포스코의 HYREX기술이란?

 

 

안녕하세요 오늘은 탄소중립 시대에 대비책으로 포스코가 개발한 HYREX기술에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

이미 개발을 완료하고 시생산을 하고 있다고 하고요 2025년부터는 모든 설비를 HYREX설비로 바꾸어 탄소 제로를 추구한다고 하네요.

 

 

1.HyREX와 수소환원제철의 개념

수소환원제철은 수소를 사용하여 철을 생산하는 혁신적인 기술로, 화석연료 대신 수소를 활용하여 이산화탄소(CO2) 배출을 크게 줄일 수 있습니다. 포스코의 HyREX (Hydrogen Reduction) 기술은 파이넥스(FINEX) 유동환원로를 기반으로 가루 상태의 철광석과 수소를 사용하여 쇳물을 생산하는 방식입니다.

 

 

2. 수소환원제철의 핵심 설비 환원로 : HyREX는 유동환원로

• 환원제의 역할: 석탄, 천연가스, 수소는 모두 철광석(Fe2O3)에서 산소(O2)를 떼어내는 환원제 역할을 합니다. 이것이 철 제조 과정에서 중요한 역할을 합니다.
• 전통적인 용광로 과정: 전통적인 제철 과정에서는 고로(용광로)가 사용되며, 석탄과 철광석을 혼합해 가열된 공기를 통해 환원반응과 용융반응이 동시에 일어납니다.
• 수소환원제철의 과정: 수소환원제철에서는 환원반응과 용융반응이 고로가 아닌 환원로와 전기로에서 분리되어 일어납니다. 먼저 환원로에서 고체 철을 생산하는데 수소를 사용하고, 이후 전기로에서 고체 철을 녹여 쇳물을 생산합니다.
• 핵심적인 역할: 수소환원제철에서 핵심은 환원로에 있으며, 100% 수소를 사용하는 환원로가 아직 상용화되지 않았기 때문에 석탄 또는 천연가스를 이용한 과정에서 발생하는 수소를 일부 활용하여 고체 철을 생산합니다.
• 기술 개발과 정책 지원: 포스코는 수소환원제철 기술인 HyREX를 개발하고 환원로에 초점을 맞추며, 2030년까지 탄소중립을 향한 글로벌 철강 기술 리더십을 강화하고 지속 가능한 그린철강 시대를 주도하기 위해 노력하고 있습니다. 유럽, 미국, 중국 등 다른 지역에서도 유사한 기술 개발 노력이 진행 중입니다.

유동환원로

 

3.HyREX 유동환원로와 타 철강사 샤프트환원로의 차이점

포스코의 유동환원로와 해외 철강사의 샤프트환원로 간의 차이점은 다음과 같이 3가지로 나눌 수 있습니다:

 

■ 원료 자체의 차이

샤프트환원로는 철광석을 파쇖선별한 후 펠렛(Pellet) 형태로 사용.

유동환원로는 가루 상태의 철광석을 그대로 사용하며 별도의 가공 없음.

원료와 수소 환원가스와의 접촉 방식의 차이:

샤프트환원로에서는 환원가스인 수소가 펠렛 사이의 빈 공간을 아래에서 위로 지나가며 환원반응을 유도.

유동환원로에서는 고온의 환원가스가 분산판을 통해 가루 상태의 철광석을 분사하여 혼합하면서 환원반응이 진행.

 

환원로비교

 

■ 탄소 배출의 차이

샤프트환원로에서는 펠렛 제조 과정에서 CO2 발생으로 인해 탄소중립을 달성하려면 그린 에너지 사용이 필요.

유동환원로는 철광석 분광 그대로 사용하므로 펠렛 가공 과정에서의 탄소배출을 고려할 필요 없음.

 

 

4. 포스코가 HyREX 기술을 개발하는 이유

포스코가 유동환원로를 사용한 HyREX 수소환원제철 기술을 개발하는 이유는 원료와 설비기술의 측면에서 크게 나눌 수 있습니다:

 

■ 원료 측면:

• HyREX는 가루 상태의 철광석을 그대로 사용할 수 있어 원료 확보가 쉽고 생산 원가가 경제적입니다.
• 현재 펠렛 공급량은 전 세계 철강 수요를 충족하지 못하고, 고품위 펠렛의 제한된 생산으로 그린 전환을 어렵게 만드는 상황이 있습니다.
• 현재 펠렛 공급량은 전세계 철강 수요를 충족하지 못하고, 고품위 펠렛의 제한된 생산으로 그린 전환을 어렵게 만드는 상황이 있습니다.
• 펠렛은 고품위가 필요하며 가공 처리를 필요로 하므로, 가격이 상대적으로 높고 저 품위 펠렛은 DRI 생산에 문제를 일으킬 수 있습니다.

■ 설비기술 측면:

• 유동환원로는 환원로의 온도 제어에 우수합니다. 온도 저하로 환원불량이 발생하지 않도록 외부에서 열을 지속적으로 공급하고 제어할 수 있습니다.
• 샤프트환원로는 열 부족으로 인해 고온의 환원가스 주입이 필요하며, 설비매몰비가 높아 비용이 더 높습니다.
• 글로벌 철강 사들은 현재 수소를 천연가스와 결합하는 방식으로 샤프트환원로를 개선하는 기술을 개발 중입니다.
• 국제에너지기구(IEA)는 2030년까지 100% 수소로 전환하기 위해서는 열 부족과 원료 제한을 극복하기 위한 기술 개발이 필요하다고 예상하고 있습니다.

 

 

5. HyREX 기술 상용화 계획

 

포스코는 2028년까지 포항제철소에 연산 100만 톤 규모의 시험설비를 건설하여 수소환원제철 기술인 HyREX의 상업화 가능성을 확인할 계획입니다. 이 시험설비는 기존 FINEX 유동환원로의 일산화탄소(CO)에 수소가 혼합되어 있는 방식을 100% 수소로 전환하기 위해 사용될 것이며, 유동 환원 조업의 기술적 차이를 확인하는 데 사용될 것입니다.

또한 포스코는 수소환원제철을 위한 새로운 전기로 공정 기술도 개발할 예정입니다.

 

화석연료로 생산된 DRI는 탄소가 소량 함유되어 있어 녹는점이 낮아 용융이 쉽지만, 100% 수소로 생산한 DRI는 탄소가 전혀 함유되어 있지 않아 상대적으로 용융이 어렵기 때문입니다. 따라서 새로운 형식의 전기로 기술이 요구됩니다.

 

포스코는 FINEX 기술을 개발하여 상용화한 경험을 활용하여, Pilot 단계를 건너뛰고 2025년부터 Demo 단계에 진입할 계획이며, 2030년까지 HyREX 기술을 검증할 것입니다. 또한 2050년까지 포항과 광양 제철소의 기존 고로 설비를 단계적으로 수소환원제철로 전환하여 탄소 중립을 달성할 계획입니다.

 

포스코 화이팅!

 

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