제목
독일, 녹색 철강 생산기술 실증 프로젝트
원문제목
Reallabor der Energiewende macht Stahlproduktion dank Wasserstoff nachhaltiger
국가
독일
주제분류
핵심R&D분야
국가
독일
주제분류
핵심R&D분야
생성기관명
연방경제에너지부 기관설명
204
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연방경제에너지부 기관설명
204
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원문 작성일
2021-11-15

□ 연방경제에너지부(BMWi)는 철강 부문 탄소 중립 실현을 위해 리빙랩프로젝트 (H2Stahl)을 제안하고, 독일 철강 산업의 녹색 역량 강화 시도(’21.11.)


º 독일 제조업 전체 기준 이산화탄소 배출의 30%는 철강 생산에서 발생되는 것으로, 배출 저감에 대한 필요성 꾸준히 제기된 바 있음


- 생산되는 철강의 약 70%(선철 기준 2,700만 톤) 담당하는 13개 용광로는 1톤 당 1,530kg의 이산화탄소를 배출하며 이는 자동차 1년 운행 시 발생되는 배출량에 해당


- 그러나 현재 용광로 기술(탄소환원)의 효율성은 이미 높은 수준이기 때문에 이를 획기적으로 줄이는 가능성은 극히 낮은 상태


º H2Stahl 프로젝트는 철강 생산 과정에서 수소 환원 기법을 적용하여 배출을 획기적으로 줄이는 실증 지향형 리빙랩 형태 사업임*

* 사업기간: 2021년 9월-2026년 8월


- 프로젝트 컨소시엄에는 티센크루프*가 참여

* Thyssenkrupp Steel Europe AG), AIR LIQUIDE Deutschland GmbH, VDEhBetriebsforschungsinstitut GmbH

※ 뒤스부르크 함보른 지역에 위치한 최대 철강기업 티센크루프의 제 9고로는 1962년에 가동되다가 2012년에 운영 중단되었다가 이 프로젝트를 통해 재가동용할 경우 고로 에서 배출하는 이산화탄소의 양을 최대 20%까지 저감 가능


- 고로의 철강 생산 방식에 이른바 수소 환원 기법(또는 수소환원제철법)을 적용하는 것이 이 사업의 핵심으로, 시뮬레이션에 따르면 녹색 수소를 활용할 경우 고로에서 배출하는 이산화탄소의 양을 최대 20%까지 저감 가능 


(1) 석탄을 수소로 대체


º 전통적인 고로는 석탄을 환원제, 지지 구조, 배수 및 에너지원으로 사용하기 때문에 매우 복잡한 구조


- 2015년 기준 티센크루프는 선철 1톤당 생산을 위해 약 330kg의 코크스와 170kg의 석탄을 추가로 투입


- 연구팀은 프로젝트 파트너는 제 9고로에서 석탄 대신 수소를 사용


º 이후에는 녹색 수소와 석탄 또는 환원제의 교차 사용을 가능성을 정밀 검토하고 이 때 발생할 수 있는 부작용을 사전에 진단하고 대안을 개발할 수 있을 것으로 기대 


º 이 과정에서 수소를 사용할 경우 석탄 대비 반응 역학이 상이하기 때문에 이를 위한 면밀한 검토가 필요


- 수소의 열 발생량은 석탄보다 높기 때문에 용광로 전체에 보다 높은 열 스트레스에 노출된다는 점을 감안, 설비를 최대한 보호할 수 있는 취입 옵션과 콘셉트를 함께 실험


- 이러한 방식으로 프로젝트 파트너는 현장에서 직접 문제를 해결하고 최적화된 프로세스를 보다 신속하게 구현 


(2) 직접 환원 기술


º 직접 환원 기술은 철강 생산 과정에서의 배출량을 더욱 크게 줄일 수 있는 방안


- 이를 통해 수소 기반 철강 생산을 구현할 수 있으나 기존 생산 시스템에서 활용할 수 있을 만큼 안정성이 충분히 검토되지 않은 상태


- 개별 가스 혼합물과 그 작동 메커니즘에 대한 추가 연구가 필요하며, 티센크루프의 고로는 수소, 천연 가스, 수소 함유 공정 가스나 산화철 혼합 물질을 사용한 직접 환원 방법을 테스트・검증할 수 있음


º 장기적으로는 뒤스부르크 소재 제철소 전체로 확장, 탄소 배출 감소로 연결시킬 수 있을 것으로 기대하고 있으며, 무엇보다 다양하고 세밀하게 조정된 수소 함유량에 따라 유연하게 운용할 수 있다는 장점을 지님


- 다양한 종류의 가스를 직접 환원 기술을 공정에서 유연하게 활용할 수 있기 때문에 철강 산업이 수소에만 전적으로 의존하지 않을 수 있음, 즉 이는 생산이 전적으로 녹색 수소에 의존하지 않는다는 장점을 지님