이번 시간에는 석탄에 대하여 알아보도록 하겠습니다.
석탄은 연료로 사용되는 것 이외에도 많은 곳에 널리 사용되고 있습니다.
석탄은 어떻게 만들어졌는지 어떠한 성분으로 이루어져 있는지 등등 석탄 종류, 성분, 특징, 이때 까지의 역사, 연탄, 탄소 등에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다.
석탄
영어로 coal이라고 하며 지층 중에 층상으로 들어있는 식물의 유해로서 연료로 사용할 수 있는 것을 총칭 하여 말합니다.
성분
석탄은 셀룰로스와 리그닌을 주성분으로 한 고생대 석탄기 무렵의 식물들이 두껍게 쌓여서 만들어진 층이 그 위의 오랜 세월동안의 지압과 지열을 받아 탄화되어서 차츰 분해하여 생성된 퇴적암입니다. 검은색 또는 검은 갈색을 띠며 탄소, 산소, 질소, 수소를 주성분으로 이루어져 있으며 약간의 황과 많은 양의 회분과 수분이 들어있습니다. 연소될 때 SO2가스를 방출하며 심한 냄새도 납니다.
좋은 것은 휘발성이 많고 발열량이 6000~8000칼로리의 높은 열량을 내므로 생활의 에너지원으로 크게 각광받고 있습니다. 가연성이 좋아 연료 또는 화합 공업 재료로 널리 쓰입니다.
산소를 차단한 채 1000~1300도의 고온으로 가열하면 열분해되어 석탄가스, 가스경유, 가스액, 콜타르 등을 만들어 내며 나머지는 코크스가 됩니다. 이와 같이 고체가 된 유기물을 산소가 없는 상태에서 열 분해하여 휘발분과 불휘발분으로 나누는 것을 건류라고 합니다.
건류에 의해 열분해를 받아 특히 가지부분과 가교부분이 분해되어 메탄이나 일산화탄소가 됩니다. 또 성분의 일부는 탈수소, 환화, 축합 등을 일으켜서 열적으로 안정된 방향족 화합물이 됩니다. 물론 열적으로 안정된 석탄의 구조 부분은 그대로 유지됩니다.
건류에 따라 생성되는 것은 종류에 따라 차이가 있으나 대체적으로는 석탄가스 20%, 가스경유 1%, 가스액 1%, 콜타르 5%, 코크스 70%입니다.
이 가스의 주성분은 수소와 메탄이며, 그 밖에도 일산화탄소를 포함하여 기체 연료가 됩니다.
종류
탄화 정도에 따라 이탄, 토탄, 갈탄, 역청탄, 무연탄이 있습니다.
연대에 따라 탄소 함량이 변화하는 것이기 때문에 실질적으로 묵은 정도에 따라서 등급이 갈립니다. 내부에 잔존하는 휘발성 성분의 함량에 따라 구분을 하며 갈탄->역청탄->무연탄으로 진화합니다. 세가지 탄 중 역청탄이 가장 화력이 높고 효율이 좋아서 여러모로 쓸모가 많습니다. 연소할 때 연기가 나오면 유연탄이고, 나오지 않으면 무연탄, 따라서 무연탄을 제외한 나머지 것들은 모두 유연탄에 포함됩니다.
- 이탄 또는 토탄 : 탄소 함유량 60% 미만, 땅에 묻힌 지 얼마 안 되어 탄화가 덜 된 석탄으로 이끼나 벼 따위의 식물이 습한 땅에 쌓여 분해된 것입니다. 어떻게 보면 거름이나 비료, 퇴비에 더 가까운 물건입니다. 거름이나 연탄의 원료로 사용합니다.
- 아탄 : 탄소 함유량 60~70%, 탄화가 덜 되고 질이 나쁜 석탄입니다.
- 갈탄 : 탄소 함유량 70~80%, 탄화 작용이 불충분한 갈색으로, 탈 때 그을음과 나쁜 냄새가 많이 나며 화력이 약하고 재가 많이 남습니다. 채굴하기는 쉬우며 생산비용이 적게 듭니다.
- 역청탄 : 탄소 함유량 80~90% 검고 광택이 있는 가장 일반적인 석탄이며 갈탄과 무연탄의 중간 정도로 탄화된 것입니다. 탄소의 함량은 무연탄보다 적지만 유질이 풍부합니다. 도시가스나 코크스를 만드는 데에 쓰이며 제철소에서 쓰는 연탄입니다.
- 무연탄 : 탄소 함유량 90% 이상이며 검은색을 띠고 금속 광택이 있으며 단단합니다. 불이 빨리 붙지는 않으나 불순물이 적으며 탈 때 연기가 안 나며 열량이 높습니다. 가정용이나 공업용으로 쓰입니다.
특징
매장량은 석유에 비하여 매우 많은 편이며 산지는 세계 각지에 분포되어 있으며 석유처럼 편재되어 있지는 않고 비교적 고릅니다. 주로 중국, 인도, 오스트레일리아, 애팔래치아, 남아메리카에 매장되어 있습니다.
전세계의 총 매장량은 약 1조 741억 톤으로 추정되며 특히 러시아와 미국 등에 집중 분포 되어있습니다. 그 외에 독일, 영국, 프랑스, 폴란드 등에 상당량이 매장되어 있습니다.
한반도의 경우 북한 지역에 추정되는 매장량이 205억톤으로 추정되고 있으며 남한 지역에는 총 매장량은 13억 5260만톤이고 가채매장량은 4억 2067만톤인 것으로 확인됩니다.
이용
탄소 함유량이 대단히 많은 물질입니다. 그 구조는 탄화 수소의 혼합물인데 반하여 벤젠 고리를 위주로 방향족 화합물이 몇 개씩 서로 메틸렌 결합이나 에테르 결합으로 연결된 복잡한 고분자의 혼합체 입니다. 그리고 강점 결성의 무연탄으로써 코크스를 만들어 철의 정련에 사용하거나 탄소 전극의 재료로서도 중요합니다. 건류 공정을 통한 석탄 가스, 콜타르는 여러 가지 화학 제품도 만들게 됩니다.
연료로 사용되는 것 이외에도 가스, 코크스, 암모니아, 아닐린 및 기타 물감, 폭약, 피치, 안료, 방부제 및 약품 제조에 까지도 널리 사용되고 있어 그 경제적 가치가 크게 인정되고 있습니다.
역사
지구 상에 식물(특히 육상 식물)이 번성하기 시작한 때부터 각지에서 많은 층이 만들어졌으며 석탄 기에 가장 많이 생성되었으며 이때 생성된 것이 현재 세계 각지에서 발굴되고 있습니다. 우리나라의 중요 석탄 층은 페름기~트라이아스기에 만들어져 대개 빈약한 층이 발견되고 있습니다.
유럽에서는 11~12세기부터 사용되었지만, 중국에서는 기원전 4000년대부터 사용되었습니다. 그러나 인간이 석탄을 단지 보조적인 연료 이상의 것으로 이렇게 사용하기 까지 에는 많은 시간이 걸렸습니다. 현재처럼 탄광에서 대대적으로 파내게 되어 이 산업이 개발된 것은 19세기 산업혁명 이후(1953년 휴전 이후)입니다.
즉, 8.15 광복 후 귀속 재산인 국유 탄광을 중심으로 점증되던 이 산업은 6.25 전쟁으로 다시 원점으로 돌아갔습니다.1955년 영암선 철도 개통으로 탄전 개발에 활기를 띠다가 고체 연료의 쇠퇴와 액체 또는 기체 연료의 성장이라는 추세에 따라 우리나라도 그 비중이 약해지기 시작한 반면 석유의 비중은 급속한 팽창을 보였습니다.
석유 자원이 전혀 없는 우리나라에는 외화 부담으로 인한 국민 경제의 해외 의존성을 높이고 있다는 점에서 문제점을 야기 시키고 있습니다. 1인 당 에너지 소비량이 증가함에 따라 에너지원의 수요는 폭발적으로 증가하기 시작했습니다.
그러나 부존탄층의 협소성, 불규칙성, 급경사, 심부화가 심화되는데에 비하여 규모의 영세성, 채산성 악화, 정책지원 부재, 열악한 근무환경 등으로 신규 투자와 기계화가 부진하였고 광원의 이직률이 높아지는 현상이 나타났습니다. 1977년부터 국내 생산량이 수요량에 미치지 못하여 수입이 본격화 되었으며 1980년대 중반 이후 그 신장세는 대폭 확대 되었습니다.
탄광의 생산성 제고를 위해 군소 업체를 통합, 광구를 대단위 화하고 새로운 채탄 기술을 보급하며 기계화율을 높이기 위한 지원과 보조를 정책적으로 추진, 이 산업의 부양과 석탄의 안정 공급을 도모하고 있으나 그 성과는 의문시되고 있습니다.
한국에서 생산되는 석탄은 주로 무연탄이며, 유연탄은 남한에서 전혀 나지 않고 전량 수입하고 있습니다. 대한민국에는 고생대 후기~중생대 초기에 형성된 퇴적암 지층 평안 누층군이 분포하는 지역에서 무연탄이 생산됩니다. 생산되는 지역으로 삼척시-태백시의 삼척탄전, 영월군의 영월탄전, 평창군-정성군의 평창-정선탄전, 단양군의 단양탄전, 문경시의 문경탄전, 보은군의 보은탄전, 화순군의 화순탄전 등이 있습니다.
현황
대한민국에서 산출되는 주요 에너지 자원의 하나인 이 산업의 육성은 이러한 역할을 합니다.
- 노동집약적인 특징이 있어 고용의 효과가 큽니다.
- 에너지공급을 국산화함으로써 외화절약의 효과를 갖게 되는 국민 경제적인 이익이 있습니다.
- 에너지 자급화라는 관점에서 국가안보라는 차원 높은 목적을 달성케 합니다.
간편하고 경제적 가치가 높은 열에너지로서 국가의 적극적이고 효율적인 지원책, 업계의 부단한 노력과 국민의 협조가 뒷받침 되어줄 때 비로소 ‘검은 연료의 혁명’이라는 것도 전혀 불가능한 얘기는 아닐 것입니다.
정부의 계획이 국산 에너지의 최대한 활용, 국내 에너지 수요의 저변확대, 생산 의욕의 고취와 안정공급체계 확립, 국산 에너지 산업의 기반 강화 등으로 수입 에너지와의 경쟁력 강화를 위한 정책적 배려를 하고 있기 때문에 앞으로 이 산업의 육성이 크게 기대되고 있습니다.
석유보다 값싼 에너지이며 공급용 시설비나 이에 따른 부수적 비용이 크게 수반되지 않기 때문에 석유 및 기타 에너지원에 비하여 커다란 이점을 가지고 있습니다.
가정용 연료로서의 수요를 무시하지 못하므로 아직도 신탄에 의존하는 연로 대체로서 수요의 확대를 꾀하여야 합니다.
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이 글은 나무위키, 위키백과를 참조하였습니다. 이 글이 많은 분들께 알아보도록 하겠습니다.
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