[월간수소경제 편집부] 수소를 이용해 강철을 제조하는 공장이 스웨덴 북부에 건설될 예정이다.

Digital Journal에 따르면 강철 제조기업 SSAB와 철광석 채굴기업 LKAB, 유럽 최대 규모의 전력생산기업 바텐폴(Vattenfall)은 합작투자를 통해 HYBRIT 프로젝트를 시작한 데 이어 재생에너지를 통해 생산한 수소로 강철을 제조하는 실험에 나섰다.

인구 증가와 PEB(Pre-engineered metal buildings: 미리 설계된 금속 건물) 기술의 발달, 도시화의 진행 등으로 인해 2025년 세계 강철 시장 규모는 1,085조 원(1조 100억 달러)에 이를 것으로 전망된다.

그러나 강철 산업은 많은 양의 이산화탄소를 배출하는 산업 분야 중 하나다. 강철 분야에서 배출되는 이산화탄소의 양은 전체 배출량의 7%를 차지한다. 따라서 전 세계 이산화탄소 배출량을 줄이는 데 있어 강철 산업은 하나의 커다란 도전인 셈이다.

이에 SSAB와 LKAB, 바텐폴은 지난 2016년 수소를 활용한 강철 제조 공정의 확산을 목표로 HYBRIT 프로젝트를 시작했다. HYBRIT는 화석연료가 거의 나지 않는 스웨덴의 재생에너지를 통해 얻은 전력으로 수소를 생산해 이를 강철 제조 공정에 활용할 계획이다. 지난해 사전 타당성 조사를 마친 상태다.

연구 끝에 HYBRIT는 올해 2월 룰레오(Lulea)와 철광석이 다량 매장된 노르보텐(Norrbotten) 지역에 설치할 실험 공장의 설계를 마쳤다. 실험 공장 건설에 드는 비용은 26억 원(2,000만 크로나) 가량이며, 스웨덴 에너지 에이전시(Swedish Energy Agency)에서 절반을 지원할 예정이다.

얀 모스트롬(Jan Mostrom) LKAB 대표는 “화석연료를 활용한 강철 제조는 광산에서부터 시작된다”며 “HYBRIT는 수소를 활용한 차세대 강철 제조 공장과 전기화 및 기계화가 이뤄진 광산 설계에 노력을 기울이고 있다”고 밝혔다.

Mårten Görnerup HYBRIT 대표는 EURACTIV와의 인터뷰를 통해 “철광석 채굴부터 강철 제조에 이르기까지 모든 과정을 포괄하는 가치 사슬(value chain)을 설계했다”고 밝혔다.

HYBRIT는 강철 제조 공정의 혁신을 통해 스웨덴의 이산화탄소 배출량을 10% 수준으로 줄이는 것을 목표로 한다. 이에 따라 강철 제조비용이 20~30% 상승할 것으로 보이지만 앞으로 재생에너지 가격이 낮아지면서 제조비용 또한 저렴해질 것으로 예상된다.

기존 공정에서는 석탄을 활용해 용광로에 에너지를 공급했다. 코크스로(coke oven)에서는 금속 코크스(metallurgical coke)와 코크스로 가스가 생산된다. 이 중 코크스는 용광로에 쓰이고, 코크스로 가스는 제강공장 전체의 주 연료로 쓰인다.

철광석은 일반적으로 소결 공장을 통해 소결체로 가공되며, 일부는 분체에 약간의 액체 등을 첨가해 지름 20mm의 철광석 펠릿(pellet)으로 가공된다. 이렇게 가공된 철광석 소결체와 펠릿은 코크스와 함께 용광로 상부에 투입된다. 용광로 하부에 위치한 송풍구에는 분쇄된 석탄과 산소, 열풍 등을 주입한다.

반면 HYBRIT의 강철 제조 공정에서는 특별히 개발된 철광석 펠릿을 활용한다. 이 철광석 펠릿은 ‘직접 환원 공정’에서 수소 가스를 통해 환원된다. 이때 수소 가스는 풍력이나 수력, 태양광 발전 등으로 만들어진 전력으로 물을 분해하는 과정에서 생산된다. 이러한 공정에서는 중간생산물과 해면철, 직접환원철(DRI), 그리고 수증기만 발생한다.

수소를 활용한 강철 제조 공정에는 두 가지 중요한 쟁점이 존재한다. 하나는 100% 수소만 활용하는 제강 공정을 산업 규모로 확장하는 것이며, 다른 하나는 수소 생산 과정에서의 에너지 효율을 향상시키는 것이다.