지구온난화 문제를 해결하는 방법으로 ‘지속가능발전’이 있다. 지속가능발전이란 전^前노르웨이 수상이었던 그로 할렘 브룬틀란^{Gro Harlem Brundtland}박사가 주창한 개념으로, 미래 세대가 자신의 필요를 충족할 수 있는 능력을 손상하지 않으면서 현재의 필요를 충족할수 있도록 개발하는 것을 뜻하며, 우리가 가진 한계를 기술 발전과 사회제도 개선으로 극복하는 것을 의미한다. 인류의 근본적인 한계는 물질의 한계다. 지구 지표상에 존재하는 주기율표상의 원소는 산소^O, 실리콘^Si, 알루미늄 ^Al, 철^Fe , 칼슘^Ca, 칼륨^K, 나트륨^Na, 마그네슘^Mg, 티타늄^Ti, 탄소^C순이다.
이 중 인류의 삶에 꼭 필요한 건축, 수송, 에너지 관련 장치나 설비는 철강, 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 등으로 만들게 된다. 2021년 기준 전 세계에서 가장 많이 사용된 금속은 철강이다. 약 19억 톤의 철강이 사용되었다.
세계 인구를 80억 명으로 계산하면, 전 세계 모든 인구가 남녀노소 및 빈부에 상관없이 1년에 1인당 237.5kg의 철강을 사용했다는 것이다. 자동차 1대에 약 1톤의 철강이 필요하니, 4인 가족 기준으로 매년 1대의 자동차를 새로 구입한 셈이다. 두 번째로 많이 사용된 알루미늄이 6700만 톤 정도이고, 나머지 금속은 100만 톤도 쓰이지 않았다. 가히 그 양의 방대함을 짐작할 수 있다. 철강이 이렇게 많이 사용된 것은 금속으로 만드는 과정 중 다른 금속에 비해 에너지 소비량이 가장 적은 값싼 금속이기 때문이다.

또한 지구온난화를 해결하기 위한 각종 에너지 기술이 개발되고 있는데, 대부분 철강을 구조재로 사용하는 기술임에 주목할 필요가 있다. 태양광발전, 풍력발전, 수소발전, 원자력발전 등은 기본적으로 철강을 구조물로 사용한다. 전기자동차, 수소자동차, 제로 에너지 건축물 등도 철강 제품이 핵심 요소가 된다. 철강이 아닌 다른 소재로 가공해 제품을 제조해도 그것을 제조하는 기계는 철강 제품이다. 즉, 전 인류가 보편적 복지를 누리는 지속가능한 발전을 이루기 위해 철강 사용은 피할 수없는 한계 조건이다.

철강은 인류에게 꼭 필요한 소재지만, 온실가스 배출의 문제에서 벗어날 수 없다는 한계를 지닌다. 철강의 원료가 되는 철광석은 철^Fe 과 산소^O 가 결합하여 이루어진 헤마타이트^Hematite 와 마그네타이트^Magnetite , 괴타이트^Goethite 와 같은 광석을 원료로 한다. 철 ^Fe 과 결합된 산소 ^O를 떼어내기 위해서는두 원소에 대해 강력한 친화력을 가진 원소가 필요하다.
현재까지는 가장 값싼 원소로 탄소^C를 사용했다. 철^Fe 과 결합된 산소^O 를 탄소^C 와 결합시켜 이산화탄소^CO2 또는 일산화탄소^CO 형태로 자연으로 배출하는 것이 철의 제련반응이다.
문제는 이렇게 배출된 가스가 온실가스의 주범이 되고 있는 것이다. 철강산업의 온실가스 배출량은 전 세계 온실가스 배출량의 약 7%를 차지하며, 이의 대부분은 철광석 제련 공정에서 발생한다. 따라서 과학자들은 온실가스를 배출하지 않는 다른 값싼 환원제를 사용한 공정을 개발하기 위해 노력해왔다.

연구자들이 주목한 것은 수소였다. 수소는 지구상에 물^H2O의 형태로 존재하기 때문에 매우 풍부하고, 수소가 환원에 사용되며 배출되는 물질 또한 물^H2O이기 때문에 지구온난화를 막을 수 있다는 개념이다.
이후 많은 연구진이 신재생에너지를 통해 전기를 만들고, 이 전기로 물을 분해해 수소를 얻은 뒤, 철광석을 환원시키는 꿈의 기술을 개발하는 데 도전했다. 가장 먼저, 파일럿 규모의 실증 설비를 선보인 곳은 스웨덴 하이브리트^HYBRIT였다. 스웨덴에서는 바람이 많이 불고 인구가 적은 북극 근처에서 풍력을 통해 전기를 생산하고, 생산된 전기를 이용해 샤프트형 반응기^❶ 에서 철광석 펠릿^Pellet을 환원시켜 직접환원철^DRI을 생산했다. 이후 직접환원철을 신재생에너지로 생산된 전기를 사용하는 전기로에 투입해 그린철강 제품 생산을 실증했다. 현재 유사한 기술이 독일, 미국, 호주 등에서 개발되고 있다. 그러나 이기술은 광석 중 극히 일부만 사용할 수 있는 DRI용 펠릿을 원료로 하기 때문에 보편적 기술로 사용하기에는 어려움이 크다.

한국형 수소환원제철 기술은 전 인류의 문제를 해결할 수 있는 원천기술이 될 수 있다. 한국에서는 이미 고로 중심의 용광로 기술을 대체하기 위해 유동환원기술 ^❷ 과 용융환원기술 ^❸ 을결합한 신제선기술인 ‘FINEX’를 개발해 상용화에 성공한 경험이 있다. FINEX 유동로에서는 약 25%의 수소를 사용해 이미 수소환원제철의 원천기술을 부분적으로 보유하고 있다.
특히 유동로 환원법은 샤프트형 환원법에 비해 사용할 수있는 광석의 종류가 풍부하여, 지구상에 존재하는 대부분의 광석을 원료로 활용할 수 있다는 점에서 장점이 크다.
한국에서 개발되고 있는 수소환원제철 기술은 유동환원기술과 ESF용융기술 ^❹ 이 결합된 것으로 ‘HyREX’로 불린다. 현재 2030년까지 파일롯 플랜트 구축을 추진하고 있으며, 국내 대·중소기업, 연구소, 학계 등이 공동연구를 통해 상용화의 조기 달성을 목표로 가열찬 연구를 진행하고 있다. 전 세계가 뜨겁게 경쟁하는 수소환원제철 기술 개발에서 대한민국이 초격차 기술 개발에 성공해 그린철강을 널리 보급하고 전 인류의 지속가능한 발전을 견인할 날을 기대해본다.