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석탄의 재발견! 석탄가스화·액화

  • 2015.04.10.
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석탄의 재발견!

여러분 혹시 이 노래 기억하시나요?
“맛 좋은 라면은 어디다 끓여~ 구공탄에 끓여야 제맛이 나네~ 꼬불꼬불 꼬불꼬불 맛 좋은 라면~ 후루룩 짭짭 후루룩 짭짭 맛 좋은 라면♬” 어린 시절 인기리에 방영했던 만화영화 아기공룡 둘리에서 마이콜이라는 캐릭터가 둘리와 함께 불렀던 노래인데요.

재미있는 가사와 따라 부르기 쉬운 리듬으로 오랫동안 기억에 남아있습니다.
그런데 여기서 주목하고 싶은 점은 바로 ‘구공탄’ 흔히 부르기를 연탄이라고 하죠.

현대사회에 연탄을 사용하는 곳이 얼마나 될까 싶지만 서울만 따져 보아도 지난 2015년 3월 23일 서울연구원에서 발간한 ‘서울시 연탄난방 실태와 개선방안’ 보고서에 의하면 2013년 기준 서울시 연탄으로 난방을 하는 집은 5,193가구나 된다고 합니다.

석탄’을 이용해 만드는 연탄. 오늘은 화석에너지에서 신재생에너지인 ‘석탄가스화·액화’로까지 재발견된 석탄에 대한 이야기를 해보려고 합니다.

 

석탄의 재발견!

 

◆ 인류와 함께 한 석탄의 역사

지질시대의 식물이 퇴적, 매몰된 후 열과 압력을 받아 생성된 흑갈색의 광물인 ‘석탄’은 지금의 천연가스, 석유 이전에 가장 많이 사용되었던 에너지원의 하나였습니다.

기원전 315년의 그리스 문헌에는 ‘석탄’을 대장간에서 연료로 사용한 사실이 기록되어 있습니다.

중국에서는 삼국시대(4세기)에 ‘석탄’이라는 말이 등장했으며, 12세기에는 가정용 연료로 이용하였고 여기에 세금이 부과되었습니다.

이 밖에도 영국은 9세기, 독일은 10세기에 발견되었다고 전해집니다.

 

산업혁명 이후에는 기계의 발달과 증기 기관차의 등장 그리고 코크스, 석탄가스 등과 같이 석탄을 활용해 만든 에너지원 등을 이용하는 등 석탄의 수요가 급격하게 늘어나게 됩니다.

1835년에는 전 세계에서 3600만 톤에 불과했던 채탄량이 1855년에는 8900만 톤, 85년에는 4억 2200만 톤으로 증대했습니다.

19~20세기에도 석탄에 대한 발명은 끊이지를 않았습니다.
그중에서도 1913년에는 독일의 베르기우스에 의해 석탄의 수소첨가 액화 법에 의한 ‘인조 석유’를 발명하기도 하였습니다.
이해의 채탄량은 12억 6,000만 톤으로 세계 에너지 자원의 4/3을 차지하기도 하였습니다.

이후에도 세계 각국에서 석탄에 대한 연구와 개발이 이뤄졌지만 1960년대에 접어들면서 합성화학공업의 원료로서 석유와 천연가스로 대체되면서 에너지원으로서의 석탄의 중요성은 이전에 비해 줄어들었습니다.

이처럼 인류 역사와 함께 해온 석탄은 오늘날에도 사용되는 에너지원이지만 환경오염 문제와 화석연료를 태우는 과정에서 발생하는 초미세먼지가 등의 이유로 전 세계적으로 사용을 줄이고 이를 대신할 에너지원으로 신재생에너지의 비중을 점차 늘려가고 있는 추세입니다.

 

석탄의 재발견!

 

◆ ‘석탄’을 ‘재발견’하다 – 신재생에너지로의 발전

환경오염이 세계적으로 문제가 되고 석유, 천연가스와 같은 에너지원이 고갈되어 가면서 이를 대비해 신재생에너지로 비교적 많이 매장되어 있는 석탄 그리고 원유를 정제하고 남은 잔재물인 *중질잔사유 이용해 친환경적이고 효율 높은 에너지원으로 재탄생 시키는 석탄가스화·액화 기술이 떠올랐습니다.

※ 중질잔사유 : 원유(정제하지 않은 석유)를 정제하고 남은 최종 잔재물로, 감압증류(낮은 압력에서 물질의 끓는점이 내려가는 현상을 이용한 분리법)시 나오는 감압잔사유 및 아스팔트와 열분해공정에서 나오는 코크와 타르 그리고 피치 등을 중질잔사유라고 합니다.

 

‘석탄가스화·액화 기술’은 이름그대로 ‘석탄가스화 방식’과 ‘석탄액화 방식’ 두 가지가 있습니다.

석탄가스화 방식’은 대표적으로 가스화 복합발전기술(IGCC:Integrated Gasification Combined Cycle)이 사용되는데 이는 석탄, 중질잔사유 등의 저급원료를 고온·고압의 가스화기에서 수증기와 함께 한정된 산소로 불완전연소 및 가스화 시켜 합성가스를 만들고 이를 정제공정을 거쳐 가스터빈(1차 발전) 및 증기터빈(2차 발전) 등을 구동하여 고효율, 친환경적 복합발전방식을 이용하는 기술입니다.

석탄액화 방식’은 고온·고압 상태의 석탄에 용매를 첨가하여 전환시키는 직접액화 방식 또는 석탄가스화 촉매 상에서 액체연료로 전환시키는 간접액화 방식을 이용하여 석탄을 휘발유 및 디젤과 같은 액체연료로 전환하는 기술을 이야기합니다.

 

◆ 석탄가스화·액화의 특징 및 장단점은 무엇인가요?

석탄을 이용한 가스화 복합발전기술은 기존 석탄 화력발전소 대비 발전효율이 높고, 친환경적이며(항산화물 90%이상, 질소산화물 75%이상, 이산화탄소 25% 저감)일 뿐만 아니라 석탄 외에 중질잔사유, 바이오매스, 폐기물 등 다양한 료로 에너지를 얻을 수 있다는 특징이 있습니다.

이는 천연 자원이 부족한 우리나라의 입장에서는 에너지를 비교적 안정적으로 수급 할 수 있게 된다는 것을 뜻합니다.

이런 석탄 가스화·액화의 장점은 우선 환경친화적인 신재생에너지이라는 점입니다. 또한 사용가치가 적은 석탄을 이용해 고효율적인 에너지를 생산할 수 있습니다. 게다가 앞으로 기술이 더 발전하면 생산 비용 또한 절감될 것입니다.

뿐만 아니라 석탄을 액화시킨 뒤 가스로 만들어서 파이프로 수송할 수 있기 때문에 수송이 편리하고 운송비용 부담도 줄어들게 된다는 장점이 있습니다.

반면 단점도 있는데요.
이동이 편하지만 그 석탄 가스화 및 액화를 뽑아낼 설비를 구성하는 비용이 많이 들고, 소요면적이 넓고 시스템 비용이 고가이므로 투자비가 높은 대형 장치산업으로만 개발이 될 수 있으며, 제어가 복잡하여 설비최적화, 고효율화 및 저비용화가 요구된다는 단점이 있습니다.

그뿐만 아니라 석탄을 가스화 시키고 액화의 과정을 거칠 때 어쩔 수 없이 발생하는 공해도 풀어야 하는 문제입니다.

 

그동안 간간이 사용되어 오면서 환경문제 효율 문제로 점점 사용량이 줄어드는 추세인 석탄을 ‘재발견’하여 친환경, 고효율의 에너지원을 만든다는 것이 마치 마법을 보는 것처럼 신비롭습니다.

여러분도 이용 가치가 적었던 석탄이 새로운 신재생에너지로 페이스오프 한 것처럼 주변에 소홀했던 것들을 다시 살펴보시는 것은 어떠신가요? 어쩌면 신재생에너지로 다시 태어난 석탄처럼 새로운 장점을 재발견할 수 있을지도 모르겠습니다.

 

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