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산업기술

직접환원철 글로벌 공급망 현황 및 수소환원제철 적용 기술 개발 동향

by 할로파파 2025. 2. 1.
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직접환원철 글로벌 공급망 현황 및 수소환원제철 적용 기술 개발 동향


<목 차>

0. 요약

1. 개요

2. 국내외 시장 동향

3. 국내외 기술 동향

4. 시사점

출처 및 참고자료


0. 요약

  • 직접환원철(DRI: Direct Reduced Iron)은 고체 상태 철광석에 일산화탄소, 수소 등의 환원가스를 투입하여 만든 철원으로, 불순물이 적어 고급 철스크랩의 대용으로 사용되어 왔다. 지난 수십 년간 지속 수요와 생산량이 증가해 왔으나 앞으로도 철강산업의 탄소중립을 위해 전 세계적으로 수요가 증가할 것으로 예상되며, 우리나라도 역시 저탄소 기조 속 2040년까지 수요가 증가할 것으로 예상된다.

- 세계 직접환원철 생산량은 1970년 79만 톤에 불과했으나, 지속 증가하여 2000년 43.8백만 톤, 2018년 최초로 1억 톤을 넘어섰고, 2022년에는 1.27억 톤 기록 중.

 

  • 철강산업의 탄소중립 목표 달성을 위해 향후 2050년까지 전 세계적으로 큰 폭의 직접환원철 수요 증가가 예상되며, 현재 세계 전역에 걸쳐 신증설 프로젝트가 활발하게 추진되고 있다.

- 국가별 생산량의 경우, 인도(3,911만 톤)와 이란(3,185만 톤)의 생산량이 가장 많아 전 세계 DRI 생산량의 59.5%를 차지하고 있으며, 러시아(789만 톤), 사우디아라비아(613만 톤), 멕시코(583만 톤) 순으로 생산 중

- 수요량의 경우, 전망 기관별로 예측의 차이는 존재하나 WSD(World Steel Dynamics)의 경우 연간 2.72억 톤, IIMA(International Iron Metallics Association, 국제철금속협회)는 4.11억 톤을 전망.

 

  • 국내 철강산업의 중장기 탄소중립 목표 달성을 위해서는 저탄소 철원인 철스크랩과 직접환원철의 사용량 확대가 필요하다.

- 국내 스틸투모로우의 전망에 따르면, 철스크랩과 직접환원철의 수요는 2019년 약 3천만 톤 수준에서 2030년 3천850만 톤으로 크게 증가하지만, 이후 2050년에는 3천230만 톤까지 큰 폭의 감소가 예상(단, 이는 2050년 수소환원제철의 상용화 전제 하에 국내 고로 프로세스를 완전히 대체하는 시나리오에 따른 예상치).

 

  • 기존의 고로제철은 지구온난화를 유발하는 온실가스인 CO₂를 발생시키므로, 향후 고로 설비가 노후화되고 철강 분야 CO₂ 배출 무상할당제가 폐지되는 유럽은 고로 기반의 철강사들을 중심으로 수소환원제철법으로의 전환을 서둘러 진행하고 있다.

- 수소환원제철은 수소와 전력을 사용하여 철광석으로부터 용철을 제조하는 공정으로 기존 고로제철에 비해 이산화탄소 배출을 대폭 줄일 수 있으며, 여기에서 제조되는 철강재의 품질도 고로제철법과 유사한 수준이므로 철강산업의 탈탄소 핵심기술로 전 세계 철강업계의 주목을 받고 있다.

 

  • 전 세계적으로 온실가스 배출량 저감을 위해 친환경 저탄소 제철기술 개발 경쟁이 가속화되고 있는 가운데, 직접환원철(DRI/HBI) 방식을 이용하는 프로세스가 우위를 이룰 것으로 예측되고 있다. 우리나라도 국내 기업에서 보유하고 있는 독자적인 유동환원로 기술을 바탕으로 ‘한국형 수소환원제철’ 기술 개발을 추진 중이다. 다만, 수소환원제철이 진정한 탄소중립의 실현에 기여하기 위해서는 수소 및 전력의 안정적인 공급과 함께 경제성 확보라는 해결 과제가 남아있는 상황이다. 철강은 전 산업의 기초 소재이며, 철강산업은 국가의 핵심 기간산업이다. 탄소중립 사회에서 철강산업의 경쟁력을 유지하기 위해서는 수소 및 전력의 안정적인 공급 인프라 구축과 그린스틸 생태계를 조성하기 위한 정부의 주도적인 역할이 필요할 것이다.

1. 개요

  • 소환원제철은 수소와 전력을 사용하여 철광석으로부터 용철을 제조하는 공정이다. 기존 고로제철에 비해 이산화탄소 배출을 대폭 줄일 수 있으며, 여기에서 제조되는 철강재의 품질도 고로제철법과 유사한 수준이므로 철강산업의 탈탄소 핵심기술로 전 세계 철강업계의 주목을 받고 있다. 수소환원제철은 철광석을 환원하는 수소환원로와 환원된 철광석을 용해하는 전기로로 구성되며, 생산과정에서 CO₂ 발생이 없는 수소와 전력을 활용해야만 비로소 진정한 CO–free 제철법이 되므로, 수소환원제철 공정의 상용화를 위해서는 그린수소 및 신재생 전력을 경제적이고 안정적으로 공급할 수 있는 인프라 구축이 중요하다. 철강재 품질을 저하시키는 Cu, Sn 등의 성분이 함유된 재사 용 스크랩 용해 기반의 Secondary Steelmaking에 비해, 수소환원제철은 철광석으로부터 용철을 생산하 는 Primary Steelmaking에 해당하여 전기강판, 자동차 내외 판재 등 고품질 철강 제품 생산에 적합하다.

- ‘2050 탄소중립’ 시나리오에 따르면 전 세계 철강 생산량의 약 30% 정도가 수소환원제철에 의해 제조될 것으로 전망.

 

  • 직접환원철(DRI: Direct Reduced Iron)이란, 고체 상태의 철광석에 일산화탄소, 수소 등의 환원가스를 투입하여 철광석에서 산소를 분리하는 환원 과정을 거쳐 만들어지는 철원이며, 불순물이 적어 고급 철스크랩 대신 사용되는 대체 철원으로 지속 성장하고 있다.

- 철의 직접환원은 고로(Blast Furnace)에서와 같이 용해되지 않은 고체 상태의 철광석이나 기타 철 재료에서 산소를 제거하는 것으로, 환원제로는 개질 천연가스, 합성가스 또는 석탄에서 나오는 일산화탄소와 수소가 있으며, 철 원료의 형태는 주로 Pellet, Lump 및 분광을 사 용.

그림 1 직접환원철 제조 프로세스 출처: 스틸투모로우

  • 직접환원철은 DRI, HBI(Hot Briquetted Iron), Iron Carbide의 세 가지로 구분되는데, 가장 많이 사용되는 것은 DRI이다. HBI는 DRI를 열간 상태에서 단광(광석 가루나 알갱이를 굳혀 덩어리로 만드는 것) 처리해 산화를 방지한 철원이며, Iron Carbide는 분광석에 환원가스를 투입해 탄화철(Fe₃C) 상태로 합성한 것으로 재산화가 되지 않는 특징 때문에 제강 공장에서 에너지원으로 활용되고 있다.

표 1 직접환원철의 종류 및 특징 출처: 스틸데일리, 한국금속재료연구조합 내부 자료

  • 직접환원철 제조 프로세스에는 가스 기반의 Shaft 용해로 프로세스(MIDREX, Energiron)와 Fluid Bed 프로세스(Finmet, Finored), 석탄 기반의 Kiln 프로세스 등이 있으며, 각 프로세스별 DRI 시장의 점유 비중은 아래와 같다.

표 2 직접환원철 제조 프로세스별 반응로 형태 및 2021년 DRI 생산량(1.2억 톤) 대비 시장 점유율 출처: IIMA

- 2021년 기준 전 세계 직접환원철 생산 플랜트 수는 141기로, 연간 생산 능력은 1억2,860만 톤에 달한다. 이중 가동 중인 플랜트는 123기로 생산 능력은 1억1,240만톤, 휴지 중인 플랜트는 18기로 1,620만 톤 규모로 추정된다.

 

1) 수소환원제철 기술 개요

고로제철에서는 철광석의 환원과 용융에 사용되는 CO와 열량을 코크스의 연소를 통해 자체적으로 생성시킨다. 모든 반응은 하나의 반응기에서 이루어지고 철광석의 CO 환원은 발열반응이므로 탄소 에너지를 매우 효율적으로 사 용할 수 있으나, 지구온난화를 유발하는 온실가스인 CO₂를 발생시킨다. 반면에 수소환원제철에서는 철광석을 환원하는 단계와 환원된 철광석을 용해하는 단계가 분리되어 각각 다른 반응기에서 진행되고, 각 단계에 필요한 환원제와 에너지가 외부로부터 공급된다. 수소환원은 흡열반응이므로 수소의 환원력 확보를 위해 사전에 가열이 필요하고 고체 상태에서 환원이 이루어진다. 즉, 고로제철법과 달리 고체 환원철을 용해하기 위한 반응기가 별도로 구성되어야 하는데, 일반적으로 전력을 열에너지로 전환하여 사용하는 전기로가 적용된다. 따라서 수소환원제철은 고로제철에 비해 에너지 효율 측면에서는 다소 불리하지만, 제조 과정에서 수소와 전력을 사용하면 CO₂ 배출 없이 철강을 생산할 수 있어 철강업계에서는 비교적 가까운 장래에 CO₂ 배출 없이 고로제철 수준의 생산성을 확보할 수 있는 제철법으로 유일하다고 판단하고 있다.

그림 2 고로제철법과 수소환원제철법의 비교 출처: 포스코 기술연구원 내부자료

2) 수소환원제철법 구분

수소환원제철법은 광석환원 반응기와 환원광을 용해하는 전기로의 형태에 따라 구분된다. 광석환원 반응기는 철광석을 10~20mm의 구형으로 가공한 철광석 펠릿을 사용하는 Shaft환원로와, 가루 형태의 분철광석을 사용하는 유동환원로로 구분할 수 있다.

- Shaft환원로에서는 층층이 쌓인 펠릿들이 아래로 내려가고 환원가스가 펠릿들 사이를 통과하여 위로 올라가면서 환원이 진행된다.

- 한편, 유동환원로는 1개의 반응기로 이루어지는 Shaft환원로와 달리 다단으로 구성되는데, 분철광석들이 환원가스와 뒤섞인 상태에서 환원된 후 물과 같이 순차적으로 아래 반응기로 흘러내리는 과정을 통해 진행된다.

그림 3 Shaft환원로와 유동환원로의 비교 출처: 포스코 기술연구원 내부자료

 

 

가. Shaft환원로

Shaft환원로는 현재 MIDREX, Energiron 등 기존 천연가스 기반의 환원철 제조 공법을 채택하고 있다. 수소환원 Shaft환원로는 MIDREX나 Energiron을 기반으로 하되, 환원가스를 천연가스에서 수소로 전환하는 방향으로 개발되고 있다. MIDREX는 기술 성숙도가 높아 전 세계에서 운영되는 천연가스 기반 환원로의 약 80%를 점유하고 있으나, 외부 리포머가 없는 Energirion이 향후 수소환원 전환에 유리하다고 평가하여 대부분 Energiron을 채택하고 있다.

표 3 MIDREX와 Energiron의 비교 출처: 포스코 기술연구원 내부자료

Shaft환원로는 설비와 조업 기술의 성숙도가 높고 50년 이상의 건설 및 가동 실적을 보유하고 있으며 연간 250만 톤 규모로 생산이 가능하나, 안정적인 조업을 위해서는 원료로 고품위 DR급 펠릿(Fe 함량 67% 이상, 맥석 2% 미만)이 필요하다. 저품위 고로용 펠릿(Fe 함량 65%)도 일부 사용하긴 하지만, 그 사 용량은 전체의 10% 미만으로 제한된다. 앞으로 고품위 DR급 펠릿의 수요가 크게 증가할 것으로 전망되어 광산업체와 철강사를 중심으로 공급 능력을 확대하고 있지만, 향후 30년 이후에는 수요 대비 공급이 약 35% 이상 부족할 것으로 예상되고 있다.* 또한 DR급 펠릿의 생산 지역은 중동과 남미 등에 편중되어 있으며, 해상 물동량이 4,500만 톤(전 세계 철광석 물동량의 4% 수준)에 불과하여 특히 아시아 지역에서는 Shaft 운영에 필요한 펠릿 물량 확보가 어려울 것으로 전망되므로 이를 극복할 대안으로 유동환원로 공정이 주목받고 있다.

* BloombergNEF

 

나. 유동환원로

기존 유동환원로 공정은 고품위 분철광석을 환원시키고 이를 Pillow 형태로 고온 성형하여 전기로용 스크랩 대체제인 고품위 HBI를 제조하 는 FINMET 공정, Circored 공정 등이 있다.

 

- FINMET 공정: 선광 과정을 통해 Fe 함량 69%, 맥석 성분 2% 이하로 분화된 0.15~6mm 입도의 분철광석을 4단의 기포형 유동환원로에서 환원시켜 분환원철을 제조한 후 이를 고온 상태에서 HBI로 가공

- Circored 공정: 분광 유동환원 공정으로 순환유동층형 예비환원로와, 수평기포유동층형 최종환원로로 구성

- FINEX 공정: 소결용 저품위 분광을 유동환원로에서 환원시킨 후 이를 석탄가스와 용융로에 장입하고 석탄을 순산소로 연소시켜 발생하는 열로 용해하여 고로와 유사한 품질의 용선 제조 가능

- HYFOR 공정: 자철광을 선광한 0.15mm 이하의 미분 자 철 정광을 Pelletizing 등의 괴성화없이 수소가스로 환원하여 환원철 제조 가능

그림 4 유동환원로 공정인 FINMET 공정, Circored 공정, FINEX 공정, HYFOR 공정 출처: 포스코 기술연구원 내부자료

 

다. 전기로

환원 반응기에서 배출되는 고온의 환원광은 전기로에 직접 공급되어 용해되며, 이에 적용할 수 있는 전기로는 스크랩 용해에 사용되는 전기아크로와 합금철 제조에 사용되는 전기용융로 등으로 구분할 수 있다.

 

- 전기아크로는 전극봉과 용융물 사이에 고전압을 인가하여 고온의 아크열을 발생시킨 후, 로 내에 환원철을 장입하여 용해

- 전기용융로는 페로니켈, 페로크롬 등 합금철 생산에 사용되는 전기로 형태로서 장입물의 저항열과 전극봉과 장입물 사이에 발생하는 브러시 아크열에 의해 장입물 용해

그림 5 전기아크로와 전기환원용 해로의 비교 출처: 포스코 기술연구원 내부자료

 

  • 저품위 환원철 용해에 적용될 경우, 용강 제조를 기준으로 전기아크로와 전기용융로+전로의 공정 특징을 비교하면 다 음 표와 같다.

표 4 전기아크로와 전기용융로의 비교 출처: 포스코 기술연구원 내부자료

 

라. 수소환원제철법

수소환원제철법은 원료 수급 조건에 따라 환원반응기와 환원광 용해용 전기로의 조합이 필요하다. 고품위 DR급 펠릿 수급이 용이한 지역에서는 Shaft환원로와 전기아크로 조합이 유리하며, 저품위 펠릿 수급이 용이한 지역에서는 저품위 펠릿을 사 용하 는 Shaft환원로와 전기용융로의 조합이 유리하다. 한편 소결광용 분광을 원료로 사용하는 경우에는, 분광을 직접 사용할 수 있는 유동환원로와 저품위 환원광 용해에 적합한 전기용융로를 조합하는 것이 펠릿 제조 대신 풍부한 저품위 적철광 및 갈철광을 사용할 수 있어 원료 수급 및 제조원가 저감에 유리하다.

 

그림 6 철광석 품위에 따른 수 소환원제철 공정 출처: 미쓰비시중공업(2022)

 


2. 국내외 시장 동향

  • 전 세계 직접환원철 생산량은 1970년대부터 지속적인 증가세를 보이는 가운데, 2022년 기준으로 전년 대비 7% 증가한 1억2,700만 톤을 기록했다.

그림 7 연도별 직접환원철 생산량의 변화 출처: MIDREX Technologies, Inc.

 

- 국가별로는 인도(3,911만 톤)와 이란(3,185만 톤)의 생산량이 가장 많으며, 두 국가가 세계 직접환원철 생산량의 59.5%를 차지

- 그 뒤로 러시아(789만 톤), 사우디아라비아(613만 톤), 멕시코(583만 톤) 순으로 생산 중

 

  • 전 세계 직접환원철 무역량은 장기간에 걸쳐 지속적인 증가세를 기록하였으나, 코로나19의 여파로 2021년에는 다소 감소했다.

- 2019년과 2020년에 1천만 톤을 초과했던 세계 DRI 총 수출 규모는 2021년에 약 880만 톤으로 감소 추정

- 주요 수출국으로는 1위 러시아로 약 400만 톤을 수출하고, 2위는 이란으로 110만 톤, 3위는 인도로 67만 톤 규모

 

  • 글로벌 시장에서의 거래 가격은 생산 방식이나 제품의 금속화율 등의 사양에 따라 다르기 때문에 정확한 가격을 파악하기는 어렵다. 하지만 가장 수출량이 많은 인도산 직접환원철의 수출 가격을 기준으로 변동 추이를 보면, 톤당 최고 678달러(2011년 11월)에서 최저 202달러(2016년 2월)를 기록한 적이 있고, 지난 10년간 평균 수출 가격은 톤당 336달러 정도 수준으로 파악된다. 글로벌 직접환원철 생산 및 소비 전망은 각 전문기관별로 상이하지만, 2.7~4.1억 톤 수준으로 현재 대비 지속 상승할 것으로 보고 있다. 2022년 IIMA(국제철금속협회)에서는 세계 직접환원철 생산량이 지속적으로 증가하여 2030년 1.67억 톤, 2040년 2.69억 톤, 2050년 4.11억 톤, 2070년 6.38억 톤에 달할 것으로 예상했다. 생산 프로세스별로 살펴보면 2030년까지는 대부분 직접환원철이 석탄이나 천연가스 기반 프로세스를 통해 생산되겠지만, 그 이후에는 수소를 기반으로 한 친환경 생산 프로세스의 비중이 크게 증가할 전망으로 분석했다. 따라서 2030년에는 수소 기반의 직접환원철 생산량이 0.1억 톤, 2040년에는 0.8억 톤, 2050년에는 2.13억 톤에 이를 것으로 예상된다.

그림 8 세계 중장기 직접환원철의 생산 전망 출처: IIMA(2022)

 

 

  • 향후 10년간 글로벌 직접환원철 시장의 규모는 연평균 7.5~8.2% 수준의 성장을 지속할 것으로 예상된다. 직접환원철 시장 성장의 동인은 도시화 진전, 건설 등 인프라 투자 증가, 주요 전방산업인 자 동차 산업 및 GDP 성장, CO 배출 억제, 고급 철강재 수용 증가에 따른 철강산업의 성장 여부 등인 것으로 분석된다.

그림 9 세계 직접환원철 시장의 규모와 전망 출처: Future Market Insights(2022)

 

 

  • 국내 직접환원철 수입량은 최근 5년(2017~2021년) 연평균 33만 7천 톤 수준이었으나, 2022년 들어 수입량이 크게 늘어 50만 톤 이상 확대된 것으로 파악된다. 국내에는 현재 DRI 생산 시설이 없고 소비량 전량을 말레이시아 등에서 수입하고 있으며, DRI 수입량을 소비량으로 간주했다.

표 5 국내 조강 생산량 및 주요 철원 소비량, CO 발생량 추청치 출처: 한국철강협회, 스틸투모로우

 

- 직접환원철의 수요 전망은 국내 철강업의 제법별 생산 비중과 밀접한 연관이 있으며, NDC, 탄소중립 목표 달성을 위한 철강 제법 변화 전망에 따라 변동될 수 있음


3. 국내외 기술 동향

  • 고로 설비가 노후화되고 2034년 철강 분야 CO₂ 배출 무상할당제가 폐지되는 유럽에서는 고로 기반의 철강사들을 중심으로 수소환원제철법으로의 전환을 서둘러 진행하고 있다

- 독일 Salzgitter社는 기존 3기의 고로-전로 설비를 Energiron Shaft환원로와 전기아크로로 전환하 는 SALCOS(SAlzgitter Low CO₂ Steelmaking) 프로젝트를 진행 중. 2025년 1기의 고로 전환하고 2030년까지 1기의 고로를 추가 전환한 후 2033년까지 전 고로를 2기의 Shaft환원로와 3기의 전기아크로로 전환하 는 3단계 계획으로, 유럽에서 진행되고 있는 수소 공급망 구축 프로젝트와 연계하여 환원가스도 수소가스로 대체할 예정

- 독일 TKS(Thyssenkrupp Steel)社는 현재 가동 중인 4기의 고로를 3단계에 걸쳐 4기의 MIDREX Shaft환원로와 전기용융로 방식으로 전환하 는 ‘tkH2Steel 변환 프로젝트’ 진행 중

- ArcelorMittal은 고로의 일부를 Shaft환원로와 전기아크로로 전환하 는 프로젝트를 진행 중

- 네덜란드의 Tata Steel Europe은 현재 가동 중인 2기의 고로를 2단계에 걸쳐 Shaft환원로와 전기용융로 방식으로 전환하 는 ‘Zeremis Carbon Lite’ 프로젝트 진행 중

- 스웨덴의 SSAB社는 원료사인 LKAB와 전력사인 Vattenfall과 HyBRIT(Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology)를 결성하여 화석연료를 사용하지 않고 철강을 생산하는 공정 개발에 착수. 2020년에 1ton/hr 규모의 100% 수소환원 Shaft환원로 시험공장을 건설하여 수소환원철을 시험 생산했으며, 다시 전기아크로에서 용해하는 시험을 실시하여 이를 바탕으로 2025년에 LKAB社의 광산 근처 Gällivare 지역에 연산 130만 톤 규모의 데모공장을 건설할 계획

- H2Green Steel은 재생에너지와 고급 펠릿 공급이 가능한 스웨덴 Boden 지역에 100% 수소환원 Shaft환원로인 MIDREX–H2와 전기아크로로 구성된 수소환원제철 공정과 이에 연결되는 철강재 하공정을 건설 중

  • 대형 고로를 운영하는 일본의 경우에는 정부가 4.5조 원의 GI(Green Innovation) 기금을 조성하여 고로社들의 탈탄소 기술 개발을 지원하고 있다. 현재 일본 고로社들은 기존 고로에서의 탄소저감기술 및 스크랩 전기아크로를 활용한 고급강 제조 기술 개발에 중점을 두고 있으며, 수소환원제철 기술은 장기적 과제로 추진하고 있다.

- 일본제철(Nippon Steel)은 GI 기금 1.1천억 엔을 활용해 2024년 4월 파일럿 Shaft환원로 설비 계약을 체결했고, 저품위광 사용을 위한 전기용융로 기술 개발도 추진 중

  • 중국은 대형 국영 철강사들 대상으로 탈탄소 전환을 지원하고 있으며, 정부의 지원으로 바오우[宝武集团]와 헤강[河钢集团]을 중심으로 다양한 저탄소기술 개발이 추진 중이다.

- 2023년도부터 바오우, 헤강 그룹을 중심으로 저탄소 설비 전환을 위한 신공정 Route 중 하나로 Energiron Shaft환원로를 도입하여 기술 내재화 진행

 

  • 우리나라는 전 세계에서 가장 풍부하고 경제적인 소결용 분광을 직접 사용할 수 있는 한 국형 수소환원제철 기술 개발을 추진 중이다.

- 포스코가 보유하고 있는 대형 유동환원로 기술과 저급 광석으로부터 효과적으로 용선을 제조할 수 있도록 전기용융로 기술로 구성

- 유동환원로는 기존 석탄가스 사용에서 수소 사용으로 전환됨에 따라 달라지는 부분에 대한 기술 개발과 대형 합금철용 전기용융로 운영 경험을 기반으로 이를 분환원철 성상 및 용해 특성에 맞추어 재설계하는 기술개발을 진행 중

그림 10 한국형 수소환원제철의 개념 및 특징 출처: 포스코 기술연구원 내부자료

 

 


4. 시사점

  • 전 세계적으로 지구 온실가스 배출량 저감을 위해 친환경 저탄소 제철기술 개발 경쟁이 가속화되고 있는 가운데 DRI/HBI를 이용하는 프로세스가 우위를 이룰 것이라는 전망이 우세해지고 있다. DRI/HBI는 전기로와 기존 용광로에 장입이 가능한데, 90% 이상 금속 화되어 있어 용융 공정만 거치면 되기에 기존 철광석 대비 환원제 소비가 줄어드는 효과 가 있다. 또한 추후 천연가스 기반의 DRI 제조 방식을 수소로 전환하게 될 경우 온실가 스 배출량을 조강 톤당 0.5t-CO₂/t-steel 미만으로 줄일 수 있다.

- 고로 프로세스의 경우 CO₂ 배출량이 톤당 2.1t-CO₂/t-steel 수준

ㅊ- 유럽을 비롯하여 전 세계적으로 상용화를 목표로 추진 중인 저탄소 철강 생산 프로젝트의 생산 능력 합계는 2030년까지 1억 톤을 초과하 는 것으로 전망됨. 그 중 직접환원철(DRI/HBI) 방식의 추가 생산 능력은 6,600만 톤에 이를 것으로 보임.

그림 11 세계 저탄소 철강 생산 프로젝트 계획(좌), 철강 생산 프로세스별 온실가스 배출량 비교(우) 출처: 일본 자연에너지재단(좌), World Steel(우)

 

 

국내 철강산업의 중장기 탄소중립 목표 달성을 위해서는 저탄소 철원인 철스크랩과 직접 환원철 사용량 확대가 반드시 필요할 것으로 보인다. 다만 향후 국내 수요의 경우 실질 적으로 얼마나 증가할지는 조강 생산, 제법별 비중, 철스크랩 수급 여건, 수소환원제철 기술의 상용화 시점 등의 변수에 따라 다양한 견해가 존재한다. 수소환원제철은 CO₂ 발생을 근본적으로 방지함으로써 현재 철강산업이 당면하고 있는 최대 과제인 탄소중립의 실현에 큰 기여가 가능하다. 또한 현존하는 기술을 기반으로 하 고 있어 기술 개발 및 상용화 리스크가 낮을 뿐 아니라 대량생산이 필요한 철강산업에 적합하다. 이에 전 세계 주요 철강사들은 자신들의 원료 조건과 기술 환경에 맞추어 수 소환원제철로의 전환에 가능한 공정들을 도입하거나 새로운 공정을 개발하고 있다. 그러나 수소환원제철이 진정한 탄소중립 역할을 하기 위해서는 CO₂–free 수소와 전력의 안정된 공급이 필수적이다. 또한 수소환원제철법으로 생산된 철강재가 OEM社에서 사용 되기 위해서는 수소와 전력이 경제적으로 공급되어야 하며, 제조원가 상승에 따른 가격 프리미엄이 형성되어야 할 것으로 전망된다.


출처 및 참고자료

1. 안회수, “저탄소 철강으로 가는 길: 변화의 First Mover은 누가 될 것인가”, eBEST투 자 증권, 2023.10.11. \

2. “Breakthrough Pathways to Decarbonize the Steel Sector”, Mitsubishi Heavy Industries Technical Review, vol. 59 no. 4, 2022.12.; mhi.co.jp/technology/review/pdf/ e594/e594120.pdf

3. Nikhil Kaitwade, “Direct Reduced Iron Market to Reach Worth US$ 16,789.0 Mn by 2030–FMI”, Future Market Insights, 2023.01.

4. World Steel in Figures 2024, World Steel Association; worldsteel.org/data/ world-steel-in-figures-2024

5. 김민희, “포스코, 수소환원제철 주도 자신감…“유동환원로 우수성 알릴 것””, 데일리안, 2021.09.29.; dailian.co.kr/news/view/1036993

6. BloombergNEF, “Decarbonizing Steel: A Net-Zero Pathway”, 2021.12.01.; ismr.net/ decarbonising-steel-net-zero-pathway

7. BloombergNEF, “Direct Redcution Iron Ore: A Green Steel Bottleneck”.

8. International Iron Metallics Association; www.metallics.org

9. 自然エネルギー財団; www.renewable-ei.org

10. steeltomorrow.co.kr

11. www.kosa.or.kr 

 

작성자

이광석 금속재료PD | 한국산업기술기획평가원(KEIT) 철강세라믹실 김태윤 팀장 | 한국금속재료연구조합 신명균 소장 | 포스코 기술연구원 저탄소제철연구소


 

 

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