Measuring carrying capacity of steel material from the perspective of closed-loop supply chain

철강은 현대 문명의 골격이며, 교량을 지탱하고, 마천루의 틀을 만들며, 탈것의 형태를 빚어내는 재료이다. 수십 년 동안 이 산업은 단순하고 선형적인 논리에 따라 운영되어 왔다. 즉, 땅에서 철광석을 캐내고, 이를 녹이고, 철강으로 만든 뒤, 사용하고, 결국 폐기하는 방식이다. 이러한 접근 방식은 우리가 아는 세상을 건설해 왔지만, 이제는 커다란 벽에 부딪히고 있다. 신선한 철광석의 공급은 유한하며, 이를 채굴하는 비용은 변동성이 크고, 추출 및 가공 과정에서 발생하는 환경적 대가는 무시할 수 없는 수준이 되었다. 중국과 같은 국가들이 이러한 압박에 직면함에 따라 새로운 질문이 등장했다. 한 철강 회사가 오로지 새로운 암석을 캐내는 데만 의존한다면 얼마나 오랫동안 운영을 지속할 수 있을 것인가, 그리고 이미 만들어진 철강을 바탕으로 살아가는 법을 배운다면 얼마나 더 오래 버틸 수 있을 것인가?

이는 보통 생태학에서 사용되는 개념인 '수용 능력(carrying capacity)'의 영역이다. 이는 숲이 먹이가 떨어지기 전까지 얼마나 많은 동물을 부양할 수 있는지를 묻는 개념이다. 철강 산업의 세계에서 연구자들은 전통적으로 이 개념을 국가 전체에 적용하여, 총 매장량과 국가 생산량을 살펴보았다. 그러나 칭화대학교와 여러 기관의 연구진은 국가의 평균치가 개별 기업의 미래에 대해 거의 알려주는 바가 없다는 사실을 깨달았다. 그들은 수용 능력을 단순히 지하에 매장된 암석의 정적인 한계가 아니라, 순환 구조를 완성함으로써 생존할 수 있는 역동적인 능력으로 재정의하고자 했다. 그들은 철 스크랩을 폐기물이 아니라 용광로에 다시 투입할 수 있는 핵심 자원으로 간주함으로써, 폐쇄 루프(closed-loop) 시스템이 제철소의 수명을 근본적으로 연장할 수 있는지 질문을 던졌다.

이를 규명하기 위해 연구진은 철강이 중국 경제를 통해 어떻게 이동하는지에 대한 상세한 모델을 구축하였으며, 철광석이 채굴되는 순간부터 건물이 철거되어 그 안의 철강이 재활용되는 순간까지를 추적했다. 그들은 2010년부터 2020년까지의 데이터를 검토하였고, 산업의 대사 작로가 변화하고 있음을 발견했다. 시스템은 높은 추출과 높은 폐기 모델에서 벗어나 더 많이 재활용하는 모델로 서서히 이동하고 있었다. 그러나 분석 결과 숨겨진 병목 현상이 드러났다. 가장 큰 물질 손실은 오래된 철강이 버려질 때가 아니라, 바로 시작 단계인 새로운 광석의 채굴과 제련 과정에서 발생하고 있었다. 광석을 가공할 때 상당 부분이 광미(tailings)와 슬래그(slag)로 손실되는데, 이는 철강이 만들어지기도 전에 채굴에 투ền된 에너지와 비용이 낭비됨을 의미한다. 이러한 전방 단계의 손실은 기업이 스스로를 지속할 수 있는 능력을 끊임없이 갉아먹는 요인이 된다.

연구진은 이어 수요가 성장하다가 결국 둔화되는 확립된 모델을 사용하여 미래를 예측했다. 그들은 중국의 신규 철강 수요가 2030년경 정점에 도달할 것이며, 그 이후에는 신규 인프라 구축에서 기존 구조물의 유지 및 교체로 수요의 중심이 이동할 것이라고 전망했다. 이 시점은 매우 중요한데, 지난 수십 년간 구축된 방대한 양의 철강이 수명을 다하기 시작하는 시점과 일치하기 때문이다. 연구진은 가용 가능한 철 스크랩의 첫 번째 주요 정점이 2030년경에 도달하여 거대한 새로운 자원 풀을 형성할 것이라고 계산했다. 질문은 이것이었다. 만약 철강 회사가 이 스크랩을 효율적으로 확보할 수 있다면, 그것이 그들의 생산 능력에 얼마나 큰 변화를 가져올 것인가?

일련의 시뮬레이션을 통해 연구팀은 일반적인 대규모 제철소가 철 스크랩 재활용률을 높였을 때 어떤 일이 벌어질지 테스트했다. 그들은 제철소가 적은 양의 재활용 재료를 사용하는 기저 시나리오와, 제철소가 적극적으로 스크랩을 찾아 처리하는 더 공격적인 시나리오를 비교했다. 결과는 놀라웠다. 제철소가 훨씬 더 많은 스크랩을 재활용하는 가장 진보된 시나리오에서는 신규 철광석의 필요량이 급격히 감소했다. 연구진은 재활용률이 10%포인트 증가할 때마다 10년 동안 필요한 신규 철광석의 총량이 거의 15% 감소한다는 것을 발견했다. 이러한 감소는 단순히 원자재 비용을 절감하는 문제가 아니라, 기업의 존속 기간을 근본적으로 변화시킨다.

시뮬레이션은 재활용과 기업의 수명 사이에 직접적인 연관성이 있음을 보여주었다. 재활용률이 높아짐에 따라 기업이 접근 가능한 자원이 고갈되는 시점은 점점 더 먼 미래로 밀려났다. 이론적으로 기업이 전적으로 재활용 철에만 의존하는 시나리오에서는, 재활용 과정 자체에서 발생하는 물리적 손실만을 제한 조건으로 하여 자원 공급이 사실상 무한해진다. 현실 세계의 제철소의 경우, 재활용률을 10%포인트만 높여도 운영 수명을 거의 20년 가까이 연장할 수 있었는데, 이는 새로운 광산을 건설하는 데 드는 일반적인 투자 회수 기간을 상회하는 시간이다. 이는 재활용 능력이 단순한 환경적 보너스가 아니라, 기업 생존의 주요 결정 요인임을 시사한다.

연구진은 세 곳의 중국 최대 철강 생산 기업으로부터 얻은 실제 데이터로 자신들의 모델을 검증하였으며, 그 결과는 유효했다. 이미 우수한 재활용 시스템을 갖춘 기업들은 자체 광산에 더 많이 의존하는 기업들과 비교했을 때 개선 가능성이 달랐다. 방대한 철광석 매장량을 보유한 기업의 경우, 스크랩으로 전환하는 것이 가장 비용이 많이 들고 손실이 큰 공급망 부분을 대체해주었기에 수용 능력을 크게 높여주었다. 반면 이미 재활용을 잘하고 있는 기업의 경우 그 이득은 더 작았는데, 이는 그들에게 다음 단계가 단순히 더 많이 재활용하는 것이 아니라, 스크랩이 고품질 철강을 만들 수 있을 만큼 충분히 순수하도록 '더 잘' 재활용하는 것임을 시사했다.

이 연구는 철강 회사들이 자신의 미래를 측정할 수 있는 새로운 방법을 제시한다. 이제 기업들은 단순히 땅속에 얼마나 많은 광석을 보유하고 있는지만을 보는 대신, 시설 내로 들어오고 나가는 물질의 흐름을 관리하는 능력을 고려한 '수용 능력 지수'를 계산할 수 있다. 본 연구는 지속 가능한 철강 산업으로 가는 길이 폐쇄 루프를 숙달하는 데 있음을 확인해 준다. 스크랩 철을 수집, 분류, 세척하는 인프라에 투자하고 이를 처리하는 기술을 업그레이드함으로써, 철강 회사는 지구의 지각 고갈로부터 성장을 분리(decouple)할 수 있다. 신규 철강 수요가 완만해지고 기존 철강의 공급이 늘어나기 시작하는 지금이 바로 이 전환을 위한 창이 열리는 시기이다. 오늘 이 전환을 준비하는 기업들이 내일도 계속해서 무언가를 건설할 수 있는 기업이 될 것이다.