수소 생산에만 연간 192.5TWh…제철공정 전력 더하면 필요 규모 더욱 커져
전기로 확대·부생가스 자가발전 감소까지…국가 차원 무탄소전력 기반 뒷받침 필요

포스코의 수소환원제철 전환이 기업의 설비 투자를 넘어 국가 에너지 인프라와 연계된 과제로 떠오르고 있다. 

현재 연간 조강생산 규모를 모두 수소환원제철로 전환하고 필요한 청정수소를 국내에서 생산한다고 가정하면 수소 생산에만 지난해 국내 전력판매량의 약 35%에 해당하는 전력이 필요하다. 

여기에 전기로 확대에 따른 공정용 전력 증가와 고로 폐쇄에 따른 부생가스 자가발전 감소까지 예상되면서 철강산업의 저탄소 전환을 뒷받침할 무탄소전력 공급 기반의 중요성이 커지고 있다.

◇ 수소 생산에만 국내 전력판매량 35%

포스코 자료에 따르면 수소환원제철을 통해 연간 200만 톤을 생산할 경우 실제 약 20만 톤의 수소가 필요하다. 해당 수소를 생산하는 데 필요한 전력은 연간 약 11TWh다.

이를 현재 포스코의 연간 조강생산 규모인 3,500만 톤에 적용하면 필요한 수소는 최대 약 350만 톤이다. 이 수소를 국내에서 생산한다고 가정할 경우 필요한 전력은 연간 약 192.5TWh에 이른다.
 

한국전력공사 전력통계에 따르면 2025년 국내 전력판매량은 549.4TWh로 집계됐다. 연간 192.5TWh는 이 가운데 약 35.0%에 해당한다. 같은 해 국내 발전량 595.6TWh와 비교해도 약 32.3% 수준이다.

철광석을 수소로 환원하는 데 필요한 수소의 이론값은 철 1톤당 약 54㎏이다. 실제 제철공정에서는 환원 효율 등을 고려해 이보다 많은 수소를 투입해야 한다. 포스코는 실제 공정에 필요한 수소량을 철 1톤당 약 100㎏ 수준으로 제시했다.

생산 규모별로 수소환원제철 100만 톤에는 이론적으로 약 6만 톤의 수소가 필요하지만 실제 소요량은 약 12만 톤이다. 생산 규모가 200만 톤으로 늘어나면 실제 수소 소요량은 약 20만 톤이다.

다만 포스코의 중장기 저탄소 생산체제 로드맵에서는 수소환원제철이 전체 생산의 약 절반을 담당하고 고로와 전기로 등이 나머지 생산을 맡는 구도를 그리고 있다. 

포스코가 국내외 청정수소를 함께 활용하는 방안도 검토하는 만큼 실제 필요한 수소와 국내 수소 생산에 필요한 전력 규모는 향후 수소환원제철 생산 비중과 수소 확보 방식, 설비 전환 속도 등에 따라 달라질 수 있다.

◇ 수소 넘어 제철공정도 ‘전기화’

더 주목할 부분은 연간 192.5TWh가 수소 생산에 필요한 전력만을 나타낸다는 점이다. 수소환원제철 전환 과정에서는 제철공정 자체의 전력 사용량도 함께 증가한다.

포스코가 일반 전기로와 수소환원제철용 전기로를 확대하면 제철공정에서 사용하는 전력이 늘어난다. 수소를 생산하기 위한 전력과 별도로 실제 철강재를 생산하는 과정에서도 대규모 전력을 확보해야 하는 셈이다.

반대로 고로 비중이 낮아지면 제철소가 자체적으로 생산하는 전력은 감소한다. 포스코는 고로 조업 과정에서 발생하는 고로가스와 코크스로가스 등 부생가스를 발전에 활용해 제철소에서 사용하는 전력의 일부를 충당하고 있다.

수소환원제철 전환에 따라 현재 사용 중인 고로의 폐쇄가 진행되면 부생가스 발생량이 감소하고 이를 활용한 자가발전량도 함께 줄어든다. 

저탄소 생산체제로 전환할수록 수소 생산과 전기로 가동에 필요한 전력은 늘어나는 반면 기존 제철소의 자체 발전 여력은 감소하는 변화가 동시에 나타나는 것이다.

업계 관계자는 “저탄소 생산체제로 전환할수록 외부에서 안정적으로 확보해야 하는 전력의 중요성이 커질 수밖에 없다”며 “철강산업의 저탄소 전환이 곧 ‘전기화’로 이어지는 이유”라고 설명했다.

◇ 원전 24.5GW 규모…무탄소전력 확보 필요

수소 생산에 필요한 전력을 발전설비 규모로 환산하면 무탄소전력 확보에 필요한 규모도 확인할 수 있다.

포스코는 연간 11TWh를 생산하기 위한 발전설비 규모를 원전 1.4GW, 태양광 8GW, 해상풍력 5GW로 제시했다. 원전 이용률 90%, 태양광 15%, 해상풍력 25%를 각각 적용했다.

같은 기준을 3,500만 톤 생산에 필요한 수소 규모까지 적용하면 원전 약 24.5GW, 태양광 약 140GW, 해상풍력 약 87.5GW에 해당한다. 각각의 발전원을 단독으로 활용한다고 가정했을 때 필요한 설비 규모다.

전력 사용량 증가와 자가발전 감소에 더해 산업용 전력가격 상승도 수소환원제철 전환 과정에서 고려해야 할 요소다. 포스코 자료에 따르면 산업용 전력가격은 2021년 kWh당 105원에서 2025년 181원으로 약 72% 올랐다. 포스코가 자료에서 인용한 S&P글로벌 전망치는 2040년 265원, 2050년 330원이다.
 

특히 수전해 방식으로 청정수소를 생산할 경우 전력가격은 수소 생산비와 밀접하게 연결된다. 수소환원제철 생산이 확대될수록 청정수소 확보와 함께 이를 생산하고 제철공정을 가동할 전력을 경쟁력 있는 가격으로 공급할 수 있는 기반이 중요해진다.

포스코는 민자 대형원전을 비롯한 무탄소전력 활용 방안을 검토하고 있다. 철강산업은 연속 조업 특성상 대규모 전력을 안정적으로 공급받아야 하는 만큼 공급 안정성과 가격 경쟁력을 갖춘 전원 확보가 필요하다는 판단이다.

아울러 소형모듈원자로(SMR)도 활용 방안 가운데 하나다. 포스코는 SMR을 비롯한 원전과 국내 그린수소, 해외 그린수소 및 해외에서 생산한 수소의 국내 도입 등을 함께 검토하고 있다.

업계 관계자는 “철강산업의 저탄소 전환에는 대규모 무탄소전력과 청정수소 공급이 뒷받침돼야 한다”며 “기업의 설비 전환만으로는 한계가 있는 만큼 국가 차원의 에너지 인프라 확충과 제도적 지원이 함께 이뤄질 필요가 있다”고 말했다.