[단독] 포스코, 탄소 배출 없이 쇳물 뽑는다…꿈의 기술 첫발 > 경제기사 | economics

꿈의 기술 수소환원제철 첫발
연 30만t 파일럿 설비 내달 착공

포스코가 지난 24일부터 나흘간 부산 해운대구 벡스코에서 열린 ‘기후산업국제박람회WCE 2023’에서 전시한 수소환원제철 플랜트 모형. /연합뉴스

포스코가 연 30만t 규모의 수소환원제철 파일럿시험생산 설비를 다음달 경북 포항제철소 내에 착공한다. 수소환원제철은 석탄 대신 수소로 쇳물을 뽑아내는 신新공법이다. 탄소 배출량을 대폭 줄일 수 있어 ‘꿈의 기술’로 불린다. 철광석 분광을 쪼개지 않고 곧바로 수소와 결합하는 유동환원로 기술을 적용한 수소환원제철 파일럿 설비를 짓는 것은 세계 최초다.

30일 업계에 따르면 포스코는 다음달 포항제철소에 수소환원제철 파일럿 설비를 착공하기 위해 포항시 등과 협상을 사실상 마무리한 것으로 전해졌다. 2026년 준공 예정인 이 설비는 석탄 등 기존 연료의 최대 90%를 수소로 대체해 탄소 배출을 크게 줄일 수 있다. 향후 탄소 배출을 없도록 하는 게 목표다.

포스코는 그동안 실험해온 수소환원제철 공정을 대규모 플랜트에 적용한다는 목표다. 2031년 포항에, 2032년 전남 광양에 대규모 플랜트를 착공한다. 각각 2033년, 2034년 완공 후 생산에 들어갈 예정이다. 포항에서는 제철소 인근 지역을 매립해 135만㎡의 플랜트 부지를 조성했다. 녹지를 제외한 기존 포항제철소 부지730만㎡의 18.5%에 달한다. 포스코가 설립된 지 55년 만에 ‘제2의 포항 신화’에 시동을 걸었다는 평가가 나온다.

세계 철강 생산량 1위 업체인 아르셀로미탈과 SSAB 등도 2030년께 수소환원제철 공법으로 쇳물을 생산한다는 전략을 갖고 있다. 탄소 배출 없이 쇳물을 뽑아낼 수 있는 수소환원제철 공정 상용화는 철강사의 생존과 직결된 문제로 꼽힌다. 유럽연합EU이 탄소 배출량에 따라 세금을 부과하는 탄소국경조정제도CBAM를 2026년 시행하는 등 관련 규제가 갈수록 강화돼서다. 철강업은 단일 업종 중 탄소 배출이 가장 많은 산업으로 꼽힌다. 저低탄소 또는 무無탄소 철강을 생산하는 기업이 시장 주도권을 잡을 것이란 예상이 나오는 이유다. 업계 관계자는 “자동차업계가 ‘전기차 빅뱅’에 따라 100여 년 만에 산업 구도가 재편되는 것처럼 철강업계도 수소환원제철 기술 상업화 속도에 따라 지각변동이 일어날 것”이라고 내다봤다. 포스코는 다음달 경북 포항제철소에 수소환원제철 파일럿시험생산 설비를 짓는다. 지난해 8월부터 설계한 설비로 연 30만t 규모다. 석탄 대신 수소를 투입해 탄소 배출 없이 쇳물을 생산하는 ‘꿈의 기술’을 적용하는 첫 번째 단계다. 이 설비는 2026년 완공된다. 포스코는 이 설비에서 실증 실험을 마친 뒤 2031년 포항제철소 인근 매립지, 2032년 전남 광양제철소에 각각 대규모 수소환원제철 공정을 적용한 플랜트를 착공할 계획이다.

철강업은 이산화탄소CO2를 대거 발생시키는 생산 구조로 이뤄졌다. 철광석Fe2O3에 석탄C을 넣어 이산화탄소를 떼어내 철Fe을 만들어내는 공법 때문이다. 포스코가 연간 배출하는 이산화탄소량이 국내 전체 배출량의 12%를 차지할 정도다.

수소환원제철은 철강산업의 탄소 배출량을 ‘제로0’로 줄일 수 있는 유일한 대안으로 꼽힌다. 석탄 대신 수소H2를 철광석의 산소O와 붙여 물H2O을 만들어내는 친환경 공법이기 때문이다.

세계 철강업계는 이미 ‘착한 철강’을 만들기 위한 전쟁에 돌입했다. 포스코는 세계에서 유일하게 쇳물을 뽑아낼 때 발생하는 이산화탄소를 줄여주는 유동환원로 기술을 적용한 수소환원제철 공법을 채택했다. 스웨덴 SSAB와 유럽 아르셀로미탈, 일본제철 등은 이와 다른 샤프트 방식의 수소환원제철 공법을 선택했다. 수소환원제철 기술 속도가 가장 빠른 SSAB는 에너지기업 바텐팔과의 합작사인 HY브릿을 통해 데모플랜트를 짓고 있다. 2026년부터 이를 가동하겠다는 목표다. 아르셀로미탈은 지난 3월 수소환원제철 데모플랜트 설계에 들어갔다. 이들 기업은 2030년 이전에 대규모 플랜트를 지을 계획이다. 포스코의 유동환원로는 철광석 분광을 수소와 결합하는 방식으로 직접환원철DRI을 생산한다. 이 DRI를 전기로에 넣어 녹이면 쇳물이 나온다. 이 방식을 이용하면 기존 공정 대비 탄소 배출을 최대 90% 줄일 수 있다. SSAB, 아르셀로미탈, 일본제철 등이 개발 중인 샤프트 방식은 메탄CH4 등 천연가스를 일산화탄소CO와 수소H2로 바꾼 뒤 철을 생산한다. 샤프트 공법은 철광석을 파쇄한 펠릿을 이용해야 하기 때문에 유동환원로보다 탄소 배출이 많다는 게 포스코 측 설명이다. 유동환원로는 철광석 분광을 그대로 사용하는 반면 샤프트는 원료인 펠릿을 가공하는 과정에서도 탄소가 발생하기 때문이다.

포스코 관계자는 “글로벌 철강사들의 수소환원제철 기술은 아직 실험 단계이거나, 수소 활용 비중이 최대 50%에 그치는 것으로 파악했다”며 “진정한 의미의 수소환원제철 파일럿 설비 착공은 이번이 처음일 것”이라고 말했다. 미래 철강산업 주도권을 쥘 수 있는 ‘초격차’ 기술이 될 수 있다는 의미다.

포스코는 이를 통해 2050년 ‘탄소 중립’ 목표를 달성한다는 계획이다. 이 회사가 수소환원제철로 전환하는 데 필요한 비용은 고로 매몰 비용, 투자비 등을 포함해 최대 40조원으로 추산된다. 업계 관계자는 “EU와 일본 등은 수소환원제철 개발을 위해 조兆 단위 지원책을 쏟아내고 있다”며 “한국 정부도 획기적 지원 방안을 마련해야 한다”고 말했다.

▶수소환원제철

철광석에서 산소를 분리하는 과정에서 석탄 등 화석연료 대신 수소를 사용하는 공법이다. 기존 공법에서는 석탄의 탄소C가 산소O와 만나 이산화탄소CO2로 배출되고, 철Fe이 쇳물로 나온다. 수소환원제철 공법을 이용하면 수소H를 넣어 산소를 떼어내기 때문에 이산화탄소 대신 물H2O이 나온다. 아직 수소환원제철 공법을 상용화한 기업은 없다.

김형규 기자 khk@hankyung.com

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