용어사전

HyRex수소환원제철 기술

[Hydrogen Reduction]

포스코가 보유하고 있는 파이넥스(FINEX) 유동환원로 기술을 기반으로 가루 상태의 철광석과 수소를 사용해 쇳물을 제조하는 수소환원제철 기술이다. 석탄, 천연가스, 수소의 공통점은 철광석(Fe2O3)에 붙어 있는 산소(O2)를 떼어내는 환원제 역할을 한다는 것이다.

수소환원제철의 핵심은 환원반응이 일어나는 ‘환원로’에 있다. 전통적인 제철 공정에서 이 환원로의 역할은 용광로(고로)가 맡는다. 고로 조업은 철광석과 석탄을 사용하기 적합한 형태로 가공해(소결·코크스 공정) 고로에 넣고 뜨거운 공기를 불어 넣으면서 이뤄진다. 뜨거운 공기는 석탄을 연소시키고, 이때 발생하는 일산화탄소 가스는 철광석에서 산소를 떼어내는 환원반응을 일으킨다. 고로 내부에 발생하는 1500도 이상의 열은 철광석을 녹이는 용융반응을 일으키며 쇳물을 만든다. 철광석에서 산소를 떼어내는 환원반응과 환원된 고체 철(Fe)을 녹이는 용융반응이 석탄에 의해 고로 내에서 동시에 이뤄지는 것이다.

수소환원제철 공정에선 환원반응과 용융반응이 고로가 아닌 ‘환원로’와 ‘전기로’라는 두 가지 설비에서 각각 분리돼 발생한다. 먼저 환원로에서 철광석을 고온으로 가열된 수소와 접속해 고체 철(Fe)을 제조한다. 이런 방식으로 제조된 철을 직접환원철(DRI)이라고 부른다. 이 DRI를 전기로에 넣어서 녹이면 쇳물이 생산되는 방식이다.

천연가스를 일산화탄소와 수소 가스로 개질해 사용하는 샤프트환원로(Shaft Furnace)를 기반으로 기술 개발을 추진 중이다.

포스코는 2021년 10월 세계 최초로 수소환원제철 국제포럼인 ‘HyIS 2021’을 개최했다. 이 자리에서 HyREX 기술을 글로벌 철강사들에 처음으로 선보였다. HyREX에 적용되는 유동환원로는 해외 철강사들의 샤프트환원로 방식과는 철광석 종류부터 수소와의 접촉방식까지 완전히 차별화된 수소환원제철 기술이다. 포스코는 2030년까지 HyREX 기술을 상용화함으로써 탄소중립으로 전환되는 미래 철강기술 리더십을 강화하고 그린철강 시대를 주도해나갈 계획이다.

포스코가 샤프트환원로가 아닌 유동환원로 기술을 적용한 HyREX 수소환원제철 기술을 개발하는 건 친환경성과 경제성 때문이다. 원료 측면에서 HyREX는 철광석 분광을 그대로 사용할 수 있기 때문에 원료 확보가 용이해 생산원가가 낮다. 기술 측면에서 유동환원로는 샤프트환원로 대비 환원로의 온도 제어에 유리하다. 환원로의 열이 부족해지면 철광석의 환원 효율이 떨어지기 때문에 수소환원제철에서 환원로의 온도 제어는 매우 중요하다.

포스코는 정부 및 국내 철강사와 협업해 2028년까지 포항제철소에 연산 100만t 규모의 데모 플랜트를 건설할 예정이다. 이후 2030년까지 FINEX 기술을 기반으로 하는 HyREX 기술의 상업화 가능성을 점검한다.

관련어

• 참조어파이넥스공법, 직접환원제철