 분해되는데요. 이 과정에서 수소를 포함한 함수소가스가 생성됩니다. 이렇게 만들어진 함수소가스를 고로 하부 풍구에 불어넣어 환원제로 활용하면, 석탄 사용량을 상대적으로 줄일 수 있습니다. 포스코는 2023년 상반기에 고로 천연가스 취입 설비를 신설해 탄소저감 효과를 확인했으며, 산학연 29개 기관과 국책과제 ‘COOLSTAR**’를 공동 추진 중입니다. 해당 설비를 기반으로 고로 수소 취입 기술을 개발 중이며, 이를 브릿지 기술로 패키지화해 탄소감축 특화 고로 모델을 정립할 예정입니다.

*개질(改質) 과정 : 메탄 등 탄화수소를 수소와 일산화탄소로 바꾸는 화학적 처리 과정.
**COOLSTAR : CO2 Low emission technology of Steelmaking And hydrogen Reduction, CO2 저감 Hybrid 제철기술개발 산업부 국책과제.

② 전로 기반 저 HMR 조업 기술

전로는 고로에서 생산한 쇳물인 ‘용선’에 산소를 불어 넣어 불순물을 제거하고, 원하는 온도와 성분으로 정제된 ‘용강’을 생산하는 설비입니다. 용강 1톤을 생산할 때 발생하는 이산화탄소의 약 80% 이상이 용선 생산 과정에서 발생하기 때문에, 탄소감축을 위해서는 전로에 사용되는 용선 사용량을 줄이는 것이 매우 중요한데요. 포스코그룹은 용선의 투입 비율을 낮추는 ‘저 HMR(低 Hot Metal Ratio) 조업 기술’을 개발하고 있습니다. 저 HMR 조업 기술의 대표적인 두 가지 기술을 살펴보겠습니다.

전기로 용해 스크랩 장입 기술은 고로에서 생산된 용선과 전기로에서 생산된 용강을 혼합해 전로의 용선 사용량을 줄이는 기술입니다. 전기로는 이미 사용하고 난 철 스크랩을 재활용해 용강을 만들기 때문에 고로 대비 탄소 배출량이 적습니다. 따라서 전기로에서 용해 스크랩 장입 기술을 활용해 연간 250만 톤의 쇳물을 생산할 경우, 기존 고로 대비 최대 350만 톤의 탄소감축 효과가 기대됩니다. 하지만 스크랩의 잔류 원소 함량으로 인해 고급 제품 생산에는 한계가 있는데요. 이 때문에 고급 자동차 강판이나 선박용 후판 등 고급강은 주로 고로에서 생산한 용선을 전로에서 정제해 만듭니다. 이에 포스코그룹은, 고로 용선과 전기로 쇳물을 혼합하는 방식으로 탄소감축과 고급강 생산을 동시에 실현할 수 있는 기술을 개발하고 있습니다.

상저취전로 기술은 전로의 철 스크랩 투입량을 늘리기 위해 전로 상·하부에서 산소를 주입해 추가 열원을 확보하는 기술입니다. 전로는 외부에서 열이 공급되지 않고, 용선 내 불순물의 산화반응에서 발생하는 열로 용강을 생산합니다. 따라서 용선 투입을 줄이고 철 스크랩 비율을 높이면 용선 온도가 낮아지는 문제가 발생할 수 있습니다. 상저취전로 기술은 기존의 상부 산소 주입에 더해 하부에도 산소를 취입함으로써, 2차 연소와 열 전달 효율을 극대화하여 이러한 한계를 보완하는 기술로 주목받고 있습니다.

이처럼 포스코그룹은 기존 전로 설비를 활용해 스크랩 사용량을 높이는 기술을 개발했습니다. 스크랩 브랜드를 최적화하고 전로를 두 차례 경유하는 방식으로 스크랩을 2회 장입하여 스크랩 사용 비율을 30% 이상으로 확대했습니다. 또한, 포스코그룹 고유의 파이넥스(FINEX) 용선을 활용한 저 HMR 조업 기술 개발 시에는 전로 내 용선 투입 비율(HMR)을 70% 이하로 낮춰, 제선 공정의 온실가스 배출을 효과적으로 줄일 수 있을 것으로 기대합니다. 이를 통해 탄소감축 설비 전환 이전까지 고객사의 탄소저감 제품 수요에 단기적으로 대응할 계획입니다.

EU CBAM · 고객의 탄소감축 요구에 대응하는 전기로 생산 체제 구축

유럽연합(EU)은 글로벌 탄소 감축을 촉진하고 역내 기업의 경쟁력 저하 및 탄소 누출을 방지하기 위해, 2026년부터 탄소국경조정제도(CBAM, Carbon Border Adjustment Mechanism)를 전면 시행할 예정입니다. CBAM은 유럽연합(EU)역내로 수입되는 제품의 생산 과정에서 발생한 탄소 배출량에 따라 추가 비용(탄소세)을 부과하는 제도입니다. 이러한 국제적 환경 변화와 고객의 탄소 감축 요구가 강화됨에 따라, 포스코그룹은 2022년 8월 CBAM 대응 전담팀을 신설하고, 포스코 유럽 사무소 및 포스코인터내셔널과 협력하여 CBAM에 적극적으로 대응하고 있습니다.

▲포스코는 탄소저감 생산체제로의 전환을 위해 지난해 2월 약 6000억 원을 투입해 광양제철소 내 연산 250만톤 규모의 대형 전기로 공장을 착공했으며, 오는 2026년 본격 가동에 나설 예정이다. 사진은 광양제철소 전경.

이와 더불어, 탄소감축 생산 체제 구축을 위해 기존 고로 방식 대비 최대 75%까지 탄소 발생량을 줄일 수 있는 전기로 공장을 2024년 2월 광양제철소에 연산 250만 톤 규모로 착공했습니다. 2026년 가동을 목표로 하고 있는데요. 용해 스크랩 장입 기술을 적용하면 기존 전기로 방식으로는 불가능했던 고급강 생산도 가능해질 것으로 전망됩니다. 이를 통해 적극적인 CBAM 대응은 물론, 탄소저감 강재를 안정적으로 공급할 수 있을 것으로 기대됩니다. 전기로에서 생산된 용탕*은 정련 공정에 바로 사용되어 자동차와 전기 강판 생산에 활용될 예정입니다. 포스코는 주원료인 스크랩의 선별, 분류와 2차 정련에서의 성분 정밀 제어 등 핵심 기술을 개발해, 2030년까지 자동차 강판과 전기 강판을 양산하는 것이 목표입니다.

*용탕 : 금속이 고온에서 녹아 액체 상태가 된 것으로, 전기로에서 철스크랩이나 직접환원철을 녹여 생산한 액체 철을 의미.

▲포스코그룹의 CCUS(탄소 포집·활용·저장) 기술 과정을 나타낸 전시 모형.

포스코와 포스코홀딩스 미래기술연구원은 제철소에서 발생하는 이산화탄소를 포집·재자원화해 탄소 배출을 줄이는 다양한 CCUS* 기술을 개발하고 있습니다. 현재 CCUS 기술은 여러 방식으로 실증되고 있는데요. 그 중 대표적인 세 가지 적용 방법을 소개합니다.

*CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage) : 대규모로 배출되는 이산화탄소를 포집하여 산업적 용도로 직접 이용하거나, 고부가가치 제품으로 전환·활용하거나, 영구 또는 반영구적으로 격리시키는 기술.

코크스 오븐 활용 이산화탄소 취입 전환 기술

첫 번째는 철강 공정에서 발생한 이산화탄소를 분리·포집해 코크스 오븐에 취입하고, 이를 부생가스 발전의 열원으로 활용하는 방안입니다. 포스코는 2021년부터 RIST(포항산업과학연구원)와 함께 이산화탄소 포집·전환 기술 실증을 위한 민관 합동 국가연구개발 사업을 추진해 왔는데요. 2024년 1월 포항제철소에서 실증 테스트를 한 결과, 고순도 정제 에너지가 불필요하며, 중순도 이산화탄소만으로도 코크스 오븐 취입이 가능하다는 점이 확인됐습니다.

▲포스코 기술연구원은 2021년부터 이산화탄소 배출을 줄이고 에너지원인 COG를 추가 생산하며, COG를 정제하는 CCU 실증설비 과제 추진을 통해 COG 정제 기술력을 확보했다. 사진은 ‘증량 COG 처리 실증설비’ 모습.

또한, 코크스 오븐에서 배출되는 부생가스(COG, Cokes Oven Gas) 열량이 증가하는 효과도 얻을 수 있었습니다. COG는 연료가스, 부생수소 생산 원료, 고부가 화학제품 생산 원료 등으로 활용되는 에너지원으로, 열량이 높을수록 활용도가 더욱 높습니다. 이러한 성과를 인정받아, 코크스 오븐 활용 이산화탄소 취입 전환 기술은 2024년 산업통상자원부 ‘R&D 대표 기술 10선’에 선정되어 장관상을 받았습니다.

광물 탄산화 기술 개발

두 번째는 광물 탄산화 기술을 적용하는 방안입니다. 포스코홀딩스 미래기술연구원은 포집한 이산화탄소를 광물화해 육상에 저장하거나, 건설 소재로 재활용하는 CCU(이산화탄소 포집·활용) 기술을 개발하고 있습니다.

▲2024년 8월 ‘폐갱도 활용 이산화탄소 육상저장 시범사업’ 과제 착수회의에서 관계자들이 기념 촬영을 하고 있다.

포스코홀딩스는 2024년 7월, 산업통상부가 주관하는 ‘폐갱도 활용 이산화탄소 육상저장 시범 사업’ 과제에 주관기관으로 선정되었는데요. 제철소에서 발생하는 이산화탄소를 철강 슬래그와 반응시켜 고정화한 후, 총 300톤 규모의 탄산화 슬래그를 생산하여 폐갱도에 되메우는 기술을 설계하고 운영하는 사업으로, 포스코홀딩스는 지난해 11월, 삼척시와 협력해 탄산화 슬래그 실증 플랜트를 운영하고 있습니다. 포스코홀딩스는 이번 시범 사업을 기반으로 국가 CCS사업의 한계로 지적받고 있는 탄소저장소 부족 문제를 해결하고, 철강산업의 탈탄소 전환에 기여할 예정입니다.

CCS(이산화탄소 포집·저장) 단계적 상용화

세 번째는 CCS(이산화탄소 포집·저장) 기술을 단계적으로 적용하는 방안입니다. 포스코는 상용화된 이산화탄소 포집 기술을 활용해 코크스로, 소결로, 열풍로, 발전소 등 다양한 설비를 대상으로 가장 적합한 포집 기술을 탐색해 왔습니다. 이를 바탕으로 효율성과 효과성이 높은 설비부터 단계적으로 이산화탄소 포집을 확대해 나갈 계획입니다.

※ 자료 출처 : 포스코인터내셔널

포집된 이산화탄소는 압축·액화·정제 공정을 거쳐 운송과 저장에 필요한 물성으로 전환되며, 이후 밀폐형 지질 구조를 갖춘 폐유가스전이나 염대수층에 이산화탄소를 주입해 영구적으로 격리됩니다. 여기서 밀폐형 지질구조란, 불투과성 암석이 다공질 퇴적지형을 덮어 가스가 밖으로 새어 나가지 않도록 차단하는 지층을 의미합니다.

포스코그룹은 유망한 저장소로 동해 가스전뿐만 아니라 인도네시아를 포함한 동남아시아, 호주 북서부 등지를 탐색하고 있습니다. 2024년에는 수출입은행의 ‘국제 감축 사업 타당성 조사 지원 사업‘에 선정되어 인도네시아 크라카타우포스코(PT.Krakatau POSCO)의 CCS 예비타당성 평가를 수행했습니다. 이 평가를 통해 CCS 적용 방법을 구체화하고, 향후 국내 제철소에도 확대 적용할 계획입니다.

▲2024 기후산업국제박람회에 모형으로 전시된 포스코 수소환원제철기술 HyREX 공정.

유동환원로 방식으로 탄소저감 철강 원료 공급망 확보

수소환원제철은 제선 공정에서 기존에 석탄을 사용해 철광석의 산소를 제거하던 환원제 및 원료탄을, 석탄 대신 수소로 대체함으로써 온실가스 배출을 감축하는 기술입니다. 포스코는 이러한 수소환원제철 기술을 이미 상용화된 파이넥스(FINEX) 공정의 유동환원로 기술을 기반으로 개발하고 있습니다. 유동환원로 방식은 원료·설비기술 측면에서 해외 철강사들이 주로 사용하는 샤프트환원로 방식과는 뚜렷한 차이가 있습니다. 샤프트환원로는 철광석을 일정한 크기의 구형으로 가공한 고품위 DR Grade 펠렛을 원료로 사용해야 하지만, 유동환원로는 별도의 가공 없이 광산에서 채굴한 가루 상태의 일반 철광석 분광을 그대로 활용할 수 있다는 장점이 있습니다.

전 세계 철광석 공급량 17억 톤 중 DR Grade 펠렛의 비중은 약 4%에 불과합니다. 이러한 공급량으로는 세계적인 철강 수요를 충족시키기 어려운 상황입니다. 향후 수소환원제철이 본격적으로 상용화될 경우, 샤프트환원로 기술을 적용하는 해외 철강사들 사이에서 펠렛 확보 경쟁이 더욱 치열해질 것으로 전망하는데요.

이러한 경쟁 심화 속에서 포스코그룹은, 유동환원로 방식을 채택함으로써 별도의 가공이 필요하지 않은 철광석 분광을 원료로 사용할 수 있어 생산원가가 상대적으로 저렴하고, 원료 확보에도 유리하다는 강점이 있습니다. 또한, 유동환원로 방식은 설비 기술 측면에서도 샤프트환원로 방식에 비해 온도 제어가 쉽다는 장점이 있습니다. 포스코가 개발한 유동환원로 기반 파이넥스 공정은 수소 투입 및 DRI(직접환원철) 제조 기술이 적용되어, 수소환원제철 분야에서 가장 경쟁력 있는 기술로 평가받고 있습니다.

2030년 HyREX 상용화 기술 완성 목표 추진

포스코그룹은 2021년부터 포항제철소 내 수소환원제철 건립을 위한 용지(135만㎡, 41만 평) 조성 인허가 절차에 착수했으며, 2022년 7월에는 FINEX 설비 설계 경험을 보유한 기업 프라이메탈스(Primetals)와 공동 엔지니어링 업무협약을 체결했습니다. 이 협약을 바탕으로 HyREX 데모 플랜트의 주요 설비에 대한 공동 설계를 진행하고 있으며, 포항제철소에 연산 30만 톤 규모의 시험 설비 건설을 추진할 예정입니다.

▲포스코는 지난해 1월 26일 포항제철소에 수소환원제철 개발센터를 개소하고, 2030년 수소환원제철 상용 기술 개발 완료를 목표로 연구개발을 지속하고 있다.

또한 2023년 포항 기술연구원에 배치(Batch)당 50kg 규모의 수소 유동환원 실험로를 도입하여 수소 유동환원 기술을 검증했습니다. 이어 2024년 1월에는 수소환원제철 개발센터를 개소하고, 4월에는 시간당 1톤 규모의 ESF(전기용융로, Electric Smelting Furnace) 파일럿(Pilot) 설비를 준공해 첫 출선에 성공함으로써, 전기용융로 요소 기술 개발과 HyREX 기술 완성의 토대를 마련했습니다. 포스코그룹은 2030년까지 HyREX 상용화 기술개발을 목표로 실증사업을 추진하고 있습니다. 그러나 수소환원제철 상용화 도입을 위해서는 청정에너지 인프라 구축에 대한 정책 지원, 청정수소 경제성 확보, 탄소저감 제품에 대한 시장 수용성 등 탈탄소 이행 환경이 사전에 마련되어야 합니다. 이에 따라 국가 인프라 및 정책·제도적 기반이 마련되고, 시장 수용성이 확보되는 시점부터 기존 고로 설비를 HyREX 설비로 단계적으로 전환할 계획입니다.

수소환원제철 기술 개발을 위한 국내외 협력 네트워크 강화

수소환원제철 기술은 국가 안보와 국민경제에 미치는 전략적 중요성이 인정되어, 2024년 1월 국가 전략기술로 선정되었습니다. 이어 2024년 5월에는 과학기술정보통신부의 ‘글로벌 R&D 플래그십 프로젝트’ 중 하나로 ‘한국형 수소환원제철용 철광석 최적화 기술개발(철강)’이 선정되었습니다. 포스코그룹은 이러한 국내 공감대를 바탕으로, 2030년 상용화 기술 개발을 목표로 국책과제와 연계한 ‘한국형 수소환원제철 실증사업’을 준비하고 있습니다. 또한, 글로벌 철강업계의 탈탄소 전환을 촉진하기 위해 다양한 기술 개발 협력에도 적극적으로 참여하고 있습니다.

특히, 포스코그룹은 2023년부터 글로벌 철강사들과 경쟁을 넘어 협력을 통해 탄소 감축 기술 개발을 가속화하고자 ‘HyREX R&D Partnership’을 운영하고 있습니다. 이 파트너십에는 글로벌 철강사, 원료사, 에너지사 등 총 19개 유관 기업이 참여하고 있으며, 2024년 11월에는 1차 컨퍼런스를 성공적으로 개최한 바 있습니다. 또한, 세계철강협회와 스웨덴 철강사 SSAB 등과 협력하여 2021년과 2022년에는 국제수소환원제철포럼(HylS Forum) 개최를 주도했으며, 2023년부터는 세계철강협회가 주관하는 혁신기술 컨퍼런스(Breakthrough Technology Conference)로 확대해 운영하고 있습니다.

▲‘2025 기후산업국제박람회’에 포스코그룹의 탈탄소 비전을 형상화한 콘텐츠가 전시되어있다. 포스코그룹은 한국형 수소환원제철(HyREX)을 중심으로, AI와 브릿지 기술을 통한 실질적 탄소감축, 청정 에너지 전환 확대를 추진하고 있다.

수소환원제철 기술부터 탄소감축 브릿지 기술, 에너지 전환을 아우르는 포스코그룹의 다양한 리얼옵션 전략은 철강산업의 탈탄소 실현에 한 걸음 더 가까워지는 핵심적인 역할을 할 것으로 기대합니다. 포스코그룹은 기술 혁신과 전략적 로드맵을 바탕으로 철강산업의 탈탄소 혁신을 향해 꾸준히 나아갈 예정인데요. 지속가능한 미래를 향한 포스코그룹의 탈탄소 여정, 함께 지켜봐 주세요!

최근 정치·경제적 불확실성 고조로 인한 경기 침체 위험과 주력 산업의 경쟁력 위기 속에서 국내 철강산업의 어려움은 더욱 가중되고 있다. 포스코그룹은 불확실한 환경에 기민하게 대응하는 한편, 지속가능한 경쟁력을 강화하기 위해서 고로 브릿지 기술(스크랩 사용량 증대, 고로 수소 취입 등) 개발, 수소환원제철 기술 조기 확보, CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage) 실증사업 등 탈탄소 전략 이행을 위한 지속적이고 책임감 있는 노력을 기울이고 있다.

최근 국회철강포럼에서 포스코그룹은 ‘철강산업 재도약을 위한 당면 과제와 정책’을 제언하며 철강산업의 위기 극복을 위한 정부 지원과 협력 필요성을 강조했는데, 위기를 겪고 있는 국내 철강산업 현황을 점검해 보고 포스코그룹의 탈탄소 전환 전략을 살펴보고자 한다.

I 관세전쟁, 수입재 범람, 탄소감축 압력의 삼중고에 빠진 국내 철강산업

글로벌 철강산업의 공급과잉 이슈가 재점화하고 있다. 글로벌 조강 능력의 절반을 차지하는 중국과 함께 인도, 동남아 등 주요 신흥국도 최근 능력 증강 레이스에 가세하면서 2024년 과잉 생산능력은 6억 톤에 육박하고 있으며, 2027년에는 7.2억톤까지 증가할 것으로 전망된다. 하지만 중국, 인도 등 신흥국들은 능력 감축 요구에 강하게 반발하면서 과잉 설비 해결은 요원한 상황이다.

전 세계적인 공급과잉 심화와 함께, 국내는 수요 부진과 경쟁 심화로 인해 조강 생산량 7천만 톤 및 내수 철강수요 5천만톤 체제가 붕괴되고, 주요 철강기업의 수익성은 악화일로를 걷고 있다. 이는 수치로도 드러나고 있는데, 실제 국내 주요 철강사의 영업이익률은 2021년 13.9%에서 2023년 5.0%로 급감한 데 이어, 2024년 2.8%로 또다시 감소했다.

그러나 현 위기에 더해 보호주의, 수입재 범람, 탄소장벽이라는 당면한 3대 위협은 한국 철강산업의 미래에 더 큰 위기요인이 되고 있다.

먼저 미국, EU, 일본 등 주요 국가들은 관세조치, 지원정책 확대 등 보호주의 강화를 통해 자국 철강산업 경쟁력 제고에 적극 나서고 있다. 집권 2기를 맞은 미국 트럼프 대통령은 올해 3월부터 무역확장법 232조를 근거로 모든 수입산 철강과 알루미늄 제품을 비롯해 철강 2차 제품에 대해 예외 없이 25%의 관세를 부과하고 있다. EU도 철강 세이프가드 등 무역 방어 조치를 강화하는 한편, 청정에너지의 경제적 공급 등 철강 경쟁력 제고 정책을 추진하고 있다.

또한, 중국이 한국 등 무역장벽이 낮은 시장으로 저가 철강재를 집중 수출하면서 2024년 국내 철강 수입침투율(=수입/내수)은 28%로, 동북아 3국 중 가장 높은 수준(일본 11%, 중국 1%)을 기록하고 있다. 특히 중후판, 열연 등 중국산 수입재가 2020년 이후 큰 폭으로 증가함으로써 국내 철강산업 기반을 잠식하고 있는 상황이다.

아울러 높아지는 탄소장벽 아래 탈탄소 우위를 점하기 위한 주요 국가들의 정책경쟁이 본격화하면서 국내 철강산업이 탈탄소 경쟁에서 뒤쳐질 가능성도 커지고 있다. 주요 경쟁 업체들은 수소환원제철 기술개발, 전기로 도입 등 탄소저감 혁신기술 개발에 집중하고 있으며, 막대한 투자비가 투입되는 탈탄소 전환을 지원하기 위해 유럽, 일본 등 주요국들은 다양한 정책 지원과 함께 정부와 철강산업 간 긴밀한 공조를 추진하고 있다.

I 철강은 全 산업의 필수소재이자, 탈탄소 경제 전환의 Key Enabler

도널드 트럼프 미국 대통령은 지난 3월 의회 연설에서 “철강이 없다면 군대도 없고, 국가를 오래 유지할 수도 없을 것”이라고 하며 철강의 중요성을 강조했다. 철강은 방위 산업을 비롯해 교량·항만·전력 등 인프라, 자동차·조선·가전 등의 핵심 소재이며, 기간산업으로서 철강산업이 흔들리면 전방 산업 전체에 연쇄적으로 큰 영향을 미친다.

또한 전기차, 재생에너지, 수소 인프라 등의 필수 소재로서 탄소저감, 고품질 철강재의 안정적인 공급은 친환경 미래산업의 성장을 좌우하기 때문에 철강산업의 탈탄소 전환을 위한 혁신 기술개발이 필수적이다. 수소환원제철은 탄소저감 강재 생산을 위한 대표적인 혁신 기술이며, 포스코는 이를 위한 실증사업 및 상용화 기술 개발을 추진하고 있다.

I 철강산업의 ‘탈탄소’를 이끌 한국형 수소환원제철, 어디까지 왔나?

탄소 배출을 획기적으로 줄일 수 있는 수소환원제철 기술은 철강 업계의 탈탄소 해법으로 꼽히고 있으며, 수소환원제철은 국가 경제 및 안보 측면의 전략적 중요성을 인정받아 지난해 2월 국가전략기술로 지정되기도 했다. 포스코는 파이넥스(FINEX)의 유동환원로 기술을 기반으로 가루 상태의 철광석을 수소로 환원시킨 후, 전기용융로(ESF·Electric Smelting Furnace) 설비를 활용하여 쇳물을 제조하는 한국형 수소환원제철 공법인 하이렉스(HyREX·Hydrogen Reduction Ironmaking) 기술을 개발하고 있다.

▲포스코는 지난해 1월 26일 포항제철소에 수소환원제철 개발센터를 개소하고 2030년 수소환원제철 상용 기술 개발 완료를 목표로 연구개발을 지속하고 있다.

현재 LAB-scale의 기술개발과 실증설비 기본 설계(Basic Design)는 완료된 상태이며, 2030년까지 수소환원제철 기술 상용화를 목표로 국책과제와 연계한 ‘한국형 수소환원제철 실증사업’의 예비타당성 조사가 진행되고 있다. 상용 기술의 개발은 민간에서 할 수 있지만, 실제 상용화 설비로 전환하려면 설비 투자와 매몰 비용을 포함해 약 40조 원이라는 천문학적인 비용이 들어간다. 이 정도 규모의 투자를 기업 단독으로 결정하기에는 어려운 상황이다.

실증사업 규모만 해도 약 8850억 원(정부 38%, 민간 62%)에 달한다. 게다가 수소환원제철은 무탄소 에너지와 청정수소 의존도가 높아 국가 차원의 인프라가 제대로 갖춰지지 않으면 경제성을 도출하기가 어렵다.

▲탈탄소 철강산업의 핵심인 포스코 수소환원제철 기술 HyREX 공정의 특징을 시각적으로 형상화한 모형. 4기의 유동환원로 설비와 전기용융로 설비를 나타낸다.

그리고 탄소저감 제품에 대한 시장 수용성 확보도 시급히 해결해야 과제이다. 이를 위해 한국산 철강과 탄소저감 소재 사용을 확대하는 법제화와 정책 지원이 필요하다는 목소리가 커지고 있다.

따라서 수소환원제철로 완전히 전환하기 전까지 국가온실가스감축목표(NDC)*를 달성하려면, 기존 고로 공정에서 탈탄소 원료와 스크랩 사용을 늘리고, 전기로를 도입하는 등 ‘브릿지(Bridge) 기술’을 활용한 탄소 저감이 가장 현실적인 대안이라고 볼 수 있다.

*국가온실가스감축목표(Nationally Determined Contribution·NDC) : 각 회원국이 온실가스 배출에 대한 책임과 역량을 고려해 자발적으로 얼마만큼의 온실가스 배출을 줄일 것인지를 유엔기후변화협약에 공식적으로 제출하는 계획.

I 수소환원제철 전환기를 대비하는 포스코그룹의 브릿지 기술

포스코는 현재 고로 기반의 철강 생산 공정에서 탄소배출을 줄이는 브릿지 기술로 수소환원제철 전환기를 대비하고 있다. 지난해 2월에는 약 6천억 원을 투자해 광양제철소 내 연산 250만 톤 규모의 대형 전기로 공장을 착공했으며, 이 공장은 내년에 준공되어 본격적인 가동에 들어갈 예정이다.

포스코는 전기로에서 생산한 쇳물을 바로 활용하거나 고로에서 생산한 쇳물과 혼합하는 용해스크랩 장입기술을 적용해 제품을 생산할 예정이다. 전기로를 조업하면서 발생하는 배가스는 스크랩 예열에 사용해 에너지 효율을 높일 계획이다. 전기로를 통해 연 250만 톤의 쇳물을 생산하면, 기존의 고로 방식 대비 연간 최대 약 350만 톤의 이산화탄소 감축 효과가 있을 것으로 기대하고 있다.

포스코는 기존 설비를 활용한 탈탄소 기술 개발(R&D)도 활발히 진행하고 있다. 이를 위해 HBI, 펠렛 등 탈탄소 원료 사용 및 고로 수소 취입기술 개발로 기존 고로에서 석탄 사용을 줄이고, 철스크랩 다량 사용을 위한 전로 HMR(Hot Metal Ratio)하향 및 상저취 전로 기술 개발과 CCUS(탄소포집·활용·저장) 기술 실증 등 다양한 노력을 하고 있다.

I 철강산업의 탈탄소 전환… 정부의 합리적 정책 지원이 절실

▲포항제철소 전경.

더 이상 탄소감축은 선택이 아닌 기업의 생존이 달린 문제이다. 포스코는 수소환원제철로 완전히 전환하기 전까지 국가 NDC 목표를 달성하면서도 철강산업의 경쟁력을 유지해야 하는 어려움에 처해 있다. 그러나 철강은 탈탄소 혁신 기술개발을 비롯한 무탄소 에너지 전환, 설비 전환 등 대규모 투자가 함께 이루어져야 하기 때문에, 단기간 내에 탈탄소 전환이 어려운 산업이다. 포스코는 이미 연간 수천억 원을 탄소감축에 투입하고 있으며, 앞으로도 NDC 달성을 위해 이를 지속적으로 확대할 전망이다.

현재 정부는 국내 배출권거래제 4기 진입(2026~2030년)을 위해 2024년 12월 기본계획 수립 후, 배출허용총량, 유·무상 할당비율 등을 포함한 상세 할당계획을 검토 중에 있다. 철강업계는 기존 3기 때 무상할당 100% 기조가 그대로 유지될 수 있도록 요청하고 있다.

중국, 일본 등은 철강업종에 대해 유상할당*을 적용하지 않거나 도입을 미루고 있는 상황이다. 유상할당을 확대하면 철강산업뿐만 아니라 자동차, 건설 등 연관 산업의 원가경쟁력이 악화할 우려가 크기 때문이다.

*유상할당 : 배출권(온실가스 배출 허용량)을 돈을 내고 사서 할당 받는 것을 의미. 반대로 무상할당은 공짜로 배출권을 받는 것을 말한다.

또, 발전부문 유상할당 비율 확대로 인해 제조업의 전기 요금이 크게 오를 것으로 예상된다. 이에 따라 철강업 등 제조업의 간접비용 상승*이 우려된다. 이러한 상황에서는 탄소 감축 목표 달성을 위한 자체 투자비와 함께 추가 비용 부담이 가중될 것으로 예상되므로, 철강을 비롯한 산업계가 전기요금 상승에 따른 부담을 완화할 수 있도록 정부 차원의 지원 정책이 절실하다.

*한국경제인협회(’25.4): 발전부문 유상할당 10%→50% 상향 시, 제조업 전체 5조원, 1차금속산업 3094억원 전기요금 상승 예상

배출권 할당량도 현실적으로 산정해야 한다. 자연재해, 설비보수 등으로 기준연도(배출권거래제 4기의 경우 2022년~2024년) 생산이 감소하면서 평균 배출량이 낮아져, 이 기준으로 할당량을 산정한다면 실제 감축 노력에도 불구하고 기업의 배출권 구매 부담이 과도하게 커질 우려가 있다. 생산량을 회복하는 경우에 추가 부담이 가중될 수 있으므로 기업 상황과 경쟁력을 반영한 현실적인 할당량 산정이 필요하다.

I 철강산업의 탈탄소 전환을 위한 세 가지 핵심 사항

최근 유럽에서 선도적으로 추진된 탈탄소 철강 프로젝트들의 잇따른 지연 사례는 기업의 기술개발 의지와 정부의 정책적 목표만으로는 실질적인 탈탄소 전환이 현실화하기 어렵다는 점을 시사한다. 글로벌 철강사 아르셀로미탈의 탈탄소 투자 공식 연기와 스웨덴 철강사 사브(SSAB)의 미국 내 HYBRIT 프로젝트 추진 철회는 시장의 불확실성, 청정수소 인프라 구축 지연과 높은 에너지 비용, 고금리 등의 제약이 산업 전환의 현실적 장애가 되고 있음을 보여주고 있다.

현재 국내 철강산업이 위기에 처한 상황에서 현실과 동떨어진 급진적인 탄소감축 요구는 철강산업뿐만 아니라 철강을 기초 소재로 하는 국가 제조업 전반의 경쟁력을 떨어뜨릴 우려가 있다. 일본의 GX와 같이 탈탄소 정책은 규제중심이 아닌 새로운 경제성장의 원동력과 산업경쟁력 확보라는 측면으로 접근해야 한다.

따라서 철강산업의 지속가능한 경쟁우위 확보를 위해서는 국가와 기업의 전향적인 협업(collaboration) 체제가 형성돼야 한다. 철강기업은 글로벌 요구 수준에 맞게 친환경 체질 혁신에 전력을 투구하는 한편, 정부는 ‘철강=안보’라는 관점에서 보다 세심하고 전폭적인 지원이 필요하다. 구체적으로 다음의 세 가지 지원책이 요구된다.

첫째는 ‘탄소 감축 목표 및 규제 합리화’이다. 여건을 종합적으로 고려한 합리적인 2035 국가 온실가스 감축 목표(NDC)의 수립과 함께 배출권거래제 4기(2026년~2030년)에도 무상할당 100% 유지가 필요하다.

둘째는 ‘탈탄소 친환경 생산체제 전환’을 위해 혁신적 탄소감축 기술에 대한 국가 R&D 개발, 기술 상용화, 운영 및 매몰비용 등 지원범위 확대와 함께 대기업/다배출 온실가스 감축시설 투자에 대한 세액공제가 확대돼야 한다.

이에 더해, 정부 공공조달 제도를 활용하여 탄소저감 강재에 대한 초기 시장 창출을 통해 수요 불확실성을 해소하고, 철강산업의 탄소감축 기술 개발이 지속될 수 있는 선순환 체계를 구축해야 한다. 아울러, 철강사의 탄소감축 비용이 공급망 전반에 걸쳐 정부·수요기업 등과 공동 분담하는 방식도 함께 고려돼야 한다.

마지막으로 ‘청정에너지 인프라 조성’ 측면에서 경제적인 대규모 청정수소와 무탄소 에너지 공급 인프라 확대가 필수적이다. 전력망과 같이 정부 주도로 대규모 청정수소 공급망 및 산업 공동 사용이 가능한 대용량 무탄소에너지 기반 시설 구축이 필요하다.

글로벌 경기 둔화와 에너지·기후 이슈 등 복합적인 불확실성이 가중되는 가운데, 국내 철강산업은 생존과 탈탄소 전환이라는 이중 과제에 직면해 있다. 이러한 도전적 상황을 슬기롭게 해결하기 위해서는, 철강산업 경쟁력 강화와 탄소중립 전환을 함께 뒷받침할 수 있는 철강산업 육성 특별법 제정을 통해, 정부가 관련 규제 체계와 산업 육성, 에너지 인프라 구축 전략 간 조율을 바탕으로 효율적이고 일관된 정책 뒷받침이 이루어져야 한다.

포스코그룹이 2024년 9월 4일부터 6일까지 부산 벡스코에서 개최된 ‘2024 기후산업국제박람회’에 참여해 그룹차원의 탄소저감 역량과 시너지를 선보였습니다. 지속가능한 미래를 위해 한걸음 한걸음 나아가는 포스코그룹의 여정을 ‘2024기후산업국제박람회’에서 만나봅니다.

각종 환경오염, 지구온난화 등으로 전세계 곳곳에서 심각한 이상기후 현상이 점점 늘어나고 있습니다. 급변하는 기후 위기를 극복하기 위해 각 국가 및 주요 기업들이 탄소중립 정책을 마련하고 적극적인 대응에 나서고 있죠.

포스코그룹도 저탄소 철강시대를 선도하겠다는 의지를 표명하고 각 사업 전반에서 탄소저감을 위한 중장기 전략 실천 및 기술 개발에 힘쓰고 있습니다.

▲지난 9월 4일 부산 벡스코에서 개최된 <2024 기후산업국제박람회>에 포스코그룹이 통합 전시관을 운영했다.

포스코그룹은 지난 9월 4일 부산 벡스코에서 개최된 ‘2024 기후산업국제박람회’에 참여해 탄소저감을 위한 강한 의지와 노력을 선보이는 자리를 마련했습니다. <기후산업국제박람회(World Climate Industry EXPO : WCE)>는 전 세계 기후위기 해결 및 에너지 안보를 강화하기 위해 산업통상자원부, 환경부, 국제에너지기구(IEA) 등이 주최하는 국제 행사로, 올해는 ‘기후기술로 열어가는 무탄소에너지(CFE) 시대’를 주제로 무탄소에너지 확산을 위한 국제적인 공조 필요성을 논의했습니다.

▲관람객들이 포스코형 수소환원제철 하이렉스(HyREX) 모형을 관람하고 있다.

포스코그룹은 포스코형 수소환원제철기술 ‘하이렉스(HyREX)’를 기반으로 한 철강 사업을 비롯, 각 사업 전반에서 탄소저감 역량과 경쟁력을 선보였는데요. 올해 처음으로 통합 전시관을 운영해 그룹사 사업 간 시너지를 강조했습니다. 포스코홀딩스, 포스코, 포스코인터내셔널, 포스코이앤씨, 포스코퓨처엠, 포스코모빌리티솔루션 등 6개 그룹사의 탄소저감 기술과 사업 현황을 한 자리에서 확인할 수 있는 만큼 전시 부스도 전년에 비해 웅장한 규모를 자랑했습니다.

▲포스코그룹 전시관을 방문한 한덕수 국무총리가 2024년 7월 생산된 포스코 한국형 수소환원제철 하이렉스(HyREX) 시제품을 들고 기념촬영을 하고 있다. (오른쪽 두번째부터) 이시우 포스코 대표이사 사장, 한덕수 국무총리, 최남호 산업부2차관, 포스코홀딩스 김희 탄소중립전략담당.

▲포스코그룹 전시관을 방문한 한덕수 국무총리가 포스코홀딩스 김희 탄소중립전략담당의 설명을 듣고 있다.

이번 박람회에는 한덕수 국무총리, 최남호 산업부2차관, 박형준 부산시장, 김상협 탄소중립녹색성장위원회 위원장 등 행사에 참석한 정부 주요 인사들이 포스코그룹 부스를 방문해 포스코그룹의 탄소저감 여정에 대한 깊은 관심을 보여주었습니다. 포스코그룹에서는 포스코 이시우 대표이사 사장, 포스코홀딩스 천성래 탄소중립팀장이 참석하여 정부 주요 인사들에게 포스코그룹의 탄소저감 시너지를 소개했습니다.

박람회 2일차에 포스코그룹 전시관을 방문한 한덕수 국무총리는 한국형 수소환원제철 HyREX 모형을 유심히 살펴보며 포스코 이시우 대표이사 사장과 기술과 관련해 한참 이야기를 나누기도 했는데요. 한덕수 국무총리는 국가전략기술로서 수소환원제철 기술 개발의 중요성과 산업부와의 협력을 강조하며, 제철소의 탄소저감을 위한 대량의 청정수소 수급과 관련해 무탄소에너지(CFE) 관점에서 원전을 활용할 수 있도록 산업부의 지원을 당부했습니다.

지금부터 포스코그룹의 전시관을 자세히 살펴볼까요? 먼저 상단에 설치된 여러 개의 스크린이 눈길을 사로잡았는데요. 메인 테마인 HyREX를 중심으로 청정수소 생산, 저탄소에너지발전, 미래모빌리티용 소재 사업 등 포스코그룹의 전후방 산업의 탄소저감 시너지가 미디어 파사드로 표현되어 관람객들의 발걸음을 멈추게했습니다.

부스 메인 전시존에는 저탄소 철강 산업의 핵심인 포스코 수소환원제철기술 HyREX 공정의 특징을 시각적으로 형상화한 콘텐츠가 설치되었습니다. 4기의 유동환원로 설비와 전기용융로 설비, 원전을 통한 대량의 수소 조달 계획이 모형으로 제작되어 관람객들의 이해를 도왔습니다.

포스코의 HyREX 기술은 석탄 대신 수소를 활용해 탄소 발생을 줄이는 혁신적인 철강생산 기술입니다. 포스코 파이넥스(FINEX) 유동환원로 기술을 기반으로 가루 상태의 철광석과 청정수소를 사용해 만든 직접환원철을 전기로에 녹여 쇳물을 제조하는 방식인데요. 포스코의 HyREX 기술은 가루 상태의 철광석을 그대로 사용할 수 있기 때문에 경쟁사의 수소환원제철 기술 대비, 원료 제한 없이 경제적으로 쇳물을 생산할 수 있는 강점이 있습니다. 포스코는 앞으로 HyREX 공정에 사용하는 전력 역시 무탄소 에너지로 대체할 예정입니다.

▲제선•제강 공정의 실제 원료들이 전시되어 있는 탄소저감 브릿지 기술 전시 부스 모습.

미래 수소환원제철로의 궁극적인 전환을 위해 포스코그룹은 현재 어떤 노력을 하고 있는지 상세히 둘러볼까요? 먼저 포스코의 탄소저감 브릿지 기술을 빼놓을 수 없는데요. ‘브릿지 기술’은 기존 설비를 활용하여 탄소저감 철강 제품을 생산하는 공정 기술을 말합니다. 포스코는 HyREX 기술이 상용화 되기 전 현재 고로 생산 방식에서도 점진적으로 탄소 배출을 줄이기 위해 노력하고 있습니다. 특히 이산화탄소 배출이 많은 제선, 제강 공정에서도 탄소저감 연•원료 기반 고로 공정 및 전로와 전기로를 도입할 계획입니다.

수소를 활용해 이산화탄소 배출을 줄이는 수소환원제철 공정에서는 수소의 역할이 매우 중요한데요. 포스코홀딩스 미래기술연구원은 700℃ 이상의 고온에서 스팀을 전기 분해하여 수소를 생산하는 ‘고온수전해’ 기술을 개발 중입니다. 앞으로 가동 원전 및 소형원자로(SMR) 등 차세대 원전과 연계하여 HyREX 전환에 필수적인 청정수소를 국내에서 경제적으로 생산할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 포스코홀딩스는 현재 5kw급 스택 제작 기술을 보유하고 있으며, 이를 모듈화하여 대량 생산 기술을 준비 중이라고 하는데요. 이를 완성하게 되면 수소환원제철 공정에 안정적인 대량 수소 공급이 가능해질 전망입니다.

산업 전반에서 ‘탄소 포집 및 저장 활용’ 기술은 저탄소 전환의 핵심 키로 주목받고 있죠. 포스코홀딩스는 제철 공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집하여 저장하는 CCUS(이산화탄소 포집·활용·저장) 기술 개발을 위해 민관과 합동해 국가연구개발 사업을 진행하고 있습니다. 또한 포집한 이산화탄소로 액체탄산을 생산하고, 광물탄산화로 이산화탄소를 육상저장하는 기술의 상용화를 추진 중에 있습니다.

‘2024 기후산업국제박람회’에서 만나본 포스코그룹의 탄소저감 기술, 어떠셨나요? 철강을 중심으로한 탄소저감의 필요성 및 역량, 그룹사의 시너지를 한눈에 확인할 수 있었던 시간이었습니다.

▲(왼쪽)이시우 포스코 대표이사 사장이 포스코그룹 통합 전시관을 관람하고 있다. (오른쪽)2024년 7월 생산된 포스코 한국형 수소환원제철 하이렉스(HyREX) 시제품 모습.

포스코는 지난 1월 포항제철소에 수소환원제철 개발센터를 개소하고 2030년까지 수소환원제철 상용 기술 개발 완료를 목표로 연구개발을 지속하고 있습니다. 최근 수소환원제철기술이 철강산업의 전략적 중요성과 국민경제에 미치는 영향력을 인정받아 국가전략기술로 선정되기도 했는데요. 이에 따라 탄소저감 실현의 핵심 키가 될 포스코형 HyREX 개발에도 가속도가 붙을 예정입니다.

앞으로 포스코그룹은 우수한 기술력과 지속적인 연구개발을 바탕으로 사업 전반에서 협력해 탄소저감 목표를 실현할 계획입니다. 포스코그룹이 보여줄 지속가능한 미래를 기대해주세요!

포스코가 2023년 12월 5일부터 12월 7일까지 아랍에미리트 아부다비에서 열린 ‘혁신기술 콘퍼런스’에 참가해 포스코형 수소환원제철(HyREX)을 소개하고 회사의 탄소중립 비전을 알렸습니다. 세계 각국의 철강사와 수소환원제철 및 탄소중립을 치열하게 논의했던 혁신기술 콘퍼런스 현장을 소개합니다.

‘혁신기술 콘퍼런스(Breakthrough Technology Conference)’는 포스코가 2021년에 세계 최초로 서울에서 개최한 ‘수소환원제철 국제포럼(Hydrogen Iron&Steel Making Forum)’의 주제와 참석 범위를 확대해 세계철강협회 주관으로 올해 처음 개최한 행사입니다.

혁신기술 콘퍼런스에는 철강사뿐 아니라 연구기관, 엔지니어링 업체 등 관계자 총 300여 명이 참석해 수소환원제철, CCUS(탄소 포집·활용·저장), 전기로 등 저탄소 기술분야를 전반적으로 논의했습니다.

포스코는 이번 혁신기술 콘퍼런스에서 포스코의 탄소중립 전략과 포스코 고유의 수소환원제철 기술인 ‘하이렉스(HyREX, Hydrogen Reduction)’를 집중적으로 알렸습니다. 콘퍼런스는 최정우 포스코그룹 회장의 연설로 포문을 열었습니다. 최정우 회장은 기조연설을 통해 대체할 수 없는 소재인 철의 중요성을 강조하며 전 세계 철강사들이 탄소중립을 위해 노력해야 하는 작금의 상황을 알렸습니다. 또한 포스코의 경우 1992년에 이미 파이넥스(FINEX)라는 수소를 활용한 고유의 제철기술을 개발하기 시작해 현재 수소를 100% 활용하는 하이렉스(HyREX) 기술 개발에 노력하고 있다고 했습니다.

▲최정우 포스코그룹 회장이 12월 5일 아부다비 ‘혁신기술 콘퍼런스’ 오프닝 세션에서 연설을 하고 있다.

이어 주세돈 기술연구원장이 포스코의 2050년 탄소중립 달성을 위한 마스터 전략을 발표했습니다. 저탄소 제철 기술, CCUS, 하이렉스(HyREX)까지 포스코의 탄소중립 활동을 전 세계에 알렸습니다.

▲주세돈 기술연구원장이 12월 5일 아부다비 ‘혁신기술 콘퍼런스’ 기조 연설에서 포스코 탄소중립 전략을 발표하고 있다.

마지막으로 신명균 연구소장이 포스코형 수소환원제철 기술인 하이렉스(HyREX)를 상세히 소개했습니다. 수소환원에 대한 기술 업데이트 현황, 수소 환원 테스트 결과, 수소환원제철 부지 등 포스코의 하이렉스(HyREX) 기술을 전 세계 철강사 공동의 발전을 위해서 기꺼이 공유했습니다. 그래서일까요? 많은 철강사들이 포스코의 발표 내용을 담고자 사진을 찍는 모습이 눈에 띄었습니다. 특히 포스코의 발표 자료 페이지가 넘어갈 때마다 연신 사진 촬영을 하는 일본 철강사 직원의 모습이 인상적이었습니다.

행사장 내외에서 참석자들의 외교전 또한 치열했습니다. 콘퍼런스 본 행사 하루 전에는 참석자들이 자유롭게 교류할 수 있도록 세계철강협회에서 환영 리셉션을 마련했습니다. 이 자리에는 세계철강협회, 철강사, 엔지니어링사 등 다양한 업체 관계자들이 참석했습니다. 아부다비의 아름다운 저녁 불빛 아래 포스코 참석자들도 활발히 철강 외교전을 펼쳤습니다.

첫째 날 공식 만찬에서도 치열한 외교전이 이어졌습니다. 특히 행사장 로비의 스탠딩 테이블에서 참석자들이 만찬 전 자유롭게 네트워킹을 하는 모습이 인상적이었습니다. 환영 리셉션보다 더 많은 참석자들이 참여해 교류를 이어나갔고, 이날 역시 포스코 직원들은 쉴 새 없이 철강 외교에 최선을 다하는 모습이었습니다.

▲(왼쪽) 천성래 포스코홀딩스 철강팀장과 이재완 포스코홀딩스 국제협력팀장이 에드윈 바송(Edwin Basson) 세계철강협회 사무총장과 12월 5일 열린 공식 만찬에서 환담을 나누고 있다. (오른쪽) 주세돈 기술연구원장과 김기수 기술연구원 공정연구소장이 마이클 세터달(Michael Setterdahl) 前 미국 리버티 스틸(Liberty Steel) CEO와 교류하고 있다.

이번 현장 취재에서는 콘퍼런스에 참여한 세계철강협회, 철강사, 엔지니어링사 등 다양한 관계자들을 인터뷰했습니다. 세계의 철강 관계자들은 포스코의 탄소중립 여정을 어떻게 바라보는지 확인해 보시죠.

콘퍼런스가 진행되는 동안 포스코형 수소환원제철(HyREX)에 대한 글로벌 핵심인사들의 관심이 뜨거웠습니다. 포스코는 이번 혁신기술 콘퍼런스에서처럼 앞으로도 수소환원제철 기술을 선도하고 그 중요성을 알리는 데 앞장설 것입니다. 탄소중립을 향한 포스코의 노력과 저탄소 기술에 많은 관심 부탁드립니다!

알면 알수록 신나는 포스코! 포스코TV <알신포> 시즌2 1편에서
가수 카더가든이 일일 취재기자로 변신, 수소환원제철 기술에 대하여 집중 취재를 하고 왔다는데요.
다양한 미션과 인터뷰를 진행하며 포항제철소 파이넥스 공장을 체험하고 온 카더가든
그 생생한 현장을 함께 만나 보겠습니다. <편집실>

안녕하세요. 가수 카더가든(본명,차정원)입니다. 제가 갑자기 포스코에 온 이유가 궁금하신가요? 저는 사실 포스코와 인연이 깊은데요. 작년 냉천범람으로 인해 포항제철소에서 수해복구 작업이 한창일 때 위로의 노래를 부르기도 했고요. 제가 또 헬스장에서 철로 된 운동기구도 많이 들었다 놨다 하거든요. 하하

그 깊은 인연으로 제가 이번 <알신포> 시즌2의 취재기자를 맡게 됐습니다! 모든 열정을 불살라서 열심히 취재하고 왔는데요. 아무래도 초보 기자인 제가 걱정됐는지 포스코의 유능한 사원 포석호 씨를 불러주셨더라고요! 덕분에 긴장도 좀 풀리고 재미있게 다녀왔습니다.

오늘 취재의 첫 미션 카드! 석호 씨와 제가 도착한 곳은 한 연구소였는데요. 시끌벅적한 소리가 들리는 곳으로 가보니, 남자 세 분이 오붓하게 케이크를 나눠먹고 계시더라고요. 포스코 기술연구원분들이셨는데 직원 한 분이 생일이라 파티 중이셨대요.

저 카더가든을 아시는지 조심스레… 여쭈었더니, 한 분이 갑자기 엄청난 노래 실력을 뽐내시는 게 아니겠어요? 저도 질 수 없죠! 저의 답가가 기분 좋은 생일 선물이 되었으면 하네요. 그럼 이제 본론으로 돌아가 저는 미션을 풀기 위해 연구원분들에게 도움을 구했는데요

미션 카드를 보여드리자마자 다들 당연히 알겠다는 듯한 미소를 보이셨습니다. 바로 미션 카드 속 숫자와 그림은 수소환원제철과 관련된 이야기였던 것이죠.

물방울은 수소를 표현한 것이고, 숫자 25와 100은 ‘파이넥스(FINEX)’라는 유동환원로기술로 수소 25%를 환원제로 사용해 왔었는데, 그것을 100%까지 늘리겠다는 의미라고 해요. 쉽게 말하면 25%만 사용하던 수소를 100%까지 끌어올린다는 것이죠.

자! 이렇게 연구원분들께 도움을 받아 첫 번째 미션을 완료했습니다. 그런데 여기서 ‘파이넥스’라는 생소하면서 신비로운 이름을 듣고 호기심이 생겼는데요. 수소로 만드는 철이라니! 명색이 취재기자인데 안 가볼 수 없겠죠? 당장 파이넥스 공장으로 달려갔습니다!

석호 씨와 파이넥스 공장에 도착했는데요. 오자마자 미션 카드를 또 주시더라고요! 이번엔 믹서기(?) 4개에 당근주스가 담겨 있는 것 같은 그림이 그려져 있었는데요. 역시나 어떤 의미인지 전혀 모르겠더라고요. 미션을 풀기 위해 파이넥스 공장 안으로 들어갔습니다.

안으로 들어가니 파이넥스 3공장 운전실 이창형 리더님이 따뜻하게 맞이해 주셨습니다! 그런데 방송국 중계실 같은 느낌이 들어 여쭤봤더니 여기는 공장을 모니터링할 수 있는 곳이라고 해요. 내부 온도가 3000도 가까이 되기 때문에 여러 센서들을 달아놓고 긴급한 상황이 생겼을 때 해결할 수 있도록 하는 곳이라고 합니다! 그래서 여기서 근무하시는 분들은 순발력이 필수라고 하네요.

이제 본격적으로 취재를 시작했는데요. 아까 연구실에서 들었던 파이넥스 기술에 대한 질문을 드렸습니다. 대체 어떻게 탄소 배출을 줄이고 있는 건지 여쭤봤더니 리더님이 신나게 설명해 주셨어요. 파이넥스 기술은 유동환원로라는 설비를 이용한다고 해요. 고로 내에서 동시에 이루어지던 공정들을 분리해 유동환원로에서 단계적 환원 과정을 거치게 되는 것이죠. 파이넥스 누계 생산량은 3,500만 톤으로 세계 최대 생산량이라고 합니다.

답변을 듣고 나니 공장을 직접 체험해 볼 순 없는 건지 아쉬움이 들어 리더님께 말씀드렸는데요. 쇳물이 끓는 용융로는 들어가 보기 힘들지만 공장 안은 가볼 수 있다고 하셔서 안전모와 마스크, 고글을 끼고 공장으로 향했습니다!

리더님을 따라 용융로타워 위쪽으로 올라가봤는데 그곳에서 ‘유동환원로’라는 설비가 한눈에 들어오더라고요. 그런데 아까 미션 카드에서 본 믹서기(?)가 있는 게 아니겠어요? 실제로 보니 엄청난 크기와 포스에 압도됐습니다.

리더님은 보여줄 설비가 한 가지 더 있다며 저를 이끌었는데요. 이번에는 PSA 설비였어요. 배출되는 이산화탄소를 포집하여 제거해 주는 공정을 CCUS라고 하는데요. 이 설비를 통해 CCUS* 기술을 적용하면 이산화탄소 배출을 50%나 절감할 수 있답니다. 전 세계에서도 포항 FINEX 공장에서 세계 최대 규모의 PSA설비(3FINEX : 20개 , 2FINEX : 14개)를 보유한만큼 CCUS 기술은 당연히 포스코가 일등이겠죠?

* CCUS (탄소 포집 .활용. 저장 기술) : carbon capture, utilization and storage

두 번째 미션을 끝내니 점심시간이 돼 다 같이 구내식당으로 이동해서 식사를 했는데요. 조금 여유롭게 있어볼까 했는데, 맛있는 철(?)로 식사를 마친 석호 씨가 새로운 미션 카드를 주더라고요. ‘2050’이라는 숫자는 대체 어떤 의미일까요?

같이 식사하던 부장님께서 실험동에 힌트가 있을 거라고 하셔서 바로 이동! 이곳은 파이넥스처럼 대량으로 작업하기 전 조금씩 연구를 해보는 소형유동환원 장치가 있었어요. 원래는 소형 장치로 실험하다가 최근 중형 장치로 늘렸다고 하는데요. 머지않아 이 공정이 상용 설비까지 업그레이드 될 거라고 하셨습니다! 정말 탄소 배출 없이 물로 철을 만드는 미래 제철소가 다가오고 있네요.

더 안쪽으로 들어가니 ‘상온유동층모사’라는 실험 장치가 있었는데요. 연구원님 말씀을 들어보니 이 장치에 광석을 넣으면 어떻게 움직이는지 볼 수 있다고 해요. 간단하게 유동로를 체험하는 장치라고 생각하면 되겠습니다!

특별히 직접 광석을 넣어 볼 수 있게 도와주셨는데요. 제가 연구에 참여했다니 너무 설레는 시간이었습니다. 광석을 넣으니 바로 끓는 모습이 보이더라고요. 수소 100%일 때 환원 유동이 어떻게 되는지 차이가 있을 수 있기 때문에 직접 실험해서 설정한다고 해요.

이처럼 현장과 연구원의 끊임없는 도전으로 2030년 까지 하이렉스(HyREX) 상용 기술 개발을 완료한 후 2050년까지 포항, 광양 제철소의 기존 고로 설비를 단계적으로 수소환원제철로 전환해 ‘2050 탄소중립’을 달성할 계획이라고 해요!

뭔가 엄청난 비밀을 알아버린 거 같아 두근두근했는데요. 잠깐 여기서 ‘2050’ 왠지 낯익은 숫자 아닌가요? 바로 미션 카드 속 숫자입니다! 2050은 탄소중립 실현을 말한 거였네요.

이렇게 마지막 미션을 완료하니 어렵게만 생각했던 포스코 기술들이 쉽게 와닿았습니다. 과연 다음에 방문했을 때 포스코는 어떤 모습일까요? 환경과 미래를 모두 다 잡을 2050 수소환원제철 건립을 응원하며 취재를 도와주신 기술연구원 이준혁 부장님, 라기호 수석연구원님과 파이넥스 공장 이창형 리더님, 그리고 귀염둥이 석호 씨에게 감사 인사드립니다. 그럼 일일 취재기자 카더가든이었습니다!

▼카더가든 취재기 영상으로 만나보기!

지구가 뜨거워지면서 사막화, 해수면 상승, 생태계 변화 등 전 세계적 기후위기가 가속화되고 있다. 지난 2018년에 개최된 IPCC 총회에서 채택한 ‘지구온난화 1.5℃ 특별보고서’에 따르면, 지구 온도 상승 폭을 1.5도로 제한해야 인류 생존의 마지막 위협 상황을 막을 수 있다고 보고 있다.
*IPCC : 전지구적 위기인 기후변화에 대처하기 위해 세계기상기구(WMO)와 유엔환경계획(UNEP)이 1988년 공동으로 설립한 국제기구

지구온난화의 마지노선이라 볼 수 있는 ‘1.5도’ 기후목표 달성을 위해 탄소중립을 선언·지지한 나라가 136개국(’21.10월 기준)에 이르며, 대부분의 나라들이 온실가스 감축목표를 이전보다 대폭 상향하고 있다. 우리나라의 경우 2030 NDC(국가 온실가스 감축목표)를 기준 목표인 2018년 대비 26.3% 보다 상향된 2018년 대비 40% 산정해 탄소중립 의지를 확실히 보여주고 있다. 이 목표를 달성하려면 2030년까지 온실가스 배출량을 4억 3,660만 톤으로 줄여야 한다.

l 온실가스 다량 배출 기업 탈피를 위한 대전환 준비

우리나라가 2030년까지 매년 4.17%씩 온실가스 배출량을 줄이기 위해서는 산업 부문에서 효과적인 감축전략을 내세워야 하는 상황이다. 특히, 철강산업은 국내 산업 부문 온실가스 배출량의 39%를 차지할 만큼 탄소배출이 많은 대표적인 산업군이다. 철은 1톤 생산할 때마다 1.8톤의 이산화탄소를 배출하는 대표적인 탄소 집약적 제품이란 이유로 인간에게 없어서는 안 될 필수 자원이면서 지구온난화의 주범 중 하나로 여겨지는 이중적인 존재가 되었다. 이러한 ‘철의 딜레마’를 해결하기 위해 철강업계는 체질개선에 나서고 있다.

대표적으로 포스코는 2020년 아시아 철강사 최초로 ‘2050 탄소중립’을 선언하면서 ESG 경영에 박차를 가하고 있다. 포스코그룹은 1.5℃ 시나리오를 연계해 ‘지속가능한 미래소재 대표기업’으로 사업구조 전환을 추진하고 있다. 포스코의 2017~2019년 평균 탄소 배출량인 총 78.8백만 톤으로 사업장감축과 사회적감축 수단을 병행해 2030년에는 10%, 2040년에는 50% 감축하고, 궁극적으로 2050년 탄소 중립을 달성하고자 한다.

l 전 세계가 주목하는 탄소가격세

포스코가 지속가능한 사업을 확대한 이유 중 하나가 유럽을 중심으로 ‘탄소국경조정제도’가 추진되었기 때문이다. 이 제도는 수입자가 철강, 시멘트, 알루미늄 등 품목별 탄소 함유량에 상응하는 양의 ‘인증서’를 의무적으로 구매하는 것을 뜻하며, 탄소배출량이 많을수록 수입 시 비용 부담이 가중된다는 것이 핵심이다. 오는 2026년에 본격적인 시행을 앞두고 있어, 대유럽 철강제품 수출국 중 5위를 차지하는 우리나라가 영향을 많이 받을 것으로 전망되고 있다.

또한 EU에서는 2005년 세계 최초로 ‘EU 탄소배출권 거래제(ETS : Emissions Trading Scheme)’를 도입해 산업부문 온실가스 감축에 핵심 정책수단으로 운영되고 있다. 탄소배출권 거래제는 국가별로 온실가스 배출 허용량을 할당받고 허용량보다 적게 배출할 경우 남은 배출권을 팔아 이익을 누릴 수 있게 하는 제도이다. 이를 통해 각국이 자발적으로 온실가스를 줄이도록 유도해 탄소 배출이 불가피한 철강산업에 있어 온실가스 저감 기술 개발이 미래 생존의 중요한 열쇠가 될 것으로 보인다.

포스코는 점차 강화되고 있는 탄소감축 규제에 대응하고 산업의 글로벌 경쟁력을 갖추기 위해 2050 탄소중립을 선언하고 지속가능한 생산·판매 체제로의 전환을 추진하고 있다. 1단계에서는 에너지효율 향상과 경제적 저탄소 연·원료 대체 추진, 2단계에서는 스크랩 활용 고도화와 CCUS(탄소포집저장 활용)기술을 적용하고, 3단계에서는 기존 파이넥스(FINEX) 기반의 수소환원제철 기술을 개발해 궁극적으로 철강 공정에서 CO₂가 발생하지 않는 것이 목표이다.

기존 제철기술은 고로에 석탄을 투입해 발생한 일산화탄소를 철광석의 환원제로 활용해 철을 얻어내는 방식이다. 이 과정에서 이산화탄소가 발생해 온실가스 문제가 지적돼 왔다. 이에 반해 수소환원제철 공정은 석탄 대신 철광석과 수소가 반응해 순수한 물이 발생하기 때문에 철강업계 탄소저감을 위한 솔루션으로 꼽힌다.다시 말해 수소환원제철은 100% 수소를 사용해 직접환원철(DRI)을 만들고 이를 전기로에서 녹여 쇳물을 생산하는 기술로, 그 과정에서 탄소 배출이 없기 때문에 탄소저감 대응을 위한 핵심 경쟁요소라 할 수 있다.

l 포스코, 대규모 그린수소 생산체제 구축

포스코는 현재 수소가 25% 포함된 환원가스를 사용하는 파이넥스의 유동환원로 기술을 발전시켜 2030년까지 포스코형 수소환원제철 모델 ‘하이렉스(HyREX)’ 기술을 완성하는 것을 목표로 하고 있다. 다만 저품위의 분철광석으로 사용하는 하이렉스에서 생산된 DRI 품질은 상대적으로 낮을 전망이다. 이에 포스코는 저품위 DRI를 용해하는데 적합한 전기로인 ESF(Electric Smelting Furnace) 기술을 개발해 최적의 수소환원제철 체계를 갖춰 저탄소 녹색성장이라는 미래의 환경 변화에 적극적으로 대응해 나가고 있다.

지난 2021년 클라이밋 액션 100+와 IIGCC는 철강산업 넷제로(Net Zero) 전략보고서를 통해 포스코가 수소 매출 30조 원을 목표로 대규모 그린수소 생산체제를 구축 중인 유일한 주요 철강사라고 평가한 바 있다.  대표 사례로서 포스코가 소개된 만큼 지속가능한 철강 생산체제 전환에 더욱 속도를 낼 것으로 보인다. 석탄 사용 저감 기술과 신규 전기로 도입 등을 통해 저탄소 제품 수요에 대응하고, 수소환원제철 데모플랜트를 조기 구축하기 위한 기술개발에도 나서는 등 브랜드 포트폴리오 확대를 통한 수익성 개선에도 주력할 계획이다. 철강 탈탄소화 노력에서 한발 더 나아가 그룹 차원에서 이차전지 소재, 수소 등 순환경제 시대에 필수적인 소재를 공급하는 신사업 기회를 발굴해나갈 포스코의 행보가 기대된다.

포스코그룹이 1월 16일 서울 포스코센터에서 그룹 수소 밸류체인을 소개하는 ‘포스코 수소 월드(POSCO hydrogen world)’ 특별전을 개막했다.

포스코그룹은 지난해 9월 킨텍스에서 열린 국내 최대 수소산업 전시회인 ‘2022 H2 MEET’에서 선보인 포스코그룹 수소사업에 대해 다시 한번 알리고자 이번 특별전을 마련했다.

특히, 이번 전시에는 △포스코 △포스코인터내셔널 △포스코건설 △포스코모빌리티솔루션 △RIST가 참여해 수소 생산부터 운송, 저장, 활용 단계까지 포스코그룹이 쌓아온 기술력과 차별화된 제품 등을 선보이고 있다.

▲포스코그룹이 1월 16일 서울 포스코센터에서 그룹 수소 밸류체인을 소개하는 포스코 수소 월드 특별전을 개최했다.

포스코그룹은 이번 특별전에서 △수소시너지존 △ 수소생산기술존 △수소플랜트존 △CCS·해외인프라존 △수소강재존 △수소모빌리티존 △수소저장·활용 등 총 7개 테마 존을 마련했다. 전시관 입구에는 포스코그룹의 수소사업 포트폴리오와 밸류체인 전반을 소개하는 영상을 상영한다.

▲ 수소시너지존에 설치한 수소환원제철 모형이다.

먼저, 수소시너지존에는 수소생산, 수소환원제철 모형을 설치해 관람객들이 수소 생산과정을 쉽게 이해할 수 있도록 했다. 특히, 호주, 말레이시아, 오만 등 6개국의 수소생산 프로젝트를 영상으로 선보여 현지 수소 제조공정과 생산설비를 소개한다. 이를 통해 관람객들은 석탄 대신 수소로 저탄소 철강을 만드는 수소 환원제철의 원리와 미래의 가상 수소환원 제철소 모습을 확인할 수 있다.

▲수소생산기술존 전시부스의 모습이다.

수소생산기술존에서는 고온에서 물을 전기 분해해 수소를 생산하는 고온 수전해 기술과 암모니아로 수소를 만드는 암모니아 크래킹(분해) 기술과 중조(베이킹소다)를 활용한 블루수소 생산기술도 확인할 수 있다.

▲ 수소플랜트존에 설치한 그린수소 생산 플랜트 모형이다.

수소플랜트존에는 올해 1월 종합 에너지사업회사로 발돋움한 포스코인터내셔널의 수소혼소발전, 해외복합터미널, 탄소 포집·저장기술(CCS)* 사업 현황과 포스코건설의 수소사업 EPC** 역량을 소개했다.
*탄소 포집·저장기술(CCS) : Carbon Capture and Storage의 약자로, 대기 중에 있는 이산화탄소뿐 아니라 산업 공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집해 활용하거나 저장하는 기술을 말한다.
**EPC : Engineering, Procurement, Construction의 약자로, 설계·조달·시공을 말한다.

▲ 수소 운송·저장·활용 강재(왼쪽)와 구동모터코어(오른쪽) 전시부스의 모습이다.

이외에도 포스코그룹의 강재·솔루션을 적용한 △수소 운송·저장·활용 강재 △수소차 연료전지 금속분리판용 스테인리스 △구동모터코어 등을 선보였다.

서울 포스코센터 1층 로비에서 2월 28일까지 열리는 이번 특별전은 예약절차 없이 누구나 관람할 수 있다.

포스코그룹은 앞으로도 미래 성장동력인 수소사업 밸류체인에 대한 대외 이해관계자들의 이해를 높이고 수소 분야 그룹사간 협업체계를 지속 강화해 나갈 예정이다. 포스코그룹은 2050년까지 단계적으로 수소 700만 톤 생산체제를 갖춰 국내 최대 수소사업회사로 성장해 나갈 계획이다.