HBI: 그린 수소 모델로서의 역할[의미,제조과정]

 

썸네일 : HBI 그린수소모델로서의 역할 [사진출처:unsplash]

 

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목차

1. 강철의 중요성 및 탄소 배출 문제
2. HBI의 정의
3. 그린 수소란?
4. HBI의 장점
5. HBI의 생산 과정
6. 결론

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강철의 중요성 및 탄소 배출 문제

강철은 우리의 삶에 필수적인 재료입니다. 건축, 자동차, 기계, 가전 등 다양한 분야에서 강철을 사용합니다. 그러나 강철을 만드는 과정에서는 많은 탄소가 배출됩니다. 강철 산업은 전 세계 탄소 배출량의 약 7%를 차지합니다.

 

탄소 배출은 지구 온난화의 주요 원인이므로, 강철 산업의 탄소 중립화는 지속 가능한 미래를 위한 중요한 과제입니다.

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HBI의 정의

Hot Briquetted Iron (HBI)는 철광석을 천연가스로 환원하여 만든 다공성 스폰지 철을 브리켓 형태로 압축한 것입니다. HBI는 고로나 전기로에서 전처리 재료로 사용될 수 있습니다.

 

고로에서는 코크스와 철광석을, 전기로에서는 스크랩 금속을 대체할 수 있습니다. HBI를 만드는 과정에서 천연가스 대신 그린 수소를 사용하면, 탄소 배출을 크게 줄일 수 있습니다.

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그린 수소란?

그린 수소란 재생에너지를 이용하여 물을 전기분해하여 얻은 수소입니다. 재생에너지란 풍력, 태양광, 수력 등 자연의 힘을 이용하여 만드는 에너지입니다. 재생에너지는 고갈되지 않고, 탄소 배출도 없습니다.

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HBI의 장점

그린 수소 모델이 되는 이유를 알기 쉽게 설명하자면, 다음과 같습니다.

• 철광석은 산화철로 이루어져 있으므로, 강철을 만들려면 산소를 제거해야 합니다. 산소를 제거하는 과정을 환원이라고 합니다.

 

• 환원을 하려면 환원제라는 물질이 필요합니다. 환원제는 산화철과 반응하여 산소를 빼앗아가고, 자신은 산화됩니다.

 

• 기존의 환원제는 주로 석탄이나 코크스였습니다. 석탄이나 코크스가 산화철과 반응하면, 탄소와 산소가 결합하여 이산화탄소 (CO2)가 발생합니다. 이산화탄소는 온실가스로서 지구 온난화의 주범입니다.

 

• 그린 수소를 환원제로 사용하면, 수소와 산화철이 반응하여 물 (H2O)이 발생합니다. 물은 온실가스가 아니므로, 지구 온난화에 영향을 주지 않습니다.

 

• 그러나 모든 수소가 그린 수소는 아닙니다. 수소는 자연에서 단독으로 존재하지 않고, 다른 원자와 결합하여 물이나 유기물 등의 형태로 존재합니다. 따라서 수소를 얻으려면 다른 원자와의 결합을 끊어야 합니다.

 

• 결합을 끊으려면 에너지가 필요합니다. 에너지의 원천에 따라 수소의 종류가 달라집니다. 재생에너지를 이용하여 물을 전기분해하면 그린 수소를 얻을 수 있습니다. 재생에너지란 풍력, 태양광, 수력 등 자연의 힘을 이용하여 만드는 에너지입니다. 재생에너지는 고갈되지 않고, 탄소 배출도 없습니다.

 

• 반면에 화석 연료를 이용하여 유기물을 가열하거나 촉매하면 회색 수소나 파란 수소를 얻을 수 있습니다. 화석 연료란 석유, 석탄, 천연가스 등 자연에서 발견되는 탄화수소의 총칭입니다. 화석 연료는 고갈될 위험이 있고, 탄소 배출도 많습니다.

 

• 따라서 HBI를 만들 때 그린 수소를 사용하면, 탄소 배출을 최소화하고, 재생에너지의 활용도를 높일 수 있습니다. 이렇게 HBI는 그린 수소 모델이 되어, 강철 산업의 탄소 중립화에 기여할 수 있습니다.

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HBI의 생산 과정

1. 철광석은 분쇄되어 파우더 형태로 만들어집니다.
2. 파우더 형태의 철광석은 재생에너지를 이용하여 물을 전기분해하여 얻은 그린 수소와 함께 환원로에 넣어집니다. 환원로에서는 고온 (800°C 이상)과 낮은 압력 (1~2 atm) 하에서 그린 수소와 산화철이 반응하여 물과 스폰지 철을 생성합니다. 이 과정에서 탄소 배출이 없습니다.
3. 스폰지 철은 환원로에서 뜨겁게 배출되어 반대로 회전하는 두 개의 롤러 사이의 닙에 나사로 공급됩니다. 동시에 회전하는 롤러의 주머니가 스폰지 철을 브리켓 형태로 압축합니다. 이 과정은 고온 (650°C 이상)과 높은 압력 하에서 발생합니다. 이렇게 만들어진 브리켓이 HBI입니다.
4. HBI는 냉각되어 저장되거나 운송됩니다. HBI는 공기 중에서 재산화되면서 철산화물 코팅이 표면에 생기고, 외부 표면은 안정화되거나 자연적인 "수동화"에 도달하여 반응성이 낮아집니다.

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결론

HBI는 그린 수소 모델로서 강철 산업의 탄소 중립화에 기여할 수 있는 재료입니다. HBI를 사용하면 강철 제조 과정에서 탄소 배출을 크게 줄일 수 있고, 강철의 품질과 생산성도 향상시킬 수 있습니다.

 

HBI는 운송과 취급에도 안전하고 편리합니다. HBI는 강철의 미래라고 할 수 있습니다.

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HBI에 관심이 있으신 분들은 [International Iron Metallics Association]의 웹사이트를 방문해보세요. 감사합니다.