[ENTECH 후기] 포스코그룹, 2024 기후산업국제박람회에서 탄소중립 전시관을 선보이다

[ENTECH 후기] 포스코그룹, 2024 기후산업국제박람회에서 탄소중립 전시관을 선보이다

대학생신재생에너지기자단 21기한세민, 23기 김경훈, 24기 변지원

 

[자료 1. 포스코 그룹 전시관]

출처: ©21기 한세민

포스코그룹은 2024년 9월 4일부터 6일까지 부산 벡스코에서 개최된 ‘2024 기후산업국제박람회’에 참여했다.  △포스코홀딩스 △포스코 △포스코인터내셔널 △포스코이앤씨 △포스코퓨처엠 △포스코모빌리티솔루션 등 6개 그룹사가 처음으로 통합 전시관을 운영했다.

 

<포스코인터내셔널 - CCS>

CCS

포스코인터내셔널은 CCS(이산화탄소 포집・저장), 청정수소 분야의 저탄소 에너지 사업을 추진하고 있다. CCS(Carbon Capture & Storage, 이산화탄소 포집 및 저장)는 이산화탄소 포집부터 저장에 이르기까지 전주기를 포함한 기술이다. 산업 및 제조 분야에서 방출되는 이산화탄소를 효율적으로 포집한 후, 에너지 자원이 고갈된 유가스전 또는 지하 염대수층에 안정적으로 보관함으로써 온실가스를 효과적으로 저감한다.

[자료2 . 포스코인터내셔널의 CCS 단계 1]

출처: ©23기 김경훈

미얀마 가스전 개발을 통해 축적한 E&P(Exploration & Production, 탐사 및 생산) 역량으로 국내외 지중 저장소를 확보하고, CCS 밸류체인을 구축하기 위해 다양한 글로벌 파트너십을 추진하고 있다. 

[자료3 . 포스코인터내셔널의 CCS 단계 2]

출처: ©23기 김경훈

포집한 탄소는 포스코가 개발한 대형 액화이산화탄소(LCO2) 운반선을 통해서 운반된다. 액화이산화탄소 운반선은 CCUS 기술로 포집한 탄소를 액체화해 운송하는 선박이다. LNG⋅암모니아는 운반할 때 저온 조건만 만족하면 액체 상태로 운반할 수 있지만, 이산화탄소는 저온은 물론 일정한 압력을 유지해야 운반이 가능하다. 이러한 특성에 따라 액화이산화탄소 저장 탱크 대형화를 위해서는 고도의 철강기술력이 요구된다.

포스코의 액화이산화탄소(LCO2) 운반선용 강재는 국내 최초로 국제 인증을 받았다. 세계적 권위의 영국 로이드 선급(LR)은 노르웨이 오슬로에서 열린 2023 국제선박전시(Nor-Shipping)에서 포스코에 대형 액화이산화탄소 운반선용 강재 인증을 수요했다. 이는 포스코가 탄소의 포집⋅활용, 저장(CCUS: Carbon Capture, Utilization and Storage) 관련 시장 선점을 위해 업무협약을 맺고 액화이산화탄소 운반선 공동 개발을 추진한 결과다.

 

저염수층 탄소 저장

포스코인터내셔널은 미국 텍사스 토지관리국이 주관하는 탄소포집저장(Carbon Capture and Storate, CCS)사업 국제입찰에 참여해 광권을 획득했다. 사업대상 지역은 텍사스 코퍼스 크리스티(Corpus Christi) 인근 해상 578km^2로 서울시 면적과 유사한 수준이며, 향후 저장소 평가 및 개발을 진행한 후 25년간 저장소에 이산화탄소를 주입할 계획이다. 또한 미국은 IRA를 통해 CCS를 활용해 탄소를 감축하는 기업에 톤당 최대 85달러의 보조금을 지급하는 등 제도적으로 CCS사업을 지원하고 있기 때문에 전 세계에서 CCS사업이 가장 활발하며, 현 시점에서 탄소배출 감축만으로 직접적으로 수익을 창출할 수 있는 유일한 국가이다.

말레이시아에서는 국영 석유기업 페트로나스(Petronas), 페트로스(Petros), 포스코홀딩스 등과 함께 국내에서 포집한 이산화탄소를 염대수층과 해상 고갈가스전에 저장하는 사업모델을 개발하고 있다. 

[자료4. 포스코인터내셔널의 CCS]

출처: ©23기 김경훈

염대수층은 염분이 포함되어, 수자원으로서의 가치가 없는 지하수층을 말한다. 염대수층은 전세계적으로 대츅과 연안 해저 아래에 폭넓게 분포되어 있어 CO2의 주배출권인 발전소로부터 접근성이 용이하며, 잠재적 저장용량은 지중 저장소들 중에서 가장 큰 것으로 알려져 있다. CO2 저장이 가능한 염대수층은 보통 해저면으로부터 약 800m 심도 이상에 위치하고 구조적으로 배사구조 또는 경계면에 불투수층이 잘 발달된 지층들이다. 이 염대수층에 포집된 이산화탄소를 보내면, 이 이산화탄소가 염수에 저장되는 방식이다. 

포스코인터내셔널의 CCS 사업은 글로벌 탄소감축 및 지속 가능한 성장을 동시에 추구하는 기반이 될 것이며, 포스코의 친환경 포트폴리오와 지속적인 확대 및 그룹의 2050 탄소중립 실현에 기여할 것이다.

 

<포스코홀딩스 - 이산화탄소 포집 및 활용·저장 CCUS>

포스코홀딩스는 제철소의 철강산업을 기반으로 한 이산화탄소 포집 및 전환 기술 실증을 위한 민관합동 국가연구개발 사업을 진행하고 있다. 고로, 전로, 파이넥스(FINEX) 공정에서 발생하는 부생가스 중 이산화탄소를 포집해 재자원화한 후 철강 공정의 열원으로 사용하는 실증기술을 개발 중이며, 포집된 이산화탄소로 액체탄산을 생산하고, 광물탄산화로 이산화탄소를 육상저장하는 기술을 상용화 중에 있다.

[자료5. 포스코홀딩스의 CCUS]

출처: ©21기 한세민

-      CO2 포집

제철소의 부생가스에는 15~17% 농도의 CO2가 포함되어 있으며, 1톤의 철 생산 시 약 2톤의 CO2를 배출한다. 이에 따라 포스코홀딩스 미래기술연구원은 흡수법 기반의 이산화탄소 포집 공정을 개발 중이다. 이 기술은 CO2를 선택적으로 흡수/제거 할 수 있는 흡수제(암모니아수)를 활용함으로써 제철소 내 중저온 폐열을 이용하여 경제적으로 CO2를 포집할 수 있다. 또한, CO2 농도에 따라 흡수법, 흡착법, 심냉법 등 다양한 탄소포집 기술을 사용할 수 있다.  현재 철강산업 대상 국내 최초 CO2 포집 기술 실증에 있다.

CO2 포집공정은 다음과 같다. 제철공정 내 발전소, 철강 통 등의 CO2 배출원의 미활용 폐열을 활용해 재생탑에서 CO2를 분리회수하고, 흡수제를 재생한다. 흡수탑에서는 산(CO2) – 염기(암모니아수)반응으로 CO2 를 포집하는 방식이다.

-      코크스 오븐 CO2 취입 실증

코크스 오븐 벽면의 고온 부착카본은 공기 주입으로 소각 후 대기에 방출하여 CO2가 배출된다. 이에 CO2 저감을 위해 철강 공정에 특화된 CCU기술 개발을 필요로 함에 따라 제철소에서 포집, 분리한 이산화탄소를 코크스 오븐 취입을 실증에 있다. 미활용 카본을 CO2로 제거한 후 코크스 오븐 가스(COG)를 추가 생산하여 제철소 연료로 사용하고, 경제적 이익을 창출할 수 있다는 장점도 있다. 코크스 오븐 벽면에 생성된 부착 카본 방향으로 CO2를 분사하면 C+ CO2 -> 2CO 반응에 따라 COG를 생산하는 방식이다. 이렇게 생산된 COG는 제철소의 발전연료인 LNG를 대체할 수 있어, 연간 1.6만 톤의 CO2 배출 저감 및 32억원의 비용절감의 효과를 볼 수 있다.

이외에도 배가스 직접 활용 방식으로 제강슬래그를 활용한 광물탄산화와 이산화탄소 육상저장 실증사업이 있고, 정제/액화로 고농도 CO2 부생가스를 활용한 액화탄산을 제조하는 기술의 상용화를 추진 중에 있다. 

 

<HyREX>

수소환원기술인 HyREX(Hydrogen Reduction Ironmaking)는 포스코에서 주력하고 있는 대표적인 기술이다. 

본래 전통적인 제철공정에서는 철광석의 환원과 용융 반응은 석탄을 연료로 하는 고로(용광로)에서 동시에 이루어진다. 또한 철강은 석탄을 태울 때 나오는 열과 가스로 철광석을 환원하고 녹여서 만드는 방식을 사용한다. 이러한 방식은 온실가스 배출량이 대량으로 배출되기 때문에 환경에 매우 안좋다. 다만 포스코의 HyREX는 석탄 대신 100% 수소를 사용해 가루 상태의 철광석을 직접 환원해 직접환원철(DRI, Direct Reduced Iron)을 생산하고 이를 전기로에서 녹여 쇳물을 제조한다. 현재는 100% 수소만을 사용한 환원로가 아직 상용화되지는 않았지만, 점진적으로 이산화탄소 배출이 없이 생산된 수소와 전력으로 대체할 계획을 가지고 있고, 포스코는 기존 FINEX 기술을 바탕으로 HyREX 기술 개발을 추진 중이다. 이 기술은 철광석을 가공하지 않고 가루 상태로 사용해 환원시키며, 유럽과 미국의 철강사들이 사용하는 샤프트환원로와는 차별화된다.

* 샤프트환원로는 펠렛 형태의 철광석을 사용해 수소가스와 반응하지만, 유동환원로는 가루 상태의 철광석을 수소와 혼합해 처리한다. 특히 펠렛 생산 과정에서 발생하는 탄소 배출을 줄이는 데 유동환원로가 유리하다. 포스코는 2030년까지 HyREX 기술을 상용화해 탄소중립 목표를 달성하고 그린철강 시대를 선도할 계획이다.

[자료6. 포스코의 HyREX 기술 소개]

출처: 포스코

HyREX는 그만의 장점을 가지고 있다. 우선, 유동 환원 방식을 사용하면서 철광석을 가공하지 않고 분광 그대로를 사용할 수 있다. 또한 저품위 분철광석을 그대로 사용해 별도의 파쇄나 펠렛 가공이 필요 없다. 이는 원료 제한이 적고 경제적으로 쇳물을 생산할 수 있는 장점이 있다. 마지막으로 유동환원로를 사용해 계단식 반응기를 통해 반응기별 온도 제어가 가능하기에 열공급이 원활하다. 

포스코는 FINEX 기술 개발 경험을 바탕으로 2025년부터 HyREX 기술의 Demo 단계를 시작해 2030년까지 검증하고, 2050년까지 수소환원제철로 전환해 탄소중립을 달성할 계획이다.

 

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수소환원제철, CCUS에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "철을 만드는데 물이 나온다고? 수소환원제철 이야기", 20기 윤지민, 21기 조선근, 22기 한예림,
https://renewableenergyfollowers.org/3890

철을 만드는데 물이 나온다고? 수소환원제철 이야기

 

2. "탄소와의 전쟁,CCUS", 22기 김혜윤, 23기 진희윤, https://renewableenergyfollowers.org/4451

탄소와의 전쟁, CCUS

 

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참고문헌

1) “포스코그룹, 2024 기후산업국제박람회 에서 탄소중립 전시관 선보여”, 포스코뉴스룸, 2024.09.03, https://newsroom.posco.com/kr/%ed%8f%ac%ec%8a%a4%ec%bd%94%ea%b7%b8%eb%a3%b9-2024-%ea%b8%b0%ed%9b%84%ec%82%b0%ec%97%85%ea%b5%ad%ec%a0%9c%eb%b0%95%eb%9e%8c%ed%9a%8c%ec%97%90%ec%84%9c-%ed%83%84%ec%86%8c%ec%a4%91%eb%a6%bd-%ec%a0%84/

2) 박재철, “포스코, 국내 최초 대형 액화이산화탄소 운반선용 강재 인증, 철강금속신문, 2023.06.08, http://www.snmnews.com/news/articleView.html?idxno=518205

3) “Green with POSCO: POSCO의 탄소중립 로드맵과 CCS 사업”, 대한지질학회, 2023.12.29, https://www.gskorea.or.kr/html/?pmode=webzine&smode=viewDetail&par=12&seq=5491

4) “포스코인터내셔널, 이산화탄소 포집⋅저장사업 개발 본격 착수”, 뉴스핌, 2023.03.21, https://www.newspim.com/news/view/20230321000059

5) ”기후변화의 주범, 이산화탄소를 바다 땅속에 묻는다”, KIOST, 2012.01.19, https://www.kiost.ac.kr/cop/bbs/BBSMSTR_000000000011/selectBoardArticle.do;jsessionid=D04CF40925339B9246A8FB8EBDE4E748?nttId=16853&pageIndex=5&searchCnd=&searchWrd=

6) 포스코 홈페이지 , https://www.posco.co.kr/homepage/docs/kor7/jsp/hyrex/

7) “포스코 HyREX 수소환원제철 기술 심층 소개”, 포스코 뉴스룸, 2022.05.10.,https://newsroom.posco.com/kr/%EC%A0%80%ED%83%84%EC%86%8C-%EC%B9%9C%ED%99%98%EA%B2%BD-%EC%A0%9C%EC%B2%A0-%ED%94%84%EB%A1%9C%EC%84%B8%EC%8A%A4-%EB%8C%80%EC%A0%84%ED%99%98-%ED%8A%B9%EC%A7%91-%EA%B8%B0%ED%9A%8D-%E2%91%A0-hyrex/