[르포]저탄소 쇳물이 콸콸…이차전지는 풀 밸류체인

[포항·광양=이데일리 김성진 기자] 지난 24일 서울에서 KTX를 타고 약 2시간 30분을 달려 찾은 포스코 포항제철소 내 전기융용로(ESF·Electric Smelting Furnace) 시험설비 앞. 마침 루프(지붕)를 수리 중이던 ESF의 적나라한 본체를 육안으로 볼 수 있었다. ESF는 석탄 대신 수소로 쇳물을 만들어내는 ‘수소환원제철’(HyREX·하이렉스) 기술의 핵심으로, 품질이 다소 떨어지는 환원철도 거뜬히 녹여 고품질의 쇳물로 만들어 내는 설비다.

수소로 쇳물 만드는 꿈의 기술

ESF 시험설비는 지난해 7월 제작에 돌입해 올해 1월 완성됐다. 제어실에서 재생된 올 4월 첫 출선 성공 과정이 녹화된 영상 속에서는 관계자가 꼬챙이로 전기로 하부를 뚫자 쇳물이 흘러나오는 장면이 고스란히 담겨 있었다. 시간당 최대 1000톤의 용선을 생산할 수 있는 규모로 현재까지 시험 단계에서는 총 15톤의 쇳물을 쏟아냈다.

포스코의 전기용융로(ESF) 시험설비에서 쇳물이 출선되고 있는 모습.

포스코는 100% 친환경 에너지인 수소와 전기로 쇳물을 만들어내는 하이렉스 기술 개발에 박차를 가하고 있다. 석탄 없이 수소만을 활용해 직접환원철(DRI·Direct Reduced Iron)을 만들어 내는 꿈의 기술이다. 고온으로 가열된 수소가 자연 상태에서 산화한 철광석과 접촉해 산소를 떼어내는 이 방식은 환원 과정에서 이산화탄소 대신 물이 배출된다. 하이렉스는 품질이 낮은 분철광석을 사용하기 때문에 DRI의 품질 역시 기존 공정 대신 품질이 낮다. 이러한 저품질의 DRI를 용해하는 데 적합한 전기로가 바로 ESF인 것이다. 포스코는 오는 2026년까지 하이렉스 시험 설비를 모두 갖추고 2030년에는 상용기술을 확보한다는 방침이다.

포항제철소 3FINEX(파이넥스) 공장 전경. 포스코는 파이넥스의 유동환원로 기술을 바탕으로 수소환원제철 공법 HyREX(하이렉스)를 개발하고 있다.

포스코는 이미 2007년부터 탄소배출 저감을 위해 친환경 파이넥스 공법을 도입해 철강을 생산하고 있다. 파이넥스는 철광석에서 산소를 떼어내는 다단식의 ‘유동환원로’와 환원철을 석탄을 태워 녹이는 ‘융용로’를 분리한 것이 핵심이다. 기존 용광로에서 함께 처리하던 작업을 둘로 분리하면서 용광로 대비 황산화물(SOx)은 40% 질소산화물(NOx)은 15% 수준으로 줄였다. 초미세먼지도 34%로 감축시켰다. 파이넥스 공장은 상업생산 이후 지금까지 누적 3400만톤의 쇳물을 뽑아냈다.

천시열 포항제철소장은 “미국, 유럽, 중국, 일본 등 주요 국가들이 새로운 그린(Green) 철강을 개발하기 위해 수십조, 수백조원의 정부 자금을 지원하고 있다”며 “우리나라는 이에 비해 초기단계며 정부에서도 지원이 이제 막 시작돼 뒤처져 있다”고 말했다. 그는 “철광석에서 산소를 떼어내는 기술에서는 포항제철소가 가장 앞서 있고, 성공만 한다면 철강산업을 리딩할 수 있다”고 했다.

이차전지소재, 원료부터 재활용까지

25일에는 전남 율촌산업단지로 이동해 포스코그룹의 이차전지 소재 사업 풀 밸류체인(Full Value Chain) 과정을 직접 살펴봤다. 원료, 소재뿐 아니라 사용후 배터리의 재활용 과정까지 사실상 배터리 제조를 빼고는 이차전지 소재 전 영역을 아우르는 곳이었다. 포스코필바라리튬솔루션의 수산화리튬 공장, 포스코퓨처엠의 양극재공장, 포스코HY클린메탈의 사용후 배터리 재활용 공장이 모두 도보로 이동 가능할 정도로 가까운 위치에 모여 있었다.

포스코필바라리튬솔루션 원료창고에 리튬광석 원료(스포듀민)가 적재되어있다.

포스코그룹은 전기차 캐즘(일시적 수요 정체 현상)에도 불구하고 사업을 계속 확장해나간다는 방침이다. 지난 3월 취임식 자리에서 “위기는 기회”라며 철강과 이차전지소재 사업 두 마리 토끼를 잡겠다는 ‘쌍두마차’ 전략을 내건 장인화 회장의 의지가 반영된 것이다. 포스코필바라리튬솔루션은 오는 9월 2공장을 준공하면 연간 4만3000톤 생산 체계를 갖추게 되며, 포스코퓨처엠도 2026년까지 국내외 각지에서 증설을 통해 39만5000톤의 생산능력 확대 계획을 갖고 있다.

포스코HY클린메탈 공정 중 원료인 블랙매스에서 금속을 추출하고 불순물을 제거하는 침출공정.