The path to green steel

철 생산은 세계의 주요 오염원 중 하나일 수 있습니다. 기후 위기와 지속 가능성에 중점을 두면서, 이러한 상황을 바꾸는 것이 중요한 과제로 다가왔습니다. 인식의 변화는 혁신과 순환적 사고를 통해 가능합니다. 하지만 설계에서 폐기 솔루션에 이르기까지 제품 수명 주기 전반에 걸쳐 새로운 사고를 필요로 하는 긴 여정이기도 합니다.

기후 변화와 환경 파괴에 대처해 나가는 일은 인류가 직면한 가장 큰 도전 과제 중 하나이며 철강 산업은 이 문제에서 중요한 역할을 담당하고 있습니다. 기후 변화에 관한 정부 간 패널은 2014년 철 생산이 전체 온실가스 배출량의 5%를 차지했다고 추정했습니다. 이처럼 고려하면, 항공은 전 세계 배출량의 2%를 차지합니다. 분명, 철 생산 업체와 이를 활용한 수많은 산업은 전반적인 지속 가능성과 특히 기후 변화 해결에 대한 책임을 지고 있습니다. 

철 생산의 혁신
업계의 낙관적인 반응에는 몇가지 이유가 있습니다. 첫째로, 철은 오늘날 그 어느 때보다 훨씬 더 효율적으로 생산됩니다. 철을 생산하는 데 사용되는 에너지는 지난 50년 동안 급격히 감소했으며 추가 개선의 여지가 남아 있습니다. 또한 고철에서 생산되는 철의 양도 증가했습니다. 현재 전 세계에서 생산되는 철의 3분의 1 이상이 재활용 소재에서 비롯됩니다. 스웨덴 룬드 대학의 환경 및 에너지 시스템 연구 선임 강사인 Max Åhman 씨는 이러한 발전은 긍정적이지만 우리가 직면하고 있는 환경 문제를 해결하기에는 충분하지 않다고 말합니다. 그는 철이 진정으로 지속 가능한 자원이 되려면 획기적인 기술이 필요하다고 주장합니다. “우리는 재활용 철의 양을 늘릴 수 있고 이를 늘려갈 겁니다.”라고 그는 말합니다. “재생 가능한 전력을 이용한 전기 아크로에서 녹게 된다면 배출물은 거의 0에 가깝습니다. 이는 좋은 방법이긴 하지만 재활용 철에 완전히 의존할 수는 없습니다. 첫째, 철에 대한 수요가 전 세계적으로 증가하고 있기 때문에 더 많은 철광을 계속 필요로 할 것입니다. 둘째, 품질 문제가 있습니다. 재활용 철만을 사용하여 특수 강 및 기타 강철 등급을 항상 제조할 수 있는 것은 아닙니다. “에너지 효율과 탄소 발자국에 관해 이야기를 나누는 것은 좋은 일입니다.”라고 Åhman 씨는 말합니다.

“하지만 우리는 장기적인 도전에 진지하게 임해야 하며, 이는 달성하기 어려운 과제에 중점을 두어야 함을 의미합니다.”

"모든 용광로를 교체해야 할까요? 그렇다면 무엇으로 대체해야 할까요?"

제로에 가까운 배출물                                                                               

Åhman 씨는 철강 산업에서 기술 혁신의 성공을 거둘 가능성이 가장 높으며, 이는 석탄 연소 용광로를 재생 가능한 연료에 기초한 방법으로 대체하는데 기반한다고 말합니다. 이 접근 방식은 스웨덴(HYBRIT)과 독일(SALCOS)의 공공-민간 협력하에 시범적으로 적용되고 있습니다. 이 두 프로젝트는 재생 에너지에서 얻은 전기를 사용하여 수소를 생산한 다음 그 수소를 사용하여 철강 제조의 환원 단계에서 코크스 석탄을 대체하는 방법을 고안했습니다. 이 방법은 부산물로 CO2가 아닌 물을 생성하므로 이론적으로 배출물이 아예 없거나 제로에 가까운 배출물만을 생성하면서 철을 생산할 수 있습니다. “여기에 기술적으로 부족한 점은 없습니다.”라고 Åhman 씨는 말합니다. “저희는 직접 수소를 환원시켰고, 전기 분해도 가능합니다. 검증되어야 할 부분은 비용 효율적으로, 통합된 방식으로 규모에 맞게 수행할 수 있느냐 하는 것입니다.” 이 모든 문제로 불거지는 한 가지 결론은 장기적인 의사 결정이 신속하게 이루어야 한다는 것입니다. 이 산업의 투자 주기가 긴 점을 고려한다면, 투자자들은 2050년에 어디로 가야 할지에 대한 결정을 곧 내려야 합니다. “용광로를 수소에서 직접 환원시키는 것으로 대체하려면, 기본적으로 2025년까지는 결정을 내려야 합니다. 이것이 저희가 말하고 있는 시간 범위입니다.”라고 Åhman 씨는 결론짓습니다.

수명 주기 평가
철은 현대 사회 어디에나 존재합니다. 그러므로 오직 철의 생산에만 집중하는 것은 지속 가능한 미래에 철의 역할을 완전히 설명하지 못할 것입니다. Jernkontoret(스웨덴 철강 생산자 협회)의 선임 정책 고문인 Karin Östman 씨는 철과 지속 가능성을 이해하는 더 나은 방법으로 수명 주기 평가(LCA)를 추천합니다. LCA는 요람에서 무덤에 이르는 제품의 영향을 보다 정확하게 측정하는 방법입니다. 제품의 전체 수명 주기를 평가함으로써, 제품의 환경 수행도를 이해하고 지속 가능한 경로에 대한 더 나은 결정을 내릴 수 있다고 주장합니다. 또한, 생산의 진보로 철이 지속 가능성을 획득해 나가는 데 긍정적인 역할을 할 수 있음을 의미합니다. “고강도 강철 등급의 개발이 그 예입니다.”라고 Östman 씨는 설명합니다. “차량에 고강도 강철을 적용하면 차체의 무게가 줄어들고 연료 효율이 높아집니다. 즉, 이런 방식으로 철은 전체 시스템에서 에너지 사용을 줄이는 데 도움이 되고 있습니다.”

지속 가능성은 단순히 배출물을 줄이는 일보다 더 많은 분야를 다룬다는 것을 간과하기 쉽습니다. 지속 가능성은 살기 좋은 지구를 지키는 것, 또는 UN이 지속 가능한 개발 목표에 대한 서술에서 설명하듯이, “지구를 보호하고 모든 곳 모든 인류의 더 나은 삶과 장래를 생각하는 것.”입니다. Östman 씨에 따르면 이러한 관점은 철강 산업에 종사하는 많은 이들 사이에서 공유되고 있습니다. “Jernkontoret에서 저희 스스로 설정한 비전은 2050년까지 스웨덴의 철강 산업이 사회적 가치를 창출하지 못한다면 그 어떤 것도 생산하지 않기로 한다는 것입니다.”라고 그녀는 말합니다. “이것은 배출물과 폐기물이 없음을 의미하는 것일 뿐만 아니라 더 나은 사회에 기여하는 방법이기도 합니다. 직업적 성공과 더 안전하고 공정한 업무 환경을 조성하는 것이 그중 큰 부분입니다.”

지속 가능한 철의 사용
Max Åhman씨가 기술한 '그린 스틸'이 상용화되기까지 몇 년이 걸리겠지만 제조 업체와 기계 엔지니어에게 지속 가능한 선택지가 여전히 남아있습니다. 지속 가능성에 대한 Jernkontoret의 수명 주기 접근 방식은 개선의 원인을 파악하는 데 도움이 됩니다. 수명 주기 분석을 설계 공정의 핵심 부문으로 만드는 것이 중요합니다. 많은 국가, 정부 기구 및 비정부 기구는 제품과 그 투입물의 영향을 정량화하기 위해 수명 주기 재고 목록을 관리합니다. 이 재고 목록의 데이터 세트는 모든 것을 포괄하며 원료, 제조, 운송, 최종 사용 및 폐기에 이르기까지 환경에 미치는 영향을 다루는 것을 목표로 합니다. 이 데이터를 통해 다양한 제품에 대한 포괄적인 수명 주기 평가가 가능하지만, 철이 필요한 거의 모든 적용 분야와 관련된 몇 가지 기본 고려 사항이 있습니다.

절감, 재사용, 재활용
첫 번째 고려 사항은 소재의 효율과 과잉설계에 대한 내용입니다. 수명 주기 평가는 자원의 추출에서 시작되며, 제품의 최종 사용 요구보다 더 강하고 크고 복잡하게 만드는 과잉설계는 분명 소재의 비효율적인 사용입니다. 재활용 소재에서 얻은 철을 사용하는 것은 원료 사용을 줄이는 방법이 될 수 있지만, 분야에 따라 높은 등급의 철을 적용한다면 설계를 최적화하고 수명 주기 동안 제품에 미치는 영향을 줄일 수 있는 더 나은 방법이 될 수 있습니다. 순환형 모델이 가능하도록 설계 단계에서 제품의 수명이 다할 때까지를 항상 고려하는 것이 좋습니다.

철은 끝없이 재활용이 가능하지만, 다른 금속 — 특히 구리 —에 의한 오염은 종종 재활용된 철의 유용성을 제한합니다. 재활용 가능성은 제품 유형에 따라 크게 다르지만 간편한 분해 및 다른 금속에 대한 철의 용접 작업을 최소화하는 것은 모든 산업 분야에서 적용할 수 있는 설계 고려 사항입니다.