탄소 중립을 향한 전 세계적인 노력 속에서 유럽은 산업계에서 딜레마에 직면하고 있습니다. 바로 기후 중립을 달성하는 동시에 전략적 자율성과 산업 경쟁력을 확보해야 하는 것입니다. 유럽 산업의 중추인 야금 산업은 매년 약 50천만~60천만 톤의 야금용 석탄을 소비합니다. 이 부문의 CO₂ 배출량은 EU 전체 온실가스 배출량의 약 8%를 차지합니다. 따라서 탈탄소화는 유럽의 기후 목표 달성에 핵심적인 역할을 합니다. 이러한 맥락에서 재생 가능한 탄소원인 바이오차는 유럽 야금 산업에서 독보적인 가치와 큰 잠재력을 지닌 신성장 동력으로 떠오르고 있습니다.
바이오차 생산 및 응용
지속 가능한 바이오매스의 제어된 열분해를 통해 생산되는 바이오차는 토양 처리 시 탄소 제거 잠재력이 인정받았습니다. 최근 몇 년 동안 산업적 활용 분야, 특히 철강 및 금속 제련 분야에서 바이오차의 활용이 확대되었습니다. 바이오차는 산업 공정에서 석탄을 대체할 수 있는 신뢰할 수 있는 대체재로 자리 잡았습니다. 야금 분야에서 원소 탄소의 화학적 및 구조적 요건을 충족하는 동시에 화석 연료에서 발생하는 탄소 배출량을 원천적으로 줄입니다.
환원제로서의 역할
- 야금 품질 개선: 환원제로서 바이오차는 철, 알루미늄, 구리, 아연과 같은 광석 내 금속 산화물의 환원을 효과적으로 촉진합니다. 이를 통해 불순물을 줄이는 동시에 제품 품질과 순도를 향상시킵니다.
- 탄소 배출량 감소: 바이오차는 기존 코크스에 비해 환원 과정에서 이산화탄소 배출량이 적고 연소 시 더욱 깨끗하게 연소됩니다. 이는 제련 과정에서 발생하는 탄소 배출량을 크게 줄이고 온실가스의 영향을 완화합니다.
재생 에너지로서의 역할
- 화석 연료 사용 줄이기: 야금 산업에서 바이오차는 제련, 난방, 용광로 작업에서 고온 연료로 사용되는 석탄과 코크스를 부분적으로 또는 완전히 대체할 수 있습니다. 이를 통해 재생 불가능한 에너지원에 대한 의존도를 줄일 수 있습니다.
- 탄소 중립을 지원하세요: 지속 가능한 바이오매스에서 추출된 바이오차는 사용 중 일정량의 탄소를 배출합니다. 탄소 중립 전략의 일환으로 활용될 수 있으며, 산업계의 배출 감축 목표 달성에도 기여할 수 있습니다.
유럽 제강에서의 바이오차 응용: 전체 사슬 탈탄소화
규소
실리콘은 태양광 전지, 반도체, 고성능 합금, 그리고 실리콘에서 핵심적인 역할을 합니다. 유럽에서는 전통적인 실리콘 제련이 수입 무연탄에 의존하는데, 무연탄은 고정 탄소 함량이 약 55%로 상대적으로 낮고 바이오차에 비해 반응성이 낮습니다. 결과적으로,
- 일반적으로 실리콘 1.6톤을 생산하는 데 석탄 1톤이 필요하지만, 고품질 바이오차라면 1.1톤이면 충분합니다.
- 석탄을 바이오차로 대체하면 직접 CO₂ 배출량을 4.5 tCO₂/tSi에서 최소 0.5 tCO₂/tSi까지 줄일 수 있습니다.
현재 유럽 실리콘 생산은 여전히 수입 숯과 석탄에 의존하고 있는데, 이는 지속가능하지 않은 모델입니다. 지역화된 현대식 바이오차 생산을 개발하면 공급을 확보하고, 상류 배출량을 줄이며, 세계 저탄소 야금 시장에서 유럽의 입지를 강화할 수 있습니다.
합금 철
유럽 합금철 부문은 유럽 대륙의 야금 가치 사슬의 핵심으로, 페로실리콘, 실리코망간, 페로망간, 페로크롬과 같은 핵심 원자재를 철강 및 주조 산업에 공급합니다. 이러한 합금은 탈산, 탈황, 그리고 특정 재료 특성 향상 등 철강 정련 과정에서 고유한 기능을 수행합니다. 모든 합금은 고온 전기로 제련 공정에서 탄소 기반 환원제를 필요로 합니다. 따라서 이 부문은 화석 연료 배출을 최소화하기 위해 바이오차를 사용하는 데 특히 적합합니다.
| 합금 철 (이름) |
화석 참조 물질에 대한 데이터 | 바이오차 대체 소재에 대한 데이터 | 바이오차 대체 라디오 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 타입 | 가격 €/t | 소비 | 타입 | 대체율 | 소비 | 2030 | 2040 | 2050 | |
| 페로 실리콘 | 세척된 석탄 | 350 | 1,2 | 덩어리 | 0,71 | 0,85 | 50% | 100% | 100% |
| 규소망간 | 콜라 | 340 | 0,47 | 연탄 / 덩어리 | 1,11 | 0,52 | 30% | 90% | 100% |
| 철망간 | 콜라 | 340 | 0,462 | 연탄 | 1,2 | 0,55 | 20% | 70% | 100% |
| 크롬철 | 콜라 | 340 | 0,511 | 연탄 | 1,2 | 0,61 | 30% | 80% | 100% |
강철
철강은 현대 경제의 초석입니다. 원소 탄소는 모든 철강 생산 경로에서 필수적인 요소입니다. 재생 가능한 반응성 탄소 운반체인 바이오차는 아래에 설명된 바와 같이 과도기적 및 미래 공정 사슬 모두에서 탈탄소화를 지원합니다. 유럽 철강 부문의 바이오차 수요는 620,000년에 2030만 톤에 달할 것으로 예상되며, 4.1년까지 약 2050만 톤으로 증가한 후 이후 안정화될 것으로 예상됩니다.
경로 1: 고로-염기산소로(BF-BOF) - 전환 사용 사례
전통적인 BF-BOF 경로를 단계적으로 폐지하는 전환 단계(2050년까지) 동안 바이오차는 세 가지 방법으로 배출량 감소에 기여할 수 있습니다.
- 콜라 대체: 바이오코크스는 아직 개발 중이며 대체 가능성은 제한적이지만 업계에 귀중한 전환 시간을 제공할 수 있습니다.
- 코크 브리즈 대체품: 소결에는 강철 50톤당 1kg의 코크스분이 사용되며, 이는 1:XNUMX 비율로 바이오차와 직접 대체될 수 있습니다.
- 미분탄 주입 대체: 사소한 식물 변형만으로도 바이오차는 1:1 대체 비율로 즉시 대량으로 적용할 수 있습니다.
경로 2: 전기 아크로(EAF) 기반 제강: 조기 대체의 우선 순위
미래의 주류 EAF 경로에서 바이오차는 더욱 중요한 역할을 합니다.
- 폐기물 기반 EAF 작업 지원: 이러한 전기로(EAF)는 전기 아크 안정성, 에너지 효율 및 슬래그 제어를 위해 톤당 12~24kg의 탄소를 필요로 합니다. 바이오차는 회분이 적고 반응성이 높아 특히 매력적입니다.
- 수소 기반 제강 지원: 수소 기반 DRI 역시 전기로에서 용융해야 하지만, 탄소 요구량이 30~40kg/t로 증가합니다. 위에서 언급한 기능 외에도 철 수율과 공정 효율을 극대화하기 위해서는 바이오차가 필요합니다.
바이오차 품질 및 야금 분야의 응용
야금 공정의 엄격한 운영 요건을 충족하기 위해 바이오차는 높은 고정 탄소 함량(>75%)을 달성하고 다양한 물리적, 화학적 매개변수에 걸쳐 일관된 품질을 유지해야 합니다. 일반적으로 회분 함량이 낮고 황, 철, 인, 붕소 등 미량 원소 함량이 낮은 것이 장점입니다. 입자 크기, 밀도, 기계적 강도 측면에서 바이오차는 다양한 용도의 특정 요구에 맞게 설계 또는 응집될 수 있습니다.
| 제품 카테고리 | 기술설명 | 중량 | FC(%) | 고객 사례 |
|---|---|---|---|---|
| 바이오탄소 덩어리 | Si/FeSi에 대한 높은 반응성 | 10–60 mm | 80-82의 % | 실리콘/FeSi |
| 중간 휘발성 물질 | 10–60 mm | 82-85의 % | 페로합금, 전기로(EAF)(반개방형) | |
| 폐쇄형 용광로 | 10–60 mm | > 85 % | 페로합금, 전기로(EAF)(폐쇄형) | |
| 바이오차 파인즈 | 주입 또는 응집용 | 3–8 mm | 80-90의 % | EAF, BF, 주입 |
| 연탄 | 롤러 프레스 또는 스탬핑 | 변하기 쉬운 | 75-85의 % | 일반적인 프로세스 |
| 펠렛 | 바인더로 압출 | 20mm 미만 | 75-85의 % | 프로세스 호환성을 위해 설계되었습니다 |
| 압출 덩어리 | 고밀도 엔지니어링 포맷 | > 20mm | > 85 % | 폐쇄형 용광로 철합금 |
| 전자 콜라 | 바이오차-무연탄 블렌드 | 변하기 쉬운 | > 85 % | EAF/BF/BOF 전환 |
| H-콜라 | 바이오차가 들어간 코크스 | 변하기 쉬운 | > 85 % | 전통 콜라와의 하이브리드 |
유럽 바이오차 수요 전망
유럽 야금 산업의 바이오차 수요는 급속한 성장 국면에 접어들고 있습니다. 이러한 성장은 저절로 이루어지지 않을 것입니다. 바이오차의 잠재력을 최대한 실현하기 위해 유럽은 바이오차의 용도를 검증하고, 규제 절차를 간소화하며, 산업 규모 생산에 대한 투자를 지원하기 위한 조치를 지금 당장 취해야 합니다. 전반적으로 2040년까지 바이오차 생산 용량은 백만 톤 20.6 야금 산업의 재생 가능 탄소 수요를 충족하고 순 탄소 효과를 생성합니다. 400억 톤의 CO₂ (즉, 바이오차의 순환 탄소 이점). 아래 그림은 실리콘 및 철합금, 철강(BF-BOF 및 EAF 경로 모두), 기타 야금 및 화학 공정, 그리고 책임감 있는 탄소 사용을 포함한 모든 산업 분야에 대한 이러한 예측을 요약한 것입니다.
맺음말
유럽 야금 산업에 바이오차를 적용하는 것은 기술적 대체 효과뿐만 아니라 산업 패러다임의 전환을 의미합니다. 바이오차는 재활용 및 기후 친화적 탄소 배출 메커니즘을 제도화하여 유럽 산업 정책의 초석으로 삼는 것을 목표로 합니다. 이는 미래의 지속가능한 발전에 광범위하고 지속적인 의미를 지닙니다.