도시 보스턴 북쪽 교외에 있는 매사추세츠 주 워번(Woburn)에서 흰 코트를 입은 엔지니어와 과학자들이 네온 조명이 켜진 실험실 공간 내부 책상에 벽돌 크기의 건메탈 그레이 강철 주괴가 질서정연하게 쌓여 있는 것을 조사했습니다.
그들이 보고 있는 것은 혁신적인 제조 방법을 사용하여 만든 강철 묶음이었습니다. 보스턴 메탈, MIT에서 XNUMX년 전에 분사한 이 회사는 수세기 동안 합금이 만들어지는 방식을 극적으로 바꿀 수 있기를 희망합니다. 이 회사는 전기를 사용하여 철을 철광석에서 분리함으로써 이산화탄소를 방출하지 않고 강철을 만들 수 있으며 온실 가스 배출에 대한 세계 최악의 산업 중 하나를 청소할 수 있는 방법을 제공한다고 주장합니다.
엔지니어링 및 건설에 필수적인 요소인 철강은 세계에서 가장 인기 있는 산업 자재 중 하나이며, 2 억 연간 생산 톤. 그러나 이 풍부함은 환경. 제강 계정 7 %의 11 전 세계 온실 가스 배출량의 최대 규모로 인해 대기 오염의 가장 큰 산업적 원인 중 하나가 되었습니다. 그리고 생산이 가능하기 때문에 일어나 다 2050년까지 XNUMX분의 XNUMX로 줄어들면 이 환경적 부담이 커질 수 있습니다.
이는 기후 위기를 해결하는 데 중요한 도전 과제입니다. 유엔 라고 1.5년 파리 기후 협정에 따라 지구 온난화를 섭씨 2015도 이하로 유지하려면 산업 탄소 배출량을 크게 줄이는 것이 필수적입니다. 그렇게 하려면 철강 및 기타 중공업의 배출량을 93년까지 2050%까지 줄여야 합니다. 견적 국제 에너지기구에 의해.
정부와 투자자들이 배출을 줄이도록 압력을 가하는 상황에서 주요 생산업체와 신생 기업을 포함한 많은 철강 제조업체는 전통적인 탄소 집약적 제조 대신 수소 또는 전기를 사용하는 저탄소 기술을 실험하고 있습니다. 이러한 노력 중 일부는 상업적 현실에 가까워지고 있습니다.
파리에 기반을 둔 연구 싱크탱크인 IDDRI의 에너지 이코노미스트인 Chris Bataille는 "우리가 이야기하는 것은 파괴가 극히 드문 자본 집약적이고 위험을 회피하는 산업입니다."라고 말했습니다. 따라서 그는 한 번에 너무 많은 일이 진행된다는 “흥미로운 일”이라고 덧붙였습니다.
그럼에도 불구하고 전문가들은 전 세계를 뒤집은 글로벌 산업을 변화시키는 데 동의합니다. $ 2.5 조 2017년에는 6 만 명 엄청난 노력을 기울일 것입니다. 글로벌 기후 목표를 달성하기 위해 새로운 공정을 제때에 확장하는 것에 대한 실질적인 장애물 외에도 세계 철강의 절반 이상이 제조되고 철강 부문의 탈탄소화 계획이 모호한 중국에 대한 우려가 있습니다.
“이와 같은 산업을 탈탄소화하는 것은 확실히 쉬운 일이 아닙니다.”라고 Bataille가 말했습니다. “하지만 선택의 여지가 없습니다. 이 부문의 미래와 우리 기후의 미래가 바로 여기에 달려 있습니다.”
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현대 제강은 다음을 포함합니다. 여러 생산 단계. 가장 일반적으로 철광석은 분쇄되어 소결(거친 고체) 또는 펠릿으로 변합니다. 별도로 석탄을 구워 코크스로 만든다. 그런 다음 광석과 코크스는 석회석과 혼합되어 바닥에서 매우 뜨거운 공기의 흐름이 유입되는 대형 용광로로 공급됩니다. 고온에서 코크스는 연소되고 혼합물은 선철 또는 고로철로 알려진 액체 철을 생성합니다. 그런 다음 용융된 재료는 산소 용광로로 들어가 수냉식 랜스를 통해 순수한 산소로 분사되어 탄소를 강제로 제거하여 최종 제품으로 조강을 남깁니다.
1850년대 영국 엔지니어 Henry Bessemer가 처음으로 특허를 받은 이 방법은 다양한 방식으로 이산화탄소를 배출합니다. 첫째, 고로에서의 화학 반응은 코크스와 석회석에 갇힌 탄소가 공기 중의 산소와 결합하여 부산물로 이산화탄소를 생성하기 때문에 배출물을 초래합니다. 또한, 화석 연료는 일반적으로 고로를 가열하고 소결 및 펠릿화 공장, 코크스 오븐에 전력을 공급하기 위해 연소되어 이 과정에서 이산화탄소를 배출합니다.
무려 70퍼센트 세계 철강의 의이 방법으로 생산되며, 거의 XNUMX톤의 이산화탄소 생산된 철강 XNUMX톤당 그만큼 나머지 30% 거의 모두 전기로를 통해 만들어지며 전류를 사용하여 강철(대부분 재활용 스크랩)을 녹이고 훨씬 낮은 CO2 배출량 용광로보다.
그러나 제한된 스크랩 공급으로 인해 미래의 모든 수요가 이런 방식으로 충족될 수는 없다고 샌프란시스코에 기반을 둔 에너지 및 기후 정책 회사인 Energy Innovation의 산업 프로그램 책임자이자 모델링 책임자인 Jeffrey Rissman이 말했습니다. 적절한 정책이 시행된다면 재활용은 45년에 전 세계 수요의 최대 2050%를 공급할 수 있을 것이라고 그는 말했습니다. "나머지는 대부분의 배출량이 발생하는 XNUMX차 광석 기반 강철을 단조하여 만족할 것입니다."
따라서 "철강 산업이 기후 약속에 대해 진지하다면" 재료가 만들어지는 방식을 근본적으로 재구성해야 하며 상당히 빨리 그렇게 해야 한다고 덧붙였습니다.
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테스트 중인 한 가지 대체 기술은 코크스를 수소로 대체합니다. 스웨덴에서는 하이브리트철강 제조업체인 SSAB, 에너지 공급업체 Vattenfall, 철광석 생산업체인 LKAB 간의 합작 투자로 직접 환원철이라는 기존 시스템의 용도를 변경하는 프로세스를 시범 운영하고 있습니다. 이 공정은 화석 연료에서 코크스를 사용하여 철광석 펠릿에서 산소를 추출하여 해면철이라고 하는 다공성 철 펠릿을 남깁니다.
Hybrit 방법은 대신 화석이 없는 수소 가스를 사용하여 산소를 추출합니다. 가스는 전류(이 경우 화석이 없는 에너지원)를 사용하여 물을 수소와 산소로 분리하는 기술인 전기분해를 통해 생성됩니다. (가장 순수한 수소 오늘 만들어졌다 연소될 때 CO2를 생성하는 메탄과 함께 사용됩니다.) 생성된 해면철은 전기로에 들어가 결국 강철로 정제됩니다. 이 공정은 부산물로 수증기만 방출합니다.
Vattenfall의 산업 탈탄소화 책임자인 Mikael Nordlander는 “이 기술은 알려진 지 오래되었지만 지금까지는 실험실에서만 수행되었습니다. "여기서 우리가 하는 것은 그것이 [] 산업 수준에서 작동할 수 있는지 확인하는 것입니다."
지난 XNUMX월 Hybrit은 최종 제품을 생산 및 판매하는 SSAB라는 첫 번째 이정표에 도달했습니다. 첫 번째 무화석 철강 납품 자동차 제조사 볼보에게 차량 프로토타입에 사용된. 또한 2026년까지 완공을 목표로 상업 규모의 생산 공장을 계획하고 있습니다.
또 다른 스웨덴 벤처인 H2 Green Steel은 개인 투자자와 Mercedes-Benz, Scania, Ikea와 연결된 조직인 IMAS Foundation 등의 회사로부터 모금된 105억 XNUMX만 달러의 도움을 받아 유사한 상업용 규모의 수소 철강 공장을 개발하고 있습니다. 그 회사 계획 2024년까지 생산을 시작하고 5년 말까지 연간 XNUMX만 톤의 무공해 철강을 생산합니다. 수소 동력 제강을 테스트하는 다른 회사는 다음과 같습니다. 아르셀로 미탈, 티센 크루프및 잘츠기터 AG 독일에서; 포스코 한국에서; 그리고 VOESTALPINE 오스트리아에서.
전기는 철광석을 줄이는 데도 사용할 수 있습니다. 예를 들어 Boston Metal은 전류가 철광석을 포함하는 전지를 통해 이동하는 용융 산화물 전기분해라는 공정을 개발했습니다. 전기가 전지의 양쪽 끝 사이를 이동하고 광석을 가열하면 산소가 거품을 일으키며(수집될 수 있음), 철광석은 전지 바닥에 고이고 주기적으로 두드리는 액체 철로 환원됩니다. 그런 다음 정제된 철을 탄소 및 기타 성분과 혼합합니다.
"우리가 하는 일은 기본적으로 환원제로서 탄소를 전기로 바꾸는 것입니다."라고 회사의 사업 개발 수석 부사장인 Adam Rauwerdink가 설명했습니다. "이를 통해 우리는 기존의 제강보다 훨씬 적은 에너지와 더 적은 단계로 매우 고품질의 강철을 만들 수 있습니다." 그는 전력이 화석이 없는 자원에서 나오는 한 그 과정에서 탄소 배출이 발생하지 않는다고 덧붙였습니다.
그는 현재 Woburn 시설에서 XNUMX개의 파일럿 라인을 운영하고 있는 회사가 다음을 사용하여 실험실 개념을 시장에 출시하기 위해 노력하고 있다고 말했습니다. 작년에 50만 달러 모금 Bill Gates와 독일 자동차 제조업체 BMW가 후원하는 Breakthrough Energy Ventures를 포함한 투자자 그룹에서. 상업 규모의 실증 플랜트는 2025년까지 가동될 것으로 예상됩니다.
Arizona State University의 재료 과학 및 공학 교수인 Sridhar Seetharaman은 "위치, 리소스 가용성 및 대상 제품에 따라 이러한 모든 솔루션이 제 자리를 차지한다고 생각합니다."라고 말했습니다. "하지만 지금으로서는 그 수요를 충족할 수 있는 은탄환을 아무도 혼자 줄 수 없다고 생각합니다."
IDDRI 에너지 이코노미스트인 Bataille는 “수소는 이미 확립된 시스템을 기반으로 하기 시작했고 상업화에도 앞장서고 있다”고 말했다. "그러나 철강 산업의 순제로를 달성하려면 탄소가 없는 경로가 더 많이 필요하므로 결국 시장에는 모든 산업을 위한 충분한 여지가 있을 것이라고 생각합니다."
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친환경적인 제강 공정이 추진력을 얻고 있는 것처럼 보이지만 직면해야 할 심각한 문제가 많이 남아 있습니다. 그 중 가장 중요한 것은 이러한 새로운 방법으로의 산업 전반의 전환이 수반할 재생 에너지 인프라의 대규모 확장이라고 콜로라도에 기반을 둔 비영리 단체의 수석 교장인 Thomas Koch Blank는 말했습니다. 록키 마운틴 인스티튜트. 그는 세계가 기존의 XNUMX차 철강 생산에 전력을 공급하기 위해 현재 설치된 태양열 및 풍력 에너지 소스의 최대 XNUMX배가 필요할 것으로 추정합니다.
또 다른 장벽은 비용입니다. 전기나 수소로 전환하려면 새로운 발전소를 세우고 오래된 발전소를 개조하는 데 막대한 자본 지출이 필요합니다. 청정수소 공법의 경우 철강 생산업체가 저가 수소보다는 저가 원료탄에 가깝기 때문에 철강 가격이 크게 오를 것이라고 코흐 블랭크는 지적했다. "이러한 초기 비용은 적어도 초기에는 철강과 최종 제품의 가격을 상승시킬 것입니다."
샌프란시스코의 분석가인 Rissman에 따르면 공급 및 수요 측면 모두에 대한 법안은 이러한 높은 비용을 상쇄하고 친환경 기술에 대한 더 많은 투자를 장려하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그는 정부가 저탄소 버전의 지정된 건축 자재를 사용하도록 국가 자금 지원 프로젝트를 요구함으로써 건물 및 기반 시설에 저탄소 강철 사용을 장려할 수 있다고 말했습니다. 그들은 또한 배출량에 대한 규칙이 덜 엄격한 국가에서 구매하는 데 더 많은 비용을 들이도록 하는 정책을 시행할 수 있습니다. 이는 청정 철강 시장이 "성장하고 새로운 생산 공정이 규모의 경제를 달성"함에 따라 국내 생산자가 "경쟁력을 유지"하는 데 도움이 될 것이라고 Rissman은 말했습니다.
아마도 가장 큰 장애물은 중국일 것입니다. 에 대한 90 퍼센트 철강 생산의 의는 용광로를 사용하여 달성됩니다. 2020년 XNUMX월 시진핑 국가주석 발표 2060년까지 탄소중립국가가 되는 것을 목표로 하고 있습니다. 국내 제철소의 오염을 줄이기 위해 약 15%를 차지 중국은 국가 전체 탄소 배출량의 2030년까지 최대 철강 배출량 달성. 그럼에도 불구하고 18년 첫 2021개월 동안 중국에서 XNUMX개의 새로운 고로 프로젝트가 발표되었으며, 따라 헬싱키에 기반을 둔 연구 그룹인 에너지 및 청정 공기 연구 센터에 제출했습니다.
철강은 탈탄소화에 가장 중요하고 도전적인 산업 중 하나이므로 철강에 대한 국제적 조정이 큰 도움이 될 것이라고 Rissman은 말했습니다.
보스턴으로 돌아온 Rauwerdink는 Boston Metal의 공장 라인을 조사하면서 동의했습니다. “우리가 직면한 환상적인 도전입니다.”라고 그는 말했습니다. 그러나 그는 "우리는 솔루션이 존재하고 작동한다는 것을 보여주고 있습니다."라고 덧붙였습니다.
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이미지 신용 : Třinecké železárny / 위키미디어 공용
