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연세소식

[연구 프론티어] 손일 교수팀, 온실가스 저감을 위한 ‘수소 직접 환원 제철 공정’의 기술적 난제 규명 및 방향 제시

연세대학교 홍보팀 / news@yonsei.ac.kr
2022-10-05

손일 교수팀, 온실가스 저감을 위한 ‘수소 직접 환원 제철 공정’의 기술적 난제 규명 및 방향 제시

탄소 중립 철강 산업을 위한 수소 직접 환원 철과 전기로 하이브리드 시스템 도입의 한계점 지적

세계적인 학술지 ‘Joule’에 코멘터리 게재, 철강 업계가 나아가야 할 방향 제시


[사진. (왼쪽부터) 손일 교수, 김완호 제1저자]


공과대학 신소재공학과 손일 교수팀은 온실가스를 줄이기 위해 탄소 기반 제철 기술을 대체할 수소 환원 시스템을 실제 철강 산업에 도입할 때 기업들이 직면하게 될 난제를 규명하고 철강 업계 전반에 대한 통찰을 제시했다.

 

지구 온난화의 심화에 따라 기업의 온실가스 배출을 규제하는 등 전 세계가 탄소 중립에 주목하고 있다. 이에 따라 기존에 탄소를 기반으로 한 환원 시스템이 구축돼 있어 다량의 이산화탄소를 배출하는 철강 기업들 또한 탄소 중립이라는 어려움에 직면하게 됐다.


세계 철강 기업들은 탄소 기반 제철 기술을 대체할 수 있는, 수소를 활용한 ‘수소 직접 환원 시스템’을 구축하기 위한 연구를 지속해 오고 있다. 수십 년간 이용되면서 발전하고 최적화된 탄소 기반 제철 시스템을 수소 환원 시스템으로 대체하기 위해서는 탄소 기반 기술의 경제적, 기술적 이점에 준하는 시스템을 구축해야 한다. 철강 제련 분야의 세계적 권위자인 손일 교수는 수소 환원 기술을 실제 산업에 도입할 때 직면하게 되는 문제점들을 규명하고 이에 대한 의견을 제시하며 철강 업계 전반에 통찰을 제시했다.


[그림. 전기로를 이용한 미래 수소 직접 환원 철 생산 시스템의 한계]


기존 탄소 기반의 고로(blast furnace) 방식에서 벗어나 수소로 직접 철광석을 환원해 수소 직접 환원 철(hydrogen direct reduced iron)을 전기로(Electric arc furnace, EAF)에 접목시키는 하이브리드 시스템이 철강 산업에 적용되기 위해서는 다양한 한계를 극복해야 한다. 


손일 교수팀은 이러한 하이브리드 시스템의 한계로 미래 원재료의 저품위화, 전기로 자체의 정련 한계와 더불어 미약한 유동으로 인한 낮은 생산 품질과 고부가가치 제품 생산 어려움을 지목했다. 아울러 기존 탄소 기반 환원 시스템보다 수소 환원에 의해 발생할 수 있는 낮은 광석 환원율과 석탄 발열 반응으로 얻을 수 있는 높은 에너지 효율의 부재를 지적하며 이러한 문제점들을 해결해야 탄소 중립에 한걸음 더 다가갈 수 있다고 밝혔다. 


본 연구는 과학기술정보통신부 주관 중견연구자지원 사업과 한국연구재단에서 주관하는  BrainKorea21 Four 사업의 지원을 받아 더하이스트의 김완호 대표(제1저자)와 함께 진행됐다. 세계적인 학술지 ‘줄(Joule)’에 9월 23일에 게재됐다.


논문정보

● 논문제목: Critical challenges facing low carbon steelmaking technology using hydrogen direct reduced iron

● 논문주소: https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.08.010

 

vol. 632

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