철강 탄소중립 주인공은 포스코…“파이넥스에서 갈고닦은 기술, 하이렉스로 완성한다”
2030년 상용화 목표, ESF 설비 최초 공개…“초대형 전기로 도입 목표”
포스코그룹, 이차전지소재 풀밸류체인 구축…“포스코그룹의 차별화된 경쟁력”
2010년대 이후 국내 경제 성장률이 침체기를 맞이하고 저성장 기조에 본격적으로 접어들었다. 일부 업종을 제외하면 대다수 산업계가 과거 고속성장 시대와 비교해 느린 걸음걸이로 나아가고 있다.
대한민국은 저성장 기조를 극복하고 더욱 빠르게 성장하기 위한 산업 전환의 시기를 맞이하고 있다. 특히 반도체와 배터리 산업에 국가의 명운을 걸고 관련 투자를 쏟아붓고 있다.
포스코그룹 역시 철강과 이차전지소재 등 친환경미래소재 분야 초강자의 자리를 굳건히 지키며 국가 미래성장동력의 한 축으로 자리하고 있다. 지난 3월 19일 제10대 회장으로 취임한 장인화 회장 체제에서 포스코그룹은 7개 미래혁신과제를 발표했으며 철강과 이차전지소재를 그룹을 이끌 쌍두마차로 소개한 바 있다.
이에 포스코그룹은 그룹의 근간인 철강 경쟁력을 고도화하며 친환경 산업으로의 전환에 박차를 가하고 있다. 더욱이 포스코그룹은 이차전지소재 부문에서 리튬과 니켈로 대표되는 이차전지소재 원료와 양·음극재까지, 사업 분야별로 생산능력을 갖춰가며 풀 벨류체인을 보다 공고히 하고 있다.
포스코그룹 장인화 회장은 “철강은 초격차 경쟁우위를 회복하고 이차전지소재는 본원경쟁력 확보해 초일류로 나아갈 것”이라며 철강과 이차전지소재의 초격차 및 초일류 경쟁력을 더욱 단단히 지키겠다는 포부를 알리기도 했다.
◆ 철강 탄소중립 주인공은 포스코…“파이넥스에서 갈고닦은 기술, 하이렉스로 완성한다”
지난 24일 기자단은 포스코 포항제철소 방문에 앞서 포스코 역사관을 찾아 천시열 포항제철소장과 배진찬 하이렉스추진반 반장(상무)의 철강사업 설명회를 청취했다. 이날 천시열 소장은 “포항은 제철보국의 역사가 시작된 땅”이라며 “3천 년의 철의 역사 동안 철광석에서 산소를 떼어내는 작업을 통해 이산화탄소가 많이 발생했지만, 이제는 수소를 통해 산소를 제거하는 시대가 올 것”이라고 말했다. 이어 “수소환원을 통한 기술개발에 포항제철소가 앞장서고 있으며 세계 철강산업을 리딩할 수 있을 것이다”라고 덧붙였다.
수소환원제철은 화석연료 대신 수소(H2)를 사용해 철을 생산하는 꿈의 기술이다. 석탄이나 천연가스와 같은 화석연료는 철광석과 화학반응하면 이산화탄소(CO2)가 발생하지만, 수소는 물(H2O)이 발생하기 때문에, 수소환원제철은 철강 제조과정에서 탄소배출을 혁신적으로 줄일 수 있다고 평가받는다.
이어 배진찬 하이렉스추진반 반장은 포스코의 수소환원제철 기술개발 동향에 관해 설명했다. 특히 포스코의 현재 제품 생산에 사용 중인 고유기술인 파이넥스(FINEX) 기술을 기반으로 수소환원제철 공법인 하이렉스(HyREX, Hydrogen Reduction) 개발에 나서고 있다고 설명했다.
배진찬 반장은 “포스코의 파이넥스 기술도 석탄을 사용하는 과정에서 발생하는 수소가 철광석의 환원에 약 25% 사용되고 있다”라며 “파이넥스는 환원제로 수소 25%, 일산화탄소 75%를 사용하는데 포스코는 수소를 100%까지 사용하는 하이렉스 기술개발을 추진하고 있다”라고 말했다.
하이렉스는 포스코 고유의 파이넥스 유동환원로 기술을 바탕으로 한 수소환원제철 기술로 4개의 유동환원로에서 철광석을 순차적으로 수소와 반응시켜 직접환원철(DRI)로 생산한 후 ESF 전기용융로(Electric Smelting Furnace)에서 용융한 용선으로 탄소 감축 제품을 생산한다. 포스코는 1992년 파이넥스 기술 개발을 시작, 2007년 상용화 이후 현재까지 파이넥스 공장에서 누계 3400만 톤의 쇳물을 생산하고 있다.
이어 기자단은 올해 1월 개소한 포스코 수소환원제철 개발센터를 방문했다. 개발센터 건너편에는 향후 수소환원제철 설비가 들어올 예정부지도 한눈에 들어왔다. 개발센터 관계자는 “지난 2월 환경영향평가가 완료됐으며, 해당 부지에 단계적으로 설비를 전환하고 부지 공사 등이 진행될 예정이다”라고 설명했다.
아울러 포항제철소는 개발센터 내부에 홍보관을 마련하고 파이넥스 기반의 수소환원제철기술 하이렉스를 보다 쉽게 설명할 수 있는 자리를 마련했다. 홍보관 한편에는 철광석과 팰릿 등의 샘플이 전시돼 있으며, ESF 전기용융로를 통해 생산한 울퉁불퉁한 반제품도 기자단의 눈길을 끌었다.
◆ 2030년 상용화 목표, ESF 설비 최초 공개…“초대형 전기로 도입 목표”
철강업계에 따르면 ESF 전기용융로는 기존 전기아크로(EAF)의 대안으로 다양한 품위의 원료를 다룰 수 있다. 전기아크로는 흔히 전기로 제강사에서 사용하며 철스크랩(고철) 용해에 특화된 전기로다.
반면 ESF는 용융과 환원에 집중해 실수율을 높이는 데 장점을 갖추고 있다. 이에 ESF 전기용융로는 전기아크로 대비 용강의 품질이 뛰어나고 자동차강판과 같은 고품질의 판재류 생산이 가능하다.
포스코가 발 빠르게 ESF를 개발할 수 있었던 배경은 그룹사인 SNNC가 전 세계에서 가장 큰 규모의 합금철 ESF를 운영하면서 관련 노하우를 확보하고 있기 때문이다. 포스코는 수소환원제철 핵심 전기로 기술개발을 가속화해 30만 톤 규모의 하이렉스 시험설비를 도입하고 2030년까지 하이렉스 상용화 기술을 완성한다는 목표다.
포스코는 지난 1월 완공된 설비인 전기용융로 시험설비(Pilot ESF)를 24일 최초로 공개하기도 했다. 이날 공개된 포스코 전기용융로 시험설비는 시간당 최대 1톤의 용선을 생산할 수 있는 규모다.
포스코에 따르면 전기용융로 시험설비는 안정적인 조업과 테스트를 통해 올해 4월 첫 출선에 성공해, 현재까지 15톤의 용선을 출선했다. 이번 성공으로 포스코는 전기용융로 요소기술 개발과 하이렉스 기술 완성의 토대를 마련했다.
박재훈 전기로연구그룹 그룹장은 “포스코는 파이넥스 유동로 기술과 ESF 기술을 모두 갖추고 있다”라며 “ESF는 쇳물의 청정도가 높아 향후 자동차외판과 같은 고급강 생산도 가능할 것”이라고 말했다.
현재 포스코는 전기용융로 설비를 3개월 단위로 조업하고 있다. 조업 직후 결과물을 확인하고 다시금 조업에 나서는 방식이다. 박재훈 그룹장은 “시험설비는 실제 크기의 1/30 수준이며 향후 41m 크기의 전기로 도입이 목표”라고 전했다.
이와 함께 포스코의 하이렉스 기술의 기반인 파이넥스 설비도 직접 확인할 수 있었다. 3파이넥스 내부는 약 1,500도의 쇳물이 흘러나오는 열기로 가득했으며, 은색 방열복을 입은 작업자들이 설비를 들여다보며 작업에 열중하는 모습을 보였다. 3파이넥스에서 생산된 쇳물은 최종 제품인 철강재로 탄생하며 부산물인 슬래그는 시멘트와 비료의 원료로 사용되게 된다.
포스코 관계자는 지난해 가수 ‘카더가든’이 파이넥스 공장에 방문해 쇳물의 온도를 직접 확인하고 갔다는 이야기도 전했다.
◆ 포스코그룹, 이차전지소재 풀밸류체인 구축…“포스코그룹의 차별화된 경쟁력”
포스코그룹은 국내 최초로 양극재와 음극재 동시 생산 능력을 갖췄으며, 세계에서 유일하게 리튬·니켈·흑연 등 이차전지 원료부터 전구체는 물론, 양·음극재와 차세대 이차전지용 소재까지 생산·공급하는 풀밸류체인을 구축하고 있다.
포스코그룹의 출발이 철강이라면 새로운 성장 동력은 이차전지소재분야다. 장인화 회장 역시 그룹을 이끌 쌍두마차로 철강과 함께 이차전지소재를 꼽으며 “원료부터 소재까지 이차전지소재 풀밸류체인 구축의 완성이 글로벌 시장의 경쟁에서 포스코그룹의 차별화된 경쟁력이 될 것”이라고 강조한 바 있다.
지난 25일 방문한 전남 율촌산단 이차전지소재사업 콤플렉스에는 포스코퓨처엠과 포스코필바라리튬솔루션, 포스코HY클린메탈 등 사업회사들이 함께 몰려있었다. 포스코그룹 관계자는 “물리적 접근성을 높여 원료 등 물류비용을 절감하는 등 보다 긴밀한 협력 체제를 갖춰나가고 있다”라고 설명했다. 이들 공장은 도보로 이동 가능할 정도로 가까운 거리에 위치하고 있다.
먼저 방문한 포스코퓨처엠 광양 양극재공장은 단일 공장 기준 세계 최대 규모인 연산 9만 톤의 생산능력을 보유하고 있다. 1공장은 연산 3만 톤, 2공장은 연산 6만 톤 수준이다. 양극재1공장 내부 소성로는 700℃~900℃의 온도를 내뿜으며 리튬과 원료 첨가제가 혼합돼 제품 생산에 한창인 모습을 보였다.
양극재공장에 원료가 입고되면 자동화창고에서 보관된 이후 공정을 통해 제품화되고, 다시금 자동화창고로 들어와 에어샤워를 진행한 이후 출하되는 구조다. 이날 컨베이어벨트를 따라 초콜릿 모양으로 자리한 제품이 지나가는 모습을 목격할 수 있었다.
이후 포스코HY클린메탈 공장에 방문해 배터리 리사이클링 사업의 현황을 살펴봤다. 포스코HY클린메탈은 수명이 다한 배터리와 함께 인근 양극재 및 배터리사의 제조공정에서 나오는 모든 스크랩을 원료로, 리튬 등 이차전지소재의 원료가 되는 유가금속 자원 회수에 나서고 있다.
이렇게 회수한 자원은 같은 율촌산업단지 내 인접한 포스코퓨처엠 양극재 공장에 공급할 수 있어, 그룹 내 원료조달 경쟁력 강화에 기여할 수 있다. 포스코HY클린메탈은 원료 창고에 1,400톤백을 보관하고 있다. 포스코HY클린메탈 관계자는 “폐배터리를 1차 가공한 블랙메스를 가져와 침출공정 등을 통해 유가금속을 회수한다”라며 “톤백 당 500만~1,000만 원의 값어치가 있다”라고 설명했다.
현재 포스코HY클린메탈은 연간 1만2천 톤의 블랙메스를 처리하고 있다. 포스코HY클린메탈 관계자는 “8만5천 대에서 10만 대의 전기차 분량”이라고 설명했다.
지난 25일 포스코필바라리튬솔루션 2공장은 설비 공사가 진행 중이었다. 기존 가동 중인 1공장은 포스코형 공정을 통해 제품을 생산하며 2공장은 중국 등에서 주로 사용하는 상용공정으로 제품을 생산할 예정이다. 향후 2공장이 들어서면 포스코필바라리튬솔루션의 생산능력은 연산 4만3천 톤에 달한다. 1공장은 지난 4월 배터리급 제품 생산에 성공한 이후 품질을 끌어올리고 있다.
이복형 포스코필바라리튬솔루션 경영지원실장은 “차별화된 경쟁력으로 K-배터리 산업의 지속가능한 성장에 기여하겠다”라며 “전량 수입에 의존하던 수산화리튬 수입을 대체하는 등 국내 최초의 고순도 수산화리튬 일관 생산체계 구축에 힘쓰겠다”라고 말했다.
