수소연료 생산에 의한 탈탄소
기후변화와의 전쟁이 세계적으로 확대됨에 따라 산업과 경제가 즉각 대응해야 할 필요성이 대두되고 있습니다. 물론 부문마다 온실가스(GHG) 배출량이 다르며, 그 결과 탈탄소화 경로가 다릅니다.
철강 제조가 변화하고 탄소를 제거해야 할 필요성과 수소가 "친환경" 철강 혁명에 어떻게 중요한 역할을 할 수 있는지를 살펴봅니다.
현대 철강 생산
2021년 전 세계 조강 생산량은 195만1000t(Mt)이었습니다. 이 생산은 인도, 일본, 미국 등 전 세계에 퍼져 있으며, 대부분(103만3000t)이 중국에 집중되어 있습니다.
그러나 전 세계적으로 여러 곳에서 생산되고 있음에도 불구하고 철강 생산의 주요 방법인 전기 아크로(EAF)와 고로 기본 산소 용해로(BF-BOF)의 두 가지 방법만이 사용되었습니다.
두 방법 모두 전통적으로 화석 연료를 사용하며, 2019년에는 이산화탄소(CO2) 배출량이 3.6Gt에 달했습니다.
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제강법
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재료 사용률
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CO2 배출량(2019년)
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EAF
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스크랩
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0.5 Gt
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BF-BOF
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스크랩, 철광석, 코크스
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3.1 Gt
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그렇기 때문에 철강업계가 탄소를 제거할 수 있는 주요 방법 중 하나는 화석연료의 대체를 하는 것입니다.
녹색철강 생산에서 수소의 역할
물론 업계가 직면한 가장 큰 과제 중 하나는 경쟁이 치열한 시장에서 어떻게 "친환경" 철강을 탈탄하고 생산할 것인가 하는 것입니다.
철강 생산은 세계적으로 거래되고 있으며 원가 마진이 좋은 상품으로서 무역 분쟁과 관세를 포함한 주요 지정학적 이슈와 관련되어 있습니다. 하지만 기후 변화 때문에 탄소 친화적인 생산에 대한 갑작스럽고 엄청난 수요도 있습니다.
그리고 그곳이 수소가 중요한 역할을 하는 곳입니다. 전통적으로 고로에서 제조되는 강철은 공기 없이 석탄을 가열하여 만든 고탄소 연료인 코크스를 연료원으로 사용하여 철광석 펠릿을 가열하고 순수한 철 성분을 액화시킵니다. 이로 인해 철이 녹을 정도로 뜨겁고(1,200°C) 스크랩과 혼합되어 강철로 만들어지기 위해 많은 배출물이 배출됩니다.
그린 스틸 방식은 대신 수소를 사용하여 철 펠릿을 스펀지 철, 즉 강철을 형성하기 위해 가공할 수 있는 금속 철로 환원합니다. 이 프로세스는 고온에서도 수행되지만 철의 용해점(800–1,200°C) 이하에서 수행되므로 에너지 비용을 절감할 수 있습니다.
그리고 철 펠릿을 만들기 위해 비화석 연료를 도입하고 스펀지 철과 고철을 강철로 바꾸기 위해 재생 가능한 전기를 사용함으로써 화석연료를 공정에서 제거할 수 있어 결과적으로 배출량을 크게 줄일 수 있습니다.
그린스틸 생산의 미래
철강에 대한 전 세계적인 수요를 감안할 때 녹색 철강 생산에 필요한 수소와 재생 가능 에너지의 필요성은 그만큼 중요합니다.
국제 재생 에너지 기구에 따르면 그린 스틸 방식을 사용하여 2021년에 세계 철강 생산을 달성하려면 9760만 톤의 수소가 필요합니다.
또한 진정한 무탄소 녹색 강철로의 전환을 위해 에너지 업계는 전기 분해를 이용한 녹색 수소 생산에 초점을 맞출 필요가 있습니다. 천연가스를 연소시켜 수소를 방출하는 방법과는 달리, 전기분해는2 재생 에너지원을 사용하여 물을 산소와 수소로 쪼개야 합니다.
따라서 완전 녹색 철강 생산에는 녹색 수소, 재생 에너지에서 작동하는 전해액 및 공급망의 모든 부분에 대한 추가 재생 에너지가 사용됩니다.
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철강 생산원
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연간 철강 생산량
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녹색 수소 필요
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필요한 전해조 용량
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필요한 총 재생 에너지 용량
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베이스 레퍼런스
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1 Mt
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50kT
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0.56 GW
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0.7 GW
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미국
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85.8 Mt
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4.3 Mt
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48 GW
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60 GW
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유럽
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103 Mt
|
5.2 Mt
|
58 GW
|
72 GW
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중국
|
1032.8 Mt
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51.6 Mt
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581 GW
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726 GW
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세계적인
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1951년 산
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97.6 Mt
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1,097 GW
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1,371 GW
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현재 녹색 수소 생산 비용은 기존 화석 연료 방법보다 높고, 재생 에너지원의 평준화된 비용에 따라 달라집니다. 이는 지역별로 차이가 있지만 재생 에너지와 녹색 수소에 대한 생산 능력과 보조금이 증가함에 따라 감소한다는 것을 의미합니다.
그리고 많은 유럽 주요 철강 제조업체들은 이미 녹색 철강 생산을 위한 파일럿 및 대규모 설비로 선두를 달리고 있습니다. 독일에만 적어도 7개의 프로젝트가 있으며, 여기에는 세계 10대 철강회사 중 하나인 ArcelorMittal과 ThysenKrupp가 포함됩니다.
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