우주질량의 75%를 차지할 정도로 풍부하고, 지구상에서 가장 구하기 쉬우며, 고갈되지 않고, 공해도 배출하지 않는 에너지원이 있다. 수소다.
지구온난화를 억제할 수 있는 친환경적인 수소를 이용하는 것은 이미 발전과 모빌리티 분야에서 폭넓게 활용되고 있다. 
‘수소경제’라는 낯선 용어가 일상 속으로 스며들고 있고, 미래산업의 핵심소재로 수소가 꼽히고 있다. 
수소는 친환경과 통한다. 기존의 화석연료는 필연적으로 탄소를 발생시키고, 탄소는 지구온난화의 주범으로 꼽힌다.
제철소와 항만을 보유하고 있는 광양시는 수소경제를 선도할 수 있는 여건이 다른 지역에 비해 뛰어나다는 평가를 받고 있다. 이러한 여건 속에서 가히 미래산업의 핵심이라 할 수소경제 시대를 광양에서는 어떻게 준비하고 있는가 알아본다.

광양시 

광양시는 지난 2019년부터 수소경제 제1기 시범도시로 선정된 울산과 안산, 전주∙완주 등지를 벤치마킹하면서 제2기 수소시범도시 공모를 대비해 오고 있다. 국토부는 내년 중 제2기 수소시범도시 공모를 통해 6개지자체를 시범도시로 선정할 계획인 것으로 알려졌다.
이를 위해 광양시는 오는 7월 추경에 용역비를 확보해 수도도시 구축을 위한 용역을 실시한다는 방침이다. 이 용역은 광양시 수소기본계획과 수소특화단지 조성방안, 수소시범도시 조성과 관련, 인프라 구축방안 등을 제시하게 될 것으로 보인다.
현재 수소는 연료전지를 통한 발전과 수소차로 대표되는 모빌리티 분야에서 활용되고 있으며, 연료전지를 활용한 일상생활에서 활용이 가능하다. 가정에서도 기존의 LNG나 LPG대신 수소를 연료로 사용하는 시대가 된 셈이다. 그렇지만 이를 현실화하기 위해서는 인프라 구축이 우선되어야 한다. 수소충전소가 없으면 수소차는 무용지물이다.
올해 광양에도 수소충전소 설치사업이 정부공모에 선정돼 1개소가 구축되고 있다.
포스코 광양제철소는 철강생산과정에서 부생수소를 생산하고 있다. 광양제철소는 수소 출하센터와  충전소 설치를 추진하고 있는데 이를 위해 오는 7월 정부공모에 응모할 예정인 것으로 알려졌다.
광양제철소가 추진하는 수소충전소와 출하센터는 태금역 인근 포스코 보유부지 약 3,600평의 부지에 들어서게 된다.
수소충전소는 철강 물류트럭과 시내버스 등 상용차 전용 충전소로 구촉될 예정이며, 수소출하센터는 LPG복합수소충전소나 광양항만 충전소 등에 수소배관을 통해 공급하게 된다.
장기적으로는 해외에서 그린수소를 들여올 수소터미널 구축도 검토되고 있는 것으로 알려졌다.
광양제철소는 수소생산능력을 갖추고 있다. 문제는 수요처가 제한적이라는 점이다.
현재 광양제철소가 생산할 수 있는 수소 중 58%만 자체적으로 이용하고 있다. 수요처가 없기 때문에 생산능력이 있음에도 이를 충분히 생산하지 않고 있는 셈이다.
그렇지만, 세계적인 추이는 저탄소를 넘어 탄소중립을 선언하고 있다.
우리나라는 정부와 지방자치단체들은 물론 철강업계에서도 2050탄소중립을 선언하고 있다.
철강산업에서 탄소중립의 핵심은 수소환원제철의 상용화다. 이 역시 미래기술이지만, 현재 활발하게 기술개발을 위한 연구가 진행되고 있다. 
광양시 신오희 에너지팀장은 “광양의 경우 포스코가 수소를 직접 생산하고 있기 때문에 기반은 좋은데, 수소산업이 뿌리내리기 위해서는 수요처 발굴이 우선돼야 한다”며, “광양제철소도 2025년까지 연간 4만톤까지 생산하도록 부생수소의 생산규모를 확충할 계획을 가지고 있는 것으로 알고 있다”고 말했다.
따라서 수소출하센터 구축과 수소충전소 확충 등은 부생수소를 활용할 수 있는 가장 손쉬운  수요처 발굴방안이 될 수 있다. 이러한 인프라 구축은 수소상용차 공급 확대 등 수요처의 확대로 연결될 수 있기 때문이다.
수소도시 구축을 위한 용역과 별도로 광양시는 광양항을 친환경항만으로 구축하기 위한 로드맵을 작성하는 용역을 추진하고 있다.
수소항만 및 해양수산 수소생태계의 중심으로 높은 잠재력을 보유하고 있는 광양항을 대상으로 수소경제 입지여건을 분석하고, 그 타당성을 검토하기 위한 것. 광양시는 이러한 용역성과를 토대로 해양수산부에 광양항 수소인프라 구축 지원을 건의해 나간다는 방침이다.

여수광양항만공사

친환경 항만 구축은 항만경쟁력과 연결된다.
여수광양항만공사는 지난 2월, ‘2040 여수광양항 친환경·스마트항만 구축 로드맵’ 구상과 연계한 ‘YGPA형 뉴딜 종합 추진전략’을 본격 추진한다고 밝힌 바 있다.
공사는 지난해 9월, ‘YGPA형 뉴딜 종합 추진전략’을 수립하고 그린뉴딜, 디지털뉴딜, 안전망 강화 등 3대 분야에 총 7,164억원을 투입하는 32개 추진과제를 선정했다.
공사는 국내외 친환경 정책 변화를 반영하고 과제의 실행력 제고를 위해 올해 별도로 44억원 규모의 12개 과제를 추가로 발굴하는 등 ‘YGPA형 뉴딜 종합 추진전략’을 고도화했다.
국제사회의 기후변화 대응 및 해양환경 규제, 국내 친환경 계획 추진 등을 반영한 ‘2040 여수광양항 친환경·스마트항만 구축 로드맵’을 마련한 것. ‘2040 여수광양항 친환경·스마트항만 구축 로드맵’은 여수·광양항이 탄소중심 항만에서 탄소중립 항만으로 전환해 세계 최고 수준의 친환경·스마트항만으로 도약한다는 비전을 담고 있다.

포스코, 수소환원제철 공법으로 완전한 탄소중립 실현 구상

YGPA. 현대차와 수소전기트럭 개발 위한 협약 체결
포스코, 생산∙유통∙소비까지 전주기 수소경제채널 구축
물류트럭∙통근버스 수소차 전환 수소발전소 건설 추진

▲ 여수광양항만공사와 현대차가 지난 2월 친환경수소전기트럭 개발을 위한 업무협약을 체결했다. 양사는 광양항 수소인프라 구축과 수소전기트럭 실증사업에 상호 협력을 약속했다.

여수광양공사는 비전 달성을 위해 탄소중립 인프라 구축, 항만에너지 수요 전환, 친환경 기반 강화 등 3대 추진 방향과 9개 실행과제를 선정했다. 
탄소중립을 위한 친환경에너지 전환은 물동량 뿐 만 아니라 항만물류 패러다임을 변화시키는 주요 이슈로 친환경 탄소중립 항만으로의 전환은 선택이 아닌 필수사항이다.
이와함께 공사는 현대자동차와 친환경 수소전기트럭 개발을 위한 업무협약도 체결했다.
금년 2월 14일 체결한 ‘친환경 수소전기트럭 개발 및 실증을 통한 광양항 수소경제 활성화 업무협약(MOU)’이 그 것.
협약을 통해 공사와 현대차는 여수·광양항에 수소에너지 인프라를 구축하고 수소전기트럭 실증 사업에 협력키로 했다.
공사는 광양항 내에 수소충전소가 건립될 수 있도록 서측배후단지 인근 약 2,000㎡의 부지를 제공해 수소트럭 상용화 기반을 마련하고, 현대차는 물류 운송용 수소전기트럭을 개발해 2023년까지 광양항-부산항 320㎞ 구간에 시범 운영하고, 2024년 트럭 10대를 추가 투입하기로 했다.  
이 사업은 대형 경유트럭에서 발생하는 미세먼지의 저감을 위해 수소트럭을 보급하기 위한 실증사업으로 여수·광양항의 미세먼지 저감 및 항만 수소연료전지 적용분야 확대에 기여할 것으로 기대된다.

▲ 현재 수소가 가장 상용화된 분야는 모빌리티분야다. 현대차그룹과 포스코그룹은 지난 2월 16일 포항 포스코에서 ‘수소 사업 협력에 관한 업무협약’을 체결했다. 사진 왼쪽부터 김세훈 현대차 연료전지사업부장과 최정우 포스코 회장, 정의선 현대차그룹 회장, 유병옥 포스코 산업가스수소사업부장.

포스코 광양제철소

수소도시 광양 구축을 위한 가장 핵심적인 역할은 포스코에 달려있다. 수소를 직접 생산하고, 해외시장에서 대규모로 수소를 도입할 수 있는 능력을 갖추고 있는 포스코는 광양시가 수소도시로 가는 키를 쥐고 있다고 할 것이다.
지난해 12월, 포스코는 2050년까지 ‘탄소중립(Carbon Neutral)’ 달성을 선언했다. 한·중·일 등 대형 고로 생산체제에 기반한 아시아 철강사로는 처음으로 탄소중립 계획을 공식적으로 발표한 것.
포스코의 탄소중립 선언은 전 세계가 저탄소 경제로 전환하는 과정에서 탄소 리스크를 오히려 기회로 활용하고, 탄소중립 달성으로 정부의 ‘2050 탄소중립’ 달성과 ‘그린뉴딜’ 이행에 국내 대표 제조기업으로 선도적인 역할을 하겠다는 의지를 보여준 것이다.
대규모 화석연료를 사용하는 포스코가 탄소중립을 달성하기 위한 핵심은 수소환원제철기술의 개발이다.
포스코는 2050 탄소중립을 선언하면서 2030년 20%, 2040년 50% 탄소배출량 감축이라는 중단기 목표를 함께 제시했다.포스코는 에너지효율향상과 경제적 저탄소 연원료로의 대체 추진을 시작으로 기존 FINEX 기반의 수소환원제철 기술을 개발하여 궁극적으로 수소 환원과 재생에너지에 기반한 탄소중립 제철 공정을 구현한다는 계획이다.
장기적으로 수소환원제철을 통해 탄소중립을 달성하겠다는 목표를 설정한 것.
이를 위해 포스코는 지난 2008년부터 수소환원제철공법에 대한 연구를 진행하고 있다.
광양제철소는 현재 기준으로 연간 3,400톤의 부생수소 생산능력을 갖추고 있다. 그렇지만, 생산량은 1,975톤으로 설비가동율은 58%에 그치고 있다.
포스코 전체적으로는 부생수소 생산을 위한 설비가동율을 82%수준으로 늘리고, 발전용 COG 추출을 할 경우 연간 2만2천톤을 추가로 생산할 수 있어 연간 2만4천톤의 대외판매가 가능한 수소생산능력을 갖추고 있다.
2만2천톤의 수소는 스소트럭 5,600대를 운영할 수 있는 양으로 현재 포스코는 철강 물류트럭 5,500대를 운영하고 있다.
포스코그룹의 수소경제 보유역량은 우리나라 수소경제를 선도할 수 있는 수준이다.
포스코건설은 이미 안산시의 수소인프라 구축사업에 참여하고 있으며, 포스코에너지는 LNG터미널을 이용해 수소를 저장할 수 있는 능력을 갖추고 있다. 포스코에너지는 광양2터미널 증설을 통해 현재 5기인 저장탱크를 12기까지 확대할 방침이다.
포스코인터내셔널은 지난해 국가 해외청정수소도입을 위한 업무협약을 체결하고, 해외 그린수소 도입을 추진하고 있다.
포스코는 COG부생수소 생산과 함께 LNG개질수소 생산, 그린수소 생산 및 도입을 통해 수소를 생산하고, 충전소와 수소발전, 물류수소차 도입 등을 통해 수요처를 확대해 나간다는 방침이다.
광양에 수소연료전지 발전소를 시범 건설하는 사업도 추진되고 있다.
명당산단에 수소연료전지발전소를 건설하고, 이에 필요한 수소는 파이프라인을 통해 제철소에서 공급하는 개념이다.
포스코는 지난 2월 16일, 포항에서 현대차그룹과 ‘수소 사업 협력에 관한 업무협약’을 체결했다.
이 협약을 통해 포스코는 사내 공용 차량의 경우 점진적으로 친환경차로 전환하고, 현대차그룹과 수소 사업 분야에서 협력하기로 했다.
포스코와 현대차는 ▲포스코 제철소 운영차량 무공해 수소전기차로 전환 ▲수소에너지 활용 기술 개발 ▲수소 사업 공동 협력 등에 대해 합의했다.
협력안에 따라 포스코는 광양과 포항제철소에서 운영 중인 차량 약 1,500대를 단계적으로 현대차의 무공해 수소전기차로 전환하고, 현대차는 중후장대한 철강 물류의 특성을 고려해 수소 상용 트럭 등을 개발하기로 했다.
포스코는 제철소에서 생산되는 부생수소를 수소트럭의 에너지원으로 사용한다는 방침으로 포스코와 현대차는 제철소 내 수소트럭용 수소충전소 구축에도 협력키로 했다.
운송부문에서의 수소차 전환은 탄소저감과 미세먼지 저감에 큰 의미를 지닌다.
우리나라에서 수송부문이 차지하는 미세먼지 비중은 질소산화물이 61.1%, 초미세먼지가 24%에 달한다. 한국환경정책연구원에 따르면, 수송부문 중 대형화물차가 차지하는 비중은 질소산화물의 56%, 초미세먼지의 70%로 10톤급 이상 대형화물차 1대가 배출하는 초미세먼지의 양은 일반자동차의 40배 이상이다.
적재중량 25톤급(총중량 40톤) 트랙터는 전국에서 총 3만7천대가 운영되고 있는데 이 중 포스코의 철강물류에 전국 트랙터의 15%인 5,500대가 투입되고 있다.
포스코는 이러한 물류트럭을 점차 수소트럭으로 전면 전환하기로 했다.
통근용버스도 수소버스로 전환한다. 현대차 자료에 따르면, 수소버스 1대는 1㎞ 주행시 약 4.86㎏의 청정공기를 만든다.
자동차가 공해유발원이 아니라 공기청정기 역할을 하는 셈이다.
제철소내 지게차의 수소지게차로의 전환도 점차 추진된다.

탄소중립 제철 - 수소환원제철

‘수소환원제철’ 은 철광석으로부터 철을 생산할 때, 석탄 대신 수소를 활용하는 혁신적 기술이다. 화석연료인 석탄을 사용하지 않으니, 이산화탄소(CO2) 발생도 제로에 가깝다.
환원제 역할을 하는 석탄(코크스) 대신 수소(H2)가 철광석(Fe2O3)에서 산소를 분리시키는 환원제의 역할을 한다. 이 과정을 통해 물(H2O)과 함께 철(Fe)이 생성된다.
환원제로 석탄 대신 수소를 쓴다는 것은 겉으로 보기에는 아주 간단한 변화처럼 보이지만, 사실 매우 커다란 변혁의 시작이다. 더 이상 제철소에서 온실가스인 CO2가 발생하지 않는다는 사실은 말할 것도 없거니와, 우리가 그동안 당연하게 생각해 온 철강생산공정의 많은 부분에 큰 변화가 일어나기 때문이다.
수소환원제철이 적용되면 제철소에 고로와 함께 부속설비(소결공장, 코크스공장)가 사라진다. 대신 수소와 철광석의 환원반응은 ‘유동환원로’라는 설비를 통해서 일어난다.
철광석을 환원하여 환원철(DRI)을 만드는 설비인 유동환원로는 사실 이미 포스코에 존재하는데, 바로 포스코 고유 기술인 파이넥스 공정에서 찾을 수 있다.
파이넥스는 가루 형태의 철광석과 석탄을 고로에 넣지 않고, 유동환원로와 용융로라는 설비를 통해 쇳물을 생산한다. 이는 수소환원제철 구현에 가장 근접한 핵심 기술이라고 할 수 있다. 파이넥스와 달리 수소환원제철은 석탄 대신 수소를 환원제로 활용한다.

수소환원제철로 가는 징검다리, 
CO2 저감형 하이브리드 기술 개발

내용적이 5500㎥ 이상인 초대형 고로는 현재 전세계에 총 15기가 있는데, 이중 포스코는 세계 최대 규모인 광양 1고로(6000㎥)를 포함해 총 6기를 보유하고 있다. 전체 고로의 2/3가 초대형 고로다.
고로는 그 특성상 한번 화입(火入)을 시작하면 불이 꺼질 때까지 쇳물을 생산하게 되는데, 1973년 첫 쇳물을 생산하기 시작한 포스코 포항제철소 1고로는 지금도 가동중이다.
이러한 사실을 감안하면, 수소환원제철로의 전환은 어느 날 갑자기 한꺼번에 진행하는 것보다 국가별, 제철소별 상황에 맞게 단계적으로 추진하면서, 동시에 기존 고로에 대한 CO2 저감 활동도 병행하는 것이 현실적인 방안이다.
현재 포스코는 2017년 12월부터 정부 주도로 진행중인 ‘고로기반 CO2 저감형 하이브리드(Hybrid) 제철기술’ 개발에 참여, 석탄을 수소함유자원이나 바이오매스와 같은 탄소중립적인 환원제로 일부 대체하는 방안과 철광석을 고로에 투입 전 일부 환원하여 사용하는 방안 등 다양한 방식의 CO2 저감 방안을 모색하고 있다. 이 기술을 고로에 적용하면 CO2 배출을 기존 고로 대비 약 10 % 절감할 수 있다.
지난해 ‘2050 탄소중립’을 선언한 포스코는 단기적으로 CO2 발생 저감기술을 개발하고 저탄소 제품 포트폴리오를 확대하는 한편, 장기적으로는 수소환원제철을 실현하여 탄소중립을 달성할 계획이다.
수소환원제철 기술에는 오랜 시간과 막대한 비용이 소요되므로, 포스코는 국내외 철강사들과 함께 수소환원제철 기술의 공동 연구개발 추진을 모색하고 있다.
수소환원제철이 상용화되기 위해서는 관련 기술에 대한 연구개발과 실증, 산업용 수소 단가 현실화, 수소 공급망 구축 등 선행되어야 할 과제가 많다.

▲ 올해 2월 2일 서울 포스코센터에서 열린 ‘제1차 그린철강위원회’ 출범식 참석자들이 ‘2050 탄소중립 공동선언문’ 서명 후에 기념촬영을 하고 있다.

한국철강협회, 탄소중립 선언

포스코, 현대제철, 동국제강, KG동부제철, 세아제강, 심팩 등 국내 6개 철강사들은 지난 2월 2일 서울 포스코센터에서 성윤모 산업통상자원부 장관, 학계 및 전문가들이 참석한 가운데 열린 ‘그린철강위원회’ 출범식을 갖고 ‘2050 탄소중립 공동선언문’에 서명했다.
이는 철강업계가 국내 산업계 최초로 정부의 탄소중립 비전에 적극 동참하겠다는 의지를 표명한 것이다.
‘그린철강위원회’는 철강업계의 2050 탄소중립 논의를 위해 꾸려진 산·학·연·관 협의체로, 한국철강협회 최정우 회장(포스코 회장)과 연세대 민동준 부총장이 공동위원장을 맡았다.
철강업계는 공동선언문을 통해 △새로운 기술 개발과 생산구조 전환을 통한 탄소 배출 감축 노력, △그린철강위원회를 통한 정보와 의견 공유 활성화, △정부 정책 과제 발굴 및 제언과 미래 지속 가능 경쟁력 향상 추진, △국제협력 강화 등 주요 추진방향을 확인했다.
철강업계는 단기적으로는 에너지 효율 개선, 저탄소 원료 대체, 철 스크랩 재활용 증대 등을 통한 순환 경제 구축과 공정 효율화로 온실가스를 감축하고, 중장기적으로 수소환원제철 기술, 수소 저장 및 이송용 강재 개발 등 혁신기술 개발을 통해 2050년 탄소중립 목표를 달성할 계획이다.
철강업계는 향후 온실가스 감축을 위한 업계의 노력과 공감대를 철강업계는 물론 수요기업‧협력사 등 산업 생태계 전반에 확산시켜 나가기로 약속했다.

황망기 기자

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