조홍종 단국대 경제학과 교수
▲조홍종 단국대 경제학과 교수
열역학법칙을 들어본 적이 있는가? 열역학 제 2법칙은 에너지 이동에 대한 법칙으로 엔트로피가 증가되는 방향으로만 에너지는 이동한다. '열은 고온에서 저온으로 이동한다'는 대표적인 원리가 제 2법칙이며 이는 비가역적 현상이다. 그래서 제 2법칙을 어기는 에너지 전환은 존재하지 않으며 이를 위배하면서 뭔가를 할 수 있다고 하는 사람은 사기꾼일 확률이 100%이다. 운동을 시키기 위해서는 에너지가 필요하고 에너지를 만드는 대부분의 방법은 열에너지를 만들어서 운동을 시켜서 무언가를 생산하고 만들어 왔다. 지금까지 탄소(C)+산소(O2), 그리고 불꽃 정도만 가지고 거의 공짜로 열에너지를 만들고 그 열에너지로 물을 끓이고 증기터빈을 돌리고 기계를 움직여서 무언가를 생산하며 발전한 게 인류의 역사이다.
그러나 지구온난화가 지상 최대의 글로벌 문제가 되면서 이제는 이렇게 값싼 방식으로 열에너지를 얻어서는 안된다는 것이 탄소중립의 핵심이다. 새로운 열을 만들어줄 에너지원을 찾아야 하고 그것이 무탄소로 이루어져야 한다. 즉 재생에너지이거나 원자력이 하나의 방법일 수는 있으나 이는 모두 전기에너지로 변환해야만 사용이 가능하고 1,600℃가 넘는 고온을 이용하는 산업분야를 청정화 하는 것은 새로운 열원을 찾는 과정이며 결국 천문학적 비용이 수반된다.
전통적인 철강생산 방식은 석탄을 환원제로 사용해 철광석에서 철을 추출한다. 이 과정에서 대량의 이산화탄소가 발생하며, 철강산업이 탄소 다배출 산업으로 분류되는 주된 이유다. 글로벌 탄소중립 전환이 가속화되면서 철강산업이 중대한 기로에 서 있다. 우리나라 온실가스 배출량의 14~18%를 차지하는 철강산업에게 2050 탄소중립은 선택이 아닌 생존의 문제가 됐다. 하지만 수소환원제철 기술을 도입하면 이야기가 달라진다. 궁극적으로는 탄소(C)를 태워서 열을 내지 않고 환원작용까지 같이 할 수 있는 수소(H2)가 있어야만 철강산업의 탄소중립이 가능하다.
석탄 대신 수소를 환원제로 사용할 경우 부산물로 이산화탄소가 아닌 물이 생성되어 탄소배출을 85~95%까지 줄일 수 있다. 포스코와 현대제철은 2030년까지 8천억 원을 투입해 수소환원제철 상용화 기술을 확보한다는 계획이다. 특히 2050년까지 국내 철강업계의 '녹색 철강' 생산에는 연간 포스코만 해도 350만 톤, 현대제철은 150만 톤 규모의 수소가 필요한 상황이다. 전 세계 철강산업은 이런 상황에서 값싸고 청정한 수소를 찾아다니고 있다. 단일 산업군이 필요로 하는 규모로는 압도적으로 크며, 단순한 실험적 도입이 아니라 산업 전반의 구조적 변화를 의미한다. 따라서 수소의 안정적이고 경제적인 공급 체계 마련이 철강산업 탈탄소 전환의 성패를 좌우하게 된다.
현재 원자력 발전의 무탄소 전력과 열을 활용해 생산되는 수소를 핑크수소라고 부른다. 글로벌 핑크수소 시장은 2024년 270억 달러에서 2033년 2,870억 달러로 연평균 30% 성장할 것으로 전망된다. 국내에서도 원자력 전기를 활용하면 현재 국내 기술 기준으로 kg당 약 5,000원 수준에서 생산이 가능하지만 추가적인 정부의 지원을 통하여 3,000원까지 가격을 인하해야만 국내 철강사는 해외랑 경쟁이 가능해진다. 이미 울진 등을 중심으로 핑크수소와 철강산업을 연결하는 클러스터 구축이 시도되고 있다. 송전망보다는 쉬운 수소 파이프라인 인프라 구축, 이미 실증이 진행 중인 기술적 성숙도, 수소 생산지와 산업단지와의 클러스터화 등을 통해 충분히 대안을 만들 수 있다.
철강의 탈탄소화는 우리만의 문제가 아니라 인류 전체가 풀어야할 숙제이다. 국내 철강산업의 탈탄소화는 단순한 환경 이슈가 아니라 국가 산업 경쟁력과 산업의 생존 문제다. 이는 탄소 배출 감축뿐 아니라 고품질 강재 생산이라는 경쟁력까지 확보할 수 있는 길이다. 안정적 공급, 경제성, 환경성을 모두 갖춘 저렴한 수소공급을 정부가 책임지고 추진해야만 한국 철강산업이 해외로 나가지 않고 국내에 공장을 유지하면서 일자리를 유지하고 글로벌 저탄소 경쟁에서 살아남을 수 있을 것이다.
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