[르포]"수천 년 제철공정 바꾼다"…탄소 대신 수소로 환원 꿈꾸는 포스코

수소 일부 사용 파이넥스→100% 수소 사용 하이렉스로
전기용융로 개발 한창, 시험 설비 가동…"2030년 상용화"

포항제철소 3FINEX(파이넥스) 공장 전경.(포스코 제공) ⓒ News1 박종홍 기자

(포항=뉴스1) 박종홍 기자 = 24일 포스코 포항제철소 내 파이넥스(FINEX) 3공장 안. 유동환원로를 거쳐 녹은 쇳물이 출선하는 모습이 눈에 들었다. 온도계에 표시된 쇳물의 온도는 1431도에서 금세 1483도로 상승했다.

배출된 쇳물은 대탕도를 따라 흘러 토페도카에 담기게 된다. 토페도카는 쇳물을 다음 단계인 제강 공정으로 운반하는 어뢰(토페도) 모양의 열차로, 실제로 파이넥스 주변에선 토페도카가 오가는 모습이 눈에 띄었다.

포스코는 포항제철소 내 두 개 파이넥스(2·3공장)에서 연간 350만 톤의 쇳물을 생산하고 있지만, 이는 포스코의 수소환원제철 로드맵에 따라 2050년까지 하이렉스(HyREX)로 교체될 예정이다.

◇ "20년 이상 유동환원로 기술 확보…빠르게 상업화 성공"

포스코가 개발하고 있는 하이렉스는 철광석(산화철)에서 산소 성분을 떼어내기(환원 반응) 위한 환원제로 수소를 사용하는 수소환원제철 기술이다.

고로를 이용한 기존 제철 방식은 석탄을 가공한 코크스를 환원제로 이용하는데, 철광석이 녹는 과정에서 철광석의 산소와 석탄의 탄소 성분이 만나 이산화탄소가 배출된다. 하지만 코크스 대신 수소를 환원제로 이용하면, 이산화탄소 대신 수소와 산소의 결합인 물이 배출되는 만큼 친환경적이다.

현재 포스코가 상용화한 파이넥스 공법의 경우 일산화탄소 75%, 수소 25%로 이뤄진 환원 가스를 환원제로 사용한다. 가루 상태의 철광석을 유동환원로에 넣고 공중으로 띄운 채 환원 가스와 뒤섞으며 산소를 분리한다.

파이넥스는 하이렉스의 중간 단계 공법인 셈인데 포스코는 2030년까지 하이렉스 기술 개발을 마치고 2050년까지 기존 설비를 하이렉스로 대체하겠다는 구상이다. 포스코 관계자는 철기를 사용한 이후 수 천년간 탄소를 이용해 산소를 환원하던 인류의 역사를 뒤바꾸게 되는 것이라고 강조했다.

하이렉스 추진반장인 배진찬 포스코 상무는 "이미 파이넥스(FINEX)를 20년 이상 가동했고 우수한 유동환원로 기술을 확보하고 있다"며 "포스코가 더 빠르게 수소환원제철 상업화에 성공할 것"이라며 자신감을 내비쳤다.

포스코의 전기용융로(ESF) 시험설비에서 쇳물이 출선되고 있는 모습(포스코 제공)ⓒ News1 박종홍 기자

◇ 석탄용융로·전기아크로 대신 전기 용융로…파일럿 ESF 첫 공개

하이렉스·파이넥스는 고로 공정과 달리 고체 상태의 철을 환원시키기 때문에 철을 녹이는 추가적인 설비가 필요한데, 포스코는 이를 위한 전기용융로(ESF) 개발에 매진하고 있다. 파이넥스는 석탄을 이용한 용융로를 사용하고 있다.

기존에 전기를 이용해 쇳물을 만들어내는 전기아크로(EAF) 설비의 경우 온도가 충분히 높지 않아 불순물 분리가 잘 이뤄지지 않거나 고품질의 철강을 생산하기 어렵다는 단점이 있는데 이를 새 기술 개발로 극복하겠다는 것이다.

포스코는 올해 1월 시험설비(파일럿 ESF)를 완공해 이번에 첫 공개했다. 현장에선 시험설비를 정비하는 작업이 한창 진행 중이었다. 시험설비는 올해 4월 첫 출선에 성공해 총 15톤의 쇳물을 출선했다.

박재훈 포스코 기술연구원 그룹장은 "파일럿 ESF를 통해 추가 기술을 개발하고 있다"며 "2030년까지 상용화를 목표로 기술을 개발하고 있다"고 설명했다.

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