탄소 대신 물 배출하는 '친환경 쇳물'…K철강, 탈석탄 가속 [K수소, 녹색성장의 판을 바꾸다]

<8> 전통적인 제철 한계…무탄소 공정 전환기

포스코·현대제철 등 수소환원제철 개발 가속

유동환원로·대형 전기로 결합…독자 기술 박차

그린수소 단가·전력 확보가 상용화 성패 좌우

글로벌 보조금 경쟁…중장기 재정 지원 필요

[서울=뉴시스]

2019년 수소경제 로드맵 발표 이후 '장밋빛 미래'를 그리던 수소 산업이 높은 생산 단가와 인프라 난관으로 과도기적 정체를 겪고 있다. 하지만 철강·석유화학 등 탄소 감축이 어려운 산업의 탈탄소화를 위해 수소는 대체 불가능한 핵심 자원이다. 국가적으로도 수소 산업이 우리 경제의 녹색성장을 한 단계 업그레이드시킬 잠재력도 갖고 있다. 이에 뉴시스는 이번 시리즈를 통해 수소 생태계의 현주소와 산업 발전을 저해하는 병목 요인을 진단하고, 필요한 제도 도입과 규제 혁신 등 기업의 투자를 열어줄 실효성 있는 정책 대안을 모색한다.

[서울=뉴시스]유희석 기자 = 수천 년간 이어져 온 제철 기술이 탄소중립이라는 새로운 전환점을 맞고 있다.

18세기 이후 석탄을 활용한 고로 중심의 생산 체계가 자리 잡은 가운데, 철강업계가 탄소 배출을 줄이기 위해 석탄 대신 수소를 활용하는 기술 개발에 나서면서다.

다만 기존 고로 설비를 대체하는 데 필요한 막대한 투자비와 청정수소·전력 공급망 확보, 글로벌 저탄소 철강 표준 경쟁은 상용화에 앞서 해결해야 할 과제로 꼽힌다.

15일 세계철강협회에 따르면 전통적인 고로 공정을 통해 쇳물 1t을 생산하기 위해서는 약 2t의 이산화탄소가 발생한다.

철광석에서 산소를 제거하기 위한 환원제이자 열원으로 석탄을 사용하기 때문이다.

철강 산업은 국내 온실가스 배출량의 약 17%, 전 세계 배출량의 약 8%를 차지하는 대표적인 탄소 다배출 산업이다.

이를 해결할 핵심 기술 중 하나로 주목받는 것이 수소환원제철이다.

석탄 대신 수소를 환원제로 사용해 철광석에서 산소를 분리하는 방식으로, 환원 과정에서 이산화탄소 대신 물이 발생한다.

국내 철강업계는 글로벌 기술 주도권 확보를 위해 독자적인 친환경 제철 공정 개발에 나서고 있다.

[서울=뉴시스] 경북 포항에 있는 포스코 포항제철소 FINEX(파이넥스) 2·3 공장 전경. 포스코는 FINEX의 유동환원로 기술을 바탕으로 수소환원제철 공법 HyREX(하이렉스)를 개발하고 있다. (사진=포스코 제공) 2026.11.14 [email protected] *재판매 및 DB 금지

포스코 하이렉스·현대제철 하이큐브…독자 공정 개발

포스코는 기존의 주력 제철공법인 파이넥스(FINEX)의 유동환원로 기술을 기반으로 수소환원제철 기술인 하이렉스(HyREX)를 개발하고 있다.

4단계 유동환원로에서 철광석 분광을 수소와 반응시켜 직접환원철(DRI)을 만든 뒤 전기용융로(ESF)에서 녹여 쇳물을 생산하는 방식이다.

포스코는 지난 2024년 수소환원제철 개발센터를 열고 전기용융로 파일럿 시험을 마쳤다.

연산 30만t 규모의 실증플랜트는 올해 4월 착공했으며 2028년 준공, 2030년 상용화 기술 완성을 목표로 한다.

현대제철은 전기로 기반 탄소중립 생산 체계인 하이큐브(HyCube)를 추진한다.

인공지능(AI) 기반 철스크랩 선별과 직접환원철 활용, 대형 고속 용융 전기로 하이아크(HyArc) 등을 결합하는 방식이다.

단기적으로는 기존 고로 쇳물과 철스크랩·직접환원철을 혼합하는 공정으로 탄소 배출량을 20% 줄인 하이에코스틸(HyECOsteel)을 생산하고, 이후 하이아크를 적용해 감축률을 40%까지 높일 계획이다.

장기적으로는 2050년까지 석탄 기반 공정을 수소환원 공정으로 전환해 탄소 배출량을 약 90% 줄인다는 목표다.

[서울=뉴시스] 전기로-고로 복합프로세스에 사용되는 현대제철의 당진제철소 전기로 모습. (사진=현대제철 제공) 2026.11.14 [email protected] *재판매 및 DB 금지

수십조원 투자 부담…정부 지원 확대 필요

수소환원제철 상용화의 최대 걸림돌은 막대한 설비 투자비다.

유동환원로와 전기용융로, 전기로뿐 아니라 청정수소 저장·공급 시설까지 새로 구축해야 하기 때문이다.

이 때문에 유럽연합(EU)은 산업 탈탄소화를 지원하고 있으며 독일과 프랑스도 철강사의 저탄소 설비 투자를 지원한다.

미국은 청정수소 생산에 ㎏당 최대 3달러의 세액공제를 제공하고, 일본도 그린트랜스포메이션(GX) 정책으로 관련 기술과 설비 투자를 뒷받침하고 있다.

한국도 총사업비 약 8000억원 규모의 한국형 수소환원제철 실증기술 개발 사업이 지난해 예비타당성 조사를 통과했다.

다만 글로벌 주요국의 직접 보조금과 비교하면 지원 규모가 충분하지 않다는 지적이 나온다.

철강업계의 투자 부담을 고려해 보조금과 세제 혜택, 금융 지원을 아우르는 중장기 정책이 필요하다는 목소리가 커지는 이유다.

수소환원제철의 경제성을 확보하려면 청정수소와 전력도 안정적으로 공급해야 한다.

석탄 대신 대량의 수소를 사용하고, 직접환원철을 녹이는 전기용융로에도 막대한 전력이 필요하기 때문이다.

특히 재생에너지로 생산한 그린수소를 저렴하게 확보하는 것이 관건이다.

하지만 국내는 재생에너지 공급 여건이 제한적이고 생산 단가도 높아 대량 확보에 어려움이 있다.

결국 청정수소와 전력을 얼마나 안정적이고 경제적으로 확보하느냐가 상용화 시점과 제품 가격 경쟁력을 좌우할 전망이다.

철강업계 관계자는 "고로 중심의 생산 구조를 가진 한국은 수소환원제철 상용화 전까지 기존 고로와 전기로를 병행하는 과도기적 공정의 탄소 감축 실적을 국제적으로 인정받는 것이 중요하다"며 "철강 산업의 저탄소 전환을 지원하는 K스틸법이 국회 본회의를 통과한 만큼, 실제 설비 투자와 청정수소 공급망 구축, 초기 시장 형성으로 이어질 수 있도록 구체적인 재정 지원책을 마련하는 것이 중요하다"고 말했다.


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