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[궁금한S] 골칫덩이에서 친환경 에너지로 변신…'석탄액화기술'이란?

[앵커]
과학에 대한 모든 궁금증을 풀어주는 '궁금한 S' 시간입니다.

석탄은 '검은 다이아몬드'라고도 불렸을 만큼 산업화 시대를 이끈 주요 에너지원이었는데요.

하지만 석탄발전소에서 배출되는 이산화탄소 배출량이 해마다 증가해 대기오염의 주요인으로 지적되고 있습니다.

현재, 그 대안으로 석탄을 신재생에너지로 전환하는 방법을 사용하고 있는데요. 석탄액화기술이란 정확히 무엇인지 지금 바로 화면으로 만나보시죠.

[이효종 / 과학 유튜버]
안녕하세요! 과학의 모든 궁금증을 해결하는 궁금한 S의 이효종입니다.

궁금한 S와 함께할 오늘의 이야기 만나볼게요.

여러분, 석탄을 생각하면 어떤 게 떠오르나요?

석탄 발전소처럼 지구 온난화를 발생시키는 나쁜 이미지만 떠오르지 않나요?

하지만 이런 석탄도 친환경적인 신재생에너지가 될 수 있다는 사실을 알고 계신가요?

그래서 오늘 <궁금한 S>에서는 '액화 석탄'이라고 하는 것에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

액화 석탄에 대해 이야기하기 전에 먼저 '석탄'에 대해 알아야겠죠?

석탄은 고생대의 식물들이 약 6,000만 년 동안 퇴적하며 높은 압력과 열에 의해 분해된 불에 잘 타는 암석인데요.

18세기 말, 석탄을 연료로 하는 증기기관이 발명되며 석탄은 산업혁명을 이끄는 견인차의 역할을 했습니다.

오늘날에도 전기를 생산하기 위해 발전소에서 가장 많이 사용하는 연료는 바로 석탄인데요.

그 이유는 모든 에너지원 중 석탄의 발전단가가 가장 저렴하고, 매장량도 많으며, 매장 지역도 전 세계에 고르게 분포되어있기 때문입니다.

그러나 석탄은 아주 명확한 단점을 가지고 있습니다.

이산화탄소와 황산화물 등의 오염물질을 많이 배출하고, 고체라고 하는 사실 때문에 운반과 처리 과정이 불편하다는 점입니다.

이런 석탄의 단점들을 개선할 수 있는 기술이 바로 석탄의 액화 기술인데요. 그렇다면 액화 석탄이란 정확히 무엇일까요?

액화 석탄이란 현재의 에너지 소비 추세로 미루어 볼 때 앞으로 약 40년 남짓한 화석연료인 석유를 대체하기 위한 아이디어 중 하나인데요.

약 200년 정도의 매장량을 보유하고 있기 때문에 고갈 문제로부터 상대적으로 자유로운 석탄을 이용해 석유를 뽑아내는 새로운 에너지원을 의미합니다.

석탄에 산소와 증기를 넣고 고온, 고압에서 합성가스를 얻어 이를 다시 액화시켜 정제해 각각 휘발유와 경유를 만들어내는 그러한 기술이죠.

석탄 액화 기술의 역사는 꽤 오래전부터 시작되었습니다.

2차 세계대전 당시 독일과 영국에서 CTL 즉, 석탄액화기술 공장이 가동돼 연료를 공급한 바 있으며 전쟁 이후 대형 유전이 발견됨에 따라 값싼 석유가 공급되면서 CTL 공장은 가동이 중단되었는데요.

유일하게 남아프리카 공화국의 사솔사만이 지난 1955년 CTL 공장을 가동하기 시작해 하루 15만 배럴의 석탄 합성석유를 생산하고 있습니다.

최근에는 고유가가 지속하면서 석유공급에 대한 불안감이 확산되어 중국, 미국, 호주 필리핀 등에서 석탄액화 프로젝트가 진행되고 있죠.

그렇다면 석탄 액화 기술이 친환경적인 에너지로 등장한 이유는 단지 석유공급에 대한 불안감 때문일까요?

석탄은 크게 탄소 함유량에 따라 이탄, 아탄, 갈탄, 역청탄 그리고 무연탄으로 나눌 수 있는데요.

탄소 함유량이 상대적으로 부족한 아역청탄 및 갈탄은 무연탄보다 훨씬 더 연소 시 상대적으로 질산 가스들과 황산 가스들, 그리고 그을음을 다량 방출하게 됩니다.

이러한 가스는 탄소 함유량이 적으면서 동시에 질소와 황을 다량으로 함유한 연료가 다량으로 유출될 경우 맹독성을 띠게 된다는 특징을 가지고 있어서 대기오염의 주범으로서 꼽히고 있죠.

그렇다면 대체 어떻게 해야 될까요?

석탄 자체에 함유된 황과 질소를 애초부터 제거하면 되지 않을까요?

즉, 연료 자체를 가다듬어서 태운다면 유독가스의 생성 자체를 막아줄 수 있다는 것이죠.

이러한 일이 가능할 수 있도록 도와주는 액화 석탄 기술을 이용하면 매장량이 한정되어있는 석유를 석탄을 통해서 만들 수 있는 이점뿐만 아니라, 이렇게 발생하는 유독가스의 배출 문제를 일부 해결함과 동시에 저급한 석탄을 태우는 것보다 훨씬 높은 효율을 뽑아낼 수 있다는 장점이 있습니다.

그런데 여러분 왜 액체로 탈바꿈되었을 때 연소하는 것이 더 효율이 높은 걸까요?

그 이유는 바로 액체라는 상태에서 찾아볼 수 있습니다.

본래 석탄은 고체로 이뤄져 있기 때문에 탄소들이 빽빽하게 들어차 있는 분자구조를 띄고 있습니다.

그러나 액화한 석탄, 즉 액체연료의 상태라면 어떨까요?

뜨거운 열이 공급되는 동안 상대적으로 분자 간 거리가 멀어지면서 외부와의 접촉이 자유로운 액체의 특성 때문에 같은 시간 동안 좀 더 안정적으로 더 많은 산소와 결합할 수 있는 조건이 만들어지게 됩니다.

이를 통해 고체 연료보다 효율이 높은 열을 공급할 수 있는 것이죠.

이렇게 액화된 석탄은 현재 석유가 쓰이는 곳 모두 사용될 수 있는데요.

친환경적인 연료임과 동시에 저장과 수송 등이 용이하고 유가 변동에도 영향을 거의 받지 않아 안정적이고 깨끗한 미래 에너지원으로 주목받고 있습니다.

하지만 석탄을 액화한다고 해서 탄소를 연소할 때 본질적으로 발생할 수밖에 없는 온실가스인 이산화탄소의 배출을 줄일 수 없다는 건 기술이 가지고 있는 문제점이기도 합니다.

여러 환경단체에서는 이런 부분 때문에 이 기술에 대해 부정적으로 보는 시선도 있습니다.

또한, 기술의 공정을 위해서는 넓은 면적과 복잡한 설비를 요구하기 때문에 초기 투자 비용이 많이 든다는 한계로 인해 아직 발전 속도는 더딘 수준입니다.

그러나 친환경 에너지의 필요성이 점점 커지고 있고, 주요 에너지원의 가격이 점점 증가함에 따라 더욱 필요성이 높아지는 분야이기 때문에 잠재력이 굉장히 높고 시간이 가면 갈수록 더욱더 빠른 성장이 기대되는 분야이기도 하죠.

오늘은 석탄의 변신, 액화 석탄에 대해 이야기해봤는데요. 어떠셨나요?

앞으로도 석탄을 이용해 다양한 기술이 개발돼 미래 세대에게 깨끗한 지구를 물려줄 수 있었으면 좋겠네요.

그럼 궁금한 S는 여기서 이만 인사드릴게요.

과학에 대한 궁금증이 있다면 언제든 유튜브에 사이언스 투데이를 검색해주세요.

이상 궁금한 S였습니다.
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