변화하는 철강업

탈탄소로 진화하는 제철 프로세스

산업계에서 가장 많은 이산화탄소를 배출한다고 알려진 철강업. 탈탄소화는 매우 중요한 과제로, 전 세계에서 개발 경쟁이 벌어지고 있다. 일본은 지금까지 용광로를 사용한 제철 프로세스가 주체였지만, 이 전환이 임박해 있다. 일본의 철강업이 탈탄소화에 어떻게 움직일 것인가? 비장의 카드가 될 대형 전기로의 개발이나, 용광로의 수소 환원 기술 등 각 사의 전략을 따라가 본다.

Part 1. 탈탄소화 유예 불가
대형 전기로에 용광로 수소 환원, 재생에너지 자원 부족한 일본의 방책은
탈탄소화 흐름에 따라 철강업의 제철 프로세스가 전환점을 맞고 있다. 일본의 경우는 철강업에서 나오는 이산화탄소(CO₂) 배출량이 산업부문 중에서 가장 많으며, 3분의 1 이상을 차지한다고 한다. 전 세계에서 탄소중립(온난화 가스 배출량 실질 제로) 실현을 목표로 하는 가운데, 제철 공정 등에서 많은 CO₂를 배출하는 철강업의 탈탄소화는 더 이상 미룰 수가 없다.

일본이 강점으로 내세우는 자동차용 고급 강재는 용광로를 사용해 염가로 대량 제조가 가능한 한편, 원료인 철광석을 코크스(석탄을 고온 건류한 것)로 환원하는 공정에서 CO₂가 대량으로 발생한다.

동남아시아제국연합(ASEAN) 지역 등 신흥국에서 생산되는 글로벌 차량의 보디 프레임에는 선진국에서 생산되는 차량과는 다른 설계 방법이 요구된다. 선진국처럼 당김 강도가 1.0GPa급 이상인 고장력 강판(High Strength Steel Plate)을 적용하지 않고, 980MPa급 이하의 냉간 프레스 자재를 적재적소에 사용해 엄격해지고 있는 세계의 충돌 안전 기준을 충족시키는 것이 ‘현실적 해답’이 되고 있다. 하지만 최근 일부 신흥국가에서 1.0GPa급 이상의 냉간 프레스 자재에 대응할 수 있는 케이스가 나왔다. 중장기적으로는 신흥국 업체들의 프레스 성형 기술이 선진국을 따라잡을 가능성이 있다.

Part 1. 신흥국에서 생산되는 자동차
보디 설계의 상식 통용되지 않아

신흥국에서 생산되는 혼다의 ‘WR-V’나 ‘어코드(Accord)’는 980MPa급까지의 고장력 강판을 보디 프레임에 적용한다. 현지에서는 1.0GPa급 이상의 고장력 강판 냉간 프레스에 대응할 수 있는 가공 업체가 한정되어 있기 때문이다. 현지 업체가 1.0GPa급 이상의 고장력 강판에 대응할 수 있는 양산 기술을 손에 넣으려면 시간이 걸린다. 당분간은 980MPa급 이하의 냉간 프레스 자재를 적재적소에서 사용하는 것이 신흥국에서 만드는 자동차의 ‘현실적 해답’일 것이다.

혼다의 소형 SUV ‘WR-V’와 ‘베젤(VEZEL)의 차량 분류(차격)는 같지만, 보디 프레임으로 고장력 강판을 사용하는 방법은 다르다. 한편, WR-V와 혼다의 플래그십 세단 ‘어코드’는 차격은 크게 다르지만, 보디 프레임으로의 고장력 강판 사용법은 같다.

2대의 로봇 사이에 물건을 끼워 운반, 천장에는 380대의 카메라

대형 의약품 도매기업인 스즈켄은 사이타마현 소카시에 새로운 물류센터 ‘수도권 물류센터’를 신설해, 운반로봇이나 자동 피킹 시스템 등 다수의 자동화 장치를 도입해 90%의 자동화율을 실현했다. 설비투자액은 200억엔에 달한다.

사이타마현 도다시에 있는 스즈켄의 ‘도다 물류센터’의 기능을 이쪽으로 이관하여 도쿄 23구와 사이타마, 지바의 일부 지역을 커버한다. 이들 지역에 있는 의료기관이나 보험약국 등에 의약품을 전달하는 거점으로 삼는다. 다양한 종류의 자동화 장치의 도입을 통해 필요한 스태프 수를 도다 물류센터보다 약 30% 줄일 수 있었다. 스태프 1인당 출하 능력은 도다 물류센터의 2.5배로 향상했다. 1시간에 3000개의 접이식 컨테이너를 출하할 수 있다.

-- 다양한 자동화 장치가 가동 --
스즈켄의 수도권 물류센터는 마치 자동화 장치의 전시회장처럼 보인다. 물류의 모든 공정에서 다양한 장치가 가동되고 있다.

건설기술연구소, 아시아항 공동개발

건설기술연구소(建設技術硏究所)와 아시아항측(アジア航測)은 공동으로 유역의 치수를 위한 시책의 효과를 정량화해 표시하는 ‘유역 치수 DX 시스템’을 개발했다. 시책의 효과를 가시화함으로써 관계자 간 합의 형성을 지원할 수 있다.

유역 치수 DX 시스템은 데이터를 격납하는 ‘데이터계’, 해석하는 ‘해석계’, 주로 출력 결과를 표시하는 ‘표시계’ 등 3가지로 구성된다. 데이터계에 축적된 데이터를 바탕으로 해석계로 하천의 유량이나 침수 지역 등을 해석하고, 그 결과를 표시계로 확인한다.

데이터계에서는 정부와 지자체, 민간 사업자가 각각 보유한 하천 유역의 데이터를 정리해 데이터베이스로 클라우드에 구축. 논이나 주변 시설의 위치 등의 정보도 통합했다.

해석계에서는 하천의 유량을 추정하는 ‘유출(流出) 해석’, 하천의 수위 등을 추정하는 ‘하도(河道) 해석’이라는 방법을 사용할 수 있다. 해석할 수 있는 시책은 빗물 침투 저류시설이나 논둑 등의 유역에 대한 것, 유수지나 제방 등의 하도(河道)에 대한 것이다.

생성형 AI를 활용한 데이터베이스 구축

벡터 데이터베이스(Vector Database)는 이미지나 음성, 문장 등의 데이터를 수치의 배열로 나타내는 벡터 형식으로 인덱스화해 저장, 고속으로 검색할 수 있는 데이터베이스이다.

구조화 데이터뿐만 아니라 비구조화 데이터나 반구조화 데이터 등 다양한 구조의 데이터를 다룰 수 있다. 예를 들면, 이미지에 대해서 이미지의 특징을 색이나 채도, 휘도 등의 요소로 파악해 각각 수치화하여 다차원으로 표현하는 것이다.

벡터 데이터베이스는 유사성이 높은 데이터를 찾는 처리에 능하다는 점이 특징이다. 시장조사 기관인 가트너 재팬의 이치시(一志) 애널리스트는 "근사성이 높은 데이터를 고속으로 찾아내는 것이 기술의 포인트다"라고 말한다.

생성형 AI(인공지능)를 활용하는 애플리케이션은 방대한 양의 데이터를 학습한 기계학습 모델인 LLM(대규모 언어모델)을 사용한다. 기계학습을 할 때 이미지나 음성 등의 비구조 데이터 등도 포함해 데이터의 특징을 수치화해 다차원으로 표현함으로써 데이터를 쉽게 다룰 수 있다. 생성형 AI에 대한 기대감이 높아지는 가운데 벡터 데이터베이스의 주목도도 높아지고 있다.

전력 손실 저감 시도

초전도 송전은 전기 저항이 제로인 초전도 케이블로 전력 손실을 없애는 송전 방법이다. 금속 케이블은 전기 저항이 제로가 아니기 때문에 송전 도중에 전력의 일부가 열이 되어 손실되는 송전 로스가 발생한다. 송전선에서의 전력 손실은 선진국에서 수 %, 일본에서도 5% 정도로 알려져 있으며, 신흥국에서는 10%를 넘는 경우도 있다고 한다.

수 %의 전력 손실을 줄일 수 있다면, 초전도 케이블을 냉각해 초전도 상태를 유지하는 비용 소모보다 메리트가 클 수도 있다. 예를 들면, 철도종합기술연구소(도쿄)가 중심이 되어 추진하고 있는 직류전화(直流電化) 철도에서의 응용이 유망하다고 전망되고 있다. 철도 외에도 액체 질소를 취급하는 공장 등에서 케이블 냉각의 코스트를 억제해 메리트를 얻으려는 시도가 추진되고 있다.

닛케이 테크놀로지 2023

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