포스코가 2050년까지 ‘탄소중립(Carbon Neutral)’ 달성을 선언했다. 기후변화 대응이 인류의 최대 도전과제로 떠오른 가운데 포스코가 탄소중립을 선도하겠다는 의지를 표명한 것은 이신화탄소(CO₂)배출이 불가피한 업의 특성을 고려하면 의미 있는 선언이다.
특히 한·중·일 등 대형 고로 생산체제에 기반한 아시아 철강사로는 처음으로 탄소중립 계획을 공식적으로 발표한 것으로서, 매우 도전적인 목표를 수립했다는 평가다.
이 비전을 위한 성장 동력의 한 축으로 포스코가 선택한 것은 다름아닌 수소다.
포스코, 수소 500만 톤 생산체제 구축 선언
포스코는 2050년까지 수소 생산 500만톤 체제를 구축해 수소사업에서 매출 30조 원을 달성하겠다는 미래 청사진을 제시했다.
차세대 청정에너지원으로 각광받고 있는 수소는 연간 국내 수요가 2030년 194만 톤, 2040년 526만 톤 이상으로 증가할 것으로 분석된다. 활용 분야도 석유화학산업 중심에서 수송, 발전 등으로 확대·성장할 것으로 전망된다. 이에 따라 정부도 수소경제위원회 출범 및 그린뉴딜 정책을 선언하고 수소경제로 전환을 추진하고 있다.
현재 포스코는 철강 제조 공정에서 발생하는 부생가스(Cokes Oven Gas)와 천연가스(LNG)를 이용한 연간 7000톤의 수소 생산 능력을 갖추고 있으며, 약 3500톤의 부생수소를 추출해 철강 생산 중 온도 조절과 산화 방지 등을 위해 사용하고 있다.
또한 세계 최초로 수소 연료전지 분리판용 철강제품을 개발해 국내에서 생산되는 수소차에 공급하는 등 수소 생산과 이용에 필요한 역량을 갖추고 있다.
향후 포스코는 수소를 활용한 철강 생산 기술인 ‘수소환원제철공법’ 연구와 수소를 ‘생산-운송-저장-활용’ 하는데 필요한 강재 개발, 부생수소 생산 설비 증대, 수소 생산 핵심기술 개발 등의 역량 강화는 물론 ‘그린수소’ 유통 및 인프라 구축, ‘그린수소’ 프로젝트 참여 등 다양한 사업 기회를 모색하며 대규모 투자를 추진할 계획이다.
이를 통해 2025년까지 부생수소 생산 능력을 7만 톤으로 늘리고, 2030년까지 글로벌기업과 손잡고 ‘블루수소’를 50만 톤까지 생산한다는 계획이다. 동시에 ‘그린수소’는 2040년까지 200만 톤 생산체제를 구축하는 등 2050년까지 수소 500만 톤 생산체제를 완성할 방침이다.
또한 포스코는 2050년까지 ‘그린수소’를 기반으로 한 수소환원제철소를 구현해 철강분야에서도 탈탄소·수소시대를 열겠다는 방침이다. 수소환원제철공법이 상용화되면 최대 연간 370만 톤의 ‘그린수소’가 필요하게 되어 최대 수소 수요업체이자 생산업체로 도약할 것으로 기대된다.
‘그린수소’ 생산과 운송에 필요한 핵심기술을 확보하기 위해 국내외 연구기관과 기술 협력을 진행하고, 글로벌 기업과 파트너십을 추진한다. 수소 운송과 저장의 핵심 기술로 꼽히는 암모니아 수소추출기술 개발에도 나선다. 암모니아는 수소를 질소와 결합시킨 것으로 운송과 저장이 용이해 효율적이고 경제적인 운반체로 평가받고 있다.
초기사업으로 포스코는 제철소 지역에 수소충전소 설치 등의 인프라를 구축하고, 철강 운송 차량, 사내 업무용 차량 등을 수소차로 전환하는 등 철강 물류 기반의 수소생태계를 육성해 수요 기반 창출에 나설 계획이다.
이와 함께 그룹사의 역량을 집중해 ‘생산-운송-저장-활용’ 전 주기에 걸친 가치사슬도 함께 마련한다. 포스코인터내셔널은 해외네트워크를 활용해 정부의 수소 도입 사업과 해외 수소 프로젝트에 참여하며, 포스코에너지는 수소 전용 터미널을 구축함과 동시에 현재의 LNG터빈 발전을 30년부터 단계적으로 수소터빈 발전으로 전환한다. 포스코건설은 수소 도시 개발 프로젝트는 물론 수소 저장과 이송에 필요한 프로젝트 시공을 담당하게 된다.
청정제철기술 ‘수소환원제철공법’ 개발, ‘100년 기업 포스코’ 시금석 삼는다
포스코 그린수소 사업모델에서 특별히 눈에 띄는 것은 ‘수소환원제철공법’이다. ‘수소환원제철’이라 불리는 이 기술은 철광석으로부터 철을 생산할 때, 석탄 대신 수소를 활용하는 혁신적 기술이다.
현재는 석탄에서 발생하는 가스, 즉 일산화탄소를 환원제로 활용하고 있는데,고로에 철광석과 석탄을 넣어 1500°C 이상의 고온에서 녹이면, 일산화탄소가 발생해 철광석에서 산소를 분리시키는 환원반응이 일어나는데, 이때 온실가스인 CO₂가 발생하게 된다.
환원제로 석탄 대신 수소를 쓰게 되면,수소(가 철광석(에서 산소를 분리시키는 환원제의 역할을 하는 것이다.이 과정을 통해 이산화탄소 대신 물(H2O)이 발생하게 된다.
포스코는 지난해 12월 발간한 기후행동보고서(POSCO’s Dialogue for Climate Action)를 통해서도 탄소 배출을 줄이기 위한 저탄소 솔루션으로, 1단계 ‘에너지효율향상과 경제적 저탄소 연원료로의 대체를 추진’, 2단계 ‘스크랩 활용 고도화와 탄소포집저장활용 적용’, 3단계 ‘기존 FINEX 기반의 수소환원제철 기술을 개발하여 궁극적으로 수소 환원과 재생에너지에 기반한 탄소중립 제철 공정을 구현’이라는 계획을 밝힌 바 있다.
포스코의 수소환원제철공법이 상용화되면 최대 연간 370만 톤의 ‘그린수소’가 필요하게 되어 최대 수소 수요업체이자 생산업체로 도약할 것으로 기대된다. ‘저탄소 경쟁력’을 ‘100년 기업 포스코’ 실현의 주요 시금석으로 삼겠다는 계획이다.
완전한 수소 사회, ‘그린수소’를 위한 포스코의 철강 기술력
이산화탄소 제로 사회에 이상적인 에너지 공급원인 그린수소를 생산할 때 가장 핵심이 되는 부품은 ‘수전해 분리판’이다. 수소를 생산하고 연료로 사용할 때 매우 중요한 역할을 하는 것이 바로 이 ‘분리판’인데, 분리판의 핵심 소재가 바로 스테인리스 스틸이다.
분리판은 수소와 산소의 이동 통로로, 전기전도성이 높고 부식에 강해야 하기 때문에 분리판을 만드는 데에는 뛰어난 기술력이 요구된다. 분리판에는 수소전기차와 같이 수소를 연료로 사용하는데 들어가는 ‘연료전지 분리판’과 수소를 생산하는 데 들어가는 ‘수전해 분리판’ 두 종류가 있다.
수전해 분리판은 물에서 수소를 생산(2H2O → 2H2 + O2)하는 부품이기 때문에, 수소 자동차나 발전기의 연료전지 분리판과는 다른 역반응(2H2 + O2→2H2O)으로 운용된다. 구동 환경이 연료전지 보다 고온, 고습하고 열악하기 때문에, 수전해 분리판은 연료전지 분리판 보다 더욱 뛰어난 내식성과 전도성이 요구된다.
‘연료전지 분리판’은 내연 기관 자동차로 따지면 ‘엔진’에 해당되는 연료전지에 들어가는 분리판으로, 연료전지는 자동차에 주입된 수소를 전기에너지로 바꾸는 역할을 한다. 포스코는 2006년부터 연료전지 분리판 개발에 착수해, 2018년 수소전기차 ‘넥쏘’에 적용된, 세계 최초의 초고내식 스테인리스스틸 분리판 소재 Poss470FC를 개발, 상용화하는 데 성공했다.
과거에는 부식 방지를 위해 분리판에 금이나 카본 소재를 코팅했었는데, Poss470FC는 이런 코팅 없이도 내부식성과 전도성을 높인 동시에 제작 원가를 낮추고 제품 크기도 줄인 혁신적인 소재로 평가받고 있다.
Poss470FC는 국제스테인리스스틸협회(ISSF, International Stainless Steel Forum) 2018년 신기술상(New Technology Award) 부문 금상을 수상했으며, 2019년 한국공학한림원 ‘대한민국 산업을 이끄는 산업기술성과 15선’에 선정됐다.
한편, 발전용 연료전지 분리판은 구동 환경이 100°C 이하인 수소전기차용 연료전지 분리판과는 달리, 600~800°C에서 작동되고 긴 시간 동안 시동되기 때문에 높은 내산화성과 전도성이 요구되는데, 현재는 독일, 일본에서 생산된 고가(高價)의 희토류가 첨가된 스테인리스강이 적용되고 있다. 이에, 포스코는 비싼 수입재를 대체할 수 있는 저원가·고전도성 강재 Poss460FC를 개발함으로써, 원천 소재 개발을 통한 국내 발전용 연료전지 산업 활성화에 기여하기 위해 노력하고 있다.
포스코, 호주 원료공급사 FMG와 그린수소 사업 추진
포스코 최정우 회장은 글로벌 4위 철광석 회사이자 호주에서 2040 탄소중립을 발표하고 그린수소 사업을 주도적으로 추진중인 FMG사의 앤드류 포레스트(Andrew Forrest) 회장을 만나 양사간 수소사업 비전을 공유하고 수소사업 협력 방안을 논의했다.
포스코와 FMG 양사는 먼저 FMG가 호주에서 추진중인 신재생에너지를 활용한 그린수소 생산 프로젝트에 포스코가 참여하고, 향후 추가 프로젝트 발굴에도 협력키로 했다.
이어 FMG의 그린수소 생산에 필요한 태양광, 풍력 등 친환경 발전 설비에 PosMAC 등 포스코의 프리미엄 강재를 공급하는 것도 협력키로 했다. 이는 포스코가 FMG의 철광석을 수입하여 철강재를 만들고, 이 강재를 다시 수소 생산을 위한 FMG의 태양광 발전 설비에 공급하는 것이야말로 탄소중립 시대에 철강사와 원료사가 협력해 실행할 수 있는 지속가능한 사업모델이라고 공감했기 때문이다
