철강 생산을 위한 녹색 수소

1. 철강 생산의 높은 탄소 발자국

철강 생산은 전 세계 온실 가스 배출량의 최대 8%를 차지하며 현재 기술은 상당한 양의 석탄을 필요로 한다. 평균적으로 철강 생산 1톤은 약 1.85톤의 이산화탄소를 대기로 배출한다. 철강 산업의 고로는 탄소와 산화철을 이산화탄소와 철로 변환시키는 화학 반응에서 탄소를 사용한다. 철강 생산을 탈탄소화하려면 탄소와 이산화탄소를 탄소 배출이 거의 또는 전혀 발생하지 않는 가스로 대체해야 한다. 녹색 수소는 탄소를 대체하고 이러한 과정을 완전히 탈탄소화할 수 있다. 그러나 녹색 H2는 현재 소량만 생성되고 있다. 따라서 철강을 만드는 데 사용되기 전에 산업 규모의 생산에 최적화되어야 한다.

 

2. 철강 생산에서 수소가 어떻게 가능합니까?

⦁대체 주입 재료로서의 수소

미분탄 주입(PCI)에 대한 대체 주입 재료인 녹색 수소는 기존 고로의 성능을 향상시킨다. Green H2는 용광로의 탄소 배출량을 20%까지 줄일 수 있다. 그러나 고로는 여전히 환원제로 석탄을 사용하기 때문에 탄소 중립강은 생산되지 않는다.

 

⦁환원제 대체물로서의 수소

환원제 대체물인 수소는 직접 환원철(DRI)을 생성할 수 있으며, 이는 전기로(EAF)에서 강철로 변환될 수 있다. 천연 가스는 현재 저렴한 천연 가스 공급에 접근할 수 있는 중동의 산업에서 이러한 DRI 또는 ​​EAF 경로의 환원제로 사용된다. 수소는 직접 환원 공정에서 사용할 수 있다. DRI/EAF 배열은 태양, 바람 또는 물에서 재생 가능한 전기와 녹색 수소의 활용 덕분에 탄소 중립적 제강 공정을 제공한다.

 

3. Green H2의 생산 원가

지난 10년 동안 녹색 수소 생산 비용은 킬로그램당 3.6~5.3유로로 60% 감소했다. 이 가격은 2030년까지 1.8유로/kg에 도달할 것으로 예상된다. 이는 대량 생산으로 생산 시설 비용이 감소하고 태양열 및 풍력과 같은 재생 가능 에너지원의 전기 비용이 계속 감소하기 때문이다. 전기분해를 통해 생산된 수소 1kg에는 50~55kWh의 전기가 필요하다. 철강 1톤을 제조하려면 50kg의 수소가 필요하다. 석탄을 수소로 대체하면 철강 1톤의 총 가격이 거의 3분의 1가량 인상될 것이다. 대규모 수소 생산으로 2030년까지 H2 가격을 1.80유로/kg으로 낮추면 녹색 수소강과 기존 철강의 가격 차이는 10%가 된다.

 

4. 글로벌 그린스틸 프로젝트

⦁GrlnHy 프로젝트

FCH JU가 지원하는 GrInHy 프로젝트는 강철 표면 처리용 수소를 생산하기 위해 세계 최대의 가역 고체 산화물 전해조를 설계했다. Project H2FUTURE는 6MW 용량의 세계 최대 저온 PEM(저온 양성자 교환막) 전해조를 만들어 직접 철광석 환원을 위한 수소를 생산하고 있다. 장기적 목표는 코크스 오븐 가스를 철강 산업을 위한 비용 효율적인 대안으로 만들어 녹색 수소로 대체하는 것이다.

 

⦁Tenaris-Snam-EDF

철강 제조업체 Tenaris, 에너지 인프라 제공업체 Snam 및 다국적 전력 회사 Edison은 이탈리아의 Tenaris 시설에 20MW 전해조를 건설하기 위해 힘을 합쳤다. 산소와 수소를 생산하는 것 외에도 이 계획은 천연 가스 대신 녹색 수소를 사용하도록 제강 공정을 수정할 것이다.

이 계획의 일환으로 고압 수소 저장 시설이 건설되고 지역 산소가 제련에 사용될 것이다. 이 이니셔티브는 이산화탄소 배출량을 크게 줄일 것이다.

 

⦁H2 그린스틸

스웨덴 회사 H2 Green Steel(H2GS)은 녹색 수소를 사용하여 철강 및 철강 관련 제품을 생산하는 선구자 중 하나가 되는 것을 목표로 한다. 회사는 프로젝트의 초기 생산을 위해 30억 달러의 초기 예산을 할당했다. 수소는 스웨덴 Boden-Lule 지역에서 재생 가능한 에너지원을 사용하여 제조된다. 생산은 2024년에 시작될 예정입니다. H2GS는 연간 500만 톤의 무탄소 고품질 강철을 생산하는 것을 목표로 하고 있다.

 

5. 녹색 철강 생산에서 수소의 미래

철강은 현대 사회와 엔지니어링 및 건설 프로젝트의 기본 요소이다. 철강 산업은 환경 요구에 적응하고 탄소 발자국을 줄여야 한다. 석탄 대신 수소를 사용하면 처음에는 철강 가격이 상승한다. 수소가 대량 생산되는 즉시 가격이 급격히 떨어질 것으로 예상된다. 파일럿 프로젝트의 데이터는 2050년까지 순배출 제로를 달성하는 데 중요하다. 이러한 파일럿 프로젝트는 기술의 효율성과 안전성을 개선하고 미래의 상업적 규모의 녹색 수소 생산 프로젝트의 기반을 마련할 것이다. 녹색 철강의 미래는 현재 기술의 개선, 제조 능력의 증대, 저비용 녹색 수소의 풍부한 공급에 달려 있다.

 

이 기사를 통해 전통 산업 중 하나인 철강산업에서의 탄소 저감 방향에 대해 알 수 있었다.

 

출처 : https://www.azocleantech.com/article.aspx?ArticleID=1606