철강의 탄소 발자국
철강 생산은 중공업 중 온실가스를 가장 많이 배출하는 업종입니다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면, 철강 부문의 온실가스 배출량은 연간 3.7기가톤으로, 전 세계 이산화탄소 배출량의 10%를 차지합니다.
철강 부문의 온실가스 배출량이 높은 이유는 석탄을 가장 많이 소비하는 산업이기 때문입니다. 현재 철강 생산은 석탄 연소에 크게 의존하기 때문에 매우 탄소 집약적입니다.
철광석으로부터 철강을 생산하는 가장 일반적인 방식은 석탄을 사용하는 고로(blast furnace)와 전로(basic oxygen furnace) 공정입니다. 2021년 19억5천만 톤의 철강을 생산한 이 공정이 전 세계 철강 생산량의 73%를 차지합니다.
세계철강협회에 따르면, 이 규모의 철강을 생산하기 위해 소비된 석탄의 양은 약 11억 톤에 달했습니다. 평균적으로, 철강 1톤을 생산하려면 약 2.0톤의 이산화탄소가 배출되는 셈입니다. 철강을 만드는 과정에서 석탄 사용은 이산화탄소의 주 배출원이자, 또 다른 온실가스인 메탄의 주요한 배출원이기도 합니다.
철 스크랩(고철)을 사용한 철강 생산 방식은 전력으로 운영되는 전기로(electric arc furnace)를 통해 생산되기 때문에 온실가스 배출량이 상대적으로 낮습니다. 전기로를 통해 생산된 철강은 투입되는 재료와 전력 믹스에 따라 고로-전로에 비해 10-20% 수준의 이산화탄소를 배출합니다.
석탄 대신 수소로 철광석을 환원하는 직접환원철(direct reduced iron, DRI) 공정은 온실가스 감축에 더 큰 잠재력을 갖고 있으며 확대 추세에 있습니다. 재생에너지로 생산되는 그린 수소와 전기로 생산을 확대하기 위해서 석탄에서 깨끗한 전력 기반으로 제철 공정을 규모 있고 조속히 전환하는 과제가 철강의 탄소중립의 핵심입니다.
글로벌에너지모니터(Global Energy Monitor)에 따르면, 석탄 기반의 철강 생산 공정이 점차 감축되고 있지만, 변화는 너무 미미한 수준입니다. 2023년 3월 기준, 계획 중인 신규 철강 생산 설비의 57%가 여전히 석탄 기반의 고로-전로 공정에 해당합니다.
반면 “국제에너지기구는 탄소중립 시나리오에서 2050년까지 절반 이상(53%)의 철강 생산 설비가 전기로를 사용해야 하고 1차 철강 생산 설비의 42%는 수소 직접환원철 또는 철광석 전기분해 기반의 전기로에 해당해야 한다고 제시”하고 있습니다. “현재 철강 생산 설비 계획에 따르면 2050년 전기로의 설비 비중은 고작 32%에 그칠 것으로 전망되며, 이는 탄소중립 이행에 한참 못 미치는 수준”이라고 분석됐습니다. 게다가, 국제에너지기구는 1.5ºC 탄소중립 시나리오를 달성하려면 철강 부문의 2030년 이산화탄소 배출량은 2019년 대비 약 30% 감축돼야 한다고 제시했습니다.
철강 생산량을 기준으로, 2030년까지 온실가스 배출 제로에 근접한 철강 생산 프로젝트는 1,300만톤 규모에 해당합니다. 이는 1.5ºC 기후 목표 달성에 필요한 그린 철강 프로젝트의 약 10%에 불과합니다. 이러한 그린 철강 프로젝트의 대부분은 유럽 지역에서 진행 중입니다. 전 세계 4분의 3 정도의 신규 철강 생산 프로젝트는 아시아 지역에서 집중돼 있고, 그 중 55%는 중국과 인도가 차지하는데, 대부분 석탄을 사용하는 고로 방식의 철강 공정에 해당합니다.
알고 있나요?
- 세계 철강 산업의 온실가스 직접 배출량은 2019년 기준 2.6Gt (기가톤)으로, 세계 에너지 관련 총 배출량의 7%에 해당합니다(IEA, 2020). 전력 등 간접 배출량(1.1Gt)까지 포함하면 철강 산업의 배출량 비중은 10%으로 상승합니다.
- 철강 산업의 온실가스 누적 배출량은 전세계 총 누적 배출량의 7-9% 수준으로 추산됩니다(세계철강협회, 2021). 최근 다른 연구에서도 1900년에서 2015년까지 제철 온실가스 배출량을 추산한 결과 총 1,470억 톤이 배출됐고 이는 세계 총 배출량의 9%를 차지한다고 보고됐습니다(Nature, 2021).
- 철강 1톤 생산에 배출되는 이산화탄소는 평균 약 1.89톤입니다(2020년 기준, 세계철강협회). 석탄 기반의 고로-전로 방식이 전기로 방식에 비해 약 7배 이산화탄소를 배출합니다.
- 고로-전로 방식의 제철 공법이 탄소 집약적인 이유는 석탄 사용에 기반하기 때문입니다. 석탄(제철용 원료탄)을 열에너지 공급원이자 철광석 환원제로 사용하는 현재 고로의 제선 방식이 온실가스의 주요 배출 원인입니다.
- 포스코가 운영하는 고로-전로 제철소에서 배출되는 온실가스 배출량의 81%가 제선 공정에서 배출됩니다(포스코, 2023 기업시민보고서) 유럽 고로-전로 공정단계별 탄소 배출량 분석 결과, 고로와 코크스 등 제선 공정이 90%로 주요 배출원으로 나타났습니다(넥스트, 2023). 고로 중심의 제철소가 ‘또 하나의 석탄발전소’로 불리는 이유입니다.
