철강 생산 산업은 총 전 지구적 화석 및 산업 배출량 측면에서 단일 최대 부문으로, 온실가스(GHG) 배출량의 약 7~9%를 차지한다. 동시에 강철은 현대 산업 사회의 주요 자재 구성 요소다. 인프라 확장 및 개선 필요성과 전 지구적 생활 수준을 만족스러운 수준에 도달할 만큼 충분히 빠른 속도로 향상시켜야 할 필요성으로 인해 강철 소비는 더욱 증가할 것이다. 따라서 강철을 자재로 사회적으로 사용하면서 동시에 그 생산의 부정적 환경 영향을 피할 수 있는 제강 공정을 찾는 과제가 있다. 제강의 CO₂(이산화탄소) 배출 저감 맥락에서, 수소(H₂) 기반 제강 경로가 현재 많은 주목을 받고 있는데, 이는 매력적인 선택지를 제공하기 때문이다.
수소에 의한 철광석 환원은 H₂와의 환원 반응이 고로(BF)에서의 쇳물 생산뿐만 아니라 샤프트로에서의 직접 환원 철(DRI)/열간 브리켓 철(HBI) 생산에서도 일어나기 때문에 잘 알려져 있다. BF 제철에서 H₂ 공급원은 가습된 열풍과 주입된 분말 석탄이다. DR-EAF(직접 환원-전기로) 기반 제강 경로의 경우, 역사적으로 촉매 개질기를 통해 천연가스(NG)에서 일반적으로 생성되는 H₂의 사용이 특징이다. 탄화수소 공급원이 NG이므로, 생성되는 H₂는 사용되는 산화제 비율에 따라 가변적인 농도를 가지며, 일산화탄소(CO)와 혼합될 수 있다.
H₂에 의한 철광석 환원은 수십 년간 연구되어 왔다. 1950년대 스웨덴에서 Wiberg와 Edstrom의 선구적 연구가 있었고, 이에 공정의 동역학과 생성된 제품의 반응성을 설명하는 여러 연구가 뒤따랐다. 유동층 기술 기반의 최초의 상업 규모 H₂ 직접 환원 철광석(H₂-DRI) 플랜트인 Circored는 1998년 트리니다드의 Point Lisas 산업 단지에 Cliffs and Associates Ltd.가 건설했다. 이 플랜트는 연간 50만 톤의 HBI 생산 설계 용량을 가졌으나 상업적으로 성공하지 못하고 2016년 폐쇄되었다.
현재 전 지구적 시나리오에서 CO₂ 배출을 크게 줄이거나 완전히 제거하기 위해 H₂를 이용한 철광석 환원 공정을 찾는 여러 활동이 진행 중이다. 현재 철제조 및 제강에 사용되는 공정과 치열한 경쟁을 할 수 있는 성공을 달성하기 전에 극복해야 할 수많은 문제가 있다. 주요 과제들은 다음과 같다.
CO₂ 배출이 적은 공정에서 생산된 전력을 사용하는 대량 H₂의 비용 효율적인 생산 방법을 찾는 것이 중요하다. 재생 에너지원은 태양광, 풍력, 수력, 해양 에너지, 지열 에너지다. 원자력에서도 화석 연료 없는 연료가 사용된다. 모든 재생 에너지 중 가장 신뢰할 수 있는 두 가지는 광전지(PV) 태양광과 풍력 터빈이다. 그러나 이 두 기술 모두 태양 복사와 바람의 변덕스러운 특성으로 인해 전기 공급이 변동한다는 특징이 있어, 전력 공급이 부족한 때와 풍부한 때가 있다. 풍력과 태양광 발전을 에너지 시스템에 높은 비율로 통합하려면, 생산과 수요 사이의 시간적 불균형을 보상하기 위한 대규모 저장 솔루션이 필요하다.
대량 H₂ 저장(고압 기체 저장 또는 극저온 액체 저장)도 과제다. H₂ 저장은 전력 조달/가격 관점에서 이점을 주지만 공정 개념 자체에는 필수적이지 않다. 현재 H₂ 저장의 가장 비용 효율적인 대안은 지하 가압 저장으로, 지하 소금 지층에 H₂를 저장하는 것이다. 현재 시나리오에서 이는 산업 규모로 테스트된 유일한 H₂ 저장 기술이다. 요즘 많은 관심을 끄는 다른 해결책으로는 천연가스 파이프라인 활용과 암모니아 또는 탄화수소로의 전환을 통한 중간 H₂ 저장이 있다. 현재 스웨덴에서 천연가스에 사용되는 라이닝 암반 동굴(LRC) 기술의 초기 평가는 유망한 것으로 간주된다. 개발 중인 다른 대체 H₂ 저장 방법으로는 금속 수소화물 및 다공성 물질 저장이 있다.
H₂에 의한 환원으로 생성된 철은 쇳물과 DRI/HBI가 다양한 비율로 탄소(C)를 함유하는 것과 달리 탄소를 함유하지 않는다. C는 제강에서 C 비등을 위해 필요하다. 또한 강철은 C 함량 때문에 특성을 가지므로 다양한 강종에 다양한 비율의 C가 존재한다. 그러나 EAF에서 추가 C를 첨가할 수 있으므로 이 점에서 실제 기술적 어려움은 예상되지 않는다.
철광석의 채굴, 가공, 선광 및 펠릿 생산 중, 그리고 이 자재들의 수송 중 발생하는 CO₂ 배출도 문제다. H₂ 환원을 이용하는 공정은 펠릿을 공급 원료로 선호한다. 이 점에서 재생 에너지원 사용으로 일부 CO₂ 배출을 제거할 가능성이 있다.
첫 번째 공정은 대규모 H₂ 생산으로, 현재 메탄의 증기 개질로 달성되고 있다. 이 옵션은 H₂ 기반 제철을 위해 유지 및 최적화될 수 있다. 예를 들어, 일반적인 99.9% 이상의 순도 대신 97~98% H₂ 순도를 목표로 하는 것이다. 그러나 화석 자원 기반이므로 CO₂ 포집 장치를 추가하지 않는 한(이는 현재 추구되는 전략과 다른 전략임), CO₂ 완화 측면에서의 전반적 성능은 평균적이다. 다른 바람직한 옵션은 물 전기분해로 H₂를 생산하는 것이다. H₂ 생산은 화석 연료가 없어야 하므로, 적절한 생산 방법은 CO₂-린 전기로 물 전기분해, 즉 재생 또는 원자력 전력이다. 과제는 CO₂-린이면서 무엇보다 제철에 경제적으로 감당 가능한 대량 H₂ 생산 목표를 달성하는 것이다. 물 전기분해는 잘 알려진 기술이지만, 목표 달성을 위해 일부 개발이 필요하다. 플랜트 크기는 전기분해 셀을 증설하여 달성할 수 있다. 양성자 교환막 및 고압/고온 전기분해 같은 새로운 개선 기술도 확인되었다.
두 번째 공정은 순수 H₂로 작동하는 샤프트로에서 철광석을 직접 환원하여 철을 생산하는 것이다. 이는 H₂ 제철 공정의 핵심이다. 샤프트로 상부에 펠릿이나 덩어리 광석이 공급되어 중력으로 하강하고, 반응로 중부에서 측면으로 공급되는 상승 흐름의 H₂와 만난다. 환원 반응은 환원 가스 출구와 입구 사이의 상부 구간에서 일어난다. 철로의 변환은 가스 입구 높이에서 완료된다. 아래쪽 원뿔 구간에서는 DRI를 냉각할 수 있으나, 메탄(CH₄) 대신 H₂를 사용하는 것이 바람직하다. 나머지 가스 회로는 기존 개질 NG를 사용한 DRI 공정보다 훨씬 단순하며, 상부 가스는 H₂-H₂O로 구성되어 냉각되어 물을 응축시킨다. 분리된 H₂는 재활용되어 전기분해 플랜트에서 나온 신선한 H₂와 혼합되고 원하는 온도(약 800~900°C)로 재가열된다.
100% H₂로 작동하는 샤프트로의 환원 구역에 대한 수학적 모델링 결과, H₂와의 빠른 환원 동역학 덕분에 완전한 금속화가 H₂-CO 혼합물보다 이론적으로 더 빠르게 달성될 수 있어, 현재 DR 샤프트보다 더 작은 반응기가 가능함을 보여주었다.
세 번째 공정은 탄소 없는 DRI를 EAF에서 용융하여 강철을 생산하는 것이다. H₂ 기반 환원 공정은 무탄소 철 제품을 생성하므로, 제강 단계에서 요구되는 화학 성분의 강철 제품을 생산하기 위해 화석 연료 없는 C 공급원이 필요하다.
ULCOS(초저탄소 제강) 프로젝트에서 연구된 최적의 H₂ 기반 제강 경로(그림 1)에서, H₂는 수력 또는 원자력 전기를 사용한 물 전기분해로 생산되는 것으로 간주된다. 철광석은 샤프트로에서 H₂로 DRI로 환원되고, 무탄소 DRI는 EAF에서 처리되어 강철을 생산하는 것으로 간주된다. 이 경로는 DR(직접 환원) 로 자체의 배출이 거의 제로인 것을 포함하여, 전기의 CO₂ 비용을 포함해 톤당 300kg CO₂ 미만의 CO₂ 배출에 관한 유망한 성능을 보인다. 이는 현재 BF-BOF(전로) 경로의 톤당 약 1,850kg CO₂에 비해 85% 감축을 나타낸다. 이 새로운 경로는 강철을 만드는 더 지속 가능한 방식이다. 그러나 향후 개발은 소위 H₂ 경제의 출현, 즉 이 가스가 대량으로, 경쟁력 있는 비용으로, 저탄소 배출로 생산될 수 있게 되는 것에 크게 의존한다.
그림 1 수소 기반 제강 경로
H₂ 기반 환원에서 철광석은 DRI 경로와 유사하게 기체-고체 반응을 통해 환원된다. 유일한 차별화 요소는 환원제가 CO 가스, 합성가스, 코크스가 아닌 순수 H₂라는 점이다. H₂에 의한 철광석 환원은 2~3단계로 일어난다. 570°C 이상의 온도에서 적철석(Fe₂O₃) 광석은 먼저 자철석(Fe₃O₄)으로, 다음으로 뷔스티트(FeₓO)로, 마지막으로 금속 철로 변환되며, 570°C 이하에서는 뷔스티트가 열역학적으로 불안정하므로 자철석이 직접 철로 변환된다.
H₂에 의한 철광석 환원에 관여하는 환원 반응은 다음 식들로 표현된다: (i) 3Fe₂O₃ + H₂ = 2Fe₃O₄ + H₂O, (ii) xFe₃O₄ + (4x-3)H₂ = 3FeₓO + (4x-3)H₂O, (iii) FeₓO + H₂ = xFe + H₂O (x=0.95). 이 반응들이 나타내듯, 철광석의 H₂ 환원은 온실가스 CO₂ 대신 무해한 수증기(H₂O)를 방출한다. 적철석 광석의 H₂ 환원 전체 반응은 Fe₂O₃ + 3H₂ = 2Fe + 3H₂O로, 298°C에서 반응열 ΔH = 95.8 kJ/mol인 흡열 반응이며, 이는 공정의 에너지 균형에 부정적이고 주입된 환원 가스/가스 혼합물로 에너지 추가를 요구한다. 생산 라인 개발의 초점은 환원 온도, 반응 동역학, 펠릿 조성, 환원 가스 예열 기술의 최적화에 있다.
적철석 광석(Fe₂O₃) 환원을 위한 H₂의 화학량론적 소비량은 철 1톤당 54kg이다. 따라서 연간 100만 톤 강철 플랜트에는 표준 온도 및 압력(STP)에서 시간당 최대 70,000㎥의 H₂ 용량을 가진 H₂ 플랜트가 필요하다. H₂를 환원 가스로 사용할 때, H₂-CO 혼합물을 환원 가스로 사용하는 반응기와 비교하여 반응기의 거동 변화를 예측하는 것이 중요하다(그림 2). 동역학, 열역학, 열전달, 가스 흐름 등 여러 요인이 다양한 방식으로 상호작용할 수 있다. 동역학 측면에서, 철 산화물의 CO, H₂, CO-H₂ 혼합물에 의한 환원에 대한 실험실 연구는 다른 조건이 동일할 때 H₂와의 동역학이 CO보다 최대 10배 빠름을 명확히 보여주었다. 그러나 대부분의 반응 특성은 CO에 의한 환원과 매우 유사하며 많은 메커니즘이 둘 다 공통적이다. 그러나 중요한 차이점도 존재한다.
그림 2 적철석 펠릿의 H₂, CO, H₂-CO 혼합물에 의한 환원 동역학 비교
첫 번째 주요 요인은 열역학으로, 쇼드론 다이어그램(그림 3)에서 보듯 저온에서 CO를 선호한다. 수직 파란 화살표는 뷔스티트-철 환원의 구동력을 나타내며, H₂에서는 온도가 증가함에 따라 증가하고 CO에서는 감소한다.
그림 3 온도와 가스 산화력에 따른 철 상 영역의 쇼드론 상 다이어그램
두 번째 요인은 표 1에 나타난 환원 반응열이다. 적철석-자철석 반응은 H₂에서 CO보다 덜 발열적이고, 자철석-뷔스티트 반응은 더 흡열적이며, 주로 뷔스티트-철 반응은 H₂에서 흡열적이고 CO에서 발열적이다. 전반적으로 H₂로는 흡열적 환원, CO로는 발열적 환원의 균형을 이룬다. 결과적으로 샤프트 내 온도와 조성이 입구 가스 조성에 따라 크게 변한다. 가스 주입 구역을 떠날 때 메탄 분해로 인해 온도가 감소하지만, CO 함량이 높으면 환원 반응의 발열열로 인해 층이 더 높은 온도로 유지되는 반면, H₂가 많으면 온도가 낮아진다.
| 표 1 환원 반응 열량 | |
| 반응 | ΔH, 800°C (J/mol) |
| 3Fe₂O₃ + H₂ = 2Fe₃O₄ + H₂O | -6,020 |
| 3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂ | -40,040 |
| Fe₃O₄ + H₂ = 3FeO + H₂O | 46,640 |
| Fe₃O₄ + CO = 3FeO + CO₂ | 18,000 |
| FeO + H₂ = Fe + H₂O | 16,410 |
| FeO + CO = Fe + CO₂ | -17,610 |
| 참고: 마이너스 부호는 발열 반응을 나타냄 | |
모든 경우에 세 번의 환원에 대해 전체적으로 H₂가 CO보다 더 많이 이용되지만(동역학의 결과), 후자의 효과, 즉 CO 가스의 경우 중심 구역에서의 CO 환원이 최종 금속화도에 관해서는 결정적이다. 또한 오직 H₂만 사용하는 경우(환원 가스 입구와 하부 입구 모두에서) 더 차가운 중심 구역이 존재하지 않으며, 온도가 반경 방향으로 더 균일하고, 효율적인 동역학 덕분에 환원이 완료(100% 금속화)된다.
위에서 본 바와 같이 H₂ 환원은 흡열적인 반면 CO로는 발열적이다. 반면 열역학은 800°C 이상에서 H₂가 CO보다 더 유리하다. 이는 산업 운영을 다르게 만든다. H₂에서는 공급되는 뜨거운 가스가 고체를 반응이 일어날 수 있을 만큼 충분히 높은 온도로 가열하고 유지하기에 충분한 열량을 가져야 한다. 화학량론보다 높은 가스 유량으로 작동하는 것이 따라서 필요하다. 동역학도 H₂에서 더 빠른 것으로 보고된다. 이는 차례로 확산과 화학 반응의 경쟁에 의존하는 최종 제품(철)의 형태를 수정할 수 있다. 특히, 위스커(whisker) 형성은 H₂ 환원의 고유한 특징으로 보인다. 위스커는 뷔스티트 상에서 돌출하여 입자 외부를 향해 손가락처럼 자라는 철 입자다. 위스커는 철-철 접촉을 더 빈번하게 만들어 고체 입자의 달라붙음 현상을 설명할 수 있으며, 이는 고농도 H₂로 작동하는 산업 반응기에서 때때로 경험된다. H₂ 환원에서 관찰되는 또 다른 곤란한 현상은 일부 온도에서 반응 마지막 단계의 변환도 도달이 느려지는 현상이다.
순수 H₂를 사용하는 샤프트로에는 C 공급원이 없다. 반응의 흡열성으로 인해 많은 양의 열이 흡수되고, 벌크 자재 층의 내부 온도가 급격히 감소한다. 그 결과 많은 양의 열을 소비해야 하는 환원 반응이 가스 이용률 악화를 초래한다. H₂를 열 운반체로 사용하는 양을 늘려야 선호하는 생산성을 유지할 수 있다. 예를 들어, 상부 압력이 0.4MPa일 때, 900°C의 H₂ 양이 샤프트로 환원의 열 수요를 충족하기 위해 DRI 1톤당 최소 2,600㎥ 이상이어야 한다. H₂ 공급량이 변하지 않으면 DRI 생산량이 현재보다 3분의 1 감소하여 DRI 생산 비용이 크게 증가한다.
H₂의 비중은 낮고, H₂ 밀도는 CO의 1/20에 불과하다. 결과적으로 유입 H₂ 가스 분자가 빠르게 위로 빠져나간다. 혼합 환원 가스의 경로와 방향과 비교하여, H₂의 경로와 방향은 로 내에서 매우 빠르게 변하므로 H₂가 샤프트로 하부의 고온 구역에 머물러 철광석 펠릿 환원 임무를 완수할 수 없다. 이론적으로 DRI 제품도 유입 H₂를 1MPa 이상의 압력과 1,000°C 이상의 온도로 유지하면 설계 지수에 도달할 수 있다.
또한 H₂는 극도로 인화성이고 폭발성인 물질이며, 샤프트로는 고효율의 장기 안정적 생산이 필요하다. 샤프트로 시스템이 고온 고압의 극한 조건에서 장기간 작동하도록 허용되면 안전 문제가 된다. 요약하자면, 직접 환원율과 생산 효율은 H₂ 비율, 온도, 압력, 가스 이용률, 철광석 체류 시간, 열전달, 물질전달, 샤프트로 설계 등 여러 요인의 영향을 받는다.
HYBRIT은 'HYdrogen BReakthrough Ironmaking Technology'의 약자다. 2016년 4월 4일, 스웨덴의 세 기업인 SSAB, LKAB, Vattenfall AB가 CO₂ 배출 없는 전력을 주 에너지원으로 하는 H₂ 기반 DRI 생산 공정의 타당성을 조사하기 위한 프로젝트를 시작했다. 세 기업이 소유주인 합작 투자 회사 HYBRIT Development AB가 설립되었다. 이는 에너지 생산, 채광, 광석 선광 및 펠릿 생산, 직접 환원, 용융, 조강 생산에 이르는 전체 가치 사슬의 최고 역량에 대한 완전한 접근을 제공한다. 2017년 H₂ 기반 직접 환원에 대한 사전 타당성 조사가 수행되었다. 이 연구는 제안된 공정 경로가 기술적으로 실행 가능하며, 미래 CO₂ 배출 비용과 전기 비용 추세를 고려할 때 스웨덴 북부/핀란드 조건에서 경제적으로도 매력적이라는 결론을 내렸다.
HYBRIT 공정은 철의 직접 환원(DR)에 석탄 대신 H₂를 사용하며, EAF와 결합된다. 이 공정은 거의 완전히 화석 연료가 없으며, 온실가스 배출을 대폭 감소시킨다. 이 공정은 H₂를 이용한 철광석 직접 환원과 EAF를 통한 추가 강철 가공을 결합한 H₂-DR/EAF 설정을 사용하는 여러 이니셔티브 중 하나다. H₂-DR 공정의 제품은 DRI 또는 스펀지 철로, EAF에 공급되어 적절한 비율의 스크랩과 혼합되어 강철로 추가 가공된다.
HYBRIT 생산 공정의 원리 흐름도는 그림 4에 나와 있다. 공정의 주요 특징은 (i) 펠릿 생산에 화석 연료 미사용, (ii) 화석 연료 없는 전기를 사용한 전기분해로 H₂ 생산, (iii) 그리드 버퍼로 특수 설계된 장치에 H₂ 저장, (iv) 철광석 환원에 샤프트로 사용, (v) 맞춤형 펠릿을 철광석 원료로 사용, (vi) 샤프트로 주입 전 환원 가스/가스 혼합물 예열, (vii) 제품이 탄소 없는 DRI 또는 HBI이거나 탄화된 것일 수 있음, (viii) DRI/HBI가 재활용 스크랩과 함께 EAF에서 용융됨 등이다.
그림 4 HYBRIT 생산 공정의 원리 흐름도
화석 연료 없는 전기를 사용한 물 전기분해로 생산된 H₂를 사용하여 샤프트로에서 철광석 펠릿을 환원하는 것이 HYBRIT 이니셔티브에서 선택된 주요 대안이다. 이 이니셔티브 하에서 광산에서 완제품 강철까지 화석 연료 없는 가치 사슬로의 전환에는 지역 시장 및 지리적 조건도 고려하여 개발해야 할 많은 문제가 포함된다. 스웨덴은 국가 북부에 전력 과잉 공급, 철광석 광산과의 근접성, 바이오매스와 제철소에 대한 좋은 접근성, 산업-연구소-대학 간 강력한 네트워크라는 독특한 상황을 가지고 있다.
HYBRIT 공정은 상업적 배치에 상당히 더 가까운 기술 개념 범주에 속한다. 이는 재생 전기에 기반한 전기분해를 통해 생산된 H₂를 환원제로 사용하는 것을 기반으로 한다. 환경적 관점에서 가장 중요한 장점은 이 공정의 배기가 CO₂ 대신 물(H₂O)이라는 점이며, 이에 따른 GHG 배출 감소다. 기존 DRI 제강과 마찬가지로, H₂ 기반 DRI 경로로 생산된 철은 상업적으로 이용 가능한 EAF 기술을 사용하여 강철로 추가 가공될 수 있다. H₂ 생산과 EAF 제강 단계는 PV(광전지) 태양광/풍력/수력 전기분해, 광화학적 H₂ 생산, 태양열 물 분해 같은 재생 가능 원천을 사용하여 전력과 H₂가 생산된다면 탄소 프리가 될 수 있다.
미국에서 미국 철강 협회의 재정 지원 하에 조직 및 연구소 컨소시엄에 의해 대체 제철을 위한 새로운 변혁적 기술이 개발되고 있다. 이 기술은 플래시 환원 공정에서 철 산화물 정광의 직접 기체 환원을 기반으로 한다. 새로운 '플래시 제철 기술(FIT)'은 평균적인 현재 BF 기반 조업에 비해 에너지 소비를 32~57% 줄이고 CO₂ 배출을 61~96% 낮출 잠재력을 가지고 있다. 이 기술은 H₂나 천연가스, 가능하면 바이오/석탄 가스 또는 이들의 조합 같은 적절한 환원 가스로 플래시 반응기에서 철광석 정광을 환원한다. 이는 최초의 플래시 제철 공정이다. 이 기술은 철광석 정광(100마이크론 미만)을 추가 처리 없이 금속으로 변환하는 산업 조업에 적합하다.
이 변혁적 기술은 펠릿화 또는 소결뿐만 아니라 코크스 제조 단계를 우회하면서 철을 생산한다. 또한 정광의 미세 입자가 1,150~1,350°C에서 빠른 속도로 환원되기 때문에 공정이 집약적이다. 따라서 이 공정에서 필요한 체류 시간은 펠릿이나 철광석 분광에 필요한 분 및 시간이 아닌 초 단위다. 1,200~1,500°C에서 90~99% 환원이 2~7초 내에 일어난다. 체류 시간은 온도에 따른 반응 속도, 공급 원료 크기, 과잉 가스 양/평형선으로부터의 거리의 조합이다. H₂를 환원 가스로 사용할 때 공정의 에너지 요구량은 액체 철 1톤당 5.7GJ(1,360Mcal)이다. Fe/FeO 평형 다이어그램은 그림 5에 나와 있다.
그림 5 Fe/FeO 평형 다이어그램
반응기의 가열 부분은 유도 가열 코일이 흑연 감수체를 가열한다. 감수체는 복사로 내화 벽을 가열한다. 감수체와 내화물 모두 대류와 복사로 가스와 입자를 가열한다. 온도까지 가열된 후 가스와 입자는 반응 구역으로 들어가며, 좋은 단열이 가정되어 벽 조건은 단열로 설정된다. 반응 구역 후에는 가스와 입자를 냉각하기 위한 냉각 패널이 있는 냉각 구역이 있다. 그림 6은 플래시 제철 기술의 흐름도를 보여준다.
그림 6 플래시 제철 기술 흐름도
H₂를 환원 가스로 사용하는 FIT의 경우, CO₂ 배출량은 액체 철 1톤당 0.04톤 CO₂이다. 이 배출량은 BF 제철 경로 배출량의 2.5%다. 플래시 철 공정은 개별 입자가 산소 제거로 생성된 기공을 닫을 만큼 충분한 에너지를 가지기에 충분히 높은 온도에서 수행된다. 따라서 개별 입자는 급속 산화로 인한 발화에 훨씬 덜 취약하다. 유타 대학은 분말 소량 시편에 대한 연구를 수행하여 이들이 자연 발화성이 아님을 확인했다.
이 공정은 NG, H₂, 합성가스 또는 이들의 조합 같은 기체 환원제를 사용한다. 이는 제강 공정의 원료로 철을 생산하거나 연속 직접 제강 공정의 일부로 적용된다. 프로젝트 이전 단계에서 얻은 실험 데이터로 정당화되어, 유타 대학에서 스케일업 개발 작업이 현재 진행 중이다. 실험실 플래시 로에서의 테스트는 넓은 운전 조건 범위에 걸친 동역학 데이터베이스 구축과 더 진보된 벤치 반응기의 완전한 설계로 이어졌다. 산업적으로 실행 가능한 FIT 개발을 목표로 포괄적인 벤치 스케일 테스트 캠페인이 계획되어 있다. 이 단계의 산출물은 공정의 확장성 결정, 실질적 공정 시뮬레이션 결과, 산업 파일럿 플랜트 설계 및 건설로 이어지는 기초 엔지니어링 데이터가 될 것으로 기대된다.
제조공정
수소 제강 철강 생산 산업은 총 전 지구적 화석 및 산업 배출량 측면에서 단일 최대 부문으로, 온실가스(GHG) 배출량의 약 7~9%를 차지한다. 동시에 강철은 현대 산업 사회의 주요 자재 구성 요소다. 인프라 확장 및 개선 필요성과 전 지구적 생활 수준을 만족스러운 수준에 도달할 만큼 충분히 빠른 속도로 향상시켜야 할 필요성으로 인해 강철 소비는 더욱 증가할 것이다. 따라서 강철을 자재로 사회적으로 사용하면서 동시에 그 생산의 부정적 환경 영향을 피할 수 있는 제강 공정을 찾는 과제가 있다. 제강의 CO₂(이산화탄소) 배출 저감
탄소중립 제강 철강 생산 산업은 총 전 지구적 화석 및 산업 배출량 측면에서 단일 최대 부문으로, 온실가스(GHG) 배출량의 약 7~9%를 차지한다. 동시에 강철은 현대 산업 사회의 주요 자재 구성 요소다. 인프라 확장 및 개선 필요성과 전 지구적 생활 수준을 만족스러운 수준에 도달할 만큼 충분히 빠른 속도로 향상시켜야 할 필요성으로 인해 강철 소비는 더욱 증가할 것이다. 따라서 강철을 자재로 사회적으로 사용하면서 동시에 그 생산의 부정적 환경 영향을 피할 수 있는 경로를 찾는 과제가 있다. 전통적 제강의 높은 배출량과 파리 협정
