한국경제 용어사전

수소환원제철

 

수소환원제철은 화석연료 대신 수소를 사용해 철을 생산하는 혁신적인 기술이다. 석탄이나 천연가스와 같은 화석연료는 철광석과 화학반응하면서 이산화탄소가 발생하지만, 수소는 물이 발생하기 때문에 탄소배출이 없다.

기존의 제철 방식은 고로에 석탄을 넣고 태워 1500°C 이상의 고온을 만들어 철광석을 녹이는 것이다. 그런데 이 과정에서 일산화탄소(CO)가 발생해 철광석(Fe2O3)에서 산소를 분리시키는 환원반응이 일어나는데, 이때 이산화탄소가 발생한다.

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.

수소환원제철의 핵심이 환원로인 이유는 아직 전 세계적으로 100% 수소만 사용해 DRI(직접환원철)를 생산하는 환원로가 상용화되지 않았기 때문이다. 현재 기술로는 석탄 또는 천연가스를 사용하는 과정에서 발생하는 수소를 일부 활용해 DRI를 생산하는 것만 가능하다. 없어지기 때문이다. 용광로에서 생성한 쇳물에서 불순물을 걸러내는 전로도 사라진다. 수소환원제철에선 전로 대신 전기로가 같은 역할을 한다. 재생에너지로 가동되는 전기로를 활용하면 수소환원제철 전 공정에서 이산화탄소 배출량은 제로(0)가 된다.

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