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딜레마에 빠진 금속 산업, 지속가능성 전략은?

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금속 업계는 현재 딜레마에 빠져있다. 기후 변화의 문제적 상황 때문이다. 

 

금속 산업은 기후 변화 문제의 원인이다. 그리고 기후 변화 문제의 해결책이기도 하다. 기후 변화 문제의 대응책으로 평가하고 있는 풍력 및 태양광 발전과 같은 친환경 에너지의 보급, 친환경 자동차 생산, 주요 원자재의 생산 등에서 금속이 쓰이지 않는 분야가 적지 않기 때문이다.

 

금속 산업 및 업계는 기후 변화를 일으키는 '주범'에서 기후 변화 문제의 '해결사'로 발돋움 하기 위해 고군분투 중이다.

 

저탄소 금속 산업을 향한 변화

 

독일 온실 가스의 20% 가량은 제조업에서 배출되고 이는 매년 2억 톤의 이산화탄소에 해당하는 수치다. 

 

탈탄소를 향해 가는 방향은 업종에 따라 다르다. 디지털 기술의 사용은 생산 과정에서 가장 큰 잠재력을 보유하고 있다. 컨설팅 회사 '액센추어'가 실시한 500대 기업 대상 연구는, 생산 과정의 디지털화를 가속화하는 것으로 2030년까지 이산화탄소 61메가톤을 줄일 수 있다고 보고했다. 이처럼, 금속 산업은 이산화탄소 배출 제로를 위한 큰 변화에 직면해 있다. 

 

 

금속 산업 만남의 장 : 'GMTN 2023, 빛나는 금속의 세계'

 

전 세계는 지금 2050년까지 기후 중립을 달성하기 위해 노력하고 있다. 금속 업계도 해당 트렌드에 부합하는 변화를 꾀하고 있다. 독일에서 융융, 어닐링, 템퍼링과 금속 홀딩 등에 활용되는 용광로가 소비하는 에너지는 독일 산업용 전체에서 소비하는 에너지의 약 40%를 차지한다. 

 

금속 산업은 산업 분야 중에서도 이산화탄소 배출을 많이하는 분야다. 철강과 알루미늄 산업만 해도 글로벌 이산화탄소 배출량의 8%를 차지한다. 독일에서 산업 시설 이산화탄소 배출량의 약 30%가 철강 산업에서 나오며, 이는 독일의 전체 이산화탄소 배출량의 6%에 해당하는 수치다. 강철의 원료인 선철 생산용 코크스 용광로는 특히 많은 양의 이산화탄소를 배출한다.

 

2023년 6월 12일부터 16일까지 독일 뒤셀도르프에서 "빛나는 금속의 세계"를 슬로건으로 한 금속 산업계의 특별한 전시회가 개최한다. 'GMTN 2023'이 그 주인공이다. GMTN은 'GIFA·METEC·THERMPROCESS·NEWCAST' 등 네 개의 전시회를 통합해 부르는 전시회 명칭이다.

 

GMTN 전시회에는 전 세계의 철 및 알루미뉴 업계, 주물공장과 금속 작업 분야의 기업 및 장비 업체들이 한 자리에 모인다. 알루미늄, 구리, 철 등의 금속 제품을 기후 변화에 대응하는 방식으로 생산하고 가공하는 기술을 선보이는 자리다. 

 

전시회에서는 AI를 활용한 에너지 절감부터 수소 기술과 탄소 대체 기술까지 많은 혁신을 경험할 수 있다.

 

GMTN 2023 전시회는 철, 강철, 알루미늄, 마그네슘, 구리, 아연 등의 모든 생산 루트와 가공 방법을 다룬다. 전시회에서 소개하는 생산 및 가공 방법은 모두 친환경 요소를 포함한다. 특히 주물 산업 참가사가 전시회의 핵심 관람 포인트가 될 전망이다.

 

새로운 전시회 'decarbXpo'

 

지난해 9월에 개최한 'decarbXpo' 전시회는 탈탄소산업전시회다.  기후 중립성을 이루기 위한 현실성 있는 방법을 제시하고 시장 출시가 가능한 기술을 선보였다. '메쎄 뒤셀도르프'는 에너지 집약적 산업을 포함한 에너지 공급 분야에서 미래를 준비하는 모든 산업과 기업에 decarbXpo 전시화가 지대한 영향을 미칠 것으로 전망했다.

 

에너지 저장 시스템은 지속적으로 decarbXpo에 화두가 될 것이다. 이 시스템은 최대 용량 관리나 에너지 공급 안정성과 관련해 기업들의 에너지 관련 비용을 감소시키는 데 중요한 역할을 담당할 것이다.

 

기후 논쟁의 중심에 선 금속 분야 업계

 

원료에서 재활용에 이르는 '순환 사이클'에서 금속의 역할은 '사이클의 원동력'이다. 실제로 다양한 제품에서 고순도로 분리된 금속은 2차 원료로 무한정 재사용할 수 있다. 광물로부터 생산한 1차 금속보다 상대적으로 낮은 비용과 적은 에너지를 필요로 하며, 이산화탄소 배출량도 적다.

 

그러나 2050년까지 탄소 중립의 목표를 현실화하려면 광물로부터 만드는 금속과 관련해 업계 전반에서 새로운 프로세스 루트를 반드시 개발해야 한다. 

 

금속 산업은 이미 이산화탄소 저감 측면에서 최적화된 프로세스 파라미터를 보유해 운영하고 있다. 그러나 탄소 중립을 위한 노력을 통한 추가적인 기술 개발이 필요하다. 

 

'코크스'는 석탄을 가공해 생산하는 원료다. 제강은 용광로에서 활용하는 석탄으로 인해 환경 문제를 일으킨다. 전통적인 용광로에서 철광석 속의 산소는 '코크스(석탄을 가공해 생산하는 원료)'를 환원제로 해 추출하며, 환원된 철강석에 첨가제를 부가하면 용융 상태의 선철이 된다.

 

이와 동시에 뜨거운 공기를 주입하는 화학과정을 거쳐 철광석 속의 산소가 코크스와 반응해 이산화탄소를 발생시킨다. 조강 1톤은 약 1.7톤의 이산화탄소를 배출하며, 이 중 90%는 용광로에서 나온다.

 

금속 산업의 탄소 중립 목표를 실현하기 위해 먼저, 코크스를 수소 및 재생 에너지원에서 나온 전력으로 대체하고 순환 경제를 더욱 확장해야 한다. 무엇보다 제철소의 용광로를 수소 기반의 직접 환원 방식(DRI루트)로 바꿔야 한다. 

 

코크스를 이용하는 용광로와는 달리, 수소 기반의 직접 환원 방식은 공장에서 수소를 이용해 철광석의 산소 성분을 환원한다. 용광로에서 용융 선철이 아닌 직접 환원철이라고 하는 고체 해면철을 생산하고 제강 원료로 투입하는 것이다. 수소는 석탄을, 재생에너지는 화석 연료를 대체한다. 해당 생산과정의 부산물은 이산화탄소가 아니라 물이다.

 

이처럼 금속 산업에서 탈탄소는 석탄을 다른 환원제로 대체하는 것이 관건이다. 재생 가능한 에너지원 또는 유기 폐기물로부터 얻은 바이오 코크스를 활용하는 방법도 이론적으로는 가능하다. 그러나 이는 공급량 문제로 인해 주물 공장에서 소량의 주철을 생산하는 경우에만 활용할 수 있다.

 

금속 산업은 탈탄소화에 매우 유리한 입장이다. 1톤의 그린 수소를 사용하면, 기존의 석탄 기반 용광로를 사용하는 경우보다 26톤의 이산화탄소를 적게 배출할 수 있다. 최근 '부퍼탈 연구소'의 탈탄소 산업에 관한 보고서에서 금속 산업은 수소 경제 건설을 담보할 수 있다고 밝힌 바 있다.

 

기후 중립적인 금속 산업으로의 변화

 

대기 중의 이산화탄소 농도를 줄이기 위해 임시적으로 탄소의 포집 및 저장(CCS)을 2045년까지 시행하는 것을 논의 중이다. 그러나 독일 등의 국가에서는 해당 해결책이 아직 큰 호응을 얻지 못하고 있다. 현재는 탄소의 포집 및 사용(CCU)이 더 현실적이다. 

 

여기서 이산화탄소는 화학 공업의 원료로 평가한다. 예를 들어, '티센크룹'은 'Carbon2Chem 프로젝트'에서 금속 처리에서 나오는 가스를 화학 공장에서 사용하고 있다. 이를 통해, 철강 생산과 화학제품 생산 양쪽에서 이산화탄소의 배출을 줄인다.

 

다른 한 가지 방법은, '직접 환원'에 천연 가스를 활용하는 것이다. 그러나 직접 환원 플랜트들은 이 해결책을 활용하기 위해 수소 도입에 대한 대비가 돼야 한다. 천연가스에서 생성된 그레이 수소도 일정 기간은 허용될 것이다. 앞서 기술한 대로, 기존 용광로에 기후 중립적인 수소를 주입하는 방법도 기존 플랜트에서 이산화탄소를 줄일 수 있는 방법으로 고려하고 있다.

 

그러나 기후 중립의 목표를 실현하기 위해 궁극적으로, 이산화탄소의 저감과 동시에 잔여 이산화탄소량을 줄이는 조치를 함께 실시하는 것이다. 이는 재생 가능에너지로 얻은 수소를 통해 철광석을 환원하는 방식으로만 가능하다.










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