EAF 제강, 중국에서 유망한 기회를 맞이하며 VPSA 산소 발생의 밝은 미래를 주도하다

1. 전기 아크로(EAF) 제강 단축 공정 개발의 필요성

2030년 탄소 정점 달성과 2060년 탄소 중립은 중국 정부의 중요한 전략적 결정이자 세계에 대한 엄숙한 약속입니다. 개혁 개방 이후 중국 철강 산업은 빠르게 발전했습니다. 조강 생산량은 1978년 3,178만 톤(세계 총 생산량의 4.4%)에서 1996년 처음으로 1억 톤을 넘어 1억 124만 톤(세계 총 생산량의 13.5%)에 도달하여 세계 최대 철강 생산국이 되었고, 이후 2020년에는 10억 5,300만 톤(세계 총 생산량의 56.7%)을 넘어 10억 톤을 초과했습니다.

지난 3년 동안 소폭 감소했지만 2022년에는 여전히 10억 1,300만 톤(세계 총 생산량의 약 54%)에 달했습니다. 중국의 철강 부문은 여전히 석탄 기반 화석 에너지에 크게 의존하여 상당한 탄소 배출을 초래하며, 이는 국가 전체 배출량의 약 16%를 차지하여 발전 및 운송 부문 다음으로 높습니다.

따라서 철강 생산 과정에서 탄소 배출을 효과적으로 줄이는 것은 철강 산업과 국가 전체가 시급히 해결해야 할 주요 과제가 되었습니다.

EAF 철강 생산 비율이 낮은 것은 중국 철강 산업의 높은 탄소 배출, 에너지 소비 및 오염의 주요 원인 중 하나입니다.

전 세계적으로 총 생산량에서 EAF 제강이 차지하는 비중은 1950년대 초 7.3%에서 현재 32%-35%로 증가했습니다. 이란, 터키, 미국, 인도와 같은 국가에서는 50% 이상을 차지하며, 일부 국가는 90%를 초과합니다. 중국 철강 협회에 따르면 2022년 중국의 EAF 철강 생산량은 총 조강 생산량의 9.7%에 불과하여 세계 평균 30%보다 훨씬 낮았습니다.

기존의 고로-전로 장채 공정과 비교하여 모든 스크랩 강을 사용하는 EAF 단축 공정은 톤당 강철 에너지 소비를 약 50%, 고형 폐기물 배출량을 약 96%, 폐가스 배출량을 약 78%, 탄소 배출량을 약 73%, 전체 대기 오염 물질을 약 90% 감소시킵니다. 선진국의 산업 발전 패턴을 따른다면, 중국의 총 철강 생산량이 일정하게 유지되고 2035년까지 EAF 제강 비율이 30%로 증가하면 이산화탄소 배출량이 약 15% 감소할 수 있습니다. 따라서 EAF 단축 공정 개발의 에너지 절약 및 배출 감소 이점은 매우 중요합니다.

또한, EAF 단축 공정 제강은 필요에 따라 생산을 시작 및 중단할 수 있는 능력, 높은 효율성과 유연성, 도시 폐기물 재활용 센터 역할 가능성과 같은 추가적인 이점을 제공합니다. 결과적으로, 스크랩 강을 주 원료로 사용하는 EAF 단축 공정의 개발에 중점을 두는 것은 철강 산업의 지속 가능한 발전을 달성하기 위한 중요한 전략적 결정입니다.

2. 중국의 전기로 제강이 유리한 발전 기회를 맞이하고 있다

중국의 전기로 제강은 세 가지 주요 측면에서 유리한 발전 기회를 맞이하고 있다:

1) 고철 자원 공급 증가:

2025년까지 중국은 3억 톤 이상의 고철을 생산할 것으로 추정된다. 고철 자원의 대규모 방출은 전기로 제강 발전을 위한 견고한 기반을 제공한다.

2) 철강 산업의 저탄소 발전 추세에 따른 촉진:

고로-전로 장기 공정의 탄소 배출 강도는 전고체 전기로 단기 공정보다 현저히 높다. 철강 산업이 국가 탄소 배출권 거래 시장에 편입되고 탄소세 정책이 도입되면 전기로 단기 공정의 경쟁력이 더욱 강화될 것이다. 또한, 고급 특수강 사용자들이 철강 제품 지표에 탄소 발자국 데이터와 탄소 저감 조치를 포함시키는 것도 전기로 제강 발전을 촉진할 것이다.

3) 국가 정책에 따른 장려:

2016년 이후, 국가 및 지방 정부는 전기로 제강 기술 발전을 장려하기 위해 일련의 정책과 문서를 발표했다. 특히, 2019년 8월, 공업정보화부는 각 성이 대체 및 건설하는 전기로 용량 비율이 2025년 말까지 총 생산 능력의 30% 이상이어야 한다는 문서를 명시적으로 발표했다. 이는 전기로 제강 발전에 유리한 정책 환경을 제공한다.

3. 중국 전기로 제강소의 발전 방향은 무엇인가?

고철 자원의 상대적 부족과 전기로 제강의 높은 비용으로 인해, 중국이 전고체 전기로 제강을 대규모로 발전시키기에는 아직 성숙하지 않다. 전기로 제강 비율의 유의미한 증가는 2030년 이후, 또는 2035년 이후에나 예상된다. 이는 세 가지 요인에 달려있다:

1) 중국은 고철 공급이 비교적 충분해지기까지 8~10년이 더 필요할 것으로 예상된다.

2) 2030년 이후, 중국의 총 철강 수요는 8억 톤 미만으로 감소할 것으로 예상된다. 일부 장기 공정 제철소의 폐쇄는 전로에서 사용되는 고철 소비를 줄일 것이다.

3) 녹색 개발은 도시형 제철소 건설을 촉진할 것이다. 전기로의 단기 공정은 도시 주변에서 발생하는 고철, 잉여 전력, 도시 재생수와 같은 사회적 폐기물을 소비하여 철강 기업과 도시 간의 조화로운 공존을 촉진할 수 있다.

그렇다면, 중국의 전기로 단기 공정을 사용하는 제철소는 현재와 미래에 어떻게 발전해야 할까? 다음과 같은 접근 방식을 고려할 수 있다:

1) 고철을 대체할 수 있는 철 함유 재료의 다중 공급원을 모색하라. 직접 환원철(DRI), 열간 성형철(HBI), 고로 용선이 현재 가장 일반적인 대안이다. 천연가스 부족으로 인해, 중국은 아직 대규모 DRI 생산을 위한 가스 기반 샤프트로를 개발할 준비가 되어 있지 않다. 따라서, 중국 철강 기업들은 해외로 진출하여 천연가스와 철광석 자원이 비교적 풍부한 국가에 DRI 공장을 건설하고, 제품을 전기로 제강용 원료로 중국에 수입할 것을 장려받고 있다.

2) 단기 공정 도시형 제철소를 개발하라. 전기로 단기 공정 제강을 개발함에 있어, 중국은 미국 미니밀의 경험을 배워 도시 외곽에 제철소를 전략적으로 배치할 수 있다. 이 위치는 도시에서 발생하는 고철 및 기타 철 함유 고체 폐기물에 접근하는 데 유리할 것이다. 또한, 바이오매스 열분해로를 사용하여 도시 폐기물과 짚 같은 농업 잔여물을 처리하여 일산화탄소와 메탄 같은 환원 가스와 회전로용 환원제로서의 기타 저비용 탄소 자원을 생산할 수 있다. 폐가스와 폐열은 발전에 사용되어 지능형 마이크로그리드 에너지 관리 시스템을 구축할 수 있다. 이 시스템은 비수전력 또는 청정 에너지 발전을 최대한 활용하여 전기로가 도시 전력망 부하 균형을 맞추는 데 기여할 수 있다. 이는 녹색 및 효율적인 에너지 사용에 기여하고, 제강 비용을 낮추며, 철강 기업과 도시 간의 조화로운 공존을 촉진한다. 철근과 선재와 같은 제품에 초점을 맞춘 이러한 도시형 제철소는 연간 생산 능력이 약 100만 톤이어야 한다.

3) 궁극적으로 중국의 철강 산업을 고철 자원이 비교적 풍부하고 청정 전력이 있는 조건에서 전기로 단기 공정이 지배하도록 전환하라. 중국철강협회 및 기타 관련 기관의 추정에 따르면, 중국의 고철 자원은 2035년까지 4억 톤에 도달할 수 있다. 그 시점에서 단기 공정 전기로 제강의 본격적인 발전이 시작될 것이다. 2050년까지, 중국의 고철 자원은 약 5억 5천만 톤에 도달하고, 조강 생산량은 약 8억 톤에 이를 것으로 예상된다. 이러한 시나리오에서, 조강의 70% 이상이 전기로 단기 공정으로 생산될 것이며, 주로 고철을 주요 원료로 사용하고 수소 야금을 통해 제조된 DRI를 보충하는 반면, 장기 공정 조강 생산 비중은 30%를 넘지 않을 것이다.

산업용 VPSA(진공 변압 흡착) 산소 발생 장비는 단기 공정 전기로 제강에서 중요한 역할을 한다. VPSA 산소 장비는 경제적이고 효율적으로 농축 산소를 공급하여 전기로 내부 온도를 높이고, 용융 과정을 가속화하여 제강 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 연료 소비를 줄이고, 에너지 비용을 낮추며, CO2 및 기타 유해 가스 배출을 감소시켜 환경 목표를 지원한다. 또한, 산소 도입은 슬래그 형성을 촉진하여 용강에서 불순물을 효과적으로 제거하여 강철 순도와 품질을 향상시킨다. VPSA 산소 장치의 적용은 제강 공정을 더 유연하고 제어 가능하게 만들어 다양한 유형의 철강 제품 생산 요구를 더 잘 충족시킨다.

북경대 선구자는 업계의 선두에 서서 VPSA 산소 발생 최고 수준의 산소 공급 솔루션을 제공하는 선도적인 브랜드로 자리매김하고 있다. 현재까지 북경대 선구자는 전 세계 약 70개의 주요 철강 기업에 고품질 VPSA 산소 플랜트 솔루션을 성공적으로 제공했으며, 단일 제철소에서 획기적으로 최대 용량 10,000Nm³³/h에 도달했다. 또한, 북경대 선구자의 독점 PSA CO 정제 기술은 제철소 배가스에서 99.9% 고순도 CO를 분리하여 개미산 및 에틸렌 글리콜과 같은 화학 제품을 합성하는 데 사용되며, 여러 세계 최초 기록을 세웠다. 철강 제조업체는 생산 효율성과 제품 품질이 크게 향상되었을 뿐만 아니라 에너지 절감 및 배출 감소에서도 주목할 만한 발전을 이루었다. 이러한 이점은 철강 산업 내 녹색 생산 관행을 촉진하고 보다 지속 가능한 제조 공정으로의 전환을 추진하는 데 중요한 역할을 해왔다.