제조공정
산업 제조
세계에는 두 가지 유형의 경제가 존재한다. 선형 경제와 순환 경제다. 순환 경제는 자원을 가능한 한 오랫동안 사용하고, 사용 중에 최대한의 가치를 추출한 후, 각 수명 주기가 끝날 때 제품과 자재를 회수 및 재생하는 전통적인 선형 경제의 대안이다. 지난 산업 혁명 이후 경제 성장은 1차 자원 소비와 밀접하게 결합되어 왔으나, 순환 경제 모델은 현재 전 지구적 소비 패턴이 지속 가능하지 않다는 인식하에 경제 성장과 자원 소비를 분리하고자 시도한다. 현재 선형 경제 시스템에서 순환 경제 시스템으로의 전환이 진행 중이다. 강철은 우리 삶의 모든 곳에 존재하며 지속 가능한 미래의 핵심에 있으므로, 강철 산업은 전 지구적 순환 경제의 필수적인 부분이다.
산업 경제는 그 진화와 다양화 과정에서 산업화 초기부터 확립된 하나의 근본적 특성을 결코 벗어나지 못했다. 산업 경제는 '채취-제조-폐기' 패턴을 따르는 자원 소비의 선형 모델에 기반한다. 이 선형 모델은 쉽게 접근 가능한 대량의 자원과 에너지에 의존하므로, 그것이 작동하는 현실에 점점 더 부적합해지고 있다. 조직은 자재를 채취하고, 제품을 생산하는 데 사용하며, 고객에게 판매하고, 제품의 수명이 다해 더 이상 본래 목적을 수행하지 못하게 되면 고객이 폐기한다. 이것이 외부 효과에 대한 고려 없이 이루어지는 선형 경제 개념의 표준이다(그림 1). 또한 이 행동은 자원이 무한하며, 경제 성장을 지원하기 위해 외부 입력이 필요하다는 가정에 기반한다.
그림 1 선형 경제 개념
선형 경제 개념에서는 이 직선을 따라 효율성 개선에 초점을 맞춰왔다. 효율성이 높아지면 필요한 자재와 자원이 줄어들어, 생산 단위당 외부 효과가 감소한다. 그러나 단위 제조 생산량당 소비되는 자원과 화석 에너지의 감소라는 효율성만 추구해서는 자원 비축량의 유한한 본질을 바꿀 수 없으며, 필연적인 결과만 지연시킬 뿐이다. 전체 운영 시스템의 변화가 필요해 보인다.
그러나 사고방식은 서서히 변하고 있다. 앞으로 수년간 경제를 형성할 강력한 파괴적 트렌드들로 인해 선형 경제 개념에 대한 의존도가 약해지고 있다. 이러한 트렌드는 (i) 자원 부족과 강화된 환경 기준이 지속될 것, (ii) 전환을 가능하게 하는 정보 기술의 보유, (iii) 소비자 행동의 광범위한 변화 목격 등이다.
순환 경제 개념은 선형 접근 방식에 대한 반응이다. 우리 지구의 자원이 무한하지 않으며, 외부 처녀 자재의 투입 없이도 성장과 가치를 창출할 수 있다는 이해에서 비롯된다. 자재, 에너지, 제품을 수명이 다했을 때 폐기하는 대신, 순환 경제 개념은 이 직선을 구부려 끝과 시작을 다시 연결하여 폐쇄 루프를 형성하는 것을 목표로 한다. 이 개념은 새로운 것이 아니지만, 사람들이 더 풍요로워지고 조직이 사람들이 새로운 업데이트된 제품을 구매해야 하는 것에서 이익을 얻으면서 잊혀진 것이다. 순환 경제는 금융, 제조, 인적, 사회적, 자연 자본을 재건하는 것을 목표로 한다. 이 접근 방식은 재화와 서비스의 흐름을 향상시킨다.
순환 경제 개념은 깊은 뿌리를 가지고 있으며 단일 날짜나 저자로 거슬러 올라갈 수 없다. 그러나 현대 경제 시스템과 산업 공정에 대한 실질적 적용은 1970년대 후반부터 소수의 학자, 사상가, 기업들의 노력으로 탄력을 받기 시작했다. 일반적인 개념은 (i) 재생 설계, (ii) 성능 경제, (iii) 요람에서 요람으로 프레임워크, (iv) 산업 생태학, (v) 생체 모방(자연을 모델로, 자연을 척도로, 자연을 멘토로 삼는 세 가지 핵심 원칙에 의존) 등 여러 사상 학파에 의해 정제되고 개발되었다.
순환 경제는 의도와 설계에 의해 회복적이거나 재생적인 산업 시스템이다. 제품이나 부품이 수리, 재제조, 재사용, 반환, 재활용되는 전제에 기반한다. '수명 종료' 개념을 복원으로 대체하고, 재생 에너지 사용으로 전환하며, 재사용을 저해하는 유독성 화학 물질 사용을 제거하고, 자재, 제품, 시스템, 그리고 비즈니스 모델의 우수한 설계를 통해 폐기물 제거를 목표로 한다. 그림 2는 순환 경제 개념을 보여준다.
그림 2 순환 경제 개념 및 폐기물 관리 계층
순환 경제의 본질은 가치 창출을 유한 천연 자원의 소비로부터 분리하고, 제품이 자연스럽게 폐기물이 되는 수명 종료 개념을 대체하는 것이다. 제품 설계, 자재, 시스템의 변경과 새로운 비즈니스 모델을 통한 소유 개념의 변화로 폐기물을 제한하고 궁극적으로 제거할 수 있다. 이를 달성하기 위한 가장 중요한 근본 원칙은 자재 재활용으로, 자재를 소각이나 매립을 통해 폐기하는 대신 새로운 제품을 만드는 데 재사용하는 것이다. 그러나 순환 경제는 재활용 그 이상을 포함한다. 순환 시스템을 달성하려면 자재 재활용을 완전히 지원하는 근본적 변화뿐만 아니라 자연 자본의 가치를 극대화하는 것도 필요하다. 이는 (i) 자재 순환, (ii) 제품 자재 효율성, (iii) 새로운 비즈니스 모델이라는 새로운 접근 방식의 집합을 수반하며, 이 모든 것이 처녀 자재 수요 감소에 기여하여 원자재 채굴 감소와 이산화탄소(CO₂) 배출량 저감 생산으로 이어진다.
순환 경제는 제품이 유용 수명의 끝에 도달했을 때 제품 내 가치가 유지되도록 하면서 동시에 폐기물을 줄이거나 제거한다. 이 아이디어는 환경, 사회, 경제적 요소 간의 상호작용에 초점을 맞춘 지속 가능성의 트리플 보텀 라인 개념의 근간이다. 수명 주기 접근 방식 없이는 진정한 순환 경제를 가질 수 없다.
순환 경제 개념은 몇 가지 단순한 원칙에 기반한다. 첫째, 핵심에서 순환 경제는 폐기물을 '설계 단계에서 배제'하는 것을 목표로 한다. 이 개념에서 폐기물은 존재하지 않는다. 제품은 분해와 재사용의 주기를 위해 설계되고 최적화된다. 이러한 긴밀한 부품 및 제품 주기가 순환 경제를 정의하며, 많은 양의 내재된 에너지와 노동이 손실되는 폐기나 재활용과 구별된다. 둘째, 순환성은 제품의 소모성 구성 요소와 내구성 구성 요소 사이에 엄격한 구분을 도입한다. 오늘날과 달리, 순환 경제에서 소모품은 '영양소'인 생물학적 성분으로 주로 만들어지며, 최소한 무독성이고 잠재적으로 유익하며, 직접 또는 연속적인 사용의 계단을 통해 생물권으로 안전하게 반환될 수 있다. 반면 엔진이나 컴퓨터 같은 내구재는 금속과 대부분의 플라스틱처럼 생물권에 부적합한 기술적 영양소로 만들어지며, 처음부터 재사용을 위해 설계된다. 셋째, 이 주기를 가동하는 데 필요한 에너지는 본질적으로 재생 가능해야 하며, 이는 자원 의존도를 낮추고 시스템 회복력을 높이기 위함이다(예: 오일 충격에 대한 회복력).
순환 경제 내에서 건설 제품의 수명 종료 자격은 중요하다. 또한 재사용과 재활용의 차이를 이해하는 것도 중요하다. 이는 특히 '재활용'이라는 용어가 일반 용어에서는 느슨한 정의를 가지지만 폐기물 관리와 순환 경제 내에서는 더 구체적인 정의를 가지기 때문에 중요하다. 재활용은 폐기물을 새로운 자재와 제품으로 변환하는 과정으로, 원래 자재나 제품과 같거나 다를 수 있다. 일반적으로 재활용 과정에는 에너지가 필요하다. 재활용은 진정한 의미의 폐쇄 루프 재활용이거나 다운사이클링일 수 있다. 반면 재사용은 객체를 첫 수명 후(원래 형태로) 후속 사용하는 것이다. 용도가 변경될 수 있지만, 객체는 유사하거나 동일한 형태를 유지하면서 사소한 변경만 거친다. 환경적 또는 순환 경제적 이점(일반적으로 수명 주기 평가로 평가)이 크게 다를 수 있으므로 두 가지 유형의 재활용을 구별하는 것도 중요하다. '진정한 또는 폐쇄 루프 재활용'에서는 제품이 정확히 동일한 자재 특성을 가진 제품으로 재활용된다. 강철을 재용융하여 재활용하는 것이 진정한 재활용의 예다. '다운사이클링'의 경우, 자재를 품질이 낮고 기능이 감소된 새로운 자재로 변환하는 과정으로 구성된다. 다운사이클링의 예로는 내화물 분쇄 및 연마로 내화 모르타르를 생산하는 것이 있다.
엘렌 맥아더 다이어그램(그림 3)은 환경에 가장 좋은 순서대로 폐기물 관리 옵션을 개념적으로 순위화한다. 이는 수년간 유럽 연합 폐기물 정책 프레임워크의 핵심 개념이었다. 이 개념 하의 폐기물 관리 계층은 그림 2에 나와 있다.
그림 3 순환 경제를 위한 엘렌 맥아더 다이어그램
강철은 강하고, 내구성이 있으며, 다용도이고, 재활용 가능한 자재로서, 또한 가볍고, 유연하며, 적응 가능하고, 재사용 가능한 구조 프레임 시스템으로서 훌륭한 순환 경제 자격을 갖추고 있다. 강철의 주요 이점 중 하나는 거의 모든 응용 분야의 특정 강도, 내구성, 수명 종료 재활용 요구 사항을 충족하도록 설계할 수 있다는 것이다. 강도, 재활용성, 가용성, 다용도성, 경제성의 조합이 강철을 독특하게 만든다.
현재 연구는 오늘날 사용 가능한 것보다 훨씬 더 강하고 가벼운 새로운 강철의 생산으로 이어지고 있다. 청정 풍력 에너지를 생산하는 데 필수적인 풍력 타워 터빈은 10년 전보다 50% 더 가볍다. 70미터 타워의 경우 이는 CO₂ 배출량 200톤 감소를 의미한다. 더 높은 강도-중량 비율 덕분에 최신 강철은 최대 30미터 길이의 타워 섹션을 제조하는 데 사용될 수 있다. 이는 운송 및 조립 중 배출을 줄인다.
건설용 고급 강철도 개발되고 있다. 이는 더 크고 높은 건물을 더 효율적인 방식으로 건설하고 가능한 최소량의 폐기물을 발생시킬 수 있게 한다. 고급 강철의 사용은 건설에 사용되는 강철 양을 줄일 것으로 예상된다. 더 얇고 따라서 더 가벼운 강철 구성 요소 덕분에 운송 비용도 절감된다. 공장에서 필요한 용접 횟수가 줄어들어 가공 시간과 현장 시공 시간이 크게 단축된다. 이 강철을 사용하면 건물 구조의 기둥 수를 줄이고 더 얇게 만들 수 있다. 이는 더 넓은 면적을 제공하고 더 나은 설계와 공간 활용의 기회를 제공한다. 고급 강철은 지진으로 생성된 지진 에너지의 대부분을 흡수하는 소산 메커니즘을 통합한 구조 개발을 가능하게 한다.
순환 경제는 더 긴 제품 수명을 촉진한다. 제품이 오래 지속될수록 공급해야 할 원자재가 줄어든다. 제품 내구성은 원자재 고갈 감소에 기여한다. 제품을 가능한 한 오랫동안 최고 효용과 가치로 유지하는 것은 순환 경제의 핵심 요소이다. 간단히 말해, 제품이 오래 지속될수록 공급하고 가공해야 할 원자재가 줄어들고 폐기물 발생도 감소한다. 강철 제품은 본질적으로 내구성이 있어 오래 지속될 뿐만 아니라 여러 강철이 첫 수명 후 재사용될 수 있음을 의미한다.
강철은 자체 수명 연장도 촉진한다. 강철 프레임 건물은 구조 구성을 변경해야 할 경우 쉽게 개조할 수 있다. 건물은 지역 사회와 환경에 최소한의 방해로 분해 및 재건할 수 있다. 강하고 내구성 있는 외부 강철 구조는 변화하는 요구에 맞춰 여러 번 내부 재구성을 수용할 수 있다. 강철로 만든 창고나 산업용 건물을 현대적인 주거 또는 업무 공간으로 쉽게 전환할 수 있다. 이는 건물(및 그 안에 포함된 강철)의 유용 수명을 연장하여 자원을 절약하고 비용을 절감한다.
강철은 금속학/화학 측면과 제품 측면 모두에서 다용도 자재이다. 무한 재활용 가능한 자재다. 구조 제품 요소는 내구성, 견고성, 치수 안정성을 가지며 볼트로 결합하여 본질적으로 해체 가능하고 재사용 가능한 조립체를 형성할 수 있다. 강철 구조는 현장에서 쉽게 확장 및 재구성할 수 있다. 강철은 단일 자재가 아니다. 일반 강철부터 고강도 강철, 초고강도 강철, 스테인리스 강철 같은 특수 강철까지 다양한 등급의 강철이 존재한다. 각 등급은 특정 용도에 맞춰 특성이 설계된다. 실제로 3,500가지가 넘는 다양한 조성 또는 등급의 강철이 있으며, 각각 다른 물리적, 화학적, 환경적 특성을 가진다. 다양한 제품 크기와 형태를 더하면 이 숫자는 몇 배로 늘어난다. 각 강철 변형은 포장, 엔지니어링, 백색 및 황색 가전, 차량, 건설 등 다양한 분야의 특정 용도에 맞춰진다. 오늘날 사용 가능한 현대 강철의 약 75%가 지난 2~3십 년 동안 개발되었다. 에펠탑을 오늘 다시 짓는다면, 지난 세기 강철 산업이 달성한 강도와 품질 향상 덕분에 원래 사용된 강철(1889년)의 3분의 1만 필요할 것이다.
강철의 다용도성은 재활용을 촉진한다. 강철 스크랩은 재활용 과정을 통해 다양한 유형의 강철(다른 등급과 제품)로 혼합되어 시간이 지남에 따라 변화하는 수요를 충족할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 불필요해진 산업 기계의 강철은 자동차나 백색 가전 같은 더 현대적인 제품으로 재활용될 수 있으며, 이는 다시 미래에 아직 발견되지 않은 새로운 용도로 재활용될 수 있다.
이론적으로 모든 신강은 재활용 강철로 만들 수 있다. 그러나 강철 제품의 긴 수명, 강철의 강도와 내구성을 고려할 때 이는 실제로 실행 불가능하다. 지금까지 만들어진 강철 제품의 약 75%가 여전히 사용 중이다. 강철로 만든 건물과 기타 구조물은 적절한 유지보수를 수행하면 40년에서 100년 이상 지속될 수 있다.
제품 수명 연장은 유연하고 변화에 적응할 수 있는 제품을 만들어 더 오래 지속시키고, 생산에 사용된 자재와 자원에서 더 큰 가치를 추출함으로써 달성할 수 있다. 삶의 모든 영역에서 변화의 속도는 그 어느 때보다 빠르다. 변화하는 업무 패턴, 새로운 건물 설비와 정보 기술, 변화하는 인구 통계, 새로운 법령이 모두 강철 제품에 새롭고 다양한 요구를 제기하고 있다. 지속 가능한 제품은 규제나 시장 주도 여부에 관계없이 용도 변경에 유연하고 미래의 필요와 요구 사항에 적응할 수 있어야 한다.
크고 무거운 구조용 강철 구성 요소는 수명 종료 관리를 위한 계획이 필요하다. 그러나 강철 스크랩이 가치를 가지므로, 이러한 구성 요소를 회수하고 재활용할 인센티브가 높으며, 매립지에 버리는 비용을 지불하는 것보다 더 비용 효율적이다.
잘 구조화된 순환 경제에서 강철은 경쟁 자재에 비해 상당한 경쟁 우위를 가진다. 이러한 이점을 정의하는 네 가지 키워드는 (i) 감량(Reduce), (ii) 재사용(Reuse), (iii) 재제조(Remanufacture), (iv) 재활용(Recycle)으로 그림 2에 나와 있다.
감량은 제품의 무게, 즉 사용되는 자재의 양을 줄이는 것을 의미한다. 이는 순환 경제의 중요한 열쇠다. 연구, 기술, 좋은 계획에 대한 투자를 통해 강철 생산업체는 지난 50~60년 동안 강철을 만드는 데 필요한 원자재와 에너지 양을 대폭 줄였다. 또한 강철 생산업체는 풍력 터빈부터 자동차, 건설 패널에 이르기까지 다양한 응용 분야에 고강도 및 초고강도 강철 등급의 사용을 적극적으로 장려하고 개발하고 있다. 이로 인해 동일한 강도와 기능을 제공하는 데 더 적은 강철이 필요하게 된다.
강철의 재사용 특성은 내구성 때문이다. 강철은 재제조 여부와 관계없이 다양한 방식으로 재사용하거나 용도를 변경할 수 있다. 이는 이미 자동차 부품, 건물, 레일 및 기타 많은 응용 분야에서 발생하고 있다. 강철의 재사용은 원래 용도에 국한되지 않는다. 검이 쟁기날로 전환되던 고대 시대까지 거슬러 올라간다. 재사용은 일반적으로 안전성, 기계적 특성, 보증을 저하시키지 않으면서 기술적으로 가능한 영역에서 이루어진다. 친환경 설계, 재사용 및 재활용을 위한 설계, 자원 효율성이 더 대중화됨에 따라 재사용 비율은 증가할 것이다.
재사용은 재처리를 위해 거의 또는 전혀 에너지가 필요하지 않기 때문에 유리하다. 강철의 내구성은 여러 제품이 수명 종료 시 부분적으로 또는 완전히 재사용될 수 있음을 보장한다. 이는 강철 제품의 수명 주기를 상당히 연장할 수 있다. 그러나 수명 주기 사고에 기반한 초기 설계가 재사용의 성공에 필수적이다.
건설 산업은 구조용 보, 지붕재, 벽체 요소 같은 강철 구성 요소의 재사용을 가장 먼저 받아들인 산업 중 하나다. 점점 더 이러한 요소가 재사용을 위해 설계되고 있다. 현재 철근은 재사용보다는 재활용되고 있지만, 바닥 슬래브 같은 표준 모듈식 철근 콘크리트 요소를 만들 기회가 존재한다.
용도 변경을 통한 재사용은 제품을 새로운 용도에 적합하게 만들기 위해 특별히 설계된 수집 및 재처리 시스템을 포함한다. 재사용 응용 분야에 필요한 에너지와 자원의 양은 원자재로 새로운 응용 제품을 생산하는 것보다 상당히 낮을 수 있다. 예를 들어, 선박 건조에 사용된 강철 판은 재압연되어 새 선박 건설에 사용될 수 있다. 유일한 투입은 강철을 재가열, 재압연, 운송하는 데 필요한 에너지뿐이다.
다양한 강철 제품이 재제조될 수 있다. 공작기계, 전기 모터, 자동 변속기, 사무용 가구, 가전제품, 자동차 엔진, 풍력 터빈 등 광범위한 강철 제품이 이미 재제조되고 있다. 재제조 후 재사용은 강철 구성 요소의 내구성을 활용하기 위해 수행된다. 재제조는 내구성 있는 중고 제품을 신제품 같은 상태로 복원한다. 이는 수리를 제품 작동 가능하게 만드는 과정으로 제한하는 것과 다르며, 철저한 분해 및 복원, 새 부품의 가능한 포함을 포함한다.
재제조는 내구성 있는 중고 제품을 신제품 같은 상태로 복원한다. 제품 분해 과정 중 각 구성 요소를 철저히 세척하고, 손상 여부를 검사하며, 원래 장비 제조(OEM) 사양으로 재조정하거나 새 부품으로 교체한다. 그런 다음 제품을 재조립하고 테스트하여 적절한 작동을 보장한다. 이 과정은 철저한 복원이 아닌 제품 작동 가능하게 만드는 것으로 제한되는 수리와 다르다. 또한 강철 제품을 재사용이나 재제조를 위해 설계함으로써 더 많은 자원을 보존할 수 있다.
강철 재활용은 강철이 처음 만들어졌을 때부터 강철 산업에서 수행되어 왔다. 이는 강철 제조에 투자된 원자재의 가치가 강철 제품의 수명 종료를 훨씬 넘어 지속되도록 보장하며, 강철이 사회의 영구 자원으로 남도록 한다. 모든 강철 제품은 본질적으로 재활용 가능하며 구조용 강철 요소도 본질적으로 재사용 가능하다. 또한 강철은 100% 재활용 가능하며, 폐쇄 자재 루프에서 반복적으로 재활용되어 새로운 강철 제품을 만들 수 있다. 재활용 강철은 원래 강철의 고유 특성을 유지한다. 강철 스크랩의 높은 가치는 재활용의 경제적 실행 가능성을 보장한다. 이로 인해 강철은 오늘날 세계에서 가장 많이 재활용되는 자재다.
강철을 만드는 두 가지 주요 원자재는 지구에서 가장 풍부한 원소 중 하나인 철광석과 재활용(스크랩) 강철이다. 강철이 일단 생산되면(철광석으로부터), 각 제품 수명 주기 끝에 회수되는 한, 품질 저하 없이 100% 재활용 가능하므로 사회의 영구 자원이 된다.
강철의 자성은 저렴하고 쉽게 회수하여 재활용할 수 있게 한다. 자기 분리를 사용하면 강철 스크랩을 거의 모든 폐기물 흐름에서 쉽게 회수할 수 있다. 세계 강철 검토에 따르면, 부문별 회수율은 소형 전기 및 가전제품의 50%에서 기계의 90% 이상까지 다양하다. 상업 및 산업용 건물의 구조용 강철은 최대 98%의 회수율을 달성하고 있다.
강철은 세계에서 가장 많이 재활용되는 자재다. 연간 약 6억 5천만 톤의 소비자 이전 및 소비자 이후 스크랩이 재활용되어 에너지 및 원자재 사용에서 상당한 절감 효과를 가져온다. 강철 생산 및 후공정(자주 소비자 이전 스크랩이라 불림)에서 발생하는 모든 스크랩은 수집되어 강철 생산 공정에 직접 재활용된다. 강철 제품의 재활용 함량은 5%에서 100%까지 다양할 수 있다. 강철 생산이 시작된 이후 230억 톤 이상의 스크랩이 재활용되었다.
'재활용'이라는 용어의 사용을 명확히 할 필요가 있다. 모든 유형의 강철은 다양한 등급의 새로운 강철로 재활용될 수 있으며, 고유한 자재 특성을 유지한다. 따라서 적절한 가공과 금속학을 사용하면 저가치 강철 제품의 강철 스크랩도 고가치 강철로 변환할 수 있다. 다른 자재의 경우 이는 일반적으로 불가능하다. 실제로 콘크리트, 목재, 알루미늄의 경우처럼 재활용 자재의 품질이 자주 다운그레이드되거나 다운사이클링된다.
재활용은 가치 있는 자원을 보존하므로 순환 경제에서 중요하다. 회수율을 높이려는 강철 산업의 노력 외에도, 다른 금속 산업 및 연구 기관과 협력하여 제품 수명 주기 전반의 손실을 식별하는 이니셔티브도 있다. 목표는 이러한 손실을 최소화하고 강철 및 기타 자재의 재활용률을 더욱 개선하는 것이다.
강철 산업은 이러한 이점을 운영에 더욱 통합하여 자재 선택 결정을 내리는 사람들에게 강철의 이점을 강조하고 있다. 전체 생산 체인의 협력은 재사용 또는 재제조 제품이 신강과 동일한 특성을 갖도록 보장하는 데 필수적이다. 또한 순환 경제에 더욱 기여하기 위해 강철 산업이 집중해야 할 몇 가지 핵심 영역은 다음과 같다.
강철은 오늘날 사람들의 삶 곳곳에 있으며 지속 가능한 미래의 핵심에 있다. 강철 산업은 전 지구적 순환 경제의 필수적인 부분이다. 순환 경제는 폐기물 제로, 사용 자재량 감소, 자재 재사용 및 재활용 장려를 촉진하며, 이는 강철 사용의 근본적인 이점이다. 수명 주기 접근 방식은 진정한 지속 가능성을 제공하는 데 매우 중요하다.
현재 정책은 일반적으로 제품 수명의 '사용 단계'에만 영향을 미치는 전제하에 만들어지고 있다. 예를 들어 냉장고의 에너지 소비나 자동차 주행 시 CO₂ 배출 등이다. 이 '사용 단계'에 대한 초점은 전체 수명 주기를 고려할 때 일반적으로 더 높은 환경 부담을 가진 더 비싼 대체 저밀도 자재를 채택하게 할 수 있다. 이 사용 단계 제한은 지속될 수 없다. 수명 주기 사고(LCT)는 모든 제조 결정에 필요하다.
판매되고 구매되는 모든 제품에는 수명 주기가 있다. 모든 제품은 제조되고, 사용되며, 유용 수명이 끝날 때 재사용, 재활용 또는 폐기될 수 있다. 또한 폐기물 흐름으로 들어간 강철은 자석을 사용하여 다른 자재로부터 쉽게 분리 및 수집하여 재활용할 수 있다. LCT는 사회 문제의 지속 가능한 해결에 필요한 전체적 사고를 설명하는 용어다. 제품의 각 단계에서 사용된 원자재, 에너지 소비, 폐기물, 배출을 고려해야 한다. 이는 설계에서 시작하여 제품이 유용 수명의 끝에 도달하는 지점에서 끝난다. LCT에서 잘 설계된 강철 함유 제품은 수명 종료 시 구성 요소의 재사용 또는 재활용을 거칠 것으로 예상된다.
이 여정의 모든 단계에서 사용된 자원과 에너지, 발생한 폐기물과 배출을 계산해야만 제품의 진정한 환경적 영향을 정의할 수 있다. 이는 또한 장기적 환경 지속 가능성을 개선할 수 있는 부분을 식별할 수 있게 한다. 예를 들어, 고강도 강철 생산에 필요한 에너지 소비의 약간의 증가나 합금 원소 추가는 제품의 수명 주기를 고려할 때 여러 번 보상된다. 고강도 강철을 사용하면 제품이 더 가벼워지고 수명 중 사용 단계에서 에너지를 자주 절약할 수 있다. 예를 들어 자동차 분야에 적용하면 연비 향상을 제공하고, 제품의 전체 수명 주기 동안 더 적은 에너지가 사용된다.
수명 주기 사고가 매우 중요한 또 다른 이유가 있다. 제품 수명의 각 단계의 실제 영향을 알면 어떤 자재를 사용할지 최선의 결정을 내릴 수 있다. 예를 들어, 고강도 강철 외에도 알루미늄, 탄소 섬유, 마그네슘, 플라스틱 같은 저밀도 자재가 때때로 응용 제품을 더 가볍게 만드는 데 사용된다. 처음에는 이 자재들이 강철보다 가볍거나, 더 정확히 말하면 밀도가 낮아 흥미로운 대안으로 보일 수 있다. 그러나 자재의 전체 수명 주기를 고려하면 강철은 강도, 내구성, 재활용성, 다용도성, 비용 덕분에 경쟁력을 유지한다. 이 자재들의 CO₂ 배출량 비교는 그림 4에 나와 있다. 또한 제품 수명이 끝나면 경제적으로 재활용하거나 재사용할 방법이 없어 매립지로 보내야 할 수 있다. 또는 더 낮은 등급의 제품으로 다운사이클링될 수 있다. 주요 자재 결정을 내리기 전에 이 정보를 아는 것이 중요하다. 원자재 채굴부터 수명 종료 재활용 또는 폐기까지 전체 수명 주기를 고려해야 한다.
그림 4 CO₂ 배출량 비교
자원 효율적인 세계를 만들기 위해 폐기물 최소화에 초점을 맞춘 순환 경제 개념 내에서 수명 주기 접근 방식을 고려해야 한다. 강철 산업은 경제적 이유로 오랫동안 폐기물 최소화를 해왔다. 순환 경제는 폐기물 제로, 사용 자재량 감소, 자재 재사용 및 재활용 장려를 촉진하며, 이는 강철 사용의 근본적인 이점이다. 수명 주기 접근 방식은 진정한 지속 가능성을 제공하는 데 매우 중요하다.
자재 효율성은 현대 제강 공정의 필수적인 부분이다. 목표는 모든 원자재를 최대한 활용하고 제강에서 폐기물을 제거하는 것이다. 이 접근 방식에는 제강 중 형성되는 거의 모든 부산물이 새로운 제품에 사용되는 산업 심비오시스가 포함된다. 이는 매립지로 보내지는 폐기물 양을 최소화하고, 배출을 줄이며, 원자재를 보존한다.
모든 대규모 제조 공정과 마찬가지로 철강 생산도 부산물을 생성한다. 평균적으로 1톤의 강철 생산은 200kg(스크랩-전기로 공정)에서 400kg(고로-전로 공정)의 부산물을 발생시킨다. 철강 생산 중 생성되는 주요 부산물은 슬래그(90%), 분진, 슬러지다. 슬래그의 전 세계 평균 회수율은 제강 슬래그의 80% 이상에서 제선 슬래그의 거의 100%까지 다양하다. 슬래그는 시멘트, 비료, 아스팔트 등 다양한 제품을 만드는 데 사용된다. 제선 및 제강 공정 가스는 일반적으로 제강 공장 내에서 사용되어 증기와 전기를 대체하거나 지역 그리드에 수출된다. 분진 같은 기타 부산물은 높은 금속 함량을 위해 회수된다. 부산물 생성과 그 용도는 그림 5에 나와 있다.
그림 5 부산물 생성 및 용도
더 나은 결과를 얻기 위해 지난 몇 년간 철강 공장에서 부산물 관리를 위한 새로운 접근 방식과 기술을 적용하여 재활용을 늘리기 위한 여러 이니셔티브와 활동이 수행되었다. 예를 들어, 신터링 및 펠릿화 공정에서 일부 부산물을 내부 재활용하여 신터와 펠릿의 고품질을 달성하면서 동시에 환경 영향과 운영 비용을 줄이는 것이다. 또한 전기로 가스 처리에서 회수된 분진을 전통적인 벽돌 제조에서 점토 대체용으로 사용하여 에너지 절약, 환경 영향 감소, 잠재적 경제적 이점을 얻는 것이다. 또한 시뮬레이션 모델 개발을 통해 전로, 전기로, 국자로의 슬래그 품질을 확인하여 내부 재사용이 가능하게 함으로써 현재 강철 공장의 슬래그 사용에 비해 상당한 경제적, 환경적 개선을 제공한다. 그러나 부산물 회수율을 높이고, 환경적, 경제적 이점을 달성하며, 산업 심비오시스 원칙에 따라 개선할 여지는 여전히 크다.
제조공정
강철은 알루미늄보다 2.5배 밀도 높고 인장강도 우위 → 강도 면에선 강철 승. 내식성도 강철이 더 좋음. 하지만 연성(ductility)은 알루미늄이 압도해 항공우주·전기·건설 등 산업에 결정적 이점 제공. 강철 vs 알루미늄 연성 차이 심층 분석과 구조 적용 시 연성 중요성 설명. 연성이란? 응력·변형 하에서 파괴 없이 소성 변형 견디는 금속 능력. 소재 강도 정의 두 지표: 극한 강도(Ultimate Strength): 파괴 직전 최대 강도 항복 강도(Yield Strength): 탄성 한계 내 최대 응력 연성 = 항복점
강철의 변신은 탄소로 가능합니다. 강철의 탄소 함량이 다양한 용도에 맞춰 강철의 특성을 변화시킵니다. 측정된 탄소 비율을 사용해 구부릴 수 있는 알루미늄 강철부터 충격에 강한 장갑판까지 인장 특성을 조절할 수 있습니다. 강철의 특성 철은 강철의 기본 금속이지만 너무 부드러워 생산적으로 사용할 수 없습니다. 오스테나이트와 페라이트(탄소의 형태)가 도입되면 다양한 형태의 강철이 구현됩니다. 시멘타이트 같은 다른 합금 원소도 강철의 구조적 가치를 변경하는 데 사용됩니다. 통제된 조건에서의 추가 가열 및 냉각이 재료를 굳힙니다. 생산 공