수소환원제철의 경제성 가장 높은 국가는 1위 브라질 2위 호주 3위 중국···한국 꼴찌 “비싼 재생에너지와 그린 수소 탓”

그린 수소 가격 $5/kg 수소환원제철 기술로 철 생산해도···자동차 한 대당 가격 상승 ‘약 1%’

“한국, 수소환원제철 기술 경쟁력 높이려면 재생에너지 확대와 배출권거래제 유상할당 확대 필수”

기후위기에 따라 탄소 저감 기술이 산업의 경쟁력을 좌우하는 중요한 요소로 떠오르는 가운데 주요 생산국인 중국, 일본, 미국 등 7개 국가의 핵심 탄소 저감 기술인 그린 수소환원제철 기술 경제성을 비교한 결과 한국이 가장 경제성이 낮은 것으로 나타났다.

3일 국내 기후단체 기후솔루션과 미국 글로벌 이피션시 인텔리전스(Global Efficiency Intelligence), 트랜지션 아시아(Transition Asia) 홍콩, 트랜지션 아시아(Transition Asia) 노르웨이와 함께 “녹색 철강 경제학: 세계 그린 수소환원제철과 전통 제철의 경제성 비교” 보고서를 내고, 주요 철강 생산국인 중국, 일본, 미국, 유럽연합(EU), 브라질, 호주 등 7개국의 수소환원제철과 오래된 철 생산 방식인 고로(용광로)-전로 방식의 제강 비용을 비교하고 경제성을 평가했다.

지금까지 철강산업은 주로 석탄을 사용해 쇳물을 생산해 왔다(고로-전로 방식). 그러나 이 같은 철강 생산 방식은 부산물로 이산화탄소가 발생되며, 우리나라 철강산업은 국내 온실가스 배출량의 약 16.7%를 차지하고 있다. 수소환원제철 기술은 오래된 고로-전로 방식과 달리 수소를 이용해 철을 생산하면서 이러한 탄소 배출을 획기적으로 줄이는 중요한 기술이다. 수소환원제철 기술은 부산물로 이산화탄소가 아닌 물이 발생해 탄소 배출이 ‘제로(0)’에 가깝다.

특히 EU 탄소국경제도(Carbon Border Adjustment Mechanism, CBAM)과 같은 탄소 규제가 세계 철강산업의 위험으로 다가오면서, 주요 철강 생산국들은 이미 수소환원 제철 기술 개발 및 상용화에 많은 투자를 하고 있다. 수소환원제철 기술이 철강산업을 선도할 미래 핵심 기술로 떠오르면서, 수소환원제철 기술의 상용화가 각 국가의 철강 산업 경쟁력을 좌우한다고 보기 때문이다.

하지만 보고서에 따르면 한국은 7개 국가 중 kg 당 1달러(1350원)의 그린 수소 가격에도 수소환원제철 공정의 철강생산비용이 고로-전로 공정 비용보다 높은 유일한 국가로 나타났다. 반면, 한국을 제외한 7개 국가는 그린 수소 가격이 kg 당 1달러(1350원)로 내려가면, 수소환원제철로 연간 1톤의 철강을 생산할 때 드는 비용이 고로-전로 방식보다 더 저렴했다.

[그림1] 수소 가격에 따른 국가별 수소환원제철 생산 단가

[표1] 수소 가격에 따른 국가별 수소환원제철 생산 단가(단위: 달러)

세계 최대 철강 생산국인 중국은 고로-전로 방식으로 연간 1톤의 철강을 생산할 경우 539달러의 비용이 들지만, 그린 수소 가격이 kg 당 1달러가 되면 총 연간 철강 생산 비용이 517달러가 되면서 고로-전로 방식보다 철강 생산 비용이 더 저렴해진다. 반면 한국은 고로-전로 방식으로 연간 1톤의 철강을 생산할 경우 605달러의 비용이 드는데 그린 수소 가격이 kg 당 1달러가 되더라도 총 생산 비용은 621달러로 수소환원제철 기술의 철강 생산 비용이 더 높다.

그린 수소 가격이 Kg 당 1달러가 됐을 때, 가장 수소환원제철의 경제성이 가장 높은 국가는 브라질로, 가격이 476달러로 가장 낮았으며, 호주(516달러), 중국(517달러), 미국(544달러), 일본(585달러), 유럽연합(EU27)(607달러), 한국(621달러)가 뒤를 이었다. 그린 수소 kg 당 1달러일 때 경제성이 가장 높은 국가인 브라질과 한국의 차이는 무려 145달러이다. 세계 최대 철강 생산국인 중국과 비교해서도 104달러의 차이가 난다.

또한 보고서는 한국이 경제성이 가장 낮은 주된 이유로 높은 재생에너지 가격을 꼽았다. 한국은 재생에너지와 그린 수소 가격이 비싼 여건 탓에 차세대 철강 시장에서 가격 경쟁력을 확보하기 어려운 상황인 것이다. 이에 보고서는 한국의 수소환원제철 경제성을 좌우하는 핵심 요소는 탄소 가격이 될 것이라고 전망했다.

분석 결과 이산화탄소 1톤당 15달러(2만250원)에 탄소 배출 가격(배출권거래제의 탄소 가격)이 형성되고, 수소의 가격이 kg 당 1달러가 되면, 한국의 수소환원제철 철강 생산 비용은 596달러로 절감된다. 특히 이산화탄소의 가격이 1톤당 30달러(4만500원), 50달러(6만7500원)로 증가하면, 수소환원제철의 철강 생산 비용은 571달러, 537달러로 저렴해지는 것으로 나타났다. 하지만 한국의 탄소 가격은 현재 톤당 8000~9000원 사이에 거래되고 있는 상황이다.

[그림2] 탄소 가격에 따른 한국의 철강 생산 비용

*그린 수소환원제철 설비에 상쇄배출권이나 할당배출권이 적용된다고 가정함

*배출권거래제 참여 기업은 고로-전로 공정 기반 벤치마크 대비 탄소 배출 감축량을 인정받고, 이 배출권은 현행 이산화탄소 톤당 탄소 가격에 따라 탄소시장에서 거래될 수 있음

보고서에 따르면 탄소의 가격이 15~20달러로 증가하고, 그린 수소 가격이 kg 당 1~2달러로 조정이 되면 수소환원제철 기술이 고로-전로 기술보다 가격 경쟁력을 갖게 된다. 이는 수소와 탄소의 가격이 수소환원제철 기술의 경쟁력을 담보한다는 것을 보여준다. 특히 포스코(POSCO)가 현재 개발중인 수소환원제철 기술 하이렉스(HyREX)는 생산 비용 중 수소와 전력의 원가 비중 더 클 것으로 보인다.

보고서는 또한 철강 산업과 긴밀히 연결되어 있는 자동차, 건설, 녹색 산업에 대해 수소환원제철 철강을 사용함으로써 발생하는 추가 비용, 즉 녹색 프리미엄을 분석했다. 세계 철강 수요의 12%를 차지하는 자동차 산업의 경우 한국은 그린 수소가 kg 당 5 달러일 때 철강 1톤당 약 263달러(36만 원) 정도의 비용만 부가된다. 특히 승용차 한 대에 평균 0.9톤의 철강이 사용된다고 가정하면 그린 수소가 kg 당 5달러일 때 녹색 프리미엄 가격은 승용차 1대당 약 237달러(31만9950원)의 정도이다. 한국의 평균 승용차 가격은 5000만 원으로 수소환원제철 기술로 철강을 만든다 하더라도 1% 미만의 가격이 상승되는 것으로 나타났다. 또한 만약 그린 수소 비용이 kg 당 1.4달러(1889원)으로 하락하면 녹색 프리미엄은 사실상 사라지게 된다.

보고서의 저자 중 한 명인 김다슬 연구원은 "철강의 온실가스 배출을 줄일 때 자동차 1대당 추가 비용은 30만원이거나 또는 그린 수소 가격에 따라 추가 비용이 들지 않을 수도 있다. 수소환원제철 기술로 철을 생산한다 하더라도 사실상 비용 부담이 크다고 보긴 어렵다"고 말했다.

건설 산업도 마찬가지다. 한국의 경우 그린 수소 가격이 kg 당 5달러일 때 그린 프리미엄은 공동주택 한 세대를 짓는 데 약 658달러(88만8300원)의 추가 비용만 발생한다.

하지만 해운 산업의 경우 선박의 95% 이상이 철강으로 만들어지기 때문에 자동차와 건설 산업에 비해 상승폭이 크다. 선박 건조 비용은 같은 기준으로 선박당 약 350만 달러(47억2500만 원)의 녹색 프리미엄이 발생하며, 이는 한국 선박 가격의 약 11.6%가 상승한 수치이다.

기후솔루션 철강팀 김다슬 연구원은 “수소환원제철 기술은 기후위기 대응뿐만 아니라 탄소중립 시대에 철강 산업의 경쟁력을 위해서도 반드시 필요한 기술이다. 하지만 현재 한국의 그린 수소와 재생에너지 가격이 비싸 주요 철강 생산국 대비 저탄소 철강 생산 경제성이 떨어진다. 따라서 그린 수소 생산을 위해 물을 전기로 분해해 수소를 만드는 수전해 기술을 확보하고, 재생에너지 생산 확대를 위한 전력 구조 개편이 필수적이다. 더불어 산업 부문의 재생에너지 수요량을 반영한 제11차 전력수급기본계획이 필요하다. 또한 배출권거래제를 효과적으로 운영해 기업이 저탄소 기술에 대한 투자할 수 있는 확신을 줘야 한다"고 말했다.

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