[초점] 미국, 철강 산업 혁신 위한 '수소 철강' 프로젝트 추진…10억 달러 지원 확정

철강업체 클리블랜드-클리프스와 사브(SSAB)는 수소를 사용하여 제강용 철을 만들 수 있는 신설비를 건설하기 위해 각각 5억 달러(약 6715억원)를 지원 받을 수 있게 되었다.

카나리 미디어의 보도에 의하면 중공업 정화를 위한 바이든 행정부의 최근 이니셔티브는 가장 더러운 산업 부문 중 하나인 철강 산업의 새로운 시대를 열 수 있게 되었다.
미국 에너지부는 미국 내 여러 공장에서 온실가스 배출량을 줄이는 기술을 실증하기 위해 상업적 규모의 프로젝트에 최대 60억 달러(약 8조580억원)를 지원한다고 발표했다. 철강 제조업체인 클리블랜드-클리프스와 사브는 각각 최대 5억 달러를 지원받아 철광석을 유비쿼터스 고강도 금속으로 전환할 수 있는 '친환경 철강' 프로젝트를 추진할 계획이다.

두 회사는 석탄이나 화석 가스 대신 청정 수소를 사용하는 저공해 제철 시설 건설을 제안했다. 미국에는 아직 이같은 시설이 존재하지 않는다. 현재 전 세계적으로 운영되고 있는 곳은 사브가 파트너로 참여하고 있는 스웨덴의 하이브리트 프로젝트 한 곳뿐이다. 이번 발표가 있기 전까지만 해도 수소 관련 프로젝트는 유럽과 중국에서만 진행 중이었다.

기후환경 옹호단체인 인더스트리 랩스(Industrious Labs)의 철강 책임자인 힐러리 루이스는 카나리아 미디어와의 인터뷰에서 "며칠 전까지만 해도 미국은 정말 뒤처져 있었고, 최초의 친환경 철강 공장에 대한 선도적인 투자가 필요하다고 느꼈다"고 말했다.

인더스트리 랩스는 위험한 배출을 획기적으로 줄이고, 지역 사회와 근로자에 대한 업계의 책임을 묻는 일에서부터 순환 경제를 개발하기 위해 멈출 수 없는 정책, 그리고 인력 및 분석을 제공하는 단체이다.

클리블랜드-클리프스는 오하이오주 미들타운의 기존 단지에 '수소 사용 가능' 제철 공장을 설치할 계획이다. 사브는 미시시피주 페리 카운티에 수소를 독점적으로 사용하여 원광석을 철로 바꾸는 새로운 시설을 건설할 계획이다.

하지만 제조업체들은 상당한 규모의 자금을 부담해야 하며, 두 프로젝트 모두 아직 수주 협상이 진행 중이다. 반면에 친환경 철강 지지자들은 은행과 투자자들이 위험하고 자본 집약적인 프로젝트에 지원하는 것을 꺼리기 때문에 최초의 시설에 자금을 조달하려면 정부의 지원이 매우 중요하다고 지적하고 있다.
저공해 인프라 구축은 첫 번째 단계에 불과하다. 제철 기술을 사용하는 기업들은 탄소 배출량을 대폭 감축하기 위해 '청정 수소'를 대량으로 조달해야 하는데, 현재 공급되고 있는 수소는 거의 없는 형편이다.

오늘날 대부분의 수소는 배출 집약적인 공정에서 화석 가스를 사용하여 생산된다. 저탄소 대안은 물과 막대한 양의 재생 가능한 전기로 수소를 만들고 있다. 이것을 '그린 수소'라고도 한다.

친환경 철강 추구는 청정 수소 생산을 획기적으로 늘리고 미국의 청정에너지 용량을 대폭 확대하는 두 가지의 광범위한 노력과 결부되어 있다.


전 세계적으로 철강 생산은 매년 인간이 유발하는 CO₂ 배출량의 9%를 차지한다. 이는 다른 어떤 중공업보다 많은 양이다.

이유 중 하나는 제조업체들이 전 세계적으로 연간 20억t에 달하는 엄청난 양의 철강을 생산하기 때문이다. 알루미늄은 화물선의 선체와 비행기의 부품을 구성하는 필수 합금이다. 건물, 교량 및 도로에 알루미늄이 사용되고 있다. 물론 알루미늄은 차량, 가전제품, 조리기구에도 사용된다.

최근 몇 년 동안 미국 철강 업계는 최종 제품에 사용되는 재활용 철강의 양을 늘리고 전기로에서 고철을 녹여 탄소 발자국을 줄이는 노력을 기울였다. 현재 미국 철강의 약 70%가 전기로 방식으로 철강을 생산하는 반면, 약 30%는 석탄을 사용하는 전통적인 고로공장에서 생산되고 있다. 전 세계적으로는 정반대의 현상을 보이고 있다.

재활용 철강은 철강 제품 수요를 일부 충족시킬 수 있지만, 차량의 고강도 부품에 필수적인 1차 철강의 수요를 완전히 대체하지는 못한다. 또한 여전히 존재하는 더러운 시설을 청소하거나 교체해야 할 필요성도 줄어들지 않는다.

대부분의 1차 철강은 통합 제철소로 알려진 용광로를 사용하여 탄소배출이 극심한 실정이다.

용광로에서는 철광석과 정제된 석탄(또는 코크스)이 가공된 석회석을 뿌려서 용기에 버려진다. 최대 약 2,800°F에 이르는 뜨거운 공기가 용광로 안에 고속으로 불어넣어져 화학 반응을 일으킨다.

이 과정에서 일산화탄소는 철광석의 산소 원자와 결합하여 CO₂를 형성하고 공기 중으로 방출된다. 이렇게 만들어진 철은 용암처럼 용광로 밖으로 흘러나오고, 용광로에서 산소 용광로로 이동하여 강철을 완성시킨다.

미국은 여전히 13개의 노후 용광로를 운영하고 있다. 그 중 7개는 오하이오에 위치한 클리블랜드-클리프스가 소유하고 있다. 지난 주에 클리브랜드 클리프스는 오하이오주 미들타운에 있는 용광로 중 하나를 수소로 가동할 수 있는 직접 환원철 공장으로 교체할 계획이라고 밝혔다.

클리블랜드-클리프스는 이 프로젝트에 5년 동안 약 13억 달러(약 1조7459억원)가 소요되며 완공은 2029년로 예상하고 있다고 밝혔다.

직접 환원철(DRI) 공정은 철광석 펠릿을 샤프트 용광로에 떨어뜨리는 방식으로 이루어진다. 수소 가스와 열의 결합으로 철광석의 산소 원자가 수소와 결합하여 물을 형성하는데, DRI 공장은 전기 아크로와 결합하여 전기만을 사용하여 완성된 강철로 만들 수 있다. 하지만 클리블랜드-클리프스의 경우 기존의 산소 용광로에 철을 공급할 두 개의 전기로 용해로를 건설하고 있다. 클리브랜드 클리프스는 이번 투자로 오하이오 시설에서 매년 100만t의 온실가스 배출량을 줄일 수 있을 것으로 예상된다.

클리브랜드 클리프스의 CEO인 루렌코 곤칼베스는 "수소는 제철 및 제강 분야의 진정한 판도를 바꾸는 사건이며, 이것이 바로 클리블랜드-클리프스가 친환경 철강을 생산하는 길"이라고 지난 1월 30일 실적 발표에서 말한 바 있다.


DRI 기술은 수십 년 전부터 사용되어 왔다. 현재까지 미국 내 3곳을 포함해 전 세계적으로 약 100곳에서 동일한 시설이 구축되어 있다. 하지만 모두 화석 연료를 축로에서 사용하고 있다. 이 시설은 수소를 직접 사용하는 대신 화석 가스 또는 코크스 오븐 가스를 사용하여 철광석에서 산소 함량을 제거하는 수소와 일산화탄소를 포함하는 환원 가스를 생산한다.

클리블랜드-클리프스는 미들타운에 새로 건설하는 DRI 시설은 화석 가스를 연료로 사용할 수 있는 '유연성'을 갖추고 있어 제철 과정에서 발생하는 탄소 집약도를 절반 이상 줄일 수 있을 것이라고 설명했다. 이 공장은 가스와 청정 수소를 혼합하여 사용하거나 청정 수소만으로 가동할 수도 있다. 후자의 옵션은 철을 만드는 데 드는 탄소 집약도를 90% 이상 줄일 수 있다.

한편, 이번 주 사브는 미시시피에서 가스를 완전히 건너뛰고 바로 청정 수소를 사용할 계획이라고 밝혔다.

이 스웨덴 제조업체는 하이브리트 기술을 사용하여 세계 최초의 상업시설을 건설할 업체로 선정되었지만 시기는 밝히지 않았다. 스웨덴의 기존 하이브리트 파일럿 플랜트는 수소를 사용하여 직접 환원철을 생산한다. 그러나 다른 DRI 시설과 달리 하이브리트는 화석 가스나 혼합 연료 대신 수소로만 작동하도록 최적화된 설계를 갖추고 있다고 개발자들은 강조하고 있다. .

사브는 미시시피 공장의 새로운 청정 철 공급을 활용하기 위해 아이오와주 몽펠리에에 있는 기존 제철 시설을 확장하는 방안도 고려하고 있다. 이 계획의 일환으로 사브는 미시시피에서 친환경 수소와 재생 가능한 전기를 공급하기 위해 하이 스토르 에너지(Hy Stor Energy)와 의향서에 서명했다고 밝혔다.

하이스토르는 해당 주에 수소 '허브'를 개발 중이다. 이곳에서 현장의 독립형 재생 에너지 프로젝트를 사용하여 수소를 생산한 다음 지하 소금 동굴에 저장하여 서비스형 소프트웨어인 온디맨드 등에 24시간 내내 에너지를 공급할 계획이다.

힐러리 루이스는 이번 주 소식에 대해 "친환경 수소 개발자들은 귀를 쫑긋 세우고 자신들의 프로젝트가 이 거대한 새로운 수요를 뒷받침할 수 있는 프로젝트인지 확인하기 위해 노력해야 한다"고 말했다.

인더스트리어스 랩과 다른 친환경 철강 지지자들도 "해당 시설에 가장 깨끗한 수소를 공급할 수 있도록 노력할 것"이라고 덧붙였다.


김진영 글로벌이코노믹 기자