철강 제조를 보다 지속 가능한 공정으로 전환하는 것은 전 세계 탄소 배출량을 줄이는 데 매우 중요하다. 그러나 현재 상업적으로 실행 가능한 기술은 제강이 순제로(Net-Zero) 목표를 달성하는 데 역할을 하려면 상당한 기술 발전이 필요할 수 있다.

기존의 핵심 제강 기술 경로

고로 기반 산소로(BF-BOF) 공정은 현재 철강 제조를 주도하고 있는데, 이는 주로 비용이 저렴하고 다양한 철광석 품질을 유연하게 수용할 수 있기 때문이다. 그러나 탈탄소화는 어렵기 때문에 저탄소 미래를 지향하는 업계에 도전 과제를 제시하게된다.

전기로(EAF) 기술은 배출량을 훨씬 적게 발생시킨다. 그 결과, 인기가 급속히 증가하고 있으며 2050년에는 BF-BOF 생산과 거의 동등할 것으로 예상된다. EAF 공정을 사용하여 철강을 제조하면 고철 재료를 1차 금속 공급원료로 활용하여 탄소 배출량을  기존의 BF-BOF 대비 75~80% 줄일 수 있다. 그러나 EAF는 철광석 투입물을 직접 활용하지 않고 제한된 글로벌 고철 풀을 놓고 점점 더 경쟁하고 있으며 DRI와 같은 광석 기반 금속을 위한 고품질 철광석 투입물을 요구한다. 따라서 철강 가치 사슬에서 배출량을 줄이려면 기존 전기로 생산 공정을 넘어서 철강 제조 경로를 통합하는 다중 기술 접근 방식이 필요할 수 있다.

저탄소 철강 제조를 위한 잠재적인 경로

녹색 수소와 직접 환원철(DRI)을 결합하는 것은 많은 사람들이 저탄소 철강 제조에 선호하는 경로로 부각된다. 천연가스나 석탄 대신 녹색수소를 사용하여 DRI를 철강 공급원료로 생산하는 것은 제강 과정에서 탄소원을 제거하고 탄소 중립에 가장 가까운 경로이다. 결과적으로, 메탈 혼합물에서 DRI의 점유율은 2050년까지 두 배 이상 증가할 것으로 예상된다.

현재 DRI 환경은 주로 가스 기반(80%)이며 나머지 석탄 기반 시설은 주로 인도와 중국에 집중되어 있다. DRI 생산을 위한 공급원료로서 녹색 수소로의 전환은 천연가스가 녹색 수소 미래와의 격차를 해소하면서 점진적인 진화가 될 가능성이 높다.

전기 제련로 기반 산소로(ESF-BOF) 공정은 기존 EAF와 BF-BOF 기술 간의 격차를 해소할 수 있는 또 다른 잠재적 솔루션이다. 초기 ESF 공정은 EAF와 같은 연료로 석탄/코크스 대신 전기를 사용하지만, EAF 공정과 달리 중저급 철광석을 공급원료로 사용하여 생산된 DRI를 수용할 수 있다. ESF로 생산된 액체 고온 금속은 전통적인 기본 산소로에서 강철로 가공될 수 있다. ESF-BOF는 잠재적으로 기존 BOF 설치 공간을 사용하여 BF-BOF 시설에 출시될 수 있으며, 이는 용광로 사용을 줄이고 배출량을 줄이는 동시에 자본 지출, 운영 복잡성 및 프로젝트 실행 시간을 줄이는 데 도움이 된다.

ESF 기술은 철강업체에 더 큰 유연성을 제공한다. 그들은 자체 DRI를 사용하거나 VIU(사용 가치) 분석을 기반으로 모든 범위의 DRI 제품을 거래할 수 있다. 대조적으로 DRI-EAF 생산자는 기술적으로 고급 철광석 제품으로 제한된다.

탈탄소화 비용

다양한 철강 제조 공정의 비용 경쟁력은 여전히 중요한 요소로 남아 있으며 궁극적으로 탄소 가격 책정 구조가 어떻게 진화하는지에 따라 달라질 수 있다. 엄격한 탄소 가격 책정이 없다면 전통적인 BF-BOF는 대부분의 전 세계 지역에서 철강 생산을 위한 최저 비용 경로로 남을 가능성이 높다.

DRI-ESF-BOF는 장기적으로 기존 DRI-EAF와 거의 동일한 비용에 도달할 수 있다. 어떤 경우에는 지역적 역학과 사용된 연료 공급원료가 천연가스인지 수소인지에 따라 가격이 더 저렴해질 수도 있다.

수소 DRI 비용은 가스 DRI보다 30% 더 높으며 인도의 석탄 DRI 장치에 비해 훨씬 더 비싸다. 경제적 조치와 산업 확장을 통해 2050년까지 이러한 비용 격차를 줄여야 하지만, 추가 비용 완화를 위해서는 상당한 녹색 인센티브와 엄격한 탄소세 정책이 필수적이다.

DRI 기반 철강의 잠재적 허브

2050년까지 DRI 기반 철강 생산을 위한 7개의 잠재적 허브가 예상된다. 각 허브는 서로 다른 기술 조합과 개발 일정을 갖고 있다. 중동, 중국, 호주, 유럽 등이 DRI 증설을 주도할 것으로 보인다. 미국과 브라질에서는 어느 정도 견인력이 있을 것이지만 높은 스크랩 사용으로 인해 DRI 수요가 위축될 수 있다. 인도는 석탄 기반에서 가스 기반 DRI로 점진적으로 전환하여 녹색 철강 생산에 대한 잠재적 기여를 제한할 것으로 예상된다.

그린 철강 혁명 실현

세계 철강 산업의 탈탄소화는 복잡하며 기술 혁신, 강력한 탄소세 및 매력적인 녹색 인센티브를 포함한 정책 지원 및 상당한 투자가 필요하다. 친환경 철강의 출시는 철광석 품질, 수소 및 천연가스 가용성, 재생 에너지원, 탄소 가격 책정의 복잡성, 기존 철강 프레임워크의 유산 등 다양한 요소에 따라 달라진다.

도전 과제는 상당하며 무시되어서는 안된다. 여기에는 제한된 DR 등급 철광석 공급, 전기화 및 수소 생산 확장성에 대한 장애물, 물류 문제, 전반적으로 높은 녹화 비용 등이 포함된다. 그러나 잠재적인 보상은 상당한다. 즉, 더 깨끗하고 지속 가능한 세상을 후손들에 물려주게 될 것이다.

출처: 우드 맥켄지