에기연 "금속 열처리 '전기화'로 탄소 저감 기여"

금속 열처리 공정의 '전기화'로 탄소 저감에 기여할 기술이 개발됐다.

한국에너지기술연구원은 에너지융합시스템연구단 이후경 박사 연구팀이 자동차·가전제품에 쓰이는 아연도금 강판 제조 공정에서 금속 열처리 공정을 화석연료 대신 전기로만 진행할 수 있는 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

(왼쪽부터) 이후경 책임연구원, 이은경 전문연구위원, 정우남 선임연구원, 고창복 전문연구위원. 한국에너지기술연구원 제공

이 기술은 철강 등 에너지 다소비 산업에 폭넓게 적용할 수 있어 산업 공정에서 발생하는 탄소량을 줄이는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

아연도금 강판은 철판을 연속으로 흘려보내며 아연을 입히는 '연속용융아연도금라인(Continuous Galvanizing Line·CGL)' 공정을 통해 제작된다. 이 과정에서는 강판을 구부리고 쉽게 가공할 수 있도록 가열하고 식히는 '소둔'을 거치게 된다.

문제는 소둔로의 열을 천연가스 등 화석연료를 태워 공급할 경우 이산화탄소와 질소산화물이 대량 배출될 수밖에 없다는 점이다. 실제 아연 제조공정 등 철강 산업에서 배출되는 이산화탄소 배출량은 국내 전체 배출량의 15%에 달하는 것으로 추정된다.

이를 해결하기 위해 연구팀은 기존 연소식 소둔로의 버너 대신 전기 발열체를 적용, 화석 연료 없이 전력만으로 작동할 수 있는 '무탄소 소둔 시스템'을 개발했다.

연구팀이 개발한 시스템의 핵심은 가열로 설계 기술이다. 연구팀은 기존 연소식 소둔로의 내화 구조와 강판 이동 장치는 유지하되 버너 대신 전기 발열체를 상·하부에 배치했다. 또 발열체와 강판 간 거리를 정밀 설계함으로써 고온의 복사열로 강판을 신속·균일하게 가열하면서도 벽면의 열 손실을 최소화하도록 구성했다.

이를 적용해 두께 0.49㎜의 강판을 750도 환경에서 소둔했을 때 강판 색상, 조직, 기계적 특성 모두 연소식 소둔로와 동등한 수준을 유지했다.

반면 이산화탄소와 질소산화물 배출은 연소식 대비 98% 이상 감소했다. 이를 통해 연구팀은 설비 설계와 운전 조건만 맞추면 강판의 생산성과 품질을 동일하게 유지하면서도 탄소 배출을 줄일 수 있다는 점을 증명했다.

특히 전기식 소둔로는 연소식에 들어가는 연료·공기 공급 시스템, 버너, 배기 시스템 없이 운전할 수 있어 설비 투자비와 설치 규모를 기존보다 40%가량 줄일 수 있다.

또 풍력, 태양광 발전 등 재생 전력으로 운영하게 되면 진정한 '무탄소 열처리 공정'으로 전환할 수 있어 글로벌 환경규제 대응에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

이 박사는 "이번 실증은 버너를 전기 발열체로 바꾸는 것만으로도 무탄소 가열을 구현할 수 있음을 확인케 한 세계 최초의 사례"라며 "연구팀은 향후 강판 폭과 두께, 이송 속도에 따라 최적의 발열체 배열을 자동으로 제안하는 인공지능(AI) 기반의 설계·운전 기술로 확장해 국내 철강사의 상업용 설비 실증과 수출을 연계할 수 있는 '수출형 무탄소 가열 솔루션'을 마련하겠다"고 말했다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr