지구온난화와 코크스. 코크스를 대체할 수소환원제철공법이란?

올해 전 세계를 강타한 코로나 덕에 이슈가 많이 묻히긴 했지만, 온실가스 배출과 그로 인한 지구 온난화 역시 인류의 생존을 위협하는 거대한 문제임이 틀림없습니다. 지난여름에는 우리나라뿐만 아니라 중국과 유럽, 동남아 지역들이 이상 기온으로 인한 수해를 입었었으며, 미국 서부와 아마존에는 상상도 하기 힘든 규모의 산불이 나 지구 온난화 가속에 부채질을 했습니다. 또한 극지방의 빙하가 녹아 해수면이 높아진다는 전 지구적 위기 시나리오가 점점 현실화되고 있습니다.

비록 미국의 트럼프 대통령은 '파리기후변화협약'을 탈퇴하긴 했지만, 세계 지도자들과 기업들은 지구 온난화의 심각성을 인지하고 있습니다. 이는 우리나라도 마찬가지인데요, 어제 12월 11일 문재인 대통령도 '탄소중립'을 선언했고, 오늘은 우리나라 최고의 제철소인 포스코도 2050년까지 탄소배출을 0(제로)으로 만들겠다는 방침을 확정했습니다.

 

이에 포스코는 대기오염물질을 감축시키는 친환경 설비에 약 1조 원을 투자하고 온실 가스 감축을 위한 연구개발에 나서기로 했습니다. 포스코의 발표 내용 중에 한 가지 눈에 띄는 내용이 있는데요, 바로 기존의 '코크스'를 이용하는 생산공법을 대체할 '수소환원제철공법' 개발에 속도를 낼 계획이라는 것입니다.

'코크스'는 무엇이고 '수소환원제철공법'이란 또 무엇일까요?

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코크스란? 코크스를 사용하는 이유

코스크는 순수한 탄소 덩어리입니다. 석탄을 특수 용기에 넣어 석탄 자체를 연소시키지 않고 불순물만 태워 순수한 탄소만 남을 때까지 가열하여 만듭니다. 이렇게 만들어진 코크스는 고열을 내면서 연기가 거의 나지 않으며, 용광로 쇳물에 첨가하여 고순도의 철강제품을 만드는 데 사용됩니다.

하지만 문제는 이 때 온실가스인 이산화탄소가 다량 발생한다는 것인데요, 1톤의 철강 제품을 만드는데 약 1.5~2톤 정도의 이산화탄소가 발생한다고 합니다. 제철소에서 지구 온난화의 주범인 이산화탄소가 이렇게나 많이 만들어진다니 문제가 아닐 수 없습니다. 

 

 

철강 생산 과정에서 코크스가 이산화탄소를 만들어내는 반응식

용광로에서 철을 제련할 때, 코크스가 일으키는 간략한 화학반응은 아래와 같습니다.

탄소(코크스) + 산소 -> 일산화탄소

산화철(철광석) + 일산화탄소 -> 이산화탄소

 

정리하자면 코크스가 철광석에 들어있는 산소를 빼내어, 순수한 철을 만들고 이산화탄소를 발생시키는 것입니다.

코크스 제철공법이 어떻게 이산화탄소를 만들어내는지는 이해가 되었을텐데요. 이를 대체한다는 '수소환원제철공법'이란 무엇일까요?

 

'수소환원제철공법'이란

위의 반응식에서도 살펴보았듯이 용광로에서 철을 제련할 때 순수한 철을 뽑아내기 위해서는 첨가물을 넣어 화학반응을 유도해야 합니다. 그리고 코크스를 환원제로 사용하여 철강 제품을 만들면 다량의 이산화탄소가 배출됩니다. 과학자들은 이산화탄소를 발생시키지 않으면서 순수한 철을 만들기 위한 방법으로 '수소환원제철공법'에 관심을 가지고 있으며, 이는 산화철에 들어있는 산소를 분리하기 위해 탄소 대신 수소를 이용하는 방법입니다. 철광석에서 나온 산소가 수소가 결합을 하기 때문에 이론적으로는 이산화탄소 대신 환경에 무해한 물만 나오게 됩니다.

 

'수소환원제철공법'은 온실가스를 배출하지 않는 이상적인 철강 제품 생산 방법이긴 하지만 아직 더 연구가 필요한 기술이라고 합니다. 생산된 제품의 품질도 떨어지기 때문에  코크스를 사용하여 생산된 철강 제품과의 경쟁에서 뒤질 수밖에 없다고 합니다.

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지금까지 제철소에서 사용되는 코크스와 코크스를 사용했을 때 어떻게 이산화탄소가 발생하는지, 그리고 온실가스인 이산화탄소의 배출을 막기 위한 대체법으로 '수소환원제철공법'을 소개드렸습니다. 

'수소환원제철공법'은 아직 실용화하기 이른 단계이지만, 하루속히 연구가 진척되어 채산성에 맞으면서 온실가스가 배출되지 않는 현실적인 공법이 되길 기대해 봅니다.