포스코가 제철 분야 탈탄소화를 위해 수소환원제철 공법 개발에 속도를 내고 있다. 정부도 ‘제1차 수소경제 이행 기본계획’을 통해 2050년까지 제철 공정의 기존 탄소계 설비를 수소환원설비로 완전히 전환하는 계획을 밝힘에 따라 포스코의 향후 행보가 주목된다.
포스코는 지난 26일 포항제철소에 수소환원제철 개발센터를 개소하고 탄소중립 조직을 확대 개편했다고 밝혔다.
수소환원제철 개발센터는 포스코 자체 수소환원제철 공법인 '하이렉스(HyREX)' 구현에 중추적인 역할을 맡는다. 2027년까지 연산 30만 톤 규모의 하이렉스 시험설비를 준공하고 해당 기술의 상용화 가능성을 검증할 계획이다.
포스코, 수소환원제철 공법 개발 ‘박차’
수소환원제철 기술은 국가안보차원에서의 전략적 중요성과 국민경제 전반에 미치는 영향력을 인정받아 국가전략기술로 선정됐다.
수소환원제철은 화석연료 대신 수소를 사용해 철을 생산하는 기술로, 포스코의 하이렉스는 가루 상태의 철광석과 수소를 사용해 쇳물을 제조하는 수소환원제철 공법이다. 화석연료는 철광석과 화학 반응하면 이산화탄소가 나오지만 수소는 물이 발생해 철강 제조과정에서 탄소배출을 줄일 수 있어 각광받고 있다.
포스코는 수소환원제철 개발을 일찍히 진행해오고 있다. 1992년 수소환원제철의 원천기술로 볼 수 있는 파이넥스(FINEX) 기초 연구에 착수해 2007년에 상용화 설비를 준공했다. 파이넥스는 가루 형태의 철광석과 석탄을 고로 대신 유동환원로와 용융로라는 설비에 넣고 쇳물을 생산하는 기술이다.
포스코는 파이넥스 기술을 기반으로 하이렉스 수소환원제철 공법을 개발하고 있다. 파이넥스는 수소 25%, 일산화탄소 75%를 환원제로 사용하고 있는데, 수소 함량을 100%로 만들면 하이렉스 수소환원제철 공법이 가능하다는 게 포스코 측의 설명이다.
포스코는 지난 2022년 영국 플랜트 건설사 프라이메탈스(Primetals)와 수소환원제철 엔지니어링 기술 협력 업무협약을 체결하고, 하이렉스 데모플랜트 설계에 본격 착수키로 했다. 또 데모플랜트 EPC(설계·조달·시공)를 이어나가 2030년까지 수소환원제철의 상용화 가능성을 검증한 이후 생산 최적화를 거쳐 제철소 용광로를 하이렉스 기반의 설비로 교체할 계획이다.
앞으로도 포스코는 수소환원제철 사업에 주력할 방침이다. 수소환원제철 개발센터에는 총괄부서인 '하이렉스 추진반', 투자사업 관리를 전담하는 ‘투자엔지니어링실’, 연구개발 부서인 ‘저탄소제철연구소’, 설계를 담당하는 포스코이앤씨가 입주해 기술연구부터 설비 구축, 시험조업까지 일련의 과정을 통합 수행한다.
또 수소환원제철을 위한 용지조성사업이 올 9월 최종 인허가 승인을 목표로 진행 중이다.
최정우 포스코 회장도 수소환원제철의 중요성을 강조했다. 최 회장은 2024년 신년사에서 "수소환원제철을 담당하는 하이렉스 시험 플랜트 구축을 차질 없이 추진해야 한다”고 말했다. 지난 2022년 열린 ‘제43차 한국-호주 경제협력위원회’에서는 “철강 생산 시 이산화탄소 대신 물을 배출하는 수소환원제철 개발에 매진하고 있다”고 밝혔다.
아울러, 포스코는 2050 탄소중립 전략 구상과 수립을 담당해오던 탄소중립전략 담당을 실 단위로 확대 격상시켰다. 엔지니어 최초 여성임원인 김희 전무를 탄소중립전략실장으로 선임했다.
수소환원제철 개발센터 개소식에 참석한 이시우 포스코 대표는 “탄소 대신 수소를 활용하는 수소환원제철 기술 개발로 포스코가 신철기시대 선두주자가 되자”라며 “파이넥스 유동로 상용화와 SNNC 전기 용융로 기술 개발 경험을 바탕으로 하이렉스 기술을 성공적으로 구현해 탄소중립에 기여하길 바란다” 고 강조했다.
정부, 2050년 수소환원제철 완전 전환 추진
정부도 지난 2021년 11월에 발표한 ‘제1차 수소경제 이행 기본계획'을 통해 산업 분야 수소 활용 기반을 마련하기 위해 수소환원제철 개발·도입 추진계획을 제시했다.
이에 따르면 1단계로 2030년까지 민관 합동 한국형 분광 수소유동환원공정을 개발하고, 100만 톤급 시험플랜트를 구축해 제품생산을 실증할 계획이다. 이 공정을 개발하는 이유는 해외에서 개발 중인 수소환원제철 기술이 분광을 그대로 사용할 수 없어 전처리(펠릿 제조) 공정을 거쳐야 하고, 고품질의 철광석(전세계 생산의 약 30%)만 사용할 수 있는 한계가 있기 때문이다.
수소환원강 1톤당 수소 90kg이 필요하다. 100만 톤급 실증설비 운영에 수소 9만 톤 이 필요한 셈이다.
2단계는 2040년까지 상용화 수준인 300만 톤급으로 스케일업 기술을 확보하는 것이다.
마지막 3단계는 2050년까지 기존 탄소계 설비(고로 12기)를 수소환원설비(13기)로 완전히 전환한다는 계획이다. 이러한 계획이 실현되면 현재의 고로 4,828만 톤과 전기로 2,418만 톤이 2050년까지 수소환원로 3,847만 톤와 전기로 3,135만 톤으로 전환된다.
2050년 수소환원강 3,847만 톤 생산에는 연간 350만 톤의 수소가 필요해 수소산업 생태계 확장에도 기여할 것으로 기대된다.