탄소중립의 ‘키’ 포스코… 수소로 해답 찾는다

[에너지 전환, 기회와 과제8 포스코그룹]
수소환원제철, 2030년까지 개발
인프라 뒷받침 최우선 해결 과제

철강산업은 전 세계 탄소 배출의 약 7~8%를 차지하는 대표적 탄소 다배출 업종이다. 결국 철광석 환원 과정에서 석탄 대신 수소를 사용하는 '수소환원제철'이 차세대 해법으로 부상하고 있다. 포스코그룹은 2030년을 목표로 기술 개발을 추진하고 있다. 기술과 동시에 대규모의 수소를 안정적으로 공급·활용할 수 있는 인프라가 뒷받침돼야 하는 게 과제다. 이는 장기적으로 수소를 국가 차원의 핵심 에너지원으로 확산시키는 발판이 될 수 있다는 게 중론이다.

27일 포스코그룹은 이날부터 열리는 2025기후산업국제박람회에 참가해 그룹 탈탄소 비전, 탄소감축 기술 역량을 선보인다. 부산 벡스코(BEXCO)에서 개최되는 기후산업국제박람회는 정부 주요 부처가 공동 주최하는 국제 행사다.

현재 포스코는 2050 탄소중립 달성을 위해 '하이렉스(HyREX)'라 불리는 독자적 수소환원제철 기술을 개발 중으로, 2030년까지 상용 개발 기술을 마련한다는 계획을 이행하고 있다.

기존 고로(용광로) 공정은 철광석과 석탄을 고온에서 반응시켜 쇳물을 얻는 과정에서 대량의 이산화탄소를 배출한다. 반면 수소환원제철은 석탄 대신 수소를 환원제로 사용해 철광석의 산소를 제거하고, 이 과정에서 수증기만 배출한다. 이후 전기용융로에서 쇳물을 얻는 방식으로, 환원제는 수소, 열원은 전기에너지를 활용하는 것이 핵심이다.

관련해 랩 스케일(Lab scale) 단계의 검증과 실증설비 기본설계를 완료한 상황이다. 다만 상용화를 위해서는 청정수소 공급망 구축, 경제성 확보, 탄소저감 제품의 시장 수용성 등이 뒷받침돼야 한다. 기존 고로 설비를 하이렉스 설비로 단계적으로 전환하려면 국가적 인프라·정책 지원이 필수적이다.

특히 부생가스 활용 자가발전이 불가능해지는 만큼, 대규모 전력 수요를 안정적으로 충족할 무탄소 전력원이 확보돼야 한다. 제철소의 24시간 연속 조업 특성을 감안하면 간헐성 없는 전력 공급 체계와 제도 개선이 동반돼야 한다는 지적이 나온다.

이에 따라 포스코그룹의 수소 전략은 철강을 넘어 에너지 전환으로도 확장하고 있다. 포스코인터내셔널은 인천에서 3.4GW 규모의 LNG발전소를 운영 중인데, 이 중 노후화된 3·4호기를 수소 혼소가 가능한 최신 설비로 교체해 세계 최초 GW급 상업용 수소혼소 발전소를 구축할 계획이다.

현재 개발 중인 가스터빈은 최대 50%까지 수소 혼소가 가능하며, 이산화탄소를 20% 이상 줄일 수 있다. 지난해 인허가를 마친 3·4호기는 정부의 청정수소발전 입찰에 참여해 지원금을 확보, 2029년 상업운전에 들어간다. 이후 2035년까지 9호기까지 단계적으로 확대한다는 구상이다.

수소혼소발전은 LNG와 수소를 혼합해 연소하는 방식으로, 발전 과정에서 발생하는 이산화탄소와 질소산화물(NOx)을 동시에 줄이는 장점이 있다. 기존 터빈을 개조해 설비 수명을 늘릴 수 있어 경제성 측면에서도 주목받고 있다.

이와 함께 포스코홀딩스는 그룹 차원에서 수소 관련 기술 연구를 총괄하며 밸류체인을 강화해 나가고 있다. 최근 포스코홀딩스는 국내 최초로 20kW급 고온수전해 스택 모듈 국산화에 성공했다. 고온수전해는 전기분해 효율을 높여 그린수소 생산 단가를 낮출 수 있는 차세대 기술로, 대규모 청정수소 공급망을 위한 핵심 기반으로 꼽힌다.

이 성과는 철강·에너지 사업의 탈탄소화에 필요한 청정수소를 안정적으로 확보하는 동시에, 장기적으로 한국이 수소경제에서 기술적 주도권을 쥘 수 있는 발판이 될 것이란 관측이다.