VPSA 산소 발생 응용 추진: 인도의 스크랩 철강 공급 및 활용 확대

1. 배경
인도는 석탄과 석유와 같은 화석 연료에 크게 의존하기 때문에 인도 철강 산업은 주로 고로에서 코크스용 탄을 사용하고, 직접 환원 및 발전에는 비코크스용 탄을 사용합니다. 석유는 연료(재가열용) 및 내부 운송에 사용됩니다. 인도 철강 산업의 CO2 배출량은 국가 총 산업 배출량의 약 12%를 차지하며, 이는 전 세계 총 배출량의 약 7%-9%에 해당합니다. BF-BOF(고로-전로) 공정이 인도 전체 철강 생산량의 50% 미만을 차지하지만, 인도의 CO2 배출 강도는 전 세계 평균보다 30% 이상 높습니다.
탄소 중립은 오늘날 세계가 직면한 가장 시급한 문제 중 하나입니다. 인도 정부도 탄소 중립을 의제에 올리며 2070년까지 순배출 제로 달성을 제안했습니다. 이 목표를 달성하기 위해 인도 철강 산업은 배출 강도를 줄이기 위한 조치를 취하고 있습니다. 단기 옵션으로는 현재 사용 중인 공정의 에너지 소비를 줄이고 스크랩 철강 사용을 늘리는 것이 포함됩니다. 탄소 포집, 활용 및 저장(CCUS)도 옵션이지만 자본 지출이 수반됩니다. 인도 철강부는 주요 철강사들이 2050년까지 스크랩 비율을 50%로 높이는 것을 목표로 하고 있습니다.
2. 인도 주요 철강사의 생산 현황
2.1 제강 공정 인도 주요 철강 제조업체의 현재 생산 능력 및 제강 공정은 아래 표 1에 나와 있습니다. 2023 회계연도에 주요 제조업체의 조강 생산량은 전체의 60.7%를 차지했으며, 약 70%가 전로(BOF)를 통해 생산되고 나머지 30%는 전기로(EAF)를 통해 생산되었습니다.
표 1 - 인도 주요 철강 제조업체의 현재 생산 능력 및 제강 공정
2.2 철광석 및 고철 사용
인도에서 주요 철강사들의 고철 사용률은 10% 미만으로 유지되고 있으며, 2022 회계연도 8.44%에서 2023 회계연도 7.27%로 감소했습니다. 전반적으로 수입이 증가했음에도 불구하고, 총 철강 투입량에서 고철이 차지하는 비중은 고철 가격 상승으로 인해 2022 회계연도 22.76%에서 2023 회계연도 21.16%로 감소했습니다. 2023 회계연도 국내 고철 소비량은 2,164만 9천 톤으로, 2022 회계연도의 2,783만 7천 톤보다 감소했습니다.
고철 사용 감소는 국내 생산 감소, 가격 상승, 그리고 수입 고철의 제한된 가용성에 기인합니다. 인도 철강부는 현재의 고철 사용 수준이 탄소 배출 감소에 대한 정부의 기대치를 충족하지 못한다고 지적합니다. 약 60개국이 고철 수출을 금지했거나 금지하는 과정에 있습니다. 인도의 국내 고철 생산은 증가할 수 있지만, 배출량을 크게 줄일 가능성은 낮습니다. 고철 가용성 부족으로 인해 전기 아크로(EAF) 제강소는 용선 사용을 강요받고 있으며, 이는 총 철강 투입량의 40% 이상을 차지하여 2022 회계연도에는 42.2%, 2023 회계연도에는 43.2%를 초과했습니다. 직접환원철(DRI)(석탄 기반) 사용 증가는 배출 감소에 크게 기여하지 않습니다. 낮은 고철 비율은 인도의 높은 배출 강도의 원인 중 하나입니다. 고철 1톤은 CO2 배출량을 1.5톤 줄이고 철광석 1.4톤, 석탄 740kg, 석회석 120kg을 절약할 수 있습니다.
3. 2030년 및 2050년 예상 철강 생산 및 공정
3.1 철강 생산
2017년에 발표된 인도 국가철강정책에 따르면, 2031 회계연도의 조강 생산량은 2억 5,500만 톤에 이를 것으로 예상됩니다. 이를 위해서는 2023 회계연도부터 2031 회계연도까지 조강 생산량의 연평균 복합 성장률(CAGR)이 9.2%여야 합니다.
Crisil의 예측에 따르면, 인도는 2024-2030 회계연도 동안 인프라 개발에 거의 1,430억 루피를 지출할 것으로 예상되며, 이는 2017년부터 시작된 이전 7개 회계연도에 지출된 6,700억 루피의 두 배 이상입니다. 2016-2031년의 15개 회계연도 동안 평균 CAGR은 7%로 예상됩니다. 2008-2023년의 15개 회계연도 동안 실제 CAGR은 5.8%였습니다. 2018-2023년의 5개 회계연도(영향을 받은 2021 회계연도 제외) 동안 CAGR은 7.2%였습니다. 따라서 인도 정부의 인프라 개발 중점을 고려할 때, 2031 회계연도에는 약 8%의 CAGR이 예상됩니다. 8% CAGR 기준으로 2031 회계연도의 조강 생산량은 2억 3,370만 톤에 이를 것으로 예상됩니다. 다양한 예측을 고려할 때, 인도의 조강 생산량은 2050년까지 약 5억 톤에 이를 것으로 추정됩니다.
3.2 철강 공정
국가철강정책에 따르면, 2031 회계연도까지 인도의 조강 생산 중 60%-65%는 고로-전로(BF-BOF) 방식으로, 35%-40%는 DRI-EAF 공정을 통해 이루어질 것입니다. 현재 인도에는 71기의 고로가 운영 중이고 5기가 건설 중이며, 추가로 22기의 새로운 고로가 발표된 상황을 고려할 때, 2050년에도 인도는 상당한 BF-BOF 생산 능력을 보유할 것으로 예상되어 고로가 계속 중요한 역할을 할 것임을 시사합니다.
4. 인도의 2030년 및 2050년 고철 가용성 전망
인도의 고철 발생량은 2022 회계연도에 약 2억 8,000만 톤, 2023 회계연도에 약 2억 2,000만 톤으로 추정되었습니다. 개발도상국으로서 인도 철강 생산의 60% 이상이 수명이 약 50년인 인프라 및 건설 부문에 할당되므로, 발생하는 고철의 양은 상당하지 않을 것입니다.
폐차는 고철 공급원 중 하나입니다. 인도 정부는 2022년에 자동차 폐차 정책을 시행하여 20년 이상 된 승용차와 15년 이상 된 상용차를 폐차하도록 의무화했습니다. 폐차로 인한 고철은 2023 회계연도에 460만 톤, 2025 회계연도에 530만 톤, 2030년까지 730만 톤에 이를 것으로 추정됩니다. 2050년에는 이 수치가 약 1,500만 톤까지 증가할 수 있습니다.
기타 고철 공급원으로는 해체된 선박, 건설 현장, 공장, 작업장 및 제철소 내부에서 발생하는 고철이 있습니다. 2030년까지 선박 해체는 700-750만 톤의 고철을 생산할 수 있으며, 제철소 내부 발생 고철은 조강 생산량의 약 8%를 차지합니다. 2030년과 2050년에는 이 공급원이 각각 약 2억 톤과 4억 톤의 고철을 생산할 수 있을 것으로 추정됩니다.
전 세계적으로 2030년까지 조강 생산량이 19억 5,000만 톤에 달하고, 고철 소비량은 8억 2,800만 톤이며, 고철 사용률은 35%-36%에 이를 것으로 추정됩니다. 고로 대 전기로(BF to EAF) 비율은 현재 70:30에서 60:40이 될 것으로 예상됩니다.
5. 2030 회계연도 및 2050 회계연도 예상 철강 투입 구조 및 공정
2023 회계연도 인도의 철강 공정은 BF-BOF 46%, BF/DRI-EAF 22%, IF(DRI 및 고철) 32%로 구성됩니다. 고로, 전기 아크로, 유도로에서의 고철 사용률은 각각 약 8%, 27%, 30%입니다. 용선 비율은 각각 92%, 43%, 0%이며, DRI 비율은 각각 0%, 30%, 70%입니다. 전기 아크로에서 사용되는 DRI 중 약 85%는 가스 기반이고 나머지 15%는 석탄 기반이며, 유도로는 100% 석탄 기반 DRI를 사용합니다. 용선에는 용융 환원로의 생산량이 포함됩니다.
미래 공정을 계획할 때 두 가지 핵심 사항이 중요합니다: 첫째, CO2 배출량을 줄이기 위해 높은 BF-BOF 비율을 낮추는 것, 둘째, 더 많은 고급 철강 등급을 생산하기 위해 유도로 비율을 줄이는 것입니다. 아래 표 2에 제시된 공정을 채택하는 것이 좋습니다.
표 2 - 권장 철강 공정 (%)
표 3은 2030 회계연도와 2050 회계연도의 주요 제철소 및 기타 제조업체의 예상 조강 생산량, 투입 요구량 및 그 비율(용선: 직접환원철: 고철)과 2023 회계연도의 실제 데이터를 나열합니다.
표 3 - 인도 철강 제조업체의 예상 조강 생산량, 투입 요구량 및 비율 (백만 톤, %)
6. 결론
현재 인도 철강 산업의 CO2 배출 강도는 세계 평균보다 30% 높으며, 고철과 천연가스의 부족이라는 이중 과제에 직면해 있습니다. 그 결과, 용선과 석탄 기반 직접환원철(DRI)의 과도한 사용으로 인해 높은 배출 강도가 발생합니다. 게다가 대부분의 국가가 국내 고철 사용률을 높이기 위해 고철 수출을 제한하거나 금지함에 따라 고철 수입도 매우 어려운 실정입니다.
2050년까지 모든 고로를 대체하는 것은 어려울 것입니다. 일부 고로는 최근에 가동을 시작했고 다른 고로는 아직 건설 중이기 때문입니다. 따라서 2050년까지 고철 사용률을 50%로 높이는 것은 인도 주요 제철소에게는 실현 가능하지 않습니다.
2050년까지 인도의 고철 비율은 25%(현재 약 20%)에 도달할 수 있으며, 주요 제철소는 20%(현재 약 10%)를 달성할 수 있을 것으로 예상됩니다.
전통적인 고철 생산은 석탄 및 석탄 기반 DRI에 크게 의존하여 높은 탄소 배출을 초래합니다. 반면, EAF 제강은 전기를 사용하여 고철과 철을 가열함으로써 석탄 수요를 줄이고 탄소 배출을 크게 낮춥니다.
단순 공정 EAF 제강에서 진공 압력 스윙 흡착(VPSA)은 산소 설비의 적용은 로 제어 및 생산 효율성 향상에 중요합니다. VPSA 산소 플랜트는 분자체를 사용하여 공기에서 농축 산소를 생성합니다. 기존의 극저온 시스템과 비교하여 VPSA 산소 시스템은 건설 및 운영 비용이 낮고, 제강 중 수요 변화에 따라 산소 유량을 조정할 수 있어, 로 분위기와 용융물의 화학 반응을 최적화하여 로 운영 효율성 및 철강 제품 품질을 더욱 향상시키고 에너지 소비와 배출량을 실질적으로 줄여 전체 탄소 발자국을 낮추는 데 기여합니다.
25년의 가스 분리 전문 지식을 보유한 PKU Pioneer는 산소 생산 능력, 장비 성능 및 에너지 효율성 면에서 VPSA 산소 생산 기술 분야에서 국제적으로 선도하고 있습니다. PKU Pioneer는 바오스틸을 비롯한 글로벌 선도 기업을 포함하여 전 세계 70개 이상의 철강 기업에 고품질 산소 발생 솔루션을 제공하여 사용자가 제강 공정을 최적화하고, 에너지 소비를 줄이며, 녹색 지속 가능한 발전을 달성하도록 지원하고 있습니다.