○ 일본에서는 산업계뿐만 아니라 학계에서도 제철 과정에서 배출되는 CO2 감축 방안에 대한 연구가 활발하게 진행 중
- 일본 산업계에서는 일본제철·JFE스틸·고베제강의 고로 3사가 중심이 되어 △수소환원제철 △탄소재활용(CR) 고로* △대형 전기로 등 제철 과정에서 CO2를 삭감할 수 있는 기술을 개발 중임
* 탄소재활용(CR) 고로: 제철 공정에서 배출되는 CO2를 메탄으로 변환하고 재사용하는 고로
- 관련 업계뿐만 아니라, 일본의 주요 대학 등 학계에서도 사업적 목적 외 탈탄소 기술 개발을 위한 기초연구가 활발하게 진행 중임
○ 이에 일본의 한 언론은 주요 연구 사례를 소개하였는데, 도호쿠(東北)대학 금속 재료 연구실과 도쿄공업대학교의 '제로 카본 에너지 연구소'에서 진행중인 기술 연구가 대표적
- 금속재료 관련 연구가 강점인 도호쿠(東北)대학의 무라카미 타이치(村上太一) 준교수 소속 연구실에서는 산화철의 환원반응에 의해 발생하는 부생가스로부터 CO2를 고체 상태로 포집, 철광석의 환원제로 재이용하는 'CO2 순환제철 기술'을 개발 중인 것으로 알려짐
• 부생가스에서 발생하는 CO2를 고체 상태로 포집한 후 계속 이용함으로써 대기중에 방출되지 않도록 하는 것이 핵심 원리
• 이 때 동 연구소에서 독자 개발한 스펀지 형태의 '다공질 철'에 뚫려 있는 수많은 구멍으로 고체 상태의 CO2를 포집함
⇒ 현재 실험 단계 수준이지만, CO2를 포집한 다공질 철은 다시 환원제로 사용될 수 있어 원료탄 사용량을 획기적으로(이론상으로는 거의 제로 수준) 줄일 수 있을 것으로 기대
- 도쿄공대 제로카본 에너지 연구소에서는 제철소에서 배출된 CO2를 전기분해한 다음 CO(일산화탄소) 가스로 되돌려 제철 과정에 재이용하는 기술에 대해 연구하고 있음
• 동 연구는 '21년 일본 문부과학성의 GXI(Green Transformation Initiative)사업의 중심 연구과제로 선정되어 '23년부터는 실험 설비 등을 본격적으로 사용, 연구를 심화할 계획
* 사진. GXI 그린산업 시스템 * 사진. GXI가 연구개발 중인 탄소순환 그린산업 시스템
○ 향후 전기로 및 철스크랩 이용이 늘어날 것으로 전망됨에 따라, 원료 개발에 관한 다양한 연구 또한 이루어지고 있음. 대표적 사례는 다음과 같음
- 도호쿠대의 미야모토 고로(宮本吾郎) 준교수 소속 연구실에서는 철스크랩으로도 고품질 강재를 생산하기 위해, 품질(강도)에 영향을 끼치는 '순환성 원소(Tramp Elements, 구리·주석 등 불순물)'작용을 최소화하기 위한 기술이 연구되고 있음
• 미야모토 교수는 '구리, 주석 등의 불순물은 강철을 이루는 입자들이 Grain boundary에 달라붙어 입자 간의 응집력을 약하게 한다'고 설명하며, '탄소 등 응집력을 강화하는 원소를 먼저 채움으로써 순환성 원소의 작용을 방지할 수 있다'고 덧붙임
- 규슈(九州)대의 츠치야마 사토히로(土山聡宏)교수의 연구실에서는 니켈 함유량을 5wt% 이하로 낮추면서 수소 취화* 현상을 막을 수 있는 수소탱크용 강재를 개발 중임
* 수소 취성(Hydrogen Embrittlement): 금속 안에 수소가 흡수되어 금속의 기계적 성질이 약해져 부스러지기 쉽게 되는 현상
• SUS316L 등의 기존 수소탱크용 강재는 약 12%에 달하는 니켈 함유량을 충족시키기 위해 많은 제조비용이 들었음
• 니켈 비율을 줄이면 수소탱크의 단가를 낮추는 데 기여할 수 있을 것으로 기대
* 사진. SUS316L
